Análisis de la deformación y deterioros en pavimentos de carreteras debido al tráfico de vehículos pesados autónomos mediante modelos de elementos finitos. Aplicación práctica a la ampliación de la A-7, Circunvalación de Valencia (Provincia de Valencia).

Abstract

[ES] Algunos de los beneficios de la aparición de los vehículos autónomos son el incremento de la seguridad vial, la mejora de la operación del tráfico y el ahorro de combustible, pero, por otro lado, provocarán efectos negativos sobre la infraestructura reduciendo su vida útil. Este agotamiento prematuro de la infraestructura se producirá debido a que los sistemas de guiado de los vehículos autónomos tratan de que estos se posicionen centrados sobre el carril. En el caso de los vehículos pesados, estos podrán circular como trenes de camiones enlazados o platooning, dando lugar a un tráfico canalizado y una concentración de cargas sobre el pavimento que harán que disminuya la vida útil del mismo. Para analizar este fenómeno, este trabajo tiene como objetivo principal estudiar el efecto de la concentración de cargas producida por el platooning frente a la conducción manual en la que son los conductores los que dirigen los vehículos sobre el carril, dando como resultado una distribución normal de cargas sobre el pavimento. Para ello, se han modelizado distintas secciones de firme y distintas distribuciones de cargas mediante el software de elementos finitos ANSYS con el fin de obtener las deformaciones y tensiones que sufren los distintos materiales que conforman las secciones de firme estudiadas. A partir de los resultados obtenidos se estimó la vida útil de las secciones, comprobando que cumplen con el número de ejes de la categoría de tráfico para las que están diseñadas y se comprobó, que las cargas centradas, equivalentes al paso de platooning, reducen la vida útil de las secciones estudiadas. Por último, el desarrollo de la aplicación práctica permitió evaluar cómo influye la disposición de un refuerzo lineal basado en geomallas bajo la primera capa del firme en la vida útil del firme. Como conclusión, estos refuerzos permiten compensar, totalmente o en parte, la disminución de vida útil de las secciones de firme provocada por los platooning.

[EN] Some of the benefits of the emergence of autonomous vehicles are increased road safety, improved traffic operation and fuel savings, but on the other hand, they will have negative effects on the infrastructure by reducing its lifespan. This premature damage to the infrastructure will occur because the guidance systems of autonomous vehicles try to position the vehicles in the centre of the lane. In the case of heavy vehicles, they may circulate as trains of linked trucks or platooning, resulting in channelled traffic and a concentration of loads on the pavement that will reduce the useful life of the pavement. In order to analyse this phenomenon, the main objective of this work is to study the effect of the concentration of loads produced by platooning compared to manual driving, in which it is the drivers who drive the vehicles on the lane, resulting in a normal distribution of loads on the pavement. For this purpose, different pavement sections and different load distributions have been modelled using ANSYS finite element software in order to obtain the deformations and stresses suffered by the different materials that constitute the pavement sections studied. Based on the results obtained, the lifespan of the sections was estimated, verifying that they satisfy the number of axles of the traffic category for which they are designed, and it was verified that the centred loads, equivalent to the platooning passage, reduce the lifespan of the sections studied. Finally, the development of the practical application made it possible to evaluate how the arrangement of a geogrid-based reinforcement under the first layer of the pavement influences the service life of the pavement. In conclusion, these reinforcements make it possible to compensate, totally or partially, for the reduced service life of pavement sections caused by platooning.