Determinación de la confiabilidad implícita en el método de diseño estructural de pavimentos flexibles AASHTO-93 en base a modelos de predicción del deterioro.
Loading...
Date
2014
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
En la actualidad cuando se requiere definir la confiabilidad que se utilizará en el diseño de un pavimento, esta se asigna según recomendaciones de guías de diseño o de acuerdo al criterio del diseñador. Esta situación hace probable que cuando se evalúa la estructura la vida diseño puede verse sub o sobre dimensionada. Adicionalmente, el valor de confiabilidad elegido se define como un valor determinista, que en el diseño se involucra como una simplificación de un análisis basado en la teoría de confiabilidad y que para efectos prácticos se configura como un factor de seguridad que minora el número de ejes equivalentes predichos por el método de diseño. De otro lado, los modelos de comportamiento son desarrollos empíricos que se calibran en base a información tomada de campo y que gracias a ella pueden evaluar el desempeño de una estructura de pavimento en condiciones reales de clima, calidad del proceso constructivo, desempeño de los materiales, comportamiento del tránsito, etc. Por lo tanto, la forma adecuada de enfrentar el diseño es evaluar el desempeño en términos de la probabilidad de éxito, definida como la probabilidad de que el número de repeticiones carga realmente aplicadas sobre el pavimento, no excedan el número de repeticiones de carga que puede soportar hasta alcanzar un nivel mínimo de serviciabilidad especificada y no desde una perspectiva determinista. Debido a lo anterior, esta investigación propone un método que relaciona el diseño con los modelos de comportamiento, mediante el cual puede obtenerse valores de confiabilidad que reducen la incertidumbre de su asignación y proporcionen una estimación realista de la vida de diseño, al tomar en cuenta los modelos de comportamiento.
Para lograr este objetivo se desarrolló un modelo conceptual del método de diseño, que considerando su naturaleza aleatoria y aplicando técnicas de simulación permitieran obtener distribuciones de probabilidad que caracterizan la vida de diseño utilizando datos tomados en campo. Paralelamente, se realizó una propuesta mediante la cual fuese posible integrar los modelos de deterioro, de tal manera que pudiesen predecir la evolución de la serviciabilidad con respecto a las cargas del tránsito que circulan sobre el pavimento. De esta manera, puede estimarse la vida útil del pavimento, que se caracterizó mediante funciones de densidad de probabilidad que fueron ajustadas utilizando datos tomados en campo. Posteriormente con las representaciones aleatorias de la vida de diseño y vida útil, y la utilización de la teoría de la confiabilidad se obtienen valores de confiabilidad que contrastan adecuadamente el diseño predicho con el desempeño esperado de un pavimento en servicio. Finalmente, la propuesta de este estudio fue evaluada mediante un caso de estudio sobre carreteras localizadas en Chile. Los modelos desarrollados definieron valores de confiabilidad para distintas categorías de caminos, clasificados por ubicación geográfica, nivel de tránsito y capacidad estructural. Además se obtuvieron representaciones probabilísticas de los distintos deterioros analizados y de la expectativa de vida de diseño por categorías clasificadas según se indicó antes. Se concluye que la relación entre el método de diseño empírico AASHTO-93 y los modelos de comportamiento del programa HDM-4 es una herramienta válida para definir el valor de confiabilidad, que ajusta el resultado del diseño gracias a una evaluación anticipada de la evolución del camino cuando se coloca en servicio, lo que representa una menor variabilidad de la vida útil de la estructura de pavimento.En la actualidad cuando se requiere definir la confiabilidad que se utilizará en el diseño de un pavimento, esta se asigna según recomendaciones de guías de diseño o de acuerdo al criterio del diseñador. Esta situación hace probable que cuando se evalúa la estructura la vida diseño puede verse sub o sobre dimensionada. Adicionalmente, el valor de confiabilidad elegido se define como un valor determinista, que en el diseño se involucra como una simplificación de un análisis basado en la teoría de confiabilidad y que para efectos prácticos se configura como un factor de seguridad que minora el número de ejes equivalentes predichos por el método de diseño. De otro lado, los modelos de comportamiento son desarrollos empíricos que se calibran en base a información tomada de campo y que gracias a ella pueden evaluar el desempeño de una estructura de pavimento en condiciones reales de clima, calidad del proceso constructivo, desempeño de los materiales, comportamiento del tránsito, etc. Por lo tanto, la forma adecuada de enfrentar el diseño es evaluar el desempeño en términos de la probabilidad de éxito, definida como la probabilidad de que el número de repeticiones carga realmente aplicadas sobre el pavimento, no excedan el número de repeticiones de carga que puede soportar hasta alcanzar un nivel mínimo de serviciabilidad especificada y no desde una perspectiva determinista. Debido a lo anterior, esta investigación propone un método que relaciona el diseño con los modelos de comportamiento, mediante el cual puede obtenerse valores de confiabilidad que reducen la incertidumbre de su asignación y proporcionen una estimación realista de la vida de diseño, al tomar en cuenta los modelos de comportamiento.
Para lograr este objetivo se desarrolló un modelo conceptual del método de diseño, que considerando su naturaleza aleatoria y aplicando técnicas de simulación permitieran obtener distribuciones de probabilidad que caracterizan la vida de diseño utilizando datos tomados en campo. Paralelamente, se realizó una propuesta mediante la cual fuese posible integrar los modelos de deterioro, de tal manera que pudiesen predecir la evolución de la serviciabilidad con respecto a las cargas del tránsito que circulan sobre el pavimento. De esta manera, puede estimarse la vida útil del pavimento, que se caracterizó mediante funciones de densidad de probabilidad que fueron ajustadas utilizando datos tomados en campo. Posteriormente con las representaciones aleatorias de la vida de diseño y vida útil, y la utilización de la teoría de la confiabilidad se obtienen valores de confiabilidad que contrastan adecuadamente el diseño predicho con el desempeño esperado de un pavimento en servicio. Finalmente, la propuesta de este estudio fue evaluada mediante un caso de estudio sobre carreteras localizadas en Chile. Los modelos desarrollados definieron valores de confiabilidad para distintas categorías de caminos, clasificados por ubicación geográfica, nivel de tránsito y capacidad estructural. Además se obtuvieron representaciones probabilísticas de los distintos deterioros analizados y de la expectativa de vida de diseño por categorías clasificadas según se indicó antes. Se concluye que la relación entre el método de diseño empírico AASHTO-93 y los modelos de comportamiento del programa HDM-4 es una herramienta válida para definir el valor de confiabilidad, que ajusta el resultado del diseño gracias a una evaluación anticipada de la evolución del camino cuando se coloca en servicio, lo que representa una menor variabilidad de la vida útil de la estructura de pavimento.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2014