Simulación numérica de tracción indirecta en concreto asfáltico a través del método de los elementos discretos (MED)

Abstract

El surgimiento y propagación de fisuras en la camada asfáltica es el principal factor de deterioración de las carreteras, por lo cual, en este trabajo se empleó el método de elementos discretos (MED) para simular la propagación de fisuras en las mezclas asfálticas con el ensayo de Tracción Indirecta. Esta simulación fue realizada considerando el medio (bulk) viscoelástico con el modelo Burger combinado con el modelo de zona cohesiva para simular el inicio y la propagación de las fisuras. La caracterización del concreto asfaltico (CA) es primordial para la obtención de parámetros adecuados y que, a su vez, garantizaran una mejor proyección de los pavimentos asfalticos obteniéndose así un buen desempeño en las carreteras. Mediante la simulación del ensayo de tracción indirecta o ensayo brasileño con el método de elementos discretos (MED) se obtuvo estos parámetros mecánicos. La forma irregular del agregado fue modelada por medio de los Clumps, esta técnica consiste en la agrupación de partículas conectadas unas a las otras que actúan como un cuerpo rígido único. El Concreto asfaltico tiene la característica viscoelástica que es un factor importante considerado en la simulación adoptándose el modelo de contacto viscoelástico Burger combinado con el modelo de zona cohesiva para simular el inicio y la propagación de las fisuras. La simulación computacional por el método de elementos discretos en el presente trabajo fue realizada utilizado el programa comercial PFC2D v. 4.0. Los ensayos de tracción indirecta experimental fueron realizados en el trabajo de Noreña (2008) en muestras de 101.6 mm de diámetro por 63.5 mm de altura, posteriormente se aplica un sistema de servo-control para aplicar los esfuerzos, aplicándose una velocidad de 50.8 mm/min. Los resultados del ensayo de tracción indirecta obtenidos en laboratorio fueron comparados con los resultados numéricos obtenidos en este trabajo. De las curvas Fuerzas vs Desplazamientos obtenidos en la simulación del ensayo de Tracción Indirecta, se puede concluir que la técnica MED en la simulación de problemas, se muestra eficiente, sobre el punto de vista cualitativo y cuantitativo; mostrándose como una herramienta prometedora para la investigación del comportamiento de pavimentos asfálticos sometidos a procesos de fracturamiento.

The emergence and propagation of cracks in the asphalt layer is the main factor of deterioration of roads, so in this work the method of discrete elements (MED) was used to simulate the propagation of cracks in asphalt mixtures with the Indirect Traction test. This simulation was carried out considering the viscoelastic (bulk) medium with the Burger model combined with the cohesive zone model to simulate the initiation and propagation of fissures. The characterization of the asphalt concrete (AC) is essential to obtain adequate parameters and, in turn, ensure a better projection of asphalt pavements thus obtaining a good performance on the roads. By the simulation of the indirect traction test or Brazilian test with the method of the discrete elements (MED), these mechanical parameters were obtained. The irregular shape of the aggregate was modeled by means of the Clumps, this technique consists in the grouping of particles connected to each other that act as a single rigid body. Asphalt concrete has the viscoelastic characteristic which is an important factor considered in the simulation, adopting the viscoelastic Burger contact model combined with the cohesive zone model to simulate the initiation and propagation of cracks. The computational simulation by the discrete element method in the present work was carried out using the commercial program PFC2D v. 4.0. The experimental indirect traction tests were carried out in the work of Noreña (2008) in samples of 101.6 mm in diameter by 63.5 mm in height, then a servo- control system is employed to apply the efforts, applying a speed of 50.8 mm/min. The results of the indirect traction test obtained in the laboratory were compared with the numerical results obtained in this work. From the curves Forces vs Displacements obtained in the simulation of the Indirect Traction test, it can be concluded that the MED technique in the simulation of problems, is efficient, on the qualitative and quantitative points of view; showing itself as a promising tool for the investigation of the behavior of asphalt pavements subjected to fracturing processes.