Medición de la Deflexión

CCoonnssuullttoorr
CONSORCIO SULLANA
Estudio Definitivo de Mantenimiento Periódico de la Red
Vial Nacional, Sector : Sullana - Aguas Verdes
MEDICION DE LA DEFLEXIÓN
La Evaluación Estructural del Pavimento se ha llevado a cabo mediante Ensayos No
Destructivos (END), empleando la medición de las Deflexiones con la Viga Benkelman, y que
consiste en estudiar las deformaciones verticales que experimenta un Pavimento, cuando esta
actuando sobre él, una carga standarizada; es decir, es la respuesta del conjunto “pavimento –
subrasante”. La existencia de una correlación entre deflexiones y la presencia de fallas por
fatiga, constituyen la base de la difundida utilización del Método Deflectométrico.
Para efectos de evaluar el comportamiento estructural de la vía, se ha recurrido al empleo de
ésta metodología, siguiendo lo contemplado en los términos de referencia; sobre todo en
aquellos sub tramos en los que se han presenciado deterioros generalizados que acusan un
comportamiento estructural deficiente, tales como Hundimientos, Fisuras tipo piel de Cocodrilo,
concentración de parchados, serviciabilidad deficiente (Rugosidad elevada), etc.
Procedimiento
Trabajo de campo
Las mediciones consistieron en obtener los valores de las deflexiones, espaciadas cada una de
ellas en 100m, y en el carril de retorno en las estacas intermedias, de forma tal que se
obtuvieron mediciones a cada 50m. en forma alternada. Los equipos y el personal que participó
en la evaluación fueron:
Equipo y Personal
Equipos. - Los Equipos y materiales utilizados fueron:





Una Viga Benkelman con las siguientes características:
Viga de doble Brazo (Fabricada en Aluminio y Acero inoxidable)
especificaciones establecidas en la Norma el Ensayo MTCE 1002.
Relación de Brazos
:
02 diales o extensómetros,
aproximación
(mm)
recorrido máximo (mm)
según las
1:4
0.01
12.0

1 camión volquete, calibrado, con una carga de 18 mil libras (8.2Tn) en el eje simple
posterior de 2 ruedas y con presión de inflado de 80psi, las cuales tienen una cubierta
de 10 x 20” y una distancia entre los puntos medios de las bandas de rodamiento igual
a 32cm.




1 Camioneta Doble Cabina, para movilización del personal, y equipos.
1 medidor de presión de inflado
1 termómetro de 0 a 100°c con divisiones cada grado
1 barreno para ejecutar orificios en el pavimento de 4 cm de profundidad y 10mm de
diámetro
1 cronómetro
1 Regla de 1.20m para medición de los ahuellamientos.
1 huincha de acero de 5m
1 Tablero portátil
Formatos para la evaluación
1 Cámara fotográfica


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
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Personal.- La brigada estuvo conformada por:





1 Técnico Especialista en Evaluación de Pavimentos
1 Técnico Operador
2 Ayudantes Auxiliares
2 Ayudantes de seguridad
2 Choferes, 01 para la Camioneta y otro para el volquete.
Es de indicar que como parte de la complementación de los trabajos, se ha recurrido a la
revisión de los antecedentes existentes, se han consultado los Expedientes realizados por las
siguientes firmas Consultoras;
-
CONSORCIO CESEL – TYPSA Ingenieros y Arquitectos, realizado en Setiembre
2000.
“Estudios Definitivos de Ingeniería para la Rehabilitación y Mantenimiento de las
carreteras afectadas por el Fenómeno del Niño” – Paquete N° 05 : Sullana –
Talara
–
Los Organos; (Km 1021 + 000 – Km 1152 + 000)
-
AIC PROGETTI SpA – BUSTAMANTE, WILLIAMS Y ASOCIADOS
S.A. realizado en Mayo 2000.
CONSULTORES
“Estudios Definitivos de Ingeniería para la Rehabilitación y Mantenimiento de las
carreteras afectadas por el Fenómeno del Niño” – Paquete N° 06: Los Organos –
Aguas Verdes ; (Km 1152 + 000 – Km 1294 + 000)
Trabajo de Gabinete
Una vez obtenidas todas las mediciones se procedió a elaborar los análisis estadísticos de
cada una de las secciones estructuralmente homogéneas, empleando la información de las
estructuras de los pavimentos existentes, los ejes equivalentes (ESAL), y los tipos de suelos a
nivel de sub rasante, entre otros.
Con fines de obtener los diseños de refuerzos asfálticos se ha recurrido a las siguientes
metodologías:
-
Metodologías Empíricas (CONREVIAL) y
Metodología Racional (Modelo Matemático de Hogg)
Método CONREVIAL
Par la presente evaluación se ha adoptado el procedimiento Canadiense que coincide con el
del Instituto del Asfalto, los cuales determinan la Deflexión Recuperable del Pavimento.
Adicionalmente se ha determinado el Radio de Curvatura, que depende directamente de la
deformación por tracción y del espesor de las capas asfálticas.
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Determinación del Radio de Curvatura
El radio de curvatura de la línea elástica de Deflexión es una característica de fundamental
importancia, que determina la magnitud de la deformación lineal por tracción que sufren las
capas elásticas al flexionar bajo las cargas, y en consecuencia, en el desarrollo del
fisuramiento en forma de piel de cocodrilo.
Las primeras tentativas para expresar numéricamente la curvatura se basaron en relacionar la
Deflexión máxima con el diámetro del área superficial deformada ( índice de curvatura), lo que
resulta algo aleatorio por las dificultades para fijar el punto donde la línea de Deflexión es
tangencial a la horizontal. Un análisis de los diversos procedimientos de medición permite
comprobar que uno del más simple es el que esta basado en la comprobación experimental;
así la línea de Deflexión se aproxima a una parábola hasta una distancia algo mayor de 25
cm. Del eje de carga, para sufrir luego una inflexión y tender asintóticamente hacia la
horizontal, la curvatura de la parábola queda definida por su parámetro, que en la zona de
máxima curvatura se confunde practicante con el radio del circulo osculador en dicho punto. El
radio de curvatura queda definido por la siguiente relación:
R = 10*(25²)
2(Do-D25)
=
6250
2(Do-D25)
Donde:
R
Do
D25
=
Radio de Curvatura en metros
=
Deflexión recuperable en el eje vertical de la carga, en centésimas
de Milímetros.
=
Deflexión recuperable en el eje vertical de la carga, en centésimas
de Milímetros, A 25 del eje de carga.
Análisis estadístico
Los estudios de Deflexiones recuperables han demostrado que las Deflexiones medidas en
una sección de pavimento, presentan una distribución de frecuencias que se asemejan a una
distribución normal. Por lo tanto, a partir de las Deflexiones individuales, asumiendo que se
hallan distribuidas de acuerdo a la ley de Gauss se han determinado la Deflexión media (D), la
desviación standard (), y el coeficiente de variación (Cv).
Para efectos de diseños de refuerzos asfálticos se emplea el concepto de Deflexión
característica, que representa mejor a una sección de comportamiento Estructural
Homogéneo; siguiendo el criterio adoptado normalmente en análisis estadísticos, se puede
establecer como Deflexión característica el valor:
Dc
=
D + 1.645 * 
En la presente evaluación se ha adoptado como Deflexión característica a aquella que
corresponde al 95 %, es decir la que es superada solo por el 5 % de las determinaciones,
coincidentemente con lo propuesto por el Dr.Ruiz de Argentina.
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Por otro lado los espesores de Refuerzo se calcularon empleando la siguiente relación:
h
=
R * log *Do
0.434
Dh
Donde:
h
Do
Dh
R
espesor de Refuerzo ( cm. )
Deflexión Recuperable, característica del pavimento antes del
refuerzo en centésimas de milímetros.
Deflexión Recuperable, característica del pavimento después del l
refuerzo en centésimas de milímetros.
Coeficiente con dimensiones de un espesor, que expresa la
capacidad del material de refuerzo para reducir la Deflexión del
pavimento subyacente. (R = 17)
El concepto de deflexión admisible, se encuentra íntimamente relacionada al Número de Ejes
Standard Equivalentes Acumulados de 8.2 Tn. La fórmula ampliamente difundida por el
CONREVIAL (Consorcio de Rehabilitación Vial), es la que se muestra a continuación:
D = (1.15 / N)1 / 4
Donde:
D
N
Deflexión Admisible y
Número de Ejes Standard Equivalentes Acumulados de 8.2 Tn
Los Resultados se encuentra resumidos en el Cuadro N° 03 y 04 Resumen de Refuerzos
Asfálticos (Método Conrevial), para 03 y para 05 Años respectivamente, sin embargo con fines
de obtener la oportuna intervención del Refuerzo Asfáltico, adicionalmente se han calculado
para cada año (Ver Cuadro N° 01, “Trabajos a Efectuar”).
Con fines de verificar tanto la estructura del pavimento existente así como la calidad de las
capas de la que está compuesta, se han realizado la perforación de Calicatas en los sectores
en donde se han registrado valores de deflexiones elevadas, mayores a las deflexiones
admisibles, así tenemos:
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Cuadro: N°01
SECTORES CON DEFLEXIÓN CARACTERISTICA > DEFLEXION ADMISIBLE
Deflexión (x10^-2 mm)
Sección
Longitud
Homogénea
Del Km
Al Km
(Km)
Característica
Admisible
N°
2
2A
4
5
6
8
10
11
19
21
29
31
32
40 ( * )
41 ( * )
(*)
1022+300 1025+600
3.30
104.66
1025+600 1028+000
2.40
100.33
1031+800 1035+700
3.90
90.85
1035+700 1038+100
2.40
105.34
74.19
1038+100 1043+000
4.90
102.52
1044+400 1050+700
6.30
87.79
1053+100 1057+000
3.90
111.46
1057+000 1058+800
1.80
99.73
1151+500 1153+000
1.50
100.24
1155+100 1157+000
1.90
89.96
85.28
1172+000 1178+000
6.00
99.40
1179+300 1181+500
2.20
141.84
1181+500 1182+400
0.90
123.19
95.98
1241+800 1243+000
1.20
52.05
1243+000 1248+000
5.00
70.52
En estos sectores se perforaron calicatas, por haberse observado hundimientos
localizados de la estructura del pavimento, y que no se reflejaron en valores
elevados de deflexiones.
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Cuadro: N°02
UBICACIÓN DE CALICATAS
Carril
Ubicación
N°
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 (#)
11
12
13
14 (#)
15
16
(#)
Km
Izquierdo
Efectuar
Calicata
Deflexión
(x 10^ - 2mm)
Derecho
Efectuar
Calicata
Deflexión
(x 10 ^ -2mm)

1026 + 200

1033 + 450
114.00

1038 + 050
110.00

1042 + 150
102.00

1046 + 700

1053 + 200

1057 + 000

1151 + 800

1156 + 400

1164 + 300

1172 + 450
132.00

1179 + 800

1182 + 000

1190 + 450
128.00

1244 + 700

1247 + 550
82.00
Calicatas efectuadas, en sectores con deflexiones puntuales elevadas.
107.61
109.04
120.60
151.01
130.41
127.82
112.78
158.27
131.89
88.46
Método Elástico ( Modelo Matemático de HOGG )
Este método determina básicamente el CBR de la Subrasante, el espesor equivalente del
material granular, el aporte estructural del pavimento existente y el requerido, para las
condiciones de servicio en términos del Numero Estructural AASHTO.
El sistema Pavimento – Subrasante, es reemplazado por un modelo elástico bicapa, Modelo
de Hogg, y las curvas de Deflexiones medidas con la Viga Benkelman son los datos
empleados para calcular los siguientes parámetros Estructurales:
Lo
Eo
CBR
E*
E2
SN
NSR
Longitud Característica
Modulo de elasticidad de la Subrasante
Valor Relativo de Soporte
Modulo de elasticidad del Pavimento
Modulo de elasticidad de la Base Granular
Número Estructural AASHTO del pavimento
Número Estructural AASHTO requerido
( cm. )
( Kg / cm² )
(%)
( Kg / cm² )
( Kg / cm² )
(según AASHTO1, 993)
(según AASHTO1, 993).
Para la determinación del CBR de la Subrasante, se empleo la siguiente relación:
CBR = (Eo / 130) ^ 1.401
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Los Refuerzos Asfálticos obtenidos, recurriendo a la Metodología AASHTO – 93, son
mostrados en el Cuadros N° 05, 06 y 07 “Refuerzos Asfálticos Modelo de Hogg”.