Effect of temperature gradients on the behaviour of jointed plain concrete pavements

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FONTE

Rev. IBRACON Estrut. Mater.

DATA DE PUBLICAÇÃO

20/05/2019

RESUMO

Resumo Em muitos países da América Latina os pavimentos de concreto com juntas (JPCP) são calculados usando os métodos da “American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) ou da “Portland Cement Association” (PCA), os quais não levam em consideração explicitamente as condições climáticas específicas de cada região onde um JPCP será construído. É muito conhecido o empenamento causado pelos gradientes térmicos que se apresentam através da espessura do pavimento, o qual pode ocasionar a perda de suporte nas extremidades ou no centro da placa dependendo do momento do dia. Esta situação, paralelamente com as cargas veiculares, produzem esforços de tensão que podem ser de suficiente importância para iniciar a fissuração e finalmente a falha completa por fadiga. Nesta investigação, o software de Elemento Finito (EF) EverFe2.25 foi usado para estudar o impacto que os gradientes termicos (calibrado para considerar os gradientes de humidade), em combinação com as cargas veiculares (tandem com duas rodas de 180 kN), tem sobre o comportamento de uma tipica seção de JPCP. Para o JPCP em estudo, o aumento aparente do esforço de tensão atribuído aos Gradientes Térmicos Equivalentes (ETGs) negativos locais (ΔT = -18.5°C) foi 5.5 vezes maior do que os esforços induzidos pelo eixo quando posicionado na borda da placa e até 8.8 vezes maior quando foi colocado o canto da placa. Apesar de que o incremento aparente não foi tão grande quando analisados os ETGs positivos (ΔT = +18.5°C), a amplitude absoluta do esforço calculado nas combinações com as cargas veiculares para estas situações são suficientemente grandes para que ocorra falha por fadiga. Portanto, os gradientes termicos locais tem que ser tomados em consideração para o calculo dos JPCP usando procedimentos de design mais adequados, como o procedimento Empírico-Mecanicista.Abstract In many countries of Latin America, Jointed Plain Concrete Pavements (JPCP) are designed using the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) or the Portland Cement Association (PCA) methods, none of which take explicitly into account the environmental conditions of the specific region where a JPCP will be built. It is well known that temperature gradients across the thickness of concrete slabs produce curling which can cause slabs to lose support at its corners and its center depending on the time of the day. This situation, in combination with vehicle loading, generates tensile stresses which can be significant enough to cause initial cracking and the subsequent failure of the pavement. In this research, the Finite Element (FE) package EverFE2.25 was used to study the impact of temperature gradients (calibrated to account for humidity gradients) in combination with a vehicle load (a dual wheel tandem axle of 180 kN) on the performance of a typical JPCP highway section. For the JPCP under study, the apparent increase of the tensile stresses attributable to negative local (ΔT = -18.5°C) Equivalent Temperature Gradients (ETGs) was as 5.5 times larger than the one induced by the axle when it was placed at the border of the slab and up to 8.8 times larger when it was placed at the corner of the slab. Although the apparent increase was not as high when the positive local ETGs (ΔT = +18.5°C) were used, the absolute magnitude of the stresses in combination with the vehicle load were still high enough for the pavement to fail under fatigue. Thus, local temperature gradients should be studied regionally and considered in the design of JPCP using more suitable design procedures such as the Mechanistic-Empirical design procedure.

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