DEFLEXIONES La medida de deflexiones en la superficie de un pavimento, es de primordial importancia al evaluar la capacidad de transferencia de carga que un pavimento rígido o flexible posee. El estudio de la deflexión de un pavimento es importante puesto que la forma y magnitud en que un pavimento deforma, es una función de del tráfico (tipo y volumen), sección (paquete) estructural del pavimento, temperatura y humedad. Las medidas de deflexión de un pavimento pueden ser utilizadas para determinar la r igidez estructural de una capa de pavimento así como el módulo resiliente de la subrasante. Así mismo se pueden determinar determinar otras características de la forma en que el pavimento se comporta ante otras cargas. Las mediciones de deflexiones en pavimentos se las efectúa mediante ensayos no destructivos.
DEFLEXIONES MEDICIONES La deflexión de la superficie es medida como el desplazamiento vertical de esta s uperficie, ocasionado por una carga (estática ( estática o dinámica) aplicada. Mientras más avanzado es el método de medición, mayor es la posibilidad de medir los desplazamientos en varios puntos, obteniendo así una caracterización mejor documentada de la deflexión del pavimento. El área de pavimento afectada por el desplazamiento es denominada como la “cuenca de deformación”:
TÉCNICAS DE MEDICIÓN Existen tres categorías: Deflexiones Estáticas Deflexiones transientes -deflexiones de impacto
DEFLEXIONES MEDICIONES La deflexión de la superficie es medida como el desplazamiento vertical de esta s uperficie, ocasionado por una carga (estática ( estática o dinámica) aplicada. Mientras más avanzado es el método de medición, mayor es la posibilidad de medir los desplazamientos en varios puntos, obteniendo así una caracterización mejor documentada de la deflexión del pavimento. El área de pavimento afectada por el desplazamiento es denominada como la “cuenca de deformación”:
TÉCNICAS DE MEDICIÓN Existen tres categorías: Deflexiones Estáticas Deflexiones transientes -deflexiones de impacto
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN El procedimiento general consiste en aplicar una carga de magnitud conocida a la superficie del pavimento y analizar la forma y magnitud de la cuenca de deformación para evaluar la resistencia de la estructura del pavimento.
Desarrollado por la Western Association of State Highway Organizations (WASHO) (WASHO) en 1952.
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN La viga Benkelman ha sido utilizada con más frecuencia que otros métodos de medidas de deflexiones recuperables de pavimentos. El proceso de medida se refiere a una carga padrón de 82 kN (18.00 lbs) en el eje trasero (eje simple de rueda doble ESRD), la cual se encuentra apoyada sobre el pavimento, en el punto o puntos donde se pretende tomar la medida. Las medidas deben ser tomadas de acuerdo a la siguiente tabla: Ancho de la Vía (m) 2.70 3.00 3.30 3.60
Distancia al borde (m) 0.46 0.6 0.75 0.9
Recomendación: Medidas tomadas a cada 20 m ( De Senco, 2001). En trechos uniformes se puede incrementar esta longitud.
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN La viga Benkelman ha sido utilizada con más frecuencia que otros métodos de medidas de deflexiones recuperables de pavimentos. El camión debe ser colocado de manera a que uno de los conjuntos de huellas traseras sea centrado en la huella externa. La punta de prueba de la viga debe ser colocada entre las llantas de la rueda doble, sobre el punto seleccionado. Se libera la traba de la viga. Encendido el vibrador, se efectúa la lectura inicial (Lo) cuando el extensómetro indica movimiento igual o menor a 0.01 mm/min o después de recorridos 3 minutos del
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN El camión debe ser desplazado lentamente, por lo menos 10 m delante, para proceder a la lectura final (Lf), cuando el extensómetro indique movimiento igual o menor a 0.01 mm/min o después de 3 minutos. Una vez desconectado el vibrador, la parte móvil de la viga es trabada y transportada para el nuevo punto. CUENCA DE DEFORMACION Para determinar el radio de curvatura de la cuenca de deformación, se efectúa una lectura adicional. Para ello se desplaza el eje de ruedas dobles del camión 25 cm al frente del punto de prueba del pavimento.
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN RESULTADOS PARA Lo – Lf<=0.01 mm Deflexión en el punto de prueba:
D o L o L f
a b
Do
Deflexión real o verdader
Lo
Lectura inicial
Lf
Lectura final
a
b
Dimensiones de la viga
Radio de Curvatura R D
6250
2 D o D 25
Def lexión a 25 cm del punto
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN RESULTADOS API - GENESIS
Fecha: 05-Jun-03
Tramo: Pailón - Los Troncos
Operador: Ing. Sebastián Isern
DEFLEXIONES BENKELMAN Y RADIO DE CURVATURA: Medición Sistemática
N°
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39
. R G O R P
0.78 1.39 1.91 2.43 2.95 3.47 3.99 4.51 5.03 5.55 6.07 6.59 7.11
LECTURA TEMP INICIAL . HORA PAV. HUELL LADO (ºC) L(0) L(25) A UBICACIÓN
IZQ. IZQ. IZQ. IZQ. IZQ. IZQ. IZQ. IZQ. IZQ. IZQ. IZQ. IZQ. IZQ.
EXT. EXT. EXT. EXT. EXT. EXT. EXT. EXT. EXT. EXT. EXT. EXT. EXT.
35.4 35.4 35.4 35.4 35.4 32.5 32.5 32.5 32.5 32.5 32.5 32.5 32.5
247 371 259 777 811 406 286 230 394 586 763 801 525
512 406 511 28 69 651 419 520 606 805 186 928 874
LECTURA FINAL
DEFLEXIÓN (0,01 mm.)
L(0)
L(25)
D(0)
D(25)
RADIO CURV. Rc (m.)
168 344 211 746 780 373 264 202 342 528 729 769 488
469 390 486 3 53 624 406 510 576 770 166 914 861
158 54 96 62 62 66 44 56 104 116 68 64 74
86 32 50 50 32 54 26 20 60 70 40 28 26
43 142 68 260 104 260 174 87 71 68 112 87 65
OBSERVACIONES
Fisuras Tipo 8 Fisuras Tipo 8
Tratamiento Nuevo Tratamiento Nuevo Tratamiento Nuevo Tratamiento Nuevo Tratamiento Nuevo Tratamiento Nuevo
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN DEFLEXIÓN CARACTERÍSTICA DE UNA SECCIÓN: Es obtenida a través de la media de las deflexiones medidas, de acuerdo a la expresión:
D c ( D 2 s) F t F n
s
( Di D)2
i n
D (
n 1 n
D.i) / n i 1
s: desvío padrón Ft: Factor de ajuste para la temperatura de referencia Fc: Factor de ajuste para el periodo crítico
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN FACTORES DE AJUSTE Ft
Temperatura media del Pavimento ºC 6 8 10 12 17 21 27 32 38 43 49
Factor Ft 1.2 1.14 1.1 1.07 1.03 1 0.96 0.93 0.9 0.87 0 84
DEFLEXIONES MEDICIONES ESTÁTICAS – VIGA BENKELMANN FACTORES DE AJUSTE Fc a) Medidas tomadas en el periodo más crítico: Fc=1 b) Con medidas tomadas en cualquier época del año y con ajustes con Fc>1 Por lo general se admite Fc=1.20 La deflexión característica se utiliza para determinar el espesor de refuerzo. Su determinación debe ser precedida de un examen visual, durante el inventario del trecho o sub-trecho. Se recomienda: a) En áreas de pavimento que presentan deterioros o deficiencia de drenaje, se debe efectuar un estudio separado. b) Cuando las deflexiones sobrepasan la deflexión media más tres veces el desvío padrón:
D D 3 s Tomar medidas adicionales para localizar los límites del área en mal estado No considerar esos valores para el cálculo de la deflexión representativa del tramo.
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO
Fases del pavimento: Consolidación: Las deflexiones recuperables son relativamente altas, estas indican que la estructura se está acomodando a las cargas a las que está soportando. Fase Elástica: Las deflexiones provocadas por el paso de vehículos son prácticamente constantes y recuperables. Es el periodo de vida útil del pavimento. Fase de Fatiga: Las deflexiones no son recuperables y el pavimento empieza a sufrir ruptura por fatiga: fisuras y hundimientos son constantes. Refuerzos antes de la fase de fatiga: Altamente económicos, se aprovecha toda la estructura resistente. Refuerzos después de la fase de fatiga: Altamente costosos, dependiendo de la gravedad se puede necesitar cambiar la base, sub base o hasta subrasante.
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER Datos necesarios: Fecha de apertura del pavimento al tráfico Número de ejes equivalentes ( ESALs ) utilizados en el dimensionamiento original, en la actualidad y el previsto. Datos de los materiales y espesores de las capas. Geología e hidrología del local. Extracción de Calicatas: CBR, densidades, granulometrías, % de asfalto, espesores de capas, etc. Valores de deflexiones cada 200 m como mínimo.
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER
Naturaleza de Fc la subrasante Estación seca Estación lluviosa Arenoso y permeable 1.10-1.30 1 Arcillos y sensible a humedad 1.20-1.40 1 Deflexión de Proyecto:
D p D c F c
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER 3 136.458 1 10
Deflexión Admisible para Concreto Asfált
f ( x) 3. 01 0. 175log (x) m 1 0 . 0 n e s e n o i x e l f e D m d a D
g(x)
N 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08
100
40 10 5 1 10 100000
1 10
6
1 10
7
x N - Nº Operaciones Eje 82 kN (18.000 lbs
1 10 100000000
8
D adm 135 90 60 40
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER CRITERIOS PARA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL
Hipótesis
I II
III IV V
Datos Calidad Necesidad Criterio de Medidas eflectométrico Estructural de Estudios Cálculo para Correctivas Obtenidos Complementarios Refuerzo Dp<=Dadm Buena No Sólo correciones R>=100 de superficie Dp> Dadm Si Dp<3Dadm No Deflectométrico Refuerzo R>=100 regular Si Dp>3Dadm Si Deflectométrico Refuerzo mala Resistencia Reconstrucción Dp<=Dadm Regular a Refuerzo o R<100 mala Si Resistencia Reconstrucción Dp180
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO
H K log
Dp
D adm
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER EJEMPLO Aparato Utilizado: Viga benkelman ESALs 1.5x10E6 Crecimiento: 5% Vida útil: 10 años. Temperatura ambiente: 25ºC Dist 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
Deflexión 4 59 45 78 94 48 74 70 66 71 79 92 88 88 75 92
Dist 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640
Deflexión 108 100 103 99 115 107 83 91 93 98 99 98 84 99 102 104
Dist 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980
Deflexión 87 96 98 97 87 86 98 96 102 103 98 96 86 85 102 85
Levantamiento: Invierno Rc<100 m Medidas de Deflexión: X0.01 mm
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER EJEMPLO Media Aritmética Expurgada: 89.5 x10E-2 mm
D
D
i
n
n
Desvío Padrón: 14.6 x10E-2 mm
s
( D D) i
in
n 1
Determinación de un nuevo intervalo Número de Medidas 3.00 4.00 5a6 7 a 19 20.00
Valor Est. (z) 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
D1 z s D1 133 .28
D1 45 .70
2
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER EJEMPLO Dist 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
Deflexión 74 59 45 78 94 48 74 70 66 71 79 92 88 88 75 92 108
Dist 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660
Deflexión 108 100 103 99 115 107 83 91 93 98 99 98 84 99 102 104 89
Dist 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000
Deflexión 87 96 98 97 87 86 98 96 102 103 98 96 86 85 102 85 89
Media Aritmética Expurgada: 90.38 x10E-2 mm
D1 133 .28
D1 45 .70
D
D
i
n
n
Desvío Padrón: 13.3 x10E-2 mm
s
( D D) i
in
n 1
2
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER EJEMPLO
Determinación de un nuevo intervalo Número de Medidas 3.00 4.00 5a6 7 a 19 20.00
Valor Est. (z) 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
D1 z s D1 130 .29
D1 50 .47
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER EJEMPLO Dist 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
Deflexión 74 59 45 78 94 48 74 70 66 71 79 92 88 88 75 92 108
Dist 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660
Deflexión 108 100 103 99 115 107 83 91 93 98 99 98 84 99 102 104 89
Dist 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000
Deflexión 87 96 98 97 87 86 98 96 102 103 98 96 86 85 102 85 89
Media Aritmética Expurgada: 91.24 x10E-2 mm
D1 130 .29
D1 50 .47
D
D
i
n
n
Desvío Padrón: 12.03 x10E-2 mm
s
( D D) i
in
n 1
2
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER EJEMPLO
Determinación de un nuevo intervalo Número de Medidas 3.00 4.00 5a6 7 a 19 20.00
Valor Est. (z) 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
D1 z s D1 127 .35
D1 55 .14
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER EJEMPLO Dist 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
Deflexión 74 59 45 78 94 48 74 70 66 71 79 92 88 88 75 92 108
Dist 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660
Deflexión 108 100 103 99 115 107 83 91 93 98 99 98 84 99 102 104 89
Dist 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000
Deflexión 87 96 98 97 87 86 98 96 102 103 98 96 86 85 102 85 89
D1 127 .35
D1 55 .14
Cálculo de la Deflexión Característica:
Dc D s
Dc 103 .28 10 2 mm
OK!
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER EJEMPLO Cálculo de la Deflexión de Proyecto:
D p Dc F t D p 123 .93
F t 1.20
X 10 2 mm
[ 3.01 0.175 ( log( Esal) ) ]
Dadm 10 Dadm
84.954 10
2
mm
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DNER EJEMPLO
Dadm D p 3 Dadm
Hipótesis
I II
III IV V
D p 123 .93 X 10 2 mm Dadm 84 .95 X 10 2 mm
Datos Calidad Necesidad Criterio de Medidas eflectométrico Estructural de Estudios Cálculo para Correctivas Obtenidos Complementarios Refuerzo Dp<=Dadm Buena No Sólo correciones R>=100 de superficie Dp> Dadm Si Dp<3Dadm No Deflectométrico Refuerzo R>=100 regular Si Dp>3Dadm Si Deflectométrico Refuerzo mala Resistencia Reconstrucción Dp<=Dadm Regular a Refuerzo o D p R<100 mala Si Resistencia Reconstrucción H ); oK Dp180
H 6,48 cm
40
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DEL ASHALT INSTITUTE Mínimo de 20 deflexiones tomadas en la huella externa.
RRD = Deflexión reversible máxima representativa del trecho (mm) X: Media de las deflexiones reversibles S: Desvío Padrón F: Factor de ajuste de temperatura C: Factor de ajuste del periodo crítico. C=1 si es realizado el ensayo en el periodo crítico.
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DEL ASHALT INSTITUTE
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DEL ASHALT INSTITUTE
DEFLEXIONES DIMENSIONAMIENTO DEL REFUERZO DE UN PAVIMENTO METODO DEL ASHALT INSTITUTE EJEMPLO a)
Tráfico ESALs: 870.000 T=15ºC Espesor 10”
b)
Deflexiones x= 0.155 mm
c)
s=0.01016mm
Factor de Temperatura F=1.10
d)
Factor de Ajuste C=1