Modelo de simulación empírico-mecanicista para determinar la vida útil de pavimetos flexibles basado en Monte Carlo

Abstract

Road infrastructure is one of the main problems in Mexico today. Therefore, in the last decades the development of the country has allowed to have important advances in the regulation of flexible pavements. Actually, new design methods have been developed, which due to their complexity have led to the development of computer programs. In this research the mechanistic empirical methodology for the design of flexible pavements was applied. The analysis of stresses and deformations in each layer was performed with the Odemark method. To determine the useful life due to permanent deformation and fatigue of the asphalt binder, the pavement performance transfer functions derived from the method of the Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) and general transfer functions such as those of the Instituto Mexicano del Transporte (IMT). To adjust the input variables (traffic, dynamic module of the asphalt folder and CBRs of the soil layers), probabilistic techniques were used that allowed us to determine their probability distribution function. From this, randomness could be generated for each variable and the empirical-mechanic analysis was carried out. The probabilistic analysis was validated using the Montecarlo simulation method and with it the in-situ pavement behavior was determined. A practical case is presented with real data of the quality control of the construction of a flexible pavement provided by the Secretaría de Comunicaciones y Transporte (SCT). As input parameters, the mechanical characteristics deduced from the compacted soil in the field of each layer were used through soil mechanics tests. In addition, from the collection of traffic data, the load spectra of each of the different types of axes and the Annual Average Daily Traffic (TDPA) were obtained.

En México, es necesario mejorar la calidad y el diseño de los pavimentos flexibles, debido a los constantes casos de baja calidad en la vida útil que se han presentado en las últimas décadas. Para ello se propone analizar probabilísticamente la variabilidad del tránsito y propiedades mecánicas de los materiales, con la finalidad de mejorar significativamente su desempeño. En este trabajo de investigación se aplicó la metodología empírico-mecanicista para el diseño de pavimentos flexibles. El análisis de esfuerzos y deformaciones en cada capa se realizó con el método de Odemark. Para determinar la vida útil por deformación permanente y por fatiga de la carpeta asfáltica, se utilizaron las funciones de transferencia de desempeño del pavimento deducidas del método de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y funciones de transferencia generales como las del Instituto Mexicano del Transporte (IMT). Para realizar el ajuste de las variables de entrada (tránsito, módulo dinámico de la carpeta asfáltica y CBRs de las capas de suelo), se utilizaron técnicas probabilísticas que nos permitieron determinar su función de distribución de probabilidad. A partir de esto, se pudo generar aleatoriedad a cada variable y se realizó el análisis empírico-mecanicista. El análisis probabilístico se validó mediante el método de simulación Montecarlo y con ello se determinó el comportamiento del pavimento in situ. Se presenta un caso práctico con datos reales del control de calidad de la construcción de un pavimento flexible proporcionados por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT). Como parámetros de entrada se utilizaron las características mecánicas deducidas del suelo compactado en campo de cada capa mediante ensayos de mecánica de suelos. Además, de la recolección de datos de tránsito se obtuvieron los espectros de carga de cada uno de los diferentes tipos de ejes y el Tránsito Diario Promedio Anual (TDPA).