Dynamic Effects of Moving Loads on the Jointed Plain Concrete Pavement Responses

Abstract

Abstract.In this paper, to analyze the Jointed Plain Concrete Pavement (JPCP), a 3-D dynamic model of the pavement was modeled using ABAQUS. Moving load with different speed and interaction between the Dowel bar and concrete has been considered in this research. The output for the strain in the joints has been validated with accurate experimental results. Research has shown that the finite element analysis, is an accurate and efficient method to model the interaction between the dowel bar and surrounding concrete. The results showed that with increasing the speed of moving load, the maximum strain in joints decreases. Such reduction is about 18 % for the 20 ton axial load and the speed of 120 km/hr. relative to the speed of 32 km/hr. In addition, with increasing the axial load, the maximum strain in the joints increases. This increase is more for the lower speeds. In addition, it is found that decreasing the loading speed and increasing the axial load will result in increasing the maximum strain and maximum stress in the connected area of dowel bar and surrounding concrete. Thus it may become more than the ultimate tensile strength and result in initiate cracking in the tensile area of concrete slab, especially in the joints. Furthermore, the results showed that changing the mechanical specification of concrete would not significantly affect the maximum strain in the JPCP, which using C50 instead of C25, the maximum strain would increase about 10 %. However, the mechanical specification of JPCP could affect the cracking propagation and concrete durability.

Behavior analysis of maximum stresses induced in rigid pavements due to partial replacement of slabs

“…1 se muestra la sección típica de este tipo de pavimentos. El pavimento de losas planas de concreto con juntas (Jointed Plain Concrete Pavement "JPCP" en inglés) está construido con concreto de cemento Portland y está compuesto de numerosas losas de concreto de geometrías discretas, dimensionadas por juntas longitudinales y transversales [4], [7], [8], [9]. Aunque las juntas transversales se utilizan para controlar las grietas producto de la deformación térmica y la contracción por secado de las losas, la disposición de estas juntas puede disminuir la capacidad de carga de las losas de concreto cerca del borde.…”

“…Aunque las juntas transversales se utilizan para controlar las grietas producto de la deformación térmica y la contracción por secado de las losas, la disposición de estas juntas puede disminuir la capacidad de carga de las losas de concreto cerca del borde. Esa reducción debe controlarse adecuadamente para evitar daños en el pavimento bajo cargas repetitivas [9]. El análisis del pavimento rígido es más complejo que el estudio de pavimentos flexibles, debido a la estructura de las juntas, las barras y el análisis del suelo de fundación del pavimento [10].…”

“…Sin embargo, el método de elementos finitos es sin duda uno de los métodos principales debido a su flexibilidad y adaptabilidad [3]. Con el desarrollo de la mecánica computacional, el método de elementos finitos rompió las limitaciones que imponían las condiciones de borde y los tipos de carga en los métodos analíticos [9].…”

“…Existen varios métodos para evaluar la capacidad estructural de los pavimentos a partir de los datos del cuenco de deflexión, incluidas las técnicas de pruebas no destructivas, como es la deflectometría de impacto y los programas numéricos y analíticos como ISLAB2000, DIPLOMAT, entre otros, y programas de elementos finitos como EverFE, KENSLABS, ABAQUS, ANSYS, junto a otros software [9], [17].…”

“…Es aceptado ampliamente que los modelos de elementos finitos en 3D son necesarios para capturar adecuadamente la respuesta estructural de los sistemas de pavimento rígido [8]. Varias investigaciones aplicaron el método de elementos finitos como una de las herramientas numéricas más precisas y poderosas para investigar las propiedades de la capa de concreto y las respuestas críticas del pavimento, en profundidad, bajo cargas de tráfico y ambientales [9]. Este método de elementos finitos considera etapas necesarias para lograr un adecuado modelo como es la discretización de objetos, análisis de caracterización de elementos, ensamblaje de elementos y solución de grado de libertad de nodos [3], [4].…”