Experiments with chip clogging - Experimentation 1 Overview of the experiments

3. Experimentation 1 Overview of the experiments

3.2 Experiments with chip clogging

Durante el proceso de modelación los análisis realizados se efectúan en términos de tensiones, desplazamientos y deformaciones, los que son mostrados de forma ilustrativa a través de sus gráficos correspondientes o tablas para el caso que se toma como ejemplo.

a. Modelación en 2D, modelo lineal elástico para toda los materiales de la estructura de pavimento flexible

En los gráficos 3.2, 3.3., 3.4 y 3.5 se pueden observar los estados tensiónales finales ante carga estática en tensiones (Pa) y desplazamientos (m) de la estructura de pavimento flexible para el caso de subrasante de CBR 5%. Estos resultados se corresponden con el comportamiento típico de ruedas duales ante carga estática.

Figura 3.3. Gráfico de tensión horizontal. Abaqus 2D

Figura 3.4. Gráfico de desplazamiento vertical. Abaqus 2D

Figura 3.5. Gráfico de desplazamiento horizontal. Abaqus 2D

En las Tablas 3.10, 3.11, 3.12, y 3.13, se presentan los resultados en tensiones (kPa), desplazamientos (cm) y deformaciones (cm) del caso analizado para distintos valores de la resistencia de la subrasante.

Tabla 3.10. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 2D. CBR 5%

Profundidad (m) σV (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆V (cm) UH (cm) ∆H (cm)

0.00 (Superficie) 700.280 982.617 0.2536 0.0000 0.0115 0.0000 0.10 (Base) 512.728 254.426 0.2480 0.0056 0.0025 0.0090 0.35 (Subbase) 244.985 16.749 0.2270 0.0266 0.0058 0.0057 0.90 (Subrasante) 133.222 1.601 0.1770 0.0766 0.0073 0.0042

Tabla 3.11. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 2D. CBR 10%

Profundidad (m) σv (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆v (cm) UH (cm) ∆H (cm)

0.00 (Superficie) 700.280 964.559 0.2290 0 0.0112 0.00 0.10 (Base) 512.493 235.408 0.2230 0.006 0.0022 0.009 0.35 (Subbase) 247.184 22.761 0.2020 0.027 0.0062 0.005 0.70 (Subrasante) 160.647 6.349 0.1670 0.062 0.0072 0.004

Tabla 3.12. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 2D. CBR 15%

Profundidad (m) σv (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆v (cm) UH (cm) ∆H (cm)

0.00 (Superficie) 700.280 924.103 0.1987 0.00 0.0105 0.00 0.10 (Base) 512.782 206.956 0.1928 0.0059 0.0017 0.0088 0.35 (Subbase) 248.654 22.408 0.1713 0.0274 0.0062 0.0043 0.55 (Subrasante) 193.399 13.142 0.1494 0.0493 0.0063 0.0042

Tabla 3.13. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 2D. CBR 25%

Profundidad (m) σV (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆V (cm) UH (cm) ∆H (cm)

En los resultados de la modelación se obtienen resultados lógicos de los estados tensiónales finales, los que fueron anteriormente calibrados. Las deformaciones que se obtienen para la estructura del pavimento decrecen al disminuir el espesor de la misma de 0.0766 cm a 0.0394 cm, de igual forma, las deformaciones de los materiales de la subrasante decrecen al aumentar el CBR de los mismos. En estos casos las deformaciones obtenidas están lejos de causar el daño de la estructura, por tanto constituye sólo un primer paso en el análisis.

b. Modelación en 3D, modelo lineal elástico para toda los materiales de la estructura de pavimento flexible

En los gráficos 3.6, 3.7., 3.8 y 3.9 se pueden observar los estados tensiónales finales ante carga estática en tensiones (Pa) y desplazamientos (m) de la estructura de pavimento flexible para el caso de subrasante de CBR 5%. En estos resultados se aprecia la disminución de los esfuerzos actuante y las deformaciones por efecto de la simulación en 3D.

Figura 3.6. Gráfico de tensión vertical. Abaqus 3D

Figura 3.9. Gráfico de desplazamiento horizontal. Abaqus 3D

En las Tablas 3.14, 3.15, 3.16, y 3.17, se presentan los resultados en tensiones (kPa), desplazamientos (cm) y deformaciones (cm) del caso analizado para distintos valores de la resistencia de la subrasante.

Tabla 3.14. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 3D. CBR 5%

Profundidad (m) σV (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆V (cm) UH (cm) ∆H (cm)

0.00 (Superficie) 700.280 851.890 0.0900 0.0000 0.0021 0.0000 0.10 (Base) 254.01 29.626 0.0856 0.0044 0.0007 0.0014 0.35 (Subbase) 67.856 1.351 0.0720 0.0180 0.0015 0.0006 0.90 (Subrasante) 34.447 11.930 0.0571 0.0329 0.0008 0.0013

Tabla 3.15. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 3D. CBR 10%

Profundidad (m) σv (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆v (cm) UH (cm) ∆H (cm)

0.00 (Superficie) 700.280 851.503 0.0800 0.0000 0.0021 0.0000 0.10 (Base) 254.406 28.811 0.0759 0.0041 0.0007 0.0014 0.35 (Subbase) 66.939 2.791 0.0620 0.0180 0.0016 0.0005 0.70 (Subrasante) 33.485 7.815 0.0514 0.0290 0.0010 0.0011

Tabla 3.16. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 3D. CBR 15%

Profundidad (m) σv (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆v (cm) UH (cm) ∆H (cm)

0.00 (Superficie) 700.280 848.453 0.0705 0.0000 0.00202 0.0000 0.10 (Base) 254.325 28.300 0.0664 0.0041 0.00074 0.0013 0.35 (Subbase) 75.503 2.076 0.0526 0.0179 0.00158 0.0019 0.55 (Subrasante) 45.330 3.743 0.0458 0.0247 0.00110 0.0019

Tabla 3.17. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 3D. CBR 25%

Profundidad (m) σV (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆V (cm) UH (cm) ∆H (cm)

Superficie (0.00) 700.280 841.672 0.0628 0.0000 0.0020 0.0000 Base (0.10) 254.923 27.802 0.0590 0.0038 0.0008 0.0012 Subbase (0.35) 79.210 3.834 0.0450 0.0178 0.0016 0.0004 Subrasante (0.45) 54.441 2.570 0.0410 0.0218 0.0012 0.0008 En los resultados de la modelación se obtienen resultados lógicos de los estados tensiónales finales, los que fueron calibrados en el capítulo II. Las deformaciones que se obtienen para la estructura del pavimento decrecen al disminuir el espesor de la misma de 0.0329 cm a 0.0218 cm, de igual forma, las deformaciones de los materiales de la subrasante decrecen al aumentar el CBR de los mismos. En estos casos las deformaciones obtenidas son inferiores a la de los modelos en 2D para el caso de la estructura en el orden de 3.2 y 3.4 veces y para el caso del suelo de la subrasante entre 1.0 y 1.3 veces, por lo que se evidencia la importancia de considerar el aporte en 3D al emplear los modelos elásticos.

c. Modelación en 2D, modelos visco-elástico para asfalto y lineal elástico para los otros materiales de la estructura de pavimento flexible

En las Figuras 3.10, 3.11., 3.12 y 3.13 se pueden observar el comportamiento en tensiones y desplazamientos de las estructuras de pavimento flexible analizadas.

Figura 3.10. Gráfico de tensión vertical. Abaqus 3D

Figura 3.12. Gráfico de desplazamiento vertical. Abaqus 3D

Figura 3.13. Gráfico de desplazamiento horizontal. Abaqus 2D

En las Tablas 3.18, 3.19, 3.20, y 3.21, vienen los resultados de tensiones y deformaciones para los modelos en análisis.

Tabla 3.18. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 2D. CBR 5%

Profundidad (m) σV (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆V (cm) UH (cm) ∆H

(cm) 0.00 (Superficie) 700.280 982.617 0.2536 0.00 0.0115 0.00 0.10 (Base) 512.728 254.426 0.2480 0.0056 0.0025 0.009 0.35 (Subbase) 244.985 16.749 0.2270 0.0266 0.0058 0.0057 0.90 (Subrasante) 133.222 1.601 0.1770 0.0766 0.0073 0.0042

Tabla 3.19. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 2D. CBR 10%

Profundidad (m) σv (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆v (cm) UH (cm) ∆H (cm)

0.00 (Superficie) 700.280 964.559 0.2290 0 0.0112 0.00

0.10 (Base) 512.493 235.408 0.2230 0.006 0.0022 0.009 0.35 (Subbase) 247.184 22.761 0.2020 0.027 0.0062 0.005 0.70 (Subrasante) 160.647 6.349 0.1670 0.062 0.0072 0.004

Tabla 3.20. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 2D. CBR 15%

Profundidad (m) σv (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆v (cm) UH (cm) ∆H (cm)

0.00 (Superficie) 700.280 924.103 0.1987 0.00 0.0105 0.00 0.10 (Base) 512.782 206.956 0.1928 0.0059 0.0017 0.0088 0.35 (Subbase) 248.654 22.408 0.1713 0.0274 0.0062 0.0043

Tabla 3.21. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 2D. CBR 25%

Profundidad (m) σV (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆V (cm) UH (cm) ∆H (cm)

Superficie (0.00) 700.280 883.019 0.1733 0.00 0.0098 0.00 Base (0.10) 513.552 183.583 0.1673 0.006 0.0014 0.0084 Subbase (0.35) 254.607 14.143 0.1456 0.0277 0.0059 0.0039 Subrasante (0.45) 223.702 11.816 0.1339 0.0394 0.0056 0.0042 En el análisis realizado, al introducir un modelo visco elástico para el asfalto y mantener constantes el resto de las variables, se obtienen idénticos valores de tensiones y desplazamientos para un modelo en 2D, debido a que los estados tensionales que se generan son pequeños.

d. Modelación en 3D, modelos lineales visco-elástico para asfalto y lineal elástico para los otros materiales de la estructura de pavimento flexible

En las Figuras 3.14, 3.15., 3.16 y 3.17 se puede apreciar el comportamiento en tensiones y deformaciones de la estructura de pavimento flexible mostrada.

Figura 3.14. Gráfico de la tensión vertical. Abaqus 3D

Figura 3.16. Gráfico de desplazamiento vertical. Abaqus 3D

Figura 3.17. Gráfico de desplazamiento horizontal. Abaqus 3D

En las Tablas 3.22, 3.23, 3.24, y 3.5, vienen los resultados de tensiones y deformaciones para la solicitación del tránsito 1.62x106_.

Tabla 3.22. Resultado de la modelación en el programa Abaqus. CBR 5%

Profundidad (m) σV (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆V (cm) UH (cm) ∆H (cm)

Tabla 3.23. Resultado de la modelación en el programa Abaqus. CBR 10%

Profundidad (m) σv (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆v (cm) UH (cm) ∆H (cm)

Tabla 3.24. Resultado de la modelación en el programa Abaqus. CBR 15%

Profundidad (m) σv (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆v (cm) UH (cm) ∆H (cm)

Tabla 3.25. Resultado de la modelación en el programa Abaqus 3D. CBR 25%

Profundidad (m) σV (kPa) σH (kPa) Uv (cm) ∆V (cm) UH (cm) ∆H (cm)

Superficie (0.00) 700.280 841.672 0.0628 0.0000 0.0020 0.0000 Base (0.10) 254.923 27.802 0.0590 0.0038 0.0008 0.0012 Subbase (0.35) 79.210 3.834 0.0450 0.0178 0.0016 0.0004 Subrasante (0.45) 54.441 2.570 0.0410 0.0218 0.0012 0.0008 En el análisis realizado, al introducir un modelo visco elástico para el asfalto, en vez de uno elástico y mantener constantes el resto de las variables, se obtienen idénticos valores de tensiones y desplazamientos en 3D, tal y como se había obtenido antes para un modelo en 2D, porque los valores de la carga aplicada son pequeños. La capa de superficie es modelada con un material visco elástico, en este modelo se introducen degradaciones a los módulos iniciales producto de la viscosidad, pero como los estados tensionales que se generan son pequeños, este material trabaja en el tramo de comportamiento lineal inicial, de ahí que los resultados sean idénticos al caso anterior.

e) Modelación en 2D, modelos lineal elástico para asfalto y elasto-plástico para suelos

El programa no permite realizar este análisis en 2D, en el que se deseaba valorar la posibilidad de plastificación en algunas zonas de concentración de esfuerzos, por lo que para realizar el mismo se necesita trabajar en 3D. La modelación en 3D empleando estos modelos, no fue objetivo de la investigación debido a no contar con el tiempo necesario para las corridas, ni con los recursos de cómputo necesarios. El error en la corrida del fichero en 2D se puede observar en la Figura 3.18.

De los resultados obtenidos en la modelación serán empleados en las siguientes comprobaciones por el método de la AASHTO 2004, para ello se toman los modelos que mejor logran reproducir los efectos de los fenómenos que considera este método. En este caso sería el modelo visco elástico para el asfalto y lineales elásticos para el resto de los materiales al modelar la estructura en 2D y en 3D.

In document Drilling Parameters and Their Effect on Chip Clogging and Surface Roughness (Page 50-54)