DEFLECTOMETRÍA · Viga Benkelman Equipo de ensaye no destructivo que se posiciona sobre la...

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DEFLECTOMETRÍA

RENÉ ARTIGAS CONTRERAS RENÉ ARTIGAS CONTRERAS RENÉ ARTIGAS CONTRERAS RENÉ ARTIGAS CONTRERAS Subdepartamento de Auscultaciones y Prospecciones

10/06/2015

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MOP - Dirección de Vialidad - Laboratorio Nacional

CONTENIDOSCONTENIDOSCONTENIDOSCONTENIDOS

- Marco conceptual

- Equipos para medir Deflexiones

- Deflectómetro de Impacto

- Tipos de Ensayos

- Retroanálisis

- Ejemplos

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DESCRIPCIÓN DEL DEFLECTÓMETRO

� El Deflectómetro de Impacto (FWD) es un equipo que aplica una carga de impacto a la

� superficie del pavimento, determinando los desplazamientos verticales (cuenco de

� deflexiones) producidas en él. Se trata de un ensayo no destructivo, que simula el

� comportamiento del pavimento ante el paso de los vehículos pesados. Puede ser utilizado

� en pavimentos de asfalto, hormigón o una composición de ambos, o bien, sobre cualquier

� capa de un pavimento en construcción.

DESCRIPCIÓN DEL DEFLECTÓMETRO

� A través del análisis de este cuenco se obtiene

� información de la rigidez de la estructura de pavimentos y su suelo de fundación, siendo

� ella muy importante para definir la condición de la estructura a lo largo de un proyecto. Lo

� anterior es fundamental para evaluar actividades relacionadas con la rehabilitación, mantención o control de Calidad.

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D0 LA DEFLEXIÓN MAXIMA

D0 @ 50 kN (20ºC) : Deflexión máxima

normalizada a una carga de 50 kN (a una

temperatura de 20ºC en el caso de los pavimentos asfálticos) representa la deflexiónvertical de la superficie del pavimento, bajo el punto donde se aplica la carga. Esteparámetro es un indicador general de la condición estructural de los pavimentos, cuyoprincipal uso es definir tramos que presenten diferentes características estructurales.

K CONSTANTE DE BALASTO

k : módulo de reacción de la subrasante.

Representa la razón entre la carga

aplicada y

la deflexión debido a ella. Este parámetro se emplea para caracterizar el suelo de lasubrasante en un pavimento de hormigón.

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MR MÓDULO RESILIENTE

MR : Módulo resiliente de la subrasante.

Representa el módulo elástico del suelo

luego de aplicar cargas cíclicas sobre él. Este parámetro se emplea para caracterizar elsuelo de la sobrasarte en un pavimento asfáltico y se utiliza en los diseños depavimentos asfálticos y de recapado asfáltico sobre hormigón.

NEEF NUMERO ESTRUCTURAL

NEef : Número estructural efectivo, se

obtiene del retroanálisis de los pavimentos

asfálticos y considera tanto las capas asfálticas como las granulares. El númeroestructural es un concepto introducido en la prueba AASHTO para caracterizar lacapacidad estructural de los pavimentos asfálticos y utilizado por el métodoAASHTO para el diseño de pavimentos de asfalto.

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EFECTOS DE LAS CARGAS DINÁMICAS EN LOS PAVIMENTOS

Capas Asfálticas

Capas Granulares

P

Suelo de Fundación

Marco teórico - Equipos - Deflectómetro de Impacto - Ensayos – Retroanálisis - Ejemplos

¿QUÉ ES LA DEFLEXIÓN?

P P V

La deflexión es el valor del desplazamiento en la superficie del pavimento al aplicarle una carga.El valor de la deflexión depende de una serie de factores , entre los que se destacan: la rigidez y espesor del pavimento ,su temperatura , además del soporte del suelo de fundación.


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PAVIMENTOS FLEXIBLES. PERMITE UTILIZAR LOS RESULTADOS ENEL MÉTODO DE DISEÑO DE PAVIMENTOS AASHTO

PAVIMENTOS RÍGIDOS. LAS DEFLEXIONES MEDIDAS EN EL CENTRODE LA LOSA PERMITEN, MEDIANTE MÉTODOS ELÁSTICOS DERETROANÁLISIS, EVALUAR LAS CARACTERÍSTICAS ELÁSTICAS DELPAVIMENTO Y DEL SUELO DE FUNDACIÓN.

¿PARA QUÉ SIRVE CONOCER LA DEFLEXIÓN?


Pavimentos Flexibles Pavimentos Rígidos

Módulo Resiliente

Número Estructural

Módulo del Pavimento

Deflexiones Máximas

Traspaso de carga

Existencia de vacíos

K reacción

¿PARA QUÉ SIRVE CONOCER LA DEFLEXIÓN?


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¿ Para qué sirve conocer la Deflexión ?

Esto nos permite variadas aplicaciones:

•Evaluar la capacidad de soporte de calles, carreteras, aeropuertos y otras superficies, sean flexibles , rígidas o semirígidas.

•Evaluación de la transferencia de carga en pavimentos de hormigón.

•Detección de vacíos en pavimentos de hormigón (estabilidad de losas).

•Control de calidad.

•Análisis de tramos de prueba.

•Sectorización de zonas dañadas.

•Dimensionamiento de refuerzos.

•Incorporación a Sistemas de Gestión de Pavimentos.


Técnicas de análisis de Deflexiones


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� El pulso de carga generado permite simular, con buena aproximación, el efecto del paso de una carga vial dinámica. La interpretación de las deformaciones es realizada en oficinas o estudios especializados, con el uso de software específico, permitiendo la evaluación de los módulos resilientes para las condiciones reales de campo, subsidiando la división en segmentos de comportamiento homogéneo, el dimensionamiento de refuerzos y la evaluación de las condiciones estructurales

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CUENCO DE DFLECCION

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Tipos de Estructuras

Pavimento FuerteSubrasante Fuerte

Pavimento FuerteSubrasante Débil

Pavimento DébilSubrasante Fuerte

Pavimento DébilSubrasante Débil


RETROANÁLISIS

Mediante la técnica del retroanálisis, es posible determinar losmódulos de cada una de las capas que conforman laestructura. Aplicando el modelo AASHTO, para estructurasflexibles, entrega también el número estructural efectivo delpavimento existente y el Módulo Resiliente del suelo defundación.

Para el retroanálisis de las deflexiones se utiliza un modelosimplificado de dos capas ; una superior (capas aglomeradas ygranulares) y una inferior (suelo de fundación).


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ANÁLISIS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES. RETROANÁLISIS

MP

d rRR

r

=×2 4,

a a DE

Me

p

RR

= +

23

2

r>=o.7 ae

d pa

MD

a

E

M

D

a

E

R

p

RR

p

0

3

2

2

151

1

11

1

=

+

+

−

+

, NE D Ee p= 0 02364 3,


• Medición de deflexión con carga Móvil– Viga Benkelman

– Deflectómetro Transitivo

• Medición de deflexión con carga Fija– Deflectómetro de Impacto

EQUIPOS PARA MEDIR DEFLEXIONES


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Viga Benkelman

Equipo de ensaye no destructivo que se posiciona sobre lasuperficie del pavimento y que cuenta con un brazo articuladocuyo punto de contacto con el pavimento (palpador) detecta ladeformación elástica vertical ante la aproximación de una ruedadoble cargada con 40 KN.


Deflectómetro Transitivo (Lacroix)

Equipo autopropulsado no destructivo queutiliza una Viga Benkelman automatizadapara medir la deflexión del pavimento antela presencia de una carga móvilproporcionada por el mismo vehículo.


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DEFLECTÓMETRO TRANSITIVO (LACROIX)

Fabricantes WDMInglaterra

Velocidad de operación 2.5 Km/h

Llegó a Chile en 1985

Dispone de un mecanismo computacional queregistra las deflexiones y mueve automáticamente laviga a su siguiente posición de lectura sin detenerse.


Deflectómetro de Impacto F.W.D.

Peso total: 1300 kg. Largo 4.5 m, ancho 1.9 m, alto 2.4 m


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DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO

La característica principal de la Deflectometría de Impacto esrealizar un ensaye, no destructivo, rápido y económico quepermite evaluar objetivamente, in situ, tanto el valor de soportede la subrasante, como la capacidad estructural del pavimentoexistente.

Se aplica para medir deflexiones en superficies con pavimentosflexibles, pavimentos de hormigón, pavimentos compuestos(recapados), capas granulares y suelos de fundación.

Para diferentes niveles de evaluación : reconocimiento general de laestructura de un pavimento, reconocimiento rutinario utilizado para losdiseños de proyectos de construcción, refuerzo o rehabilitación,análisis específicos de la estructura de un pavimento y controles detipo receptivo.


- Simula mediante un impacto vertical la carga de un vehículo pesado sobre un pavimento

-Mide la deflexión elástica dinámica (deflexión de una masa en movimiento).

-La fuerza del impulso � dos masas desde diferentes alturas sobre una placa de carga de diámetro dado

-Variando la altura de caída y las masas, se puede crear una fuerza de impulso en el rango de 20 a 70 kN.

-Se simulan cargas de tránsito reales hasta 50 kN, lo que corresponde a un eje de 10 Ton.

-El resultado de la deflexión � sensores � cuenco de deflexiones



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CONJUNTO DE DEFLEXIONES ES REGISTRADA POR TODOS LOS SENSORES DEL FWD EN EL MOMENTO DEL ENSAYO.

LAS DEFLEXIONES MÁXIMAS EN CADA LUGAR DE MEDICIÓN, RESULTANTES DE LA APLICACIÓN DE LA CARGA DE IMPACTO, SE DEBERÁN REGISTRAR EN MICRÓMETROS (UM).

UN DISPOSITIVO MEDIDOR DE CARGA DETERMINA LA FUERZA MÁXIMA APLICADA POR LA MASA EN EL IMPACTO. EL VALOR LEÍDO ES EN KN.

EN TODOS LOS CONTROLES SE DEBE REGISTRAR LA TEMPERATURA DEL PAVIMENTO Y AMBIENTAL. ESTA INFORMACIÓN ES INDISPENSABLE PARA LA POSTERIOR NORMALIZACIÓN DE LAS DEFLEXIONES A 20ºC Y 50 KN.

Deflectómetro de Impacto


El equipo está montado en un remolque. El remolque estirado por un vehículo. Inmediatamente después de unensaye el equipo está listo para su transporte al próximopunto a la velocidad normal tránsito.

Durante el transporte las masas son bloqueadas en unaposición elevada mediante un sistema automático.

Durante las mediciones el FWD se apoya sobre patas desoporte.

El FWD está equipado con una bomba de acción manualpara elevar el FWD en caso de una falla en el funcionamientodel motor u otro problema.



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DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO (FWD)

� Interior del vehículo computador, rack, monitor, panel del odómetro.

�Mediciones en detención


SISMÓMETRO DEL DEFLECTOMETRO DE IMPACTO

Las deflexiones son medidas por lectores de deflexión absoluta,denominados sismómetros. Su rango es de hasta 5 mm., con unaresolución de un micrómetro. Cada sismómetro posee un tornillomicrométrico. Son 7 sensores de deflexión, los cuales pueden serubicados en las posiciones: 0-20-30-45-60-90-120 cm. desde elcentro de la carga.


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POSICIÓN DE LOS SENSORES RESPECTO AL PLATO DE CARGA


DESIGUALDAD PERMITIDA DE LA SUPERFICIE


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NÚMERO DE SISMÓMETROS

Sismómetro 6

Sismómetro 5

Sismómetro 4

Sismómetro3

Sismómetro 2

Sismómetro 1

Sismómetro 0


Masa Intermedia

Masa en caída

Estructura de apoyo

Goma de apoyo superior

Goma de apoyo inferior

Pie

Plato de carga

Plato de goma

Pierna de soporte

El pulso de carga es generado por una masa en caídalibre, dispuesto en un sistema llamado de dos masas

SISTEMA DE DOS MASAS


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SISTEMA DE DOS MASAS


Carga

Tiempo

Con el sistema de dos masas el pulso de carga es siempre suave , y la carga máxima y tiempo de incremento en aplicación del pulso de carga son reproducibles.

Sistema de dos Masas


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RANGO DE CARGA V/S INCREMENTO DE TIEMPO


TIPOS DE PLATO DE CARGA


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PLATO DE CARGA SEGMENTADO

�


PLATO DE CARGA Y SISMÓMETRO EN CONTACTO CON LA SUPERFICIE


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FASE INTERCOMUNICADOR


CÁMARA DE VIDEO Y MONITOR INCORPORADO


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Motor a Explosión ( Suministro de Energía )


TERMÓMETRO DE AIRE Y SENSOR INFRARROJO


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ODÓMETRO


EL PLATO DE CALIBRACIÓN SE POSICIONA DEBAJO DEL PLATO DEL FWD

Plato Calibrador

Plato de laCarga


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EN CONDICIONES NORMALES EL EQUIPO FWD PUEDERECOGER APROXIMADAMENTE 150 PUNTOS DEENSAYE POR DÍA, AÚN CUANDO ELLO DEPENDE DELOS TRASLADOS QUE SE DEBAN REALIZAR Y DE LASLIMITACIONES QUE PRESENTE EL TRÁNSITO Y SINCONSIDERAR EVENTUALES FALLAS DEL EQUIPO.

EL TIEMPO QUE TOMA EFECTUAR UN ENSAYOESTÁNDAR CONSISTIENDO ÉSTE DE 2 IMPACTOS CON50 KN ES ALREDEDOR DE 35 SEGUNDOS.

Rendimiento


ARCHIVO DE SALIDA FWD


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CARGA : EN KILONEWTON(KN)

DMX : DEFLEXIÓN MÁXIMA SE MIDE EN MICRONES

EP : MÓDULO ELÁSTICO DEL PAVIMENTO SE MIDE EN MEGAPASCAL(MPA)(CAPAS ASFÁLTICAS Y GRANULARES ) ES UN MÓDULO COMPUESTO.

EPC : MÓDULO ELÁSTICO DEL PAVIMENTO DE HORMIGÓN SE MIDE EN MEGAPASCAL (MPA)

ES : MÓDULO ELÁSTICO DEL SUELO DE FUNDACIÓN SE MIDE EN MEGAPASCAL (MPA)

K : MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE (CONSTANTE DE BALASTO) SE MIDE EN MEGAPASCAL/METRO

TC : TRANSFERENCIA DE CARGA

MR : MÓDULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE ES UN MÓDULO ELÁSTICO DE UN SUELO SE MIDE MEGAPASCAL (MPA)

NEEF : NÚMERO ESTRUCTURAL EFECTIVO SE MIDE EN CM.

Definición de Parámetros


Los resultados de las auscultaciones con deflectómetro deimpacto requieren dos tipos de análisis: en primer lugar untratamiento estadístico, que permita identificar y agrupar tramoscon igual comportamiento estructural , y un segundo tipo deanálisis que se realiza para cada tramo homogéneo , y que tieneel objetivo de evaluar los módulos elásticos de las capas depavimento y su fundación. El procedimiento de mayor difusióninternacional para el análisis de las deflexiones se conoce con elnombre de “Retroanálisis” o ”Backcalculation” que consiste enajustar las deflexiones medidas a las deflexiones teóricas que seobtendrían con un modelo de estructura de pavimento (definidopor espesores conocidos y módulos por determinar).

Tipos de Ensayos del FWD


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Tipos de Ensayos del FWD

Existen tres tipos de ensayo FWD:

- El ensayo base: Sirve para evaluar la capacidad estructural de un pavimento , siendo también utilizado en materiales de base y subrasante.

- El ensayo de junta: Para evaluar la capacidad de transferencia de carga en juntas y grietas, como también evaluar la presencia de huecos bajo pavimentos de hormigón.

- El ensayo de esquina: Tiene por objeto evaluar la condición de las esquinas de una losa , y la presencia de huecos bajo ésta , esta zona es la que está sometida a la mayor solicitación de tensiones. (los dos últimos sólo en pavimentos de hormigón ).


TRANSFERENCIA DE CARGA

D2

D0


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LA TRANSFERENCIA DE CARGA SE DETERMINA MEDIANTE LA SIGUIENTE FÓRMULA:

%TC=100*DSC/ DC(*B) ; CON B=D0/D30

DONDE:

%TC :% DE TRANSFERENCIA DE CARGADSC :DEFLEXIÓN EN LADO NO CARGADODC :DEFLEXIÓN EN LADO CARGADOB :FACTOR DE CORRECCIÓND0; D3 :DEFLEXIONES A 0 Y 30 CM, MEDIDO EN EL CENTRO DE LA LOSA.CONSERVADORAMENTE , EL FACTOR DE CORRECCIÓN B SE CONSIDERA IGUAL A 1.

Análisis de Transferencia de Carga.


TRANSFERENCIA DE CARGA EN JUNTAS.

KM PISTA D0 D30 TC T PAV.Nº UM UM % ºC

42.92 2 303 185 61% 13.842.96 2 338 191 57% 13.0

TRANSFERENCIA DE CARGA EN GRIETAS

KM PISTA D0 D30 TC T PAV.Nº UM UM % ºC

42.99 2 391 365 93% 12.743.07 2 451 139 31% 12.4

Análisis de Transferencia de Carga.


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TABLA DE CÁLCULO DE TC


EXISTENCIA DE VACÍOS

D0

3 niveles de caída

20, 30, 50 kN

30, 50, 70 kN


30

TABLA DE ESTIMACIÓN DE VACÍOS


RETROANÁLISIS


Macro de Microsoft Excel

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DATOS RETROCALCULADOS


Pavimento: Asfalto

DATOS RETROCALCULADOS


Pavimento: Hormigón

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Ventajas de la Deflectometría de Impacto

• Ampliamente usado en el mundo

• Mejor simulación de carga real

• Puede medir el cuenco de deflexión

• Rápida adquisición de datos.

• Requiere poca preparación del pavimento.

• No requiere de puntos de referencia fijos


Característica Metodología de calicatas Metodología Deflectometría

Lugar de ensaye Muestras tomadas en los

bordes del camino Los ensayes se hacen sobre la

plataforma del camino

Frecuencia

Normalmente 4 calicatas /km (sin considerar que se

pueden agrupar muestras para realizar menos ensayes

de CBR)

Mínimo 8 deflexiones/ km

Representatividad

Normalmente en una calicata se utiliza la capa con el peor

CBR

Caracteriza al suelo por su comportamiento en conjunto ante una carga normal de tránsito.

Comportamiento de laboratorio.

Comportamiento de terreno.

Correlación con MR Directamente MR

Rendimiento (Proy. de 20km)

45 a 60 días 7 días (Mayor frecuencia

prácticamente no aumenta el plazo de desarrollo del estudio)

Costo (Proy. de 20km) ± 360 UF ± 130 UF

Reconocimiento Muy conocido y fácil

ejecución

Lo recomienda la misma Guía AASHTO, señalando la metodología para su uso

Ventajas de la Deflectometría de Impacto


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Lo Orozco - Quilpué

Deflexión Máxima P1

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400 15.500

kilometraje

Dmax

2001 2002

RANURADO TEXTURADO

Ejemplos



Módulo Resiliente P1

0

50

100

150

200

250

300

350

400

14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400 15.500

kilometraje

Mr

2001 2002

RANURADO TEXTURADO

Ejemplos


34


Número Estructural P1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400 15.500

kilometraje

N°E

2001 2002

RANURADO TEXTURADO

Ejemplos



Deflexiones máximas P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400

kilometraje

Dmax

2001 2002

RANURADO TEXTURADO

Ejemplos


35


Módulo Resiliente P2

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400

Kilometraje

Mr

2001 2002

RANURADO TEXTURADO

Ejemplos



Número Estructural P2

0

2

4

6

8

10

12

14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400

Kilometraje

N° E

2001 2002

RANURADO TEXTURADO

Ejemplos


36

Temuco - Río Bueno Número Estructural

12

13

14

15

16

17

18

19

727 728 729 730 731 732 733 734

Kilometraje

NE

2002

Ejemplos


Temuco - Río Bueno Deflexiones Máximas

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

727 728 729 730 731 732 733 734

kilometraje

Dmax

2002

Ejemplos


37

Temuco - Río Bueno Módulo Resiliente

50

100

150

200

250

300

350

727 728 729 730 731 732 733 734

kilometraje

Mr

2002

Ejemplos


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