1.
INTRODUCCIÓN ............................................................. ..................................................................................................................... ........................................................ 2
2.
OBJETIVOS ...................................................................... ............................................................................................................................. ....................................................... 2
3.
MARCO TEÓRICO ........................................................... ................................................................................................................... ........................................................ 3 3.1
VIGA BENKELMAN ............................................................ ......................................................................................................... ............................................. 3
3.2
DEFLECTOMETRIA ............................................................ ......................................................................................................... ............................................. 6
3.3
EVALUACION ESTRUCTURAL ................................................................... ......................................................................................... ...................... 7
4.
EQUIPO PESADO............................................................ .................................................................................................................... ........................................................ 7
5.
EQUIPOS Y HERRAMIENTAS ................................................................. .................................................................................................. ................................. 7
6.
PROCEDIMIENTO RECOMENDADO .................................................................... ....................................................................................... ................... 8 6.1
PREPARACIÓN DE ENSAYO. .......................................................... ........................................................................................... ................................. 8
6.2
FRECUENCIA DE MEDICIÓN .......................................................... ........................................................................................... ................................. 8
6.3
TEMPERATURA DE PAVIMENTO.............................................................. .................................................................................... ...................... 8
6.4
UBICACIÓN DEL EQUIPO .............................................................. ............................................................................................... ................................. 9
7.
DATOS Y MEMORIA DE CÁLCULO......................................................... .......................................................................................... ................................. 9
8.
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS......................... RESULTADOS................................................................... .......................................... 12
9.
CONCLUSIONES ............................................................. ................................................................................................................... ...................................................... 13
10. RECOMENDACIONES ................................................................. ........................................................................................................... .......................................... 13 11. ANEXOS .............................................................. ............................................................................................................................... ................................................................. 13
En la evaluación estructural de los pavimentos, se consideran como parámetros más significativos las deflexiones y deformaciones obtenidas como respuesta de un firme flexible ante la aplicación de una carga sobre la superficie del pavimento. Aunque existen otras medidas que pueden dar una idea del estado est ructural del pavimento, la deflexión en superficie es, sin duda, la que ofrece las posibilidades de análisis más amplias. La viga Benkelman es un equipo que fue desarrollado durante el ensayo de la “Western Association of State Highway Organizations” (WASHO) en 1952. Se trata de un dispositivo bastante simple, que funciona aplicando la conocida “regla de la palanca”. Este método se puede considerar simple y económico y su principio de aplicación es ampliamente conocido y consiste en medir el desplazamiento vertical del pavimento ante la aplicación de una carga estática o de lenta aplicación. Este equipo se usa junto con un camión cargado; el ensayo se realiza colocando el extremo de la viga entre las dos ruedas gemelas del camión, midiendo la recuperación vertical de la superficie del pavimento cuando el camión avanza y se retira.
Dar la metodología para el uso de la Viga Benkelman para controlar deflexiones en pavimentos.
Medir deflexiones en pavimentos.
Estudiar los factores ambientales en la medición de deflexiones.
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3.1 VIGA BENKELMAN Instrumento mecánico de diseño simple utilizado para medir la deformación elástica de un pavimento ante la aplicación de una carga está tica o de lenta aplicación. La utilización de la Viga Benkelman sirve básicamente a la determinación:
Determinar la vida útil remanente de un pavimento.
Evaluar estructuralmente pavimentos, analizando todas las condiciones localizadas, como drenaje, calidad de los materiales, espesores de diseño anteriores etc.
Evaluar los métodos de diseño de pavimentos y control de ejecución de obras.
Determinar la condición de un pavimento con miras a su conservación.
En determinadas regiones, seleccionar la carga por rueda permitida en periodos críticos (generalmente deshielo).
El deflectómetro Benkelman funciona según el principio de la palanca. Es un instrumento completamente mecánico y de diseño simple. Según se esquemati za en la figura 01.a , la viga consta esencialmente de 2 partes : (1) un cuerpo de sostén que se sitúa directamente sobre el terreno, mediante 3 apoyos (dos delanteros fijos “A” y uno trasero regulable “B”) y (2) un brazo regulable móvil acoplado al cuerpo fijo mediante una articulación de giro o pivote “C”, uno de los cuyos extremos apoya sobre el terreno (punto D) y el otro se encuentra en contacto sensible con el vástago de un extensómetro de movimiento vertical (punto E). Adicionalmente el equipo posee un vibrador incorporado que al s er accionado, durante la realización de los ensayos, evita que el dial se trabe y/o que cualquier interferencia exterior afecte las lecturas.
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El extremo “D” o Punta de la Viga es de espesor tal que pueda ser colocado entre una de las llantas dobles del eje trasero de un camión cargado. Por el peso aplicado se produce una deformación del pavimento, consecuencia de lo cual la punta baja una cierta cantidad, con respecto al nivel descargado de la superficie. Como efecto de dicha acción el brazo DE gira en torno al punto “C”, con respecto al cuerpo AB, determinado que el extremo “E” produzca un movimiento vertical en el vástago del extensómetro apoyado en él, generando así una lectura en el dial indicador. Si se retiran luego las llantas cargadas, el punto “D” se recupera en lo que la deformación elástica se refiere y por el mismo mecanismo anterior se genera otra lectura en el dial del extensómetro. La operación expuesta representa el “principio de medición” con la Viga Benkelman. Lo que se hace después son solo cálculos en base a los datos recogidos. Así, con las dos lecturas obtenidas es posible determinar cuánto deflectó el pavimento en el lugar subyacente al punto “D” de la viga, durante el procedimiento descrito. Es de anotar que en realidad lo que se mide es la recuperación del punto “D” al remover la carga “Rebote elástico” y no la deformación al colocar esta. Para calcular la deflexión deberá considerarse la geometría de la viga, toda vez que los valores dados por el extensómetro (EE’) no están en escala real sino que dependen de la relación de brazos existente. (ver figura 01.b) .
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5
3.2 DEFLECTOMETRIA Es el estudio de las deformaciones verticales de la superficie de un pavimento, debido a la acción de una carga dinámica o estática, las cuales provocan fallas estructurales que dependen de la magnitud y frecuencia de las deformaciones recuperables y de la acumulación de las deformaciones permanentes en la estructura. Así que la deflexión de un pavimento es un indicador del comportamiento de la estructura pavimento-sub rasante, frente a una determinada carga. La determinación de la capacidad estructural por este método cumple en el diseño de refuerzos un rol en cierta forma semejante a la determinación del C.B.R. de suelos de sub rasante en el diseño de estructuras nuevas. Cabe mencionar que, en los métodos como el CONREVIAL (Consorcio de Rehabilitación Vial) se relacionan los valores de las deflexiones con valores admisibles, 6
mientras que en los métodos modernos, basados en la Teoría de la Elasticidad, las deflexiones se utilizan para ajustar los Módulos Elásticos de las capas estructurales y calibrar los modelos.
3.3 EVALUACION ESTRUCTURAL Consiste en obtener el estado actual en que se encuentra el sist ema pavimento sub rasante en una estructura vial existente, para lo cual se recurre a la ayuda de métodos destructivos y métodos no destructivos las cuales pueden ser evaluados en su etapa constructiva para su mayor control de la calidad del pavimento y así obtener su estado de servicio y aprovechar su capacidad estructural hasta donde sea posible.
Vehículo de Carga (volquete, con carga); Se debe configurar carga de eje simple de rueda doble trasero a 80 KN – 8.2 Ton – 1800 Lbs. Y las presiones de inflado deben ser 80 psi.
Viga Benkelman; que es constituido por los siguientes partes: Tornillo de fijación Suspensión Puntos de apoyo Deformimetros Bastidor Palpador Palanca media
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Deformimetro; Aparato con limbo dividido en 0.01 mm y con un recorrido igual o superior a 10 mm.
Decametro (wincha).
Guantes.
Gafas de seguridad.
Termómetro.
Combo.
Cincel.
Glicerina.
6.1 PREPARACIÓN DE ENSAYO. Montaje de la viga Benkelman, deformimetros y nivel.
6.2 FRECUENCIA DE MEDICIÓN Las pruebas se deberán hacer en intervalos de 50 a 200 metros, con un mínimo de 15 pruebas recomendadas por cada sección uniforme de pavimento.
6.3 TEMPERATURA DE PAVIMENTO
Se realiza un orificio de 20 – 50 mm de profundidad y 10 mm de diámetro.
Se llena con glicerina, a no más de 10 minutos antes de iniciar el ensayo se inserta el termómetro y se lee la temperatura.
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6.4 UBICACIÓN DEL EQUIPO
Se coloca la viga entre las ruedas del eje posterior del camión de tal manera que el extremo de prueba este a 1.37 m. hacia adelante y particularmente al eje trasero.
Se libera el segundo brazo y se ajusta la base de la viga por medio del tornillo trasero, de manera que el brazo de medición quede en contacto con los diales.
Se ajusta el dial del eje deformimetro para que quede en 0.00 mm.
Se avanza suave y lentamente el vehículo de pr ueba por lo menos 8 metros hacia adelante a una velocidad mínima.
Se anota la lectura máxima del dial (Dm) con una aproximación de 0.0025 mm (0.001) o mejor.
Los datos a utilizar son las siguientes lecturas de dial: 9
PROGRESIVA Carril Inicial 25cm 50cm 100cm Final (km) 756+900 757+000 757+100
D D D
200 200 200
198 198 198
196 194 190
182 186 162
172 182 150
En que el dato inicial es la deformación máxima y el valor final es la recuperación total.
1. Cálculo de las deflexiones El cálculo de las deflexiones se efectuará por diferencia de lecturas de di al, tomándose como sustraendo la lectura final. La deflexión para cada punto es decir para 25, 50, 100 y la máxima (Do) será:
PROGRESIVA Carril (km) 756+900 757+000 757+100
D D D
Deflexiones (mm x 10^-2) Do
D25
D50
D100
(200-172)*1 = 28 (198-172)*1= 26 (196-172)*1= 24 (182-172)*1= 10 (200-182)*1 = 18 (198-182)*1= 16 (194-182)*1= 12 (186-182)*1= 4 (200-150)*1 = 50 (198-150)*1= 48 (190-150)*1= 40 (162-150)*1= 12
Las diferencias se multiplicaran, por un factor de corrección debido a la relación de brazos de la Viga Benkelman, que en este caso para la medición del tramo km. 756+900 – km. 766+200, la relación de brazos es de 1:1, por l o tanto el factor es 1. Si la relación de brazos hubiera sido de 1:2, a estas diferencias se hubieran multiplicado por 2.
2. Corrección por temperatura Para corrección por temperatura se utiliza la siguiente expresión:
=
( ∗ (° − 20°) ∗ + 1)
Donde: D20 = Deflexión recuperable a la temperatura estándar de 20°C. Dt = Deflexión en centésimas de milímetro a la temperatura t. 10
K = Coeficiente igual a 1*10^-3 (1/*cm*°C). T = Temperatura de asfalto medida para cada ensayo. e = Espesor de la carpeta asfáltica en cm. En la progresiva 756+900, por ejemplo, se calcula de la siguiente manera: Fct = 1 / ((0.001 x (29 – 20) x 17.5)
+ 1) = 0.864
La Deflexión corregida por temperatura para la est aca km 756+900: D020 = Do x Fct = 28 x 0.864 = 24.19 = 24 D2520 = D25 x Fct = 26 x 0.864 = 22.46 = 22 D5020 = D50 x Fct = 24 x 0.864 = 20.73 = 21 D10020 = D100 x Fct = 10 x 0.864 = 8.64 = 9
PROGRESIVA Carril (km) 756+900 757+000 757+100
D D D
Temperatura (°C)
Espesor
Ambiente
Carpeta
22.6 20.6 19.4
29 26 25
Carpeta (cm) 17.5 17.5 17.5
Deflexiones corregidas (Temperatura) (mm x 10^-2) Do
D25
D50
D100
24 16 46
22 14 44
21 11 37
9 4 11
3. Corrección por estacionalidad La corrección por estacionalidad se realiza de acuerdo al siguiente cuadro:
Para nuestro caso se asume 1 por realizarse el ensayo en el mes de enero, temporada en que relativamente llueve y además por tratarse de datos de un tramo de la carretera panamericana norte (sector de Reque - Chiclayo), la conformación de la sub rasante es del tipo arenosa permeable. Por lo tanto se tiene: D0correg = D020 x Fct = 24 x 1.00 = 24
11
D25correg = D2520 x Fest = 22 x 1.00 = 22 D50correg = D5020 x Fest = 21 x 1.00 = 21 D100correg = D10020 x Fest = 9 x 1.00 = 9
PROGRESIVA (km)
Carril
756+900 757+000 757+100
D D D
Temperatura (°C) Ambiente 22.6 20.6 19.4
Espesor Carpeta Carpeta (cm) 29 26 25
17.5 17.5 17.5
Deflexiones corregidas (Temperatura y Estacionalidad) (mm x 10^-2) Do
D25
D50
D100
24*1 = 24 22*1=22 21*1=21 9*1= 9 16*1 = 16 14*1=14 11*1=11 4*1= 4 46*1 = 46 44*1=44 37*1=37 11*1= 11
Las deflexiones que producen las cargas estáticas o móviles son parte del comportamiento elástico del suelo, que desaparece cuando se retira la carga, a diferencia del comportamiento plástico que son permanentes y acumulativos, los cuales provocan en el futuro fallas por corte lo que se refleja en el ahuellamientos, como se observa en la gráfica a medida que varía la distancia se observa como la deflexión disminuye
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La medición de las deflexiones, como respuesta de un pavimento flexible ante la aplicación de una carga sobre el pavimento, es la base para la evaluación estructural.
Las deflexiones en la superficie de un pavimento reflejan una respuesta global del sistema pavimento-sub rasante (estructura del pavimento) bajo una carga dada. Su medición es simple, rápida, económica y “no destructiva”, es decir no se alteran el equilibrio ni la integridad del sistema.
La metodología con la viga benkelman tiene mayor uso o relevancia en los trabajos a nivel de rehabilitación, mantenimiento y mejoramiento de pavimentos por su bajo costo de aplicación.
Antes de iniciar el ensayo se debe verificar que los equipos o herramientas estén en las condiciones adecuadas para realizar el ensayo.
El ensayo debe realizarse siempre considerando los procedimientos normados en: INVNEN-795-07, NLT 356/88 y AASHTO T 256-01.
Como los procedimientos normados son solo técnicos, es decir no se considera procedimientos de seguridad en la realización del ensayo se deberá adoptar un estándar de seguridad cuando se realice el ensayo.
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