Estimación de módulos elásticos en pavimentos usando redes neuronales artificiales

Gloria I. Beltrán C., Miguel P. Romo O.

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Transportation Geotechnics

ABSTRACT: Layer stiffness and strength estimation are some of the main difficulties in modeling existing flexible pavement behavior. In order to perform down-to-earth analyses of the complex physical phenomenon of actual pavement™s behavior (multivariate, non- linear, discontinuous, heterogeneous problem), cognitive methods are addressed in this work; in particular artificial neural networks are used to estimate layer modulus from non destructive deflection testing data processing. As a result, a reliable modeling is obtained in terms of accurate results, with enough flexibility to perform sensitivity analysis under particular considerations; efficiency is demonstrated by low computational cost.

RESUMEN: Una de las principales dificultades en la modelación del comportamiento mecánico de pavimentos flexibles en servicio, es la representación de la resistencia y la rigidez de las capas que lo componen. Con el ánimo de lograr análisis apegados al fenómeno físico complejo representativo del comportamiento real de pavimentos (problema multi-variado, no lineal, discontinuo, heterogéneo), en este trabajo se abordan métodos cognitivos, y en particular las redes neuronales artificiales para estimar módulos de capa a partir de datos de pruebas no destructivas de deflexión. Como resultado, se obtiene una modelación confiable en términos de precisión, con suficiente flexibilidad para realizar análisis de sensibilidad para condiciones particulares, y eficiencia demostrada mediante bajo costo computacional. 1 INTRODUCCIÓN Una de las condiciones que deben garantizar las obras de infraestructura de carreteras al tránsito vehicular, es la estabilidad de los pavimentos durante su vida útil. Para esos fines, se realizan evaluaciones en determinados momentos bajo las condiciones reales de servicio y, en función del estado del pavimento, se establece la vida remanente, las necesidades de intervención para mantener o rehabilitar una vía, las estrategias, alcance y costos. Usualmente, se efectúan auscultaciones para medir características representativas de la condición, cuyo procesamiento, interpretación y análisis permita caracterizar el comportamiento a lo largo de un corredor. En este trabajo en particular se busca la determinación rápida y confiable de parámetros mecánicos del pavimento, útiles para caracterizar la condición estructural y para orientar las decisiones sobre rehabilitación. Para esos fines, se analizan datos registrados sobre carreteras mexicanas en pruebas no destructivas de deflexión, las cuales se basan en la respuesta que exhibe un pavimento ante un impulso de carga aplicada sobre la superficie, para simular el efecto del tránsito vehicular. En el análisis e interpretación de datos se aplican métodos no convencionales basados en la inteligencia artificial y en particular, las redes neuronales artificiales para estimar módulos elásticos de las capas de pavimento. La aplicación de estas herramientas de modelación, constituye una posibilidad para superar algunas de las deficiencias de los métodos de evaluación tradicionales, sin pretender desconocer ni reemplazar los avances con ellos alcanzados, ni los juicios ingenieriles basados en la práctica y la experiencia. 2 COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS Desde el punto de vista mecánico, un pavimento flexible es una estructura multicapa sometida a carga repetida, cuya respuesta y desempeño depende en gran parte de la rigidez y espesor de las capas que lo componen. Estos pavimentos se conciben de manera tal que el concreto asfáltico colocado como rodamiento, aporte: a) suficiente rigidez para asumir la mayor proporción de la carga repetida transmitida directamente por las llantas de los vehículos; b) flexibilidad para que las deformaciones acumuladas por repetición de carga se mantengan en el rango elástico; c) resistencia a las agresiones del medio ambiente y d) una superficie cómoda para el usuario. Cada impulso de carga se transfiere gradualmente en profundidad, a través de las capas granulares intermedias de base y subbase, cuya función es aportar resistencia al deterioro y estabilidad estructural y volumétrica. Las capas inferiores actúan como cimentación de la estructura de pavimento y,

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