6. SENSIBILIZACIÓN DE LOS PARÁMETROS NECESARIOS PARA LA
6.4. MATRIZ DE CASOS PARA ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD
A continuación, se explica la matriz de casos considerada para la realización del análisis de sensibilidad utilizando el software de la Guía Empírico – Mecanicista de Diseño de Pavimentos GEMDP AASHTO 2008.
Los elementos que componen la matriz de casos son:
• 1 opción de Ejes Equivalentes (40 Millones)
• 2 opciones de Tráfico (Arica, Santiago)
• 3 opciones de Clima (Arica, Santiago, Punta Arenas)
• 4 opciones de Largo de Losa (3, 3.5, 4 y 4.5 [m])
• 6 opciones de Alabeo por construcción (-6, -10, -14, -18, -22 y -24 [°C])
• 13 opciones de parámetros de los materiales (Peso Unitario, Razón de Poisson, Conductividad Térmica, Capacidad Calorífica, Absorción Superficial de Ondas Cortas, Coeficiente de Expansión Térmica, Contenido de Cemento, Razón Agua/Cemento, Temperatura de Esfuerzo Cero, Retracción Reversible, Módulo de Elasticidad, Módulo de Ruptura y Resistencia a la compresión cilíndrica)
• 3 opciones de Rango de Valores (de acuerdo a cada parámetro)
Con lo expuesto anteriormente, tenemos las siguientes matrices de casos (expuestas en distintos niveles debido a la cantidad de datos):
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Figura 6.4-1: Matriz de Casos (EE, Tráfico, Clima)
Figura 6.4-2: Matriz de Casos para Tráfico: Arica y Clima: Arica
40 Millones de
Ejes
Equivalentes
Arica
Arica
Santiago
Punta Arenas
Santiago
Arica
Santiago
Punta Arenas
40 Millones deEjes Equivalentes Arica Arica
LL3 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL3.5 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL4 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
120
Figura 6.4-3: Matriz de Casos para Tráfico: Arica y Clima: Santiago
Figura 6.4-4: Matriz de Casos para Tráfico: Arica y Clima: Punta Arenas
40 Millones de
Ejes Equivalentes Arica Santiago
LL3 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL3.5 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL4 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL4.5 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
40 Millones de
Ejes Equivalentes Arica Punta Arenas
LL3 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL3.5 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL4 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
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Figura 6.4-5: Matriz de Casos para Tráfico: Santiago y Clima: Arica
Figura 6.4-6: Matriz de Casos para Tráfico: Santiago y Clima: Santiago
40 Millones de
Ejes Equivalentes Santiago Arica
LL3 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL3.5 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL4 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL4.5 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
40 Millones de
Ejes Equivalentes Santiago Santiago
LL3 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL3.5 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL4 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
122
Figura 6.4-7: Matriz de Casos para Tráfico: Santiago y Clima: Punta Arenas
Es importante notar que el análisis de sensibilidad utilizando el software de la Guía Empírico – Mecanicista de Diseño de Pavimentos GEMDP AASHTO 2008 se realiza solamente con 2 espectros de carga (Tráfico) y 3 estaciones climáticas (Clima) debido a que las matrices mostradas anteriormente, utilizando todas las variables expuestas y solamente 2 espectros de carga y 3 estaciones climáticas, genera un total de 5616 combinaciones distintas. Por ejemplo, el hecho de considerar un espectro de carga más para realizar el análisis de sensibilidad, significaría un total de 8424 combinaciones distintas. Motivos que se exponen a continuación y el carácter teórico de esta memoria, hacen inviable la opción de considerar un espectro de carga más, por lo que finalmente se eligen los elementos expuestos anteriormente.
Las combinaciones generadas con los elementos elegidos y expuestos líneas arriba (5616 combinaciones distintas) deben ser ingresadas manualmente al software AASHTOWare Pavement ME Design en su versión 2.2 (software de la Guía Empírico – Mecanicista de Diseño de Pavimentos GEMDP AASHTO 2008) debido a que dicha versión no permite el ingreso de parámetros mediante base de datos o de manera automatizada.
Para el ingreso de los espectros de carga, se tuvo que desarrollar un archivo en formato XML, el cual permitía cargar de una sola vez los datos necesarios para cada tipo de camión. Aun así, el ingreso de este archivo XML al software AASHTOWare Pavement ME Design debía hacerse de forma manual para cada corrida realizada.
Posterior a la generación de los resultados de los 5616 archivos, estos debían ser organizados de acuerdo a los criterios de desempeño y en un formato acorde que permita la representación gráfica de tantas variables a la vez. Para esto se utilizaron rutinas Macro desarrolladas en VBA para Excel y software especializado.
Los 5616 archivos de resultados deben ser procesados y ordenados en filas, debido a que el software especializado utiliza este formato de entrada de datos. Dado que el tiempo de vida de la vía considerado en el análisis de sensibilidad son 20 años, se generan 240 datos para cada combinación distinta. Teniendo en consideración que, como se mencionó,
40 Millones de
Ejes Equivalentes Santiago Punta Arenas
LL3 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL3.5 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
LL4 6 valores de PC 13 Variables Rango de 3 valores
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tenemos 5616 combinaciones distintas y 3 criterios de desempeño a analizar, el número total de datos generados son 4043530 millones.
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7. RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LOS PARÁMETROS
NECESARIOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DEL HORMIGÓN EN LA
GEMDP AASHTO 2008
7.1. INTRODUCCIÓN
Una vez determinada la matriz de casos necesaria para el análisis de sensibilidad, se procede a realizar la carga de los datos en el software de la Guía Empírico – Mecanicista de Diseño de Pavimentos GEMDP AASHTO 2008. Para esto, se ingresan todos los valores base que se mencionaron anteriormente, así como las bases de datos de Tráfico (Espectros de Carga completos por Eje), de Clima (archivos *.dat obtenidos de otras memorias y contienen los datos reales de estaciones climáticas en Chile), de TMDAC y los parámetros geométricos asociados al tráfico pesado y la estructura de pavimento.
Una vez ingresados los datos se realiza la corrida, que dura aproximadamente 15 minutos. El software de la GEMDP AASHTO 2008 permite realizar la corrida de hasta 100 casos al mismo tiempo, pero esto sujeto a las capacidades técnicas del equipo donde está instalado el software. Dado que el equipo donde se encuentra instalado el software no contaba con las mejores características, este solo podía realizar corridas en grupos de 20, sin sufrir caídas ni cierres forzados, aunque de igual forma, el tiempo por cada corrida se mantiene igual y la modificación de datos debe hacerse caso a caso.
Posterior a la corrida de los distintos casos, es necesario extraer de todos los archivos que se generan, el archivo EXCEL que contiene toda la información y resultados de la corrida. Debido a la cantidad de corridas realizadas (5616) y la necesidad de renombrar los archivos de acuerdo al formato de nombre establecido anteriormente, es necesario la utilización de algún software que automatice el procedimiento. Para esto se utilizan dos programas que se encargan de extraer el archivo con extensión *.xls, copiar a otra carpeta y posteriormente renombrar de acuerdo a los parámetros indicados. De todas formas, este procedimiento no es totalmente automático debido a que es necesario la intervención del usuario para indicar respecto a que parámetros se está realizando la clasificación. El procedimiento completo dura 1.20 [min] por caso.
Con los archivos renombrados de acuerdo al formato establecido, es necesario extraer de cada archivo con extensión *.xls los resultados de la corrida para los 240 meses pero diferenciando por criterio de desempeño (IRI, Escalonamiento, Agrietamiento transversal) para lo cual es necesario desarrollar un código MACRO en VBA de Excel, ya que dada la estructura de los archivos generados por el software, estos tienen la misma posición siempre, pero realizar el procedimiento a mano demoraría demasiado tiempo. Una vez generado el código se procede a separar en tres archivos los datos extraídos, donde cada uno corresponde a un criterio de desempeño. El tiempo en realizar el procedimiento completo para cada caso es de 1 [min], aunque este tiempo depende de que el equipo donde se encuentra instalado el software no se sobrecargue, por lo que este paso debe realizarse sin ningún otro proceso en paralelo.
Los archivos con extensión *.xls obtenidos para cada criterio de desempeño necesitan ser ordenados de acuerdo a los parámetros que se están estudiando. Para esto es necesario desarrollar otro código MACRO en VBA de EXCEL. El tiempo en generar los nuevos archivos *.xls con los datos ordenados por criterio de desempeño es de 1.3 [min].
Los resultados de este procedimiento, generan tres archivos, de acuerdo a los criterios de desempeño indicados anteriormente, con casi 1400000 filas. Para poder manejar
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convenientemente estos archivos se utilizó el software especializado llamado “TABLEAU Desktop” en su versión 10.1. Este software, especializado en el manejo, visualización y análisis de grandes bases de datos, no es de licencia gratuita, sin embargo, ofrecen una versión para estudiantes con una duración de 1 año. Para el desarrollo de esta memoria se utilizó la versión para estudiantes. el cual realiza el procesamiento de grandes bases de datos y muestra los resultados gráficamente.
A continuación, se presentan los resultados de los 13 parámetros considerados en la sensibilización del diseño separados en los criterios de desempeño (Agrietamiento transversal, Escalonamiento e IRI).
Para la presentación de los resultados, las variables Largo de Losa y Alabeo permanente por construcción se mantendrán constantes en 3.5 [m] y -10 [°C] respectivamente. Esto debido a que las losas en Chile se construyen actualmente con ese tamaño y el valor de Alabeo permanente por construcción no es considerado (actualmente) como determinante en el diseño de pavimentos rígidos. Posteriormente se mostrará como este parámetro incide en el diseño de pavimentos rígidos nuevos.
Los resultados completos para las sensibilizaciones de cada parámetro se encuentran en el Anexo A. A continuación, se presentan y discuten los principales resultados para cada uno de los deterioros (Imágenes de alta resolución se encuentran en la carpeta Anexo C).