RETROCALCULO DE MÓDULOS MEDIANTE EL USO DE REDES NEURALES ARTIFICIALES CONSIDERANDO CARGA MÚLTIPLE Y CERO FRICCIÓN ENTRE CAPAS DE PAVIMENTOS FLEXIBLES Ing. Fabricio Leiva Villacorta, Ph.D., MBA Ing. David Timm, Ph.D., PE

Evaluación de pavimentos Retrocálculo Materiales Tráfico Ambiente Pavement Evaluation Diseño M-E Sobrecapa Material properties and structural characteristics are important for accurate performance prediction and design of efficient pavement structures. This process integrates the NDE results, and material properties of all the exiting layers and environmental conditions into the pavement structure. The structure is then modeled using a mechanical analysis program, and the pavement response is calculated given the axle load and tire configuration. The pavement response is then used to estimate the remaining life from empirically-derived transfer functions. Finally, if the rehabilitation technique requires the design of an overlay, an iterative process is carried out until the remaining life of the new structure matches the new design life. Estructura Existente Análisis Mecanístico Rehabilitación σ ε Respuesta Funciones de transferencia Vida Remanente

Deflexiones Calculadas Modulos Retrocalculados Retrocálculo Base Suelo MAC FWD Convertir Deflexiones medidas en modulos de capa Tolerancia N Valores Entrada E1, E2, E3 Y LEA Deflexiones Calculadas Modulos Retrocalculados

Limitaciones Sesible a condiciones iniciales Limitado número de capas Consume mucho tiempo Mayoría considera adherencia completa entre capas

OBJETIVO Desarrollar modelos ANN capaces de calcular módulos de capa de pavimentos de una forma rápida y precisa que incorpore múltiple niveles de carga y que considere cero fricción entre capas.

Metodología Modelos ANN para pavimento flexible de 3 capas Análisis de tipo de adherencia entre capas Aplicación de modelos en tramos experimentales en NCAT

RESULTADOS Tramos estudiados

RESULTADOS Tramos estudiados Capa 1-Superior Tramo S9 S10 S11 N10 N11 %Modificador 2.8 0.0 Grado PGa 76-22 82-10 80-16 RAPb, % 50 Espesor, in 1.2 1.3 1.5 1.4 2-Intermedia 94-10 88-10 2.7 3.0 3-Inferiror 67-22 2.6 2.9

RESULTADOS Desarrollo de modelos ANN Capa Módulo, ksi Espesor, in Módulo de Poisson Mezcla asfáltica (C1) 50 - 3000 5.0 - 8.0 0.35 Base Granular (C2) 1 - 100 4.5 - 7.5 0.40 Subrasante (C3) Infinito 0.45

RESULTADOS Desarrollo de modelos ANN

RESULTADOS Desarrollo de modelos ANN Criterio* R2 Se/Sy Excelente > 0.9 < 0.35 Bueno 0.7 - 0.89 0.36 - 0.55 Aceptable 0.4 - 0.69 0.56 – 0.75 Pobre 0.20 - 0.39 0.76 - 0.90 *NCHRP Report 465 Tolerancia RMSE Modulo R2 Se/Sy 0.1 0.01 - 0.21 E1 0.999 0.034 E2 0.026 E3 1.000 0.002

RESULTADOS Errores potenciales debido a inadecuada modelación de interface entre capas Parámetro Promedio Desv. Est. t-value p-value E1 original 498.3 113.5 28.46 <<0.05 E1 Estimado 647.1 190.2 Diferencia 148.6 222.3 E2 Original 27.7 13.1 -64.85 E2 Estimado 7.1 3.61 -20.5 13.4 E3 Original 16.2 7.82 1.63 0.104 E3 Estimado 16.6 7.62 0.42 10.9

RESULTADOS Modulos: Estimados ANN vs. Estimados Retrocálculo convencional

RESULTADOS E1 E2 E3

Comparación de Metodologías RMSE Tramo Porcentaje de valores dentro del criterio Retrocálculo ANN FB ANN FS Muy Buena < 1% S9 21.5 76.2 93.2 S10 22.9 40.9 78.3 S11 21.9 54.5 79.8 N10 8.28 53.8 65.1 N11 8.2 92.9 99.9 Buena < 3% 85.8 94.8 99.2 89.9 81.3 97.2 74.7 83.2 95 86.1 86.2 87.6 92.8 100

CONCLUSIONES Inadecuada modelación de la interface de capas  diferencias significativas en los módulos estimados (subestimación bases granulares hasta 74%). Superioridad de la aplicación de modelos de redes neuronales sobre la metodología convencional de retrocálculo.

Muchas Gracias! http://www.lanamme.ucr.ac.cr/ Fabricio.leiva@ucr.ac.cr