Evaluación Estructural de Pavimentos Asfálticos Estado del...

3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

Evaluación Estructural de Pavimentos Asfálticos Estado

del Arte

Ing. Fabián Schvartzer


CONTENIDO

� INTRODUCCIÓN� ESTADO DE ARTE� MÉTODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS� EVALUACIÓN ESTRUCTURAL� EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN CAMPO)� EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN GABINETE)� ENSAYOS PARA DETERMINAR COMPORTAMIENTOS DE

MATERIALES� REFLEXIONES


INTRODUCCIÓN

Evaluación de Pavimentos

Superficial

Fisuras en bloque, en malla, lineales, transversales,

longitudinales.

Baches, bacheos, ahuellamiento.

Funcional Rugosidad

EstructuralEnsayos Destructivos y No

Destructivos

Obras ComplementariasDrenajes, Estado de

Préstamos, Topografía, etc.



Superficial


longitudinales.


INTRODUCCIÓN



Funcional Rugosidad

INTRODUCCIÓN




Destructivos

INTRODUCCIÓN



Superficial


longitudinales.


Funcional Rugosidad


Destructivos



INTRODUCCIÓN



Superficial


longitudinales.


Funcional Rugosidad

Estructural Ensayos Destructivos y No Destructivos



INTRODUCCIÓN


INTRODUCCIÓN

La evaluación estructural de los pavimentos consiste en determinar la capacidad portante de un conjunto de

capas (multicapa) destinado a:

• Resistir y distribuir a la capa de fundación (subrasante) los esfuerzos verticales producidos por el tráfico.

• Resistir los esfuerzos horizontales haciendo más durable la superficie de rodamiento.

• Mejorar las condiciones de rodamiento en cuanto a comodidad y seguridad.

Evaluación Estructural

Respuesta del Pavimento

Solicitaciones


ESTADO DE ARTE

� “Transición de un Estado Empírico (Diseño AASHTO ‘93), hacia un estado Empírico-

Mecanística (Estado del Arte), y finalmente una implementación totalmente Mecánica

(Estado de las investigaciones actuales), buscando con este objetivo un retorno a los

principios básicos de la ingeniería”.

� Contar con una base de datos que permita generar los modelos requeridos para una

adaptación a las condiciones propias de los materiales y del lugar.

Empírico Empírico-Mecanístico

Mecanístico


•Basado en resultados de la experiencia y/o ensayos.

•Requiere muchas observaciones para establecer relaciones entre las variables de diseño y la performance del pavimento.

•Ejemplos: AASHTO, CBR, R-veem.

Empírico

•Combina aspectos mecanísticos y empíricos.

•Componente mecanístico: determina las respuestas del pavimento a través de modelos matemáticos.

•Componente empírico: relaciona las respuestas del pavimento con su performance.

•Ejemplos: Shell (1977), Asphalt Institute (1982), NCHRP Project 1-26 (1992), Diseño Sudafricano M-E (1992), MEPDG.

Empírico -Mecanístico

•Puramente científico.

•Enfatiza el comportamiento mecánico de la estructura producido por las cargas.

•Las propiedades de los materiales, geometría de la estructura y las cargas deben ser bien conocidas.

•No existen diseños puramente mecanísticos.

Mecanístico

METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS


METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

•Basado en resultados de la experiencia y/o ensayos.

•Requiere muchas observaciones para establecer relaciones entre las variables de diseño y la performance del pavimento.

•Ejemplos: AASHTO, CBR, R-veem.

Empírico

•Combina aspectos mecanísticos y empíricos.

•Componente mecanístico: determina las respuestas del pavimento a través de modelos matemáticos.

•Componente empírico: relaciona las respuestas del pavimento con su performance.

•Ejemplos: Shell (1977), Asphalt Institute (1982), NCHRP Project 1-26 (1992), Diseño Sudafricano M-E (1992), MEPDG.

Empírico -Mecanístico

•Puramente científico.

•Enfatiza el comportamiento mecánico de la estructura producido por las cargas.

•Las propiedades de los materiales, geometría de la estructura y las cargas deben ser bien conocidas.

•No existen diseños puramente mecanísticos.

Mecanístico


EVALUACIÓN ESTRUCTURAL

Ensayos No Destructivos

Deflectometría, APT

Ensayos Destructivos

Calicatas, sondeos, DCP


• Proveen mediciones en un punto bajo cargas estáticas.

• Ejemplos: Regla de Benkelman, Lacroix, Plato de carga, Regla Automatizada, Medidores de Curvaturas.

Estática

De acuerdo a la forma de aplicación de la carga se agrupan en:

•Regla de Benkelman

•Deflectógrafo Lacroix

EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN CAMPO)EQUIPOS DE MEDICIÓN DE DEFLEXIONES

•Deflectógrafo Lacroix


• Inducen en el pavimento un estado estable vibratorio con un generador de fuerza dinámica.

• Ejemplos: Dynaflect, Wes Heavy Vibrator, FHWA Cox Van, Road Rater.

Vibratoria


•Dynaflect •Road Rater



Esquema típico de salida de la fuerza aplicada

Ubicación de las ruedas de carga y los sensores - Dynaflect



• Inducen un impulso transitorio a la superficie del pavimento.

• Ejemplos: Dynatest Falling WeightDeflectometer, Fast Falling WeightDeflectometer, Kuab Falling WeightDeflectometer, Light Weight Deflectometer.

Impacto


•Kuab FWD

•Dynatest FWD




•LWD

Mediciones in-situ de módulos elásticos de bases,subbases y subrasantes de pavimentos.

•Resultados inmediatos•Bajo peso del equipo•Mínimo tiempo del ensayo•Permite ensayar en lugares de difícil acceso•Puede ser transportado y operado por una persona•GPS incorporado



•Dynatest FastFWD

Deflectómetro de Impacto de Alto Rendimiento(Dynatest FastFWD).

•5 veces más rápido por golpe que el FWD.•Misma configuración del sensor y misma interfaz deusuario que con el FWD.•75% más de mediciones por hora.•45% menos de tiempo de exposición al tráfico.•Menor costo de mantenimiento.•Facilidad de formación de operadores y personal deservicio.


Esquema de deflexiones producidas

Ubicación de las ruedas de carga y los sensores



EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN CAMPO)SALIDA EQUIPO KUAB FWD


RWD (Rolling Wheel Deflectometer)


PROTOTIPO


EQUIPOS DE MEDICIÓN DE DEFLEXIONESRWD (Rolling Wheel Deflectometer)

Características

• Medir deflexiones bajo la carga de un camión en movimiento.

• Recolección de datos a 80 km/hora (50 millas /hora).

• Mediciones continuas.

• Resultados a nivel Red de Pavimentos.

• Medir una deflexión única (ligeramente delante de la carga de rueda).

• Aplica una componente de carga vertical y horizontal con una frecuencia que decrece con laprofundidad.

• La deflexión máxima del RWD se produce típicamente unas pocas pulgadas detrás de la ruedaen movimiento.



Esquema de Medición

� Al tiempo = 0, las lecturas de los láser A1, B1 y

C1 definen el perfil del pavimento sin deflectar.

� Cuando el RWD avanza 8 pies, las lecturas de

los láser B2 y C2 se desplazan para calzar con

el perfil en los mismos puntos. El láser D mide

la superficie deflectada.



• Semi-acoplado largo en el que se

montan los láser y la viga.

• El acoplado de eje simple, doble

rodado tiene una longitud de 16

metros y puede variar la carga del eje

simple desde 18.000 a 24.000 libras.


EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN GABINETE)RETROCÁLCULO (I)

MÓDULOS “SEMILLA”

CÁLCULO DE DEFLEXIONES

OK?BUSCARNUEVO MÓDULO

SI

NO

RESULTADOS

CONTROLAR RANGO DE MODULOS

DEFLEXIONESMEDIDAS

ESPESORESCARGAS


EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN GABINETE)RETROCÁLCULO (II)


EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN GABINETE)CUENCO DE DEFLEXIONES (I)


EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN GABINETE)CUENCO DE DEFLEXIONES (II)

D0 D2

Relacionado con los primeros20 cm. de la Estructura.

Relacionado con los 20 a 40 cm.Por debajo de la superficie.BCI

SCI

D1


EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN GABINETE)BULBO DE TENSIONES GENERADO


-25

-20

-15

-10

-5

0

-72 -60 -48 -36 -24 -12 0 12 24 36 48 60 72

PAVEMENT 1

PAVEMENT 2

PAVEMENT 3

8" PCC E-4,000,000 psi

6" AGG E-80,000 psi

SG E-12,000 psi

4" HMA E-500,000 psi

8" AGG E-20,000 psi

SG E-24,000 psi

PAVEMENT 1 PAVEMENT 2

15,000lbs

PAVEMENT 3

4" HMA E-500,000 psi

8” AGG E-80,000 psi

SG E-12,000 psi

EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN GABINETE)COMPARACIÓN DEL CUENCO DE DEFLEXIONES PARA

3 TIPOS DE PAVIMENTOS


EVALUACIÓN ESTRUCTURAL (EN GABINETE)FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RETROCÁLCULO

• Datos de Entrada

• Compensación de capas de comportamiento no lineal

• Capas rígidas bajo la subrasante

• Efectos Climáticos


� Estudio Estratégico de Investigación de Transporte (STRS)

• Base nacional de desempeño del pavimento a largo plazo

STRS Report

“Brown Book”

� Programa Estratégico de Investigación de Carreteras

• LTPP planificado como un programa de 20 años para aumentar la vida del

pavimento a través de la investigación

• 6 Objetivos

PROGRAMA LTPP


LTPP OBJETIVOS

1• Evaluar los métodos de diseño existentes.

2• Desarrollar métodos de diseño mejorados incluyendo estrategias de rehabilitación.

3• Mejorar ecuaciones de diseño.

4

• Determinar los efectos de las cargas, el medio ambiente, las propiedades de los materiales y la variabilidad, la calidad de la construcción y los niveles de mantenimiento.

5• Determinar los efectos de las características de diseño específicas.

6• Establecer una base de datos nacional de pavimentos a largo plazo.


Aproximadamente 800 secciones

ESTUDIOS GENERALES DE PAVIMENTOS (GPS)


ENSAYO ACELERADO DE PAVIMENTOS (APT)

� Concebidos como una necesidad de los países de realizar pavimentos económicamenteaccesibles y cuyo desempeño cumpliera con las solicitaciones.

� Las bases de los APT se ubican dentro del estado mecanístico, lo que les confiere gran utilidad enel desarrollo y calibración de metodologías de análisis y diseño.


ENSAYO ACELERADO DE PAVIMENTOS (APT)

� Concebidos como una necesidad de los países de realizar pavimentos económicamenteaccesibles y cuyo desempeño cumpliera con las solicitaciones.

� Las bases de los APT se ubican dentro del estado mecanístico, lo que les confiere gran utilidad enel desarrollo y calibración de metodologías de análisis y diseño.

• Permiten simular el desempeño, en campo, de una estructura de pavimento en un periodo reducido de tiempo.

• Evaluación de la influencia ambiental, sea temperatura o humedad, en el desempeño.

• Comparación de procedimientos constructivos.

• Identificación y énfasis en las deficiencias en prácticas constructivas actuales.

• Calibración y validación de modelos de deterioro para el diseño estructural.

• Optimización de diseño de pavimentos.


APT EN EL MUNDO

La prueba APT requiere de una pista de pruebas

especialmente diseñada.

Actualmente, existen instalaciones a escala completa

en Europa, Estados Unidos, México, Brasil, Sudáfrica,

Australia, Nueva Zelanda, China y Japón.


APT EN EL MUNDO

España

• Pista de Ensayo Acelerado a Escala Real.

• Dos tramos rectos de 75 m unidos por dos

tramos curvos.

• Una viga de acero en el perímetro interior para

los dos vehículos automáticos.

• Instrumentación instalada para medir la tensión,

deformación y desplazamiento

• Sensores para medir variables como

temperatura, nivel freático, humedad de los

suelos, etc.

• Dos vehículos automáticos que circulan a una

velocidad máxima de 60 km/h y aplican una

carga dinámica de 65 kN a su paso.


APT EN EL MUNDO

Costa Rica

• HVS (heavy vehicle simulator). Modelo Mark VI

de LanammeUCR.

• Aplicaciones continuas de carga controlada

sobre un pavimento en escala real.

• Longitud total de 32 m y peso de 48 t.

• Rango de cargas: desde media tonelada hasta

11 y 20 t en dos ruedas (medio eje dual)

• Una versión corta con una viga central de 12

metros y una larga con una extensión hasta de

18 metros.

• La aplicación de cargas puede ser

unidireccional o bidireccional.

• Movimiento lateral de la aplicación de carga.

• Dos perfilómetros láser para conocer la

evolución de la deformación de la superficie.


APT EN EL MUNDO

EEUU (Minnesota)

• MnROAD, es un centro de prueba y laboratorio

operado por el Departamento de Transporte de

Minnesota (MnDOT).

• Consta de 2 segmentos de carretera divididos

en 50 secciones de prueba, cada una

representando varias combinaciones de

materiales y diseños.

• Más de 9500 sensores instalados.

• Miden variables como temperatura, humedad,

tensión, deflexión y profundidad de escarcha,

entre otros, en y bajo el pavimento.

• Dos tipos diferentes de sensores de pavimento:

estático (ambiental) y dinámico (fuerzas

aplicadas por el tráfico).

• MnROAD también recoge datos de tráfico y

tiene una estación meteorológica en el sitio.


¿Y LOS ENSAYOS DESTRUCTIVOS?


REFLEXIONES


REFLEXIONES

Evaluación Integral del Pavimento: Superficial, Funcional, Estructural y Obras Complementarias.


REFLEXIONES

Complementar los Resultados de los Ensayos Destructivos y No Destructivos.



REFLEXIONES

Contar con la Inspección Visual del Ingeniero Especialista para la Toma de Decisiones.




REFLEXIONES

Nada cambia lo Determinístico por lo Probabilístico. Son Conceptos que se deben Equilibrar y Compensar.

Contar con la Inspección Visual del Ingeniero Especialista para la Toma de Decisiones.




MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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