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CLASIFICACIÓN DE LOS RESULTADOS

OBTENIDOS POR EL DEFLECTÓMETRO

DE IMPACTO PARA LA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL

DE LA RED VIAL CANTONAL DE

COSTA RICA

Ing. Eliécer Arias BarrantesIng. Sharline López RamírezIng. Jaime Allen Monge MSc

Unidad de Gestión MunicipalPrograma de Infraestructura de Transporte

19 de Noviembre de 2013

Qué es el LanammeUCR?

LanammeUCR es un laboratorio de la Universidad de Costa Rica dedicado a:

• Investigación aplicada

• Docencia

• Transferencia tecnológica

• Cooperación técnica

• Primer laboratorio del ramo ACREDITADO ISO 17025 – 2002 en la región latinomericana

• 80 ensayos acreditados

Áreas de Especialidad

• Ingeniería Sísmica y Gestión del Riesgo.

• Ingeniería de Suelos y Rocas (Geotecnia).

• Ingeniería Estructural.

• Ingeniería de Materiales de Construcción.

• Ingeniería Vial (Programa PITRA –

• Ley 8114 y 8603).

• LEY 7099: Laboratorio nacional de referencia•LEY 8603: Garantizarla máxima Eficiencia de Inversión Pública en Reconstrucción y

Conservación de la Red Vial Costarricense• LEY 8114: Fiscalización, investigación, transferencia de Tecnología, apoyo a

municipios, evaluación de redes viales y puente especificación vial costarricense 1.0% Impuesto al combustible

Introducción

• La red vial cantonal de Costa Rica abarca más de 34 000 km, una de

las labores que ejecuta el Laboratorio Nacional de Materiales de la

Universidad de Costa de Rica es su evaluación.

• Para la evaluación se utiliza el deflectómetro de impacto (FWD), el perfilómetro inercial láser, calicatas para realizar mediciones de CBR en la subrasante, y medir espesores así como conteos vehiculares y auscultación visual.

Introducción (Cont.)

• Para la red vial asfaltada se ha utilizado la clasificación por deflexiones

para determinar la condición estructural de las diferentes pavimentos.

• La clasificación por deflectometría está enfocada a los flujos

vehiculares de la red vial nacional de Costa Rica, que distan de los

flujos de la red vial cantonal.

• Este estudio se detalla la metodología utilizada para estimar una

clasificación por deflexiones utilizando parámetros de entrada acordes

a la red vial cantonal.

Metodología Propuesta

Bases de datos de suelos

Se realizaron 250 puntos de muestreo, en 17 Municipalidades de Costa

Rica, donde se registró:

• Tipo de material.

• Registro fotográfico.

• Medición de espesores.

• Tipos de suelo de la subrasante.

• Medición de CBR en sitio.

• La ubicación mediante sistemas de información geográficos (SIG).

Bases de datos de suelos (Cont.)

•Mediante un análisis de datos se determinó que el CBR en sitio más

representativo corresponde a un 2,9%.

•Se utilizó una familia de datos correspondientes a un intervalo del 15%

con datos cercanos al CBR de 2,9%.

•Se identificó el ensayo de deflectometría más cercano y el tramo homogéneo asociado para poder realizar el retrocálculo de los módulos.

363024181260

Median

Mean

5.55.04.54.03.5

1st Quartile 2.9093Median 3.68893rd Quartile 5.3977Maximum 37.5550

4.5381 5.4734

3.4600 3.9985

3.4514 4.1156

A-Squared 23.00P-Value < 0.005Mean 5.0058StDev 3.7541Variance 14.0936Skewness 3.7060Kurtosis 23.5052N 250Minimum 0.6391

Anderson-Darling Normality Test

95% Confidence Interval for Mean

95% Confidence Interval for Median

95% Confidence I nterval for StDev95% Confidence I ntervals

Resumen para los CBR de limos y arcillas

Bases de datos de suelos (Cont.)

Tabla 1: Valores promedio obtenidos para las capas del pavimento

Material Módulo retrocálculo

Módulo para diseño

Especificación Mínima CR-2010

Base granular 492 MPa (84000 psi)

305 Mpa (44000 psi)

194 MPa (28000 psi)

Subbase granular

140 MPa (20298 psi) 91 MPa (13193psi)

104 MPa (15000 psi)

Subrasante 60 MPa (8632 psi) 21 MPa (3021 psi) -

•A partir de los datos de retrocálculo se determinaron los módulos

resilientes de los materiales que se han colocado sobre la subrasante

típica en nuestro país y la capacidad al momento de la evaluación.

Bases de datos de conteos vehiculares

• Se analizaron datos de 271 conteos vehiculares correspondientes a 15

municipios y que acumulan un total de 895 000 vehículos contados.

Flujo vehicular Porcentaje de pesadosSímbolo Intervalo TPD Urbano Rural

T1 0-1000 14.7% 12.8%T2 1000-3000 14.0% 17.9%T3 3000-7000 8.0% 8.2%T4 7000-10000 11.3% 8.7%T5 <10000 6.9% 5.2%

Tabla 2: Clases y porcentaje de vehículos pesados

Bases de datos de conteos vehiculares (Cont.)

• Para estimar la cantidad de ejes equivalentes según cada categoría de

flujo vehicular (T1, T2, T3, T4, T5) se utilizaron las siguientes ecuaciones:

Estimación de los Ejes Equivalentes

Bases de datos de conteos vehiculares (Cont.)

•Se utilizaron las encuestas de carga realizadas en Costa Rica

(LanammeUCR, 2007) en las principales rutas nacionales.

•Se considera un DS=100% y un LDF=80%

Factor camión

Tabla 3: Factores camión promedio para vehículos pesados

Tipo de Vehículo

Factor Camión (TF)

Ruta Pick up PesadosPróspero Fernández ruta 27 0.011 1.77Florencio del Castillo ruta 2 0.015 1.84

General Cañas ruta 1 0.011 1.31Braulio Carrillo ruta 32 0.011 3.05

Naranjo Bernardo Soto ruta 1 0.011 2.44Esparza Bernardo Soto ruta 1 0.011 3.19

San Carlos ruta 140 0.012 1.50Perez Zeledón ruta 2 0.012 1.21

Promedio 0.012 2.05Desviación estándar 0.001 0.75

Parámetros de diseño

Se analizaron los flujos vehiculares de las rutas más importantes de

Costa Rica, producto de encuestas de cargas y datos de las estaciones

de peaje.

−Factor de crecimiento vehicular

Porcentaje de crecimiento

Ruta Años Porcentaje de Crecimiento

Bernardo Soto, Ruta 1 9 6.4%Florencio del Castillo, Ruta 2 16 5.9%Próspero Fernández, Ruta 27 12 10.9%Braulio Carrillo, Ruta 32 12 5.9%

Factor de crecimiento promedio 7.3%

Tabla 4: Porcentaje de crecimiento en las principales rutas de Costa Rica

Parámetros de diseño (Cont.)

•PSI inicial: 4,2

•PSI final: 1.5

•∆PSI: 2.7

−Índice de serviciabilidad

−Drenajes

−Período de diseño

−Confiabilidad

•Nivel de confianza: 80%

•Zr: 0,841

•So: 0,35

•12 años

•15 años

•Drenaje entre regular y bueno.

•Expuesto más del 25% a

humedades de saturación

•Cd= 0,9

Diseño por AASHTO 93

Donde

W18= Cantidad de ejes equivalentes de 8,2 toneladas.

Zr= Desviación normal estándar para un nivel de confianza dado.

So= Desviación estándar promedio.

SN= Número estructural.

ΔPSI=Diferencia entre el PSI inicial y final.

Mr=Módulo de la subrasante en psi.

Fórmula

Diseño por AASHTO 93 (Cont.)

Esta metodología sigue el concepto de daño por fatiga en las

diferentes capas que componen el pavimento y depende directamente

de la cantidad de repeticiones de carga en un determinado momento,

se denota según al siguiente ecuación:

Vida remanente

RL= Vida remanente (0-100).

Np= cantidad de ejes de 8,2 toneladas en un momento determinado.

N1,5= cantidad de ejes para la falla del pavimento (PSI=1,5).

Diseño por AASHTO 93 (Cont.)

Para el estudio se utilizará:

Vida remanente (Cont.)

Vida remanente Condición del pavimento

100% Excelente

60% Buen estado

20% Deteriorado

0% Destruido

Cálculo de deflexiones

Datos de entrada

Se utilizará un software de análisis de multicapa elástica para

determinar las deflexiones en la superficie del pavimento para cada

paquete estructural, en las condiciones de 100%, 60%, 20% y 0%

de vida remanente.

• Espesores

• Características de materiales

• Condiciones de deflectómetro de impacto:

Radio de carga: 15 cm

Carga: 40 000 N

Presión de contacto: 566 kPa

Resultados Obtenidos

• 16 diseños para cada condición de flujo vehicular.

• 320 modelaciones en un software de multicapa elástica.

• Análisis estadísticos de las deflexiones entre categorías.

• Anova de un factor entre categorías.

• Fusión de categorías T2-T3 y T4-T5.

Resultados Obtenidos (Cont.)

• Cuadro con resultados.

0 - 1000 1000 - 7000 7000 - 150002030405060708090

100110120130140150

101.0

80.372.4

114.8

93.484.4

138.7

114.8104.5

Rangos de Clasificación de FWD para la RVC

Bueno Regular Deficiente Muy deficienteRangos de TPD

Defl

exio

nes

(mm

ˉ²)

Resultados Obtenidos (Cont.)

• Ambas clasificaciones.

Fuente: Proyecto N-UI-04-08, 2008

0 - 1000 1000 - 7000 7000 - 150002030405060708090

100110120130140150

101.0

80.372.4

114.8

93.484.4

138.7

114.8104.5

Rangos de Clasificación de FWD para la RVC

Bueno Regular Deficiente Muy deficienteRangos de TPD

Defl

exio

nes

(mm

ˉ²)

¡Muchas Gracias!

http://www.lanamme.ucr.ac.cr/eliecer.arias@ucr.ac.cr