Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79915
Tipo: | Dissertação |
Título: | Pavement backcalculation based on nondestructive testing using a finite element model and optimization methods |
Autor(es): | Furtado, Lia Beatriz Gomes |
Orientador: | Parente Junior, Evandro |
Coorientador: | Barroso, Elias Saraiva |
Palavras-chave em português: | Retroanálise de pavimentos;Método dos elementos finitos;Otimização;Mínimos quadrados;Falling Weight Deflectometer;Pavimentos |
Palavras-chave em inglês: | Pavement backcalculation;Finite element method;Optimization;Least squares;Falling Weight Deflectometer;Pavements |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
Data do documento: | 2025 |
Citação: | FURTADO, Lia Beatriz Gomes. Pavement backcalculation based on nondestructive testing using a finite element model and optimization methods. 2024. 95 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil - Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
Resumo: | A análise inversa é utilizada em diferentes aplicações para determinação de parâmetros a partir de respostas medidas e um modelo adotado. Quando as respostas do modelo dependem dos parâmetros de forma não linear, estes podem ser determinados pela minimização da diferença entre as respostas medidas e as respostas do modelo utilizando algoritmos de Mínimos Quadrados Não Lineares (MQNL). Uma aplicação de engenharia que utiliza este conceito é a retroanálise de pavimentos, na qual os módulos de elasticidade das camadas do pavimento são estimados com base nos resultados de ensaios não destrutivos, como o ensaio Falling Weight Deflectometer (FWD). Ela é amplamente utilizada para avaliar a qualidade da construção do pavimento e monitorar a condição estrutural ao longo de sua vida útil. Diversos avanços no processo de retroanálise de pavimentos vêm sendo realizados ao longo das últimas décadas, tanto no que diz respeito à definição do modelo para obtenção das respostas (módulo forward) quanto no procedimento de otimização para determinação dos parâmetros (módulo backward). Reconhecendo as limitações dos métodos existentes, este trabalho apresenta uma abordagem eficiente de retroanálise baseada na minimização da diferença entre as deflexões de campo medidas por meio do FWD e aquelas obtidas usando um modelo de elementos finitos desenvolvido balanceando precisão e eficiência computacional. O problema de MQNL resultante é resolvido usando os métodos de otimização de Gauss-Newton e Levenberg-Marquardt, modificados para incorporar restrições laterais, aumentando assim a robustez da retroanálise e garantindo resultados fisicamente consistentes. Além disso, os parâmetros dos algoritmos dos dois métodos foram ajustados para o problema da retroanálise de pavimentos. A eficiência, robustez e precisão da abordagem proposta foram avaliadas por meio de exemplos numéricos correspondentes a pavimentos de rodovias e aeroportos. Comparações entre os dois métodos, com a literatura e com outros programas foram realizadas. Além disso, foi avaliado o impacto do fator de normalização nos resultados de retroanálise e foram definidos critérios para detecção de bacias deflectométricas defeituosas. Por fim, foi realizada uma aplicação visando o controle de qualidade da reabilitação de uma rodovia através de ensaios Light Weight Deflectometer (LWD) comparando técnicas de módulo de superfície e retroanálise multicamadas convencional. |
Abstract: | Inverse analysis is used in different applications to determine parameters from measured responses and an adopted model. When the model responses depend nonlinearly on the parameters, they can be determined by minimizing the difference between the experimental observations and the model responses (dependent on the parameters) using Nonlinear Least Squares (NLS) algorithms. An engineering application that uses this concept is the pavement backcalculation, in which the elastic moduli of pavement layers are estimated based on the results of nondestructive tests, such as the Falling Weight Deflectometer (FWD) test. It is widely used to assess pavement construction quality and monitor the structural condition throughout its lifespan. Several advances in the pavement backcalculation process have been made over the last few decades, both concerning the definition of the model to obtain the responses (forward module) and the optimization procedure for determining the parameters (backward module). Recognizing the limitations of existing methods, this work presents an efficient backcalculation approach based on minimizing the difference between the measured field deflections using the FWD and those obtained using a finite element model developed balancing accuracy and computational efficiency. The resulting NLS problem is solved using the Gauss-Newton and the Levenberg-Marquardt optimization methods, modified to incorporate bound constraints, thereby enhancing the robustness of the backcalculation process and ensuring physically sound results. Furthermore, the parameters of the algorithms of both methods were adjusted to application in pavement backcalculation. The efficiency, robustness, and accuracy of the proposed approach were assessed using numerical examples corresponding to highway and airport pavements. Comparisons between the two methods, with the literature, and with other programs were made. Moreover, the impact of the normalization factor on the backcalculation results was assessed and criteria for detecting defective deflection basins were defined. Finally, an application was carried out aiming at quality control of the rehabilitation of a highway through Light Weight Deflectometer (LWD) tests comparing surface modulus techniques and conventional multilayer backcalculation. |
Descrição: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79915 |
ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0009-0006-9507-6519 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/2561927301038948 |
ORCID do Orientador: | orcid logo https://orcid.org/0000-0003-0219-1376 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/1774654203813780 |
ORCID do Coorientador: | https://orcid.org/0000-0001-9172-559X |
Currículo Lattes do Coorientador: | http://lattes.cnpq.br/7655753373043565 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | DECC - Dissertações defendidas na UFC |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
2024_dis_lbgfurtado.pdf | Dissertação de LIA BEATRIZ GOMES FURTADO | 11,8 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.