Análisis de índices derivados de pruebas de deflexión por impacto... evaluación de pavimentos

XXVI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos
e Ingeniería Geotécnica
Sociedad Mexicana de
Ingeniería Geotécnica, A.C.
Noviembre 14 a 16, 2012 – Cancún, Quintana Roo
Análisis de índices derivados de pruebas de deflexión por impacto para
evaluación de pavimentos
Analysis of indices derived from impact deflection testing for pavement evaluation
Gloria BELTRÁN1, Miguel ROMO2
1
Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F. - Universidad Nacional de Colombia
2 Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F.
RESUMEN: Las pruebas no destructivas de deflexión por impacto se utilizan principalmente para estimar parámetros
asociados con la capacidad estructural de pavimentos en servicio, útiles en etapas de evaluación y procesos de toma de
decisión sobre mantenimiento y rehabilitación. Estas pruebas simulan de manera muy aproximada las características de
carga impuestas por el tránsito vehicular, permitiendo medir la respuesta de deflexiones ante un impulso de carga
aplicado en la superficie del pavimento. Con base en esta respuesta, se estiman tanto los módulos de las capas del
pavimento, como algunos indicadores de naturaleza empírica propuestos como clasificadores de la rigidez. En este
estudio se realiza una evaluación detallada de dichos índices, considerando diferentes sistemas estructurales y
respuestas de pavimentos obtenidas mediante pruebas de deflexión realizadas en pavimentos flexibles. Se encontró que
pavimentos con diferentes características, y por tanto diferentes respuestas, pueden conducir a valores muy similares en
los indicadores analizados, lo cual dificulta identificar la propiedad del pavimento a la cual se supone está ligado cada
índice. Mediante un análisis detallado, se identificaron los índices más significativos para los casos estudiados y se
formulan algunas recomendaciones prácticas para su uso en la evaluación estructural del pavimento.
ABSTRACT: Non-destructive deflection testing is used primarily to estimate parameters related to structural adequacy of
existing pavements for evaluation, rehabilitation design and maintenance decisions purposes. Impulse load devices such
as Falling Weight Deflectometer (FWD) and Heavy Weight Deflectometer (HWD) are probably the most commonly used,
because they simulate properly traffic loading features such as type, magnitude and time-passing vehicle loading on
pavement surface. Based on measured responses of pavements to deflection tests, it is possible to estimate both layer
moduli and some additional indices of empirical nature estimated by simplified methods, which are proposed as stiffness
classifiers of pavement systems. Detailed evaluations of these indices are carried out in this study, considering different
structural systems and pavement responses, obtained through deflection tests carried out on flexible pavements. It was
found that pavement systems with different features and diverse deflection responses, could lead to similar values in each
parameter derived from deflection basins, making it difficult to select the pavement property they are supposed to be
linked to. The comprehensive analysis of indices related to the basin shape, allowed to make some practical
recommendations to assess the structural adequacy of pavements.
1 INTRODUCCIÓN
Para evaluar la condición real que exhibe un
pavimento, es necesario desarrollar varias etapas,
iniciando con la auscultación en campo. En la
actualidad, se ha intensificado el uso de métodos no
destructivos por la rapidez, facilidad y versatilidad
con que permiten recolectar información relevante
para evaluar carreteras.
Desde el punto de vista del comportamiento
estructural, uno de los fundamentos conceptuales
del sistema de gestión vial mexicano, es la
aceptación de que “la deficiencia estructural puede
correlacionarse con alguna medida hecha desde la
superficie del pavimento. La deflexión parece ser el
concepto que mejor sirve para estos fines, pues su
magnitud mide el defecto estructural, aunque no lo
analice ni lo localice” (Rico et al. 1998).
La medición de deflexiones en la superficie con
métodos no destructivos, se basa en simular el
efecto de las cargas de tránsito sobre el pavimento,
midiendo la respuesta de desplazamientos verticales
generada. Con base en la respuesta medida, se
estiman
parámetros
e
indicadores
de
comportamiento global del pavimento ante cargas, a
partir de los cuales se puede establecer la
competencia estructural del mismo.
En este trabajo, se estudian diversas respuestas
obtenidas en pruebas de deflexión realizadas sobre
diferentes sistemas de pavimentos, se estiman
algunos indicadores deducidos a partir de dichas
pruebas y se realiza un análisis detallado para
evaluar su significado y representatividad. Con base
en dicho análisis, se identifican los indicadores más
significativos del comportamiento de los pavimentos
analizados y se emiten algunas recomendaciones
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C.
2
Análisis de índices derivados de pruebas de deflexión por impacto para evaluación de pavimentos
prácticas para su consideración como elementos de
evaluación.
2 PRUEBAS DE DEFLEXIÓN POR IMPACTO
Dentro de las diferentes posibilidades para la
medición de deflexiones, están los dispositivos por
impacto cuya magnitud de carga y tiempo de
aplicación, ha permitido simular satisfactoriamente el
efecto del tránsito sobre el pavimento; en esta
categoría se pueden mencionar el deformómetro
rodante de alta velocidad – RDT y los deflectómetros
de impacto tipo Falling Weight Deflectometer (FWD)
o Heavy Weight Deflectometer (HWD). Los dos
últimos requieren detener el equipo durante las
pruebas mientras que el RDT es el método más
rápido puesto que el equipo va en movimiento.
En México existe una tendencia creciente hacia la
aplicación de pruebas no destructivas de deflexión
por impacto con FWD y HWD, gracias a la
disponibilidad de equipos, la rapidez y facilidad de
medición.
Las pruebas consisten en aplicar un impulso de
carga (Q) en caída libre sobre una placa circular
colocada en la superficie del pavimento, cuya
magnitud varía entre 0.7 y 16 ton (6.7 y 156 kN) en
el equipo FWD y entre 2.7 y 24.5 ton (26 a 240 kN)
en el equipo HWD; en carreteras la magnitud de la
carga considerada representativa de los vehículos
pesados es del orden de 40 kN.
La respuesta de deflexiones del pavimento, se
registra por medio de sensores localizados
radialmente a diferentes distancias del eje de
aplicación de carga, según se ilustra en la Figura 1.
Los valores registrados se grafican en función de la
ubicación de cada sensor, para obtener finalmente el
perfil de desplazamientos verticales, o cuenca de
deflexión. Se pueden consultar mayores detalles
operativos sobre estas pruebas en la norma ASTM
4694 y Pérez et al (2004).
Es necesario documentar las condiciones
ambientales y la temperatura del pavimento durante
la ejecución de las pruebas, puesto que los
parámetros
e
indicadores
derivados
son
representativos de las condiciones predominantes
en esos momentos.
Por otra parte, es deseable efectuar las pruebas
fuera del área de influencia de estructuras de
drenaje y de zonas deterioradas; de ser el caso, es
necesario reportar la ubicación, el tipo de daño y
severidad, y el tipo de obra (alcantarilla, puente,
etc.); se ha encontrado que estas características
pueden llegar a tener mayor incidencia en la
respuesta de deflexiones del pavimento, que la
misma rigidez de las capas.
3 INDICADORES DERIVADOS DE PRUEBAS DE
DEFLEXIÓN
La magnitud y forma de los desplazamientos
verticales registrados en las pruebas de deflexión, se
encuentran fuertemente asociados con las
características de resistencia y rigidez de las capas y
de sus espesores.
Las deflexiones medidas cerca del eje de carga
se han asociado con la rigidez relativa de las capas
superiores del pavimento (Shahin, 2005 y Goktepe
et al 2005); así mismo, las deflexiones en la parte
media del cuenco reflejan la rigidez relativa de las
capas intermedias, mientras que las deflexiones más
alejadas del eje de carga se han relacionado con la
rigidez de las capas inferiores (Gopalakrishnan et al,
2010).
Históricamente han surgido diversas propuestas
para establecer indicadores de la capacidad
estructural del pavimento a partir de la cuenca de
deflexión, ya sea de manera directa, o calculados
con métodos simplificados de naturaleza empírica,
los cuales no tienen en cuenta de manera explícita
las propiedades mecánicas de los materiales de las
capas del pavimento. A continuación se describen
los indicadores evaluados en este trabajo.
3.1 Deflexión máxima (Dmáx)
Figura 1. Prueba de deflexión por impacto
La deflexión registrada en el sensor ubicado en el
sitio de aplicación de la carga corresponde al valor
de Dmáx; describe cómo se comporta globalmente
el pavimento ante una carga, pero no
necesariamente refleja la resistencia individual de
alguna de las capas. Bajo el mismo nivel de carga,
los sistemas de pavimento débiles tendrán mayor
Dmáx que aquellos sistemas fuertes.
Con base en casos de estudio, Chen y Scullion
(2008) reportan que valores de Dmáx superiores a
0.75 mm representan pavimento débiles que poseen
estructuras delgadas, deterioros o capas granulares
expuestas a humedad.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C.
BELTRÁN G. et al.
3
En el ámbito local Gómez et al (2007) y Zárate y
Lucero (2009), reportan que valores superiores 0.7
mm son indicadores de una posible deficiencia
estructural, atribuida principalmente a subrasantes
débiles.
eje de aplicación de la carga. El AN0.9 así
determinado, junto con la deflexión máxima, se han
utilizado localmente como indicadores de la
resistencia del pavimento y de la subrasante, según
se muestra en la Tabla 2.
3.2 Área de la cuenca (A)
Tabla
2. Clasificación de la resistencia
______________________________________________
Se estima como la sumatoria de áreas de los
trapecios circunscritos en la mitad de la cuenca de
deflexión, según se ilustra en la Figura 2.
x2
x3
x4
xn
Superficie del
Paviment o
An
A4
ÁN
Dmáx
Subrasante
Pavimento
0.9 (mm)
______________________________________________
Baja (< 600)
Baja (< 0.7) Resistente
Débil
Baja (< 600)
Alta (> 0.7) Débil
Débil
Alta (> 600)
Baja (< 0.7) Resistente
Resistente
Alta
(> 600)
Alta (> 0.7) Débil
Resistente
______________________________________________
Fuente: Adaptada de Gómez et al (2007) y Zárate y Lucero
(2009).
En la norma ASTM D5858, se propone la ecuación
(2), generalizada para la estimación del área
normalizada AN, para considerar el área total de la
cuenca de en aquellos casos en los cuales se
utilizan más de 4 sensores.
Dn
A3
A2
D3
𝐴𝑁 =
D2
D1: Dmáx
Figura 2. Área aproximada de la cuenca de deflexión
donde: n = número de sensores utilizados; Di =
deflexión medida en el sensor i (i = 1 a n); Xi+1 =
distancia entre el Sensor i e i+1; Ai+1 = Área de la
porción de la cuenca entre los sensores i e i+1.
Con base en los posibles valores de área, se han
propuesto rangos para clasificar la condición y
otorgar una calificación estructural según se muestra
en la Tabla 1.
𝑋2
2
+ [
∑𝑛−1
𝑖=2 𝐷𝑖 ∗ (𝑋𝑖+1 + 𝑋𝑖 )
]+
(2∗𝐷𝑚á𝑥 )
𝑋 ∗ 𝐷𝑛
𝑛
[(2∗𝐷
𝑚á𝑥 )
]
(2)
donde: X2 = distancia entre los sensores 2 y 1; Xn =
distancia entre el Sensor n y n−1; Xi+1 = distancia
entre el Sensor i e i+1.
3.4 Índice Estructural (Ie)
Orozco (2005) propone determinar este índice
adimensional, como la relación entre Dmáx y la
distancia horizontal desde el eje de carga hasta el
punto de inflexión (pi) que exhibe la curva de
deflexiones, según se ilustra en la Figura 3.
Tabla
1. Calificación según el área de la cuenca
__________________________________
Área (mm2)
Condición Calificación
__________________________________
0 a 100
Excelente
10
100 a 200
Muy bueno
9
200 a 400
Bueno
8
400 a 800
Regular
7
800 a 1600
Malo
6
Mayor
a 1600 Pésimo
5
__________________________________
Superficie del Paviment o
Curva de
Deflexión
pi
Fuente: Orozco (2005)
Ie = Dmáx /pi
Punto de
Inflexión
Dmáx
3.3 El área normalizada de la cuenca (AN)
Para la obtención de AN, se divide la deflexión
registrada en cada sensor por Dmáx. Hoffman y
Thompson (1982) propusieron la ecuación (1) para
el cálculo del área normalizada cuando se utilizan 4
sensores separados a distancias constantes de 0.3
m, con lo cual se evalúa la cuenca hasta una
distancia de 0.9 m desde el eje de carga.
𝐴𝑁0.9 =
150∗ (𝐷𝑚á𝑥 +2∗𝐷0.30 +2∗𝐷0.6 +𝐷0.9 )
𝐷𝑚á𝑥
(1)
Siendo D0.3, D0.6 y D0.9, las deflexiones registradas a
distancias de 0.3, 0.6 y 0.9 m respectivamente del
Figura 3. Resistencia de pavimentos según Dmáx y AN0.9
La posición exacta del punto de inflexión, depende
de las características estructurales de las capas que
componen un pavimento específico.
A menor valor de Ie, mejor condición de la
estructura; en teoría esto se consigue con valores
bajos de Dmáx y puntos de inflexión alejados del eje
de carga, es decir en cuencas muy tendidas y poco
profundas.
La evaluación de este índice para casos reales,
dio lugar a proponer rangos de valores para calificar
la condición estructural del pavimento, desde
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C.
4
Análisis de índices derivados de pruebas de deflexión por impacto para evaluación de pavimentos
excelente hasta pésima según se indica en la Tabla
3; para mayor utilidad práctica, se asociaron algunas
recomendaciones de intervención.
BLI se denomina Índice de la base y refleja la rigidez
de la zona I; MLI es el Índice de capas intermedias y
representa la rigidez de la zona II; finalmente, LLI se
conoce como índice de capas inferiores y representa
la deformación por compresión sobre dichas capas.
Tabla
3. Condición en función del Índice estructural
____________________________________________________
Ie
Calificación
Condición
Solución
____________________________________________________
0.0 a 0.05 10
Excelente
Tratamiento superficial
0.05 a 0.1
9
Muy buena
Tratamiento superficial
0.1 a 0.2
8
Buena
Reforzamiento
0.2 a 0.3
7
Regular
Reforzamiento
0.3 a 0.4
6
Mala
Recuperación in situ
>
0.4
5
Pésima
Recuperación in situ
____________________________________________________
3.6 Radio de Curvatura (RoC)
Evalúa la zona de la cuenca cercana al impacto de
la carga, representativa del comportamiento de las
capas superficiales; se puede determinar mediante
la ecuación (3).
Fuente: Orozco (2005)
𝑅𝑜𝐶 =
3.5 Factores de forma (BLI, MLI, LLI)
Horak (1998) planteó dividir las cuencas de deflexión
en las tres zonas ilustradas en la Figura 4.
La zona 1 ubicada hasta 0.3 m aproximadamente
del eje de carga, es cóncava hacia arriba y se asocia
con la rigidez de las capas superiores de rodadura y
base principalmente. La zona 2 o zona de inflexión,
está comprendida entre 0.3 m y 0.6 m del eje de
carga, donde se presenta el cambio de curvatura en
la cuenca y el punto de inflexión; se asocia
principalmente con la rigidez de capa de subbase.
La zona 3 presenta concavidad hacia abajo y se
extiende hasta donde la deflexión sea cero; aunque
esta zona comúnmente se limita entre 0.6 y 2.0 m
del eje de carga, la extensión real depende del
espesor de la estructura de pavimento y de la
respuesta de las capas inferiores.
Con base en estas zonas, Horak y Emery (2006)
propusieron los factores de forma BLI, MLI y LLI,
cuya representación y determinación se ilustra en la
Figura 4. Mediante estos índices se intenta describir
el comportamiento del pavimento, considerando la
porción de la cuenca de deflexiones comprendida
hasta una distancia de 0.9 m del eje de carga.
Eje de
carga
2.0 m
0.9 m
0.6 m
0.3 m
Zona 1
Cóncava
hacia
arriba
Dmáx
Zona 3
Cóncava hacia
abajo
Zona 2
Inflexión
Superficie del Pavimento
LLI = D0.6 - D0.3
MLI = D0.3 -D0.6
BLI = Dmáx - D0.3
Figura 4. Zonas de curvatura en cuencas de deflexión
0.04
[2∗(𝐷𝑚á𝑥− 𝐷𝑜.2 )]
(3)
Siendo D0.2 la deflexión registrada a 0.2 m de
distancia del eje de carga. Cuando en las pruebas
se utilizan placas de carga de 0.15 m de radio, el
valor D0.2, y por tanto de RoC, pueden estar
afectados por la cercanía del borde de la placa.
En la Tabla 4 se incluyen los rangos propuestos
para juzgar la condición de un pavimento en función
de algunos de los índices descritos, dependiendo del
tipo de base predominante en el pavimento.
Tabla
4. Rangos de valores de índices estructurales
____________________________________________________
Cond. Dmáx(mm) RoC
BLI(mm) MLI(mm) LLI(mm)
____________________________________________________
A < 0.5
> 0.1
< 0.2
< 0.1
< 0.05
BG R 0.5-0.75 0.05-0.1
0.2-0.4
0.1-0.2 0.05-0.1
G > 0.75
< 0.05
> 0.4
> 0.2
> 0.1
____________________________________________________
A < 0.2
> 0.15
< 0.1
< 0.05
< 0.04
R 0.2-0.4
0.08-0.15
0.1-0.3
0.05-0.1 0.04-0.08
G > 0.4
< 0.08
> 0.3
> 0.1
> 0.08
____________________________________________________
BC
BG: Base Granular; BC: Base Cementada; A: Adecuada; R:
Riesgo; G: Grave
Fuente: adaptada de Horak y Emery (2006)
3.7 Otros indicadores (F2, RD y MRD)
El índice de forma (F2 = (D0.3 - D0.9)/D0.3), evalúa la
rigidez relativa de las capas granulares.
La relación de deflexión refleja la capacidad de las
capas superiores respecto a la capacidad estructural
total (RD = D0.3/Dmáx).
El módulo de rigidez dinámico, por su parte (MRD
= Q/Dmáx); evalúa la resistencia global de la
estructura en función de la carga aplicada, Q; bajo el
mismo nivel de carga, los valores más altos reflejan
mayores resistencias.
Los valores y rangos deseables para estos
índices son: F2 ≤ 0.5; 0.67 ≥ RD ≤1.0; MRD ≥ 20
t/mm (Zárate 2011).
4 CASOS ANALIZADOS
Para evaluar los indicadores descritos, se analizaron
558 pruebas de deflexión realizadas sobre un tramo
de carretera conformado por una calzada con dos
carriles y longitud de 28 km (del K112 al K140). Por
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C.
BELTRÁN G. et al.
la vía circulan alrededor de 5000 vehículos/día, con
una composición de 73% de autos, 8% de
autobuses y 19% de camiones; atraviesa zonas
planas con alturas de 50 a 130 m.s.n.m.,
temperatura media de 26° C y precipitación media
de 140 mm/mes.
A lo largo del corredor vial se identifican tres
sectores según los sistemas de pavimento
presentes: el sector I comprendido entre el K112 y el
K119.7; el sector II entre el K119.7 y el K127 y el
sector III entre el K127 y el K140. El sector II exhibe
una estructura tri-capa donde la rigidez decrece con
la profundidad, mientras los sectores I y III poseen
una estructura de cuatro capas donde la base
granular posee menor rigidez que la capa de
subbase rigidizada con cemento Portland sobre la
cual se apoya. En la Tabla 5 se incluyen los
espesores de capas de los sistemas presentes.
Tabla
5. Espesores de capas (m)
_______________________________________________
Capa
Sistema tri-capa
Sistema 4 capas
_______________________________________________
Asfáltica
0.15 - 0.20 (RA+BA) 0.06 - 0.10 (RA)
Base granular*
0.0
0.11 - 0.13
Subbase**
0.3
0.3
Capas
inferiores
3.0
3.0
_______________________________________________
* Estabilizada localmente con cemento; ** Rigidizada con
cemento; RA = Rodadura asfáltica; BA = Base Asfáltica
Para tener una idea de la condición global del
corredor, se calcularon los diferentes indicadores
estructurales a partir de las cuencas de deflexión
medidas. Con base en los resultados, se elaboró la
Figura 5 donde se presenta la variación de todos los
indicadores a lo largo del corredor, para efectos de
identificar las zonas que tienen alguna deficiencia
estructural.
En general, se aprecia que el sector donde existe
estructura tri-capa (K119.7 al K127), presenta los
indicadores de comportamiento más desfavorables
en ambos carriles.
A la luz de los criterios mencionados en el
numeral 3, se estimaron las proporciones de los
registros que reflejan las diferentes condiciones del
pavimento, presentadas en la Tabla 6.
Tabla
6. Condición del corredor según índices (%)
_________________________________________
Indice Buena-Excelente Regular o
Mala o
o Adecuada
Riesgo
Grave
_________________________________________
Dmáx*
66
22
12
Dmáx**
86
14
A
83
17
0
AN
40
60
Ie
83
14
3
BLI
62
31
7
MLI
72
24
4
LLI
57
37
6
F2
51
49
RD
26
74
MRD
28
72
_________________________________________
* Horak y Emery; **Zárate y Lucero y Gómez et al
5
Los datos muestran un amplio espectro para
caracterizar el pavimento en función de los índices
estructurales; las condiciones extremas estarían
dadas por el área de la cuenca A, con el escenario
más optimista, según la cual no hay deficiencias
graves. Los índices RD y MRD proporcionan las
visiones pesimistas donde menos del 30% del
corredor presenta condición adecuada o deseable.
Con el ánimo de identificar los índices más
representativos del comportamiento de los
pavimentos evaluados y sus capas de soporte, a
continuación se analizan en detalle cada uno de los
indicadores considerados.
Los mayores valores de Dmáx indican sitios con
deficiencia global del pavimento; con ayuda de los
índices BLI, MLI y LLI es posible identificar la capa o
capas responsables de tal deficiencia.
Por su parte, los valores del área de las cuencas
de deflexión – A, no reflejan condiciones graves de
capacidad en el corredor y el 17% de los datos
indican algunos sitios con condición regular (A entre
400 y 800 mm2); sin embargo, para esos mismos
sitios los demás indicadores reflejan condiciones
graves de rigidez en alguna o algunas capas y
presencia de deterioros inadecuados; por esta
razón, A no se considera como un indicador
significativo de cambios estructurales en el corredor
analizado en este trabajo.
En cuanto al área normalizada – AN0.9, se
encontró que los valores menores de 600 mm
coinciden con sitios donde los demás indicadores
reflejan deficiencia global o en alguna de las capas
de la estructura.
Considerando los criterios planteados en la Tabla
2, respecto al AN0.9 y su relación con Dmáx, se
elaboró Figura 6, donde se clasifica la suficiencia
estructural del pavimento (capa asfáltica, base y
subbase) y de la subrasante (en este caso las capas
inferiores).
Bajo estos criterios, el 40% los datos reflejan
capacidad adecuada en la estructura y en las capas
inferiores; el 11% de los datos indica deficiencia en
ambos componentes (Dmáx ≥ 0.7 y AN0.9 ≤ 600); el
1% se asocia con debilidad sólo en la subrasante.
El 48% restante de las cuencas analizadas
poseen valores críticos de AN0.9 y Dmáx aceptables
que en teoría, reflejaría debilidad atribuida sólo a las
capas del pavimento. Sin embargo, revisando los
indicadores BLI y MLI, se encontró que en la mitad
de estos casos los índices no reflejan deficiencia en
alguna de las capas mencionadas.
Se concluye que los criterios de evaluación
establecidos a partir la relación entre AN0.9 y Dmáx,
resultan confiables para identificar los datos que
reflejan resistencia global adecuada y debilidad
atribuida únicamente a la subrasante. Para la base
de datos analizada en este estudio, estos criterios
no fueron suficientes para identificar claramente las
capas donde se presenta buena parte de las
deficiencias a lo largo del corredor.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C.
6
Análisis de índices derivados de pruebas de deflexión por impacto para evaluación de pavimentos
CARRIL IZQUIERDO
CARRIL DERECHO
Deflexión máxima
119
126
Deflexión (mm)
133
140
Absc. (km)
En riesgo
Condición grave
Área de la cuenca
800
Deflexión máxima
112
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
Deflexión (mm)
112
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
119
126
En riesgo
Condición grave
Área de la cuenca
800
Cond. Regular
400
133
140
Absc. (km)
Cond. Regular
400
0
112
119
Área normalizada
1000
800
600
400
200
119
126
133
140
Absc. (km)
Índice estructural
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Condición mala
Condición regular
112
119
Absc. (km)
133
140
126
Índice de la base - BLI
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Cond. grave
En riesgo
112
119
126
133
Absc. (km)
140
Índice de capas intermedias- MLI
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Cond. grave
En riesgo
112
119
Absc. (km)
133
140
126
Índice de capas inferiores - LLI
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
Cond. grave
En riesgo
112
119
126
Absc. (km)
133
140
Módulo de Rigidez Dinámico - MRD
60
112
119
40
Absc. (Km)
133
140
126
Área normalizada
1000
800
600
400
200
Pavimento débil
112
0
Absc. (Km)
133
140
126
Pavimento débil
112
119
126
133
140
Absc. (km)
Índice estructural
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
112
119
Cond. mala
Cond. regular
Absc. (km)
133
140
126
Índice de la base - BLI
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Cond. grave
En riesgo
112
119
126
133
Absc. (km)
140
Índice de capas intermedias- MLI
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Cond. grave
En riesgo
112
119
Absc. (km)
133
140
126
Índice de capas inferiores - LLI
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
Cond. grave
En riesgo
112
119
Absc. (km)
133
140
126
Módulo de Rigidez Dinámico - MRD
60
40
20
20
No deseable
0
112
119
126
133
Absc. (km)
140
Relación de Deflexión - RD
0.8
0.6
No deseable
0
112
119
126
133
Absc. (km)
140
Relación de Deflexión - RD
0.8
0.6
0.4
0.4
No deseable
0.2
112
119
126
Absc. (km)
133
140
Factor de forma - F2
0.8
0.6
0.4
0.2
No deseable
112
119
126
Absc. (km)
133
140
No deseable
0.2
112
119
126
Absc. (km)
133
140
Factor de forma - F2
0.8
0.6
0.4
0.2
No deseable
112
119
Figura 5. Variación de índices estructurales
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C.
126
Absc. (km)
133
140
BELTRÁN G. et al.
Por su parte, los índices BLI, MLI y LLI
correlacionan muy bien con Dmáx, según se aprecia
en la Figura 8, con la ventaja adicional de que
permiten ubicar tanto los sectores con problemas,
como los componentes de pavimento a los cuales se
atribuyen las deficiencias.
1,800
1,500
Estructura y
Subrasante
resistente
AN0.9 (mm)
1,200
Estructura resistente
y Subrasante débil
900
1.00
R² = 0.8988
0.75
Estructura y
Subrsante débil
Estr. débil y
Subrasante resistente
0.0
BLI (mm)
600
300
7
0.7
1.4
Dmáx (mm)
0.50
0.25
0.00
0.0
2.1
0.2
0.4
0.4
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
Dmáx (mm)
1.0
1.2
1.4
1.6
Dmáx (mm)
1.0
1.2
1.4
1.6
Dmáx (mm)
R² = 0.8843
0.2
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.2
R² = 0.9037
LLI (mm)
Aunque el análisis basado en la Figura 6 permite
observar la distribución de los datos y tener una idea
global de la condición estructural, no es posible
ubicar espacialmente dentro del corredor los sitios
con problemas. A pesar de ello, AN0.9 podría
considerarse eventualmente como un índice de
verificación.
De acuerdo con el Índice estructural - Ie, se
obtiene uno de los escenarios más optimistas de la
capacidad global de la estructura, pues sólo el 3%
de los datos reflejan capacidad estructural global
mala y 14% representan zonas de condición regular,
en su mayoría concentrados en el sector II, donde
existe estructura tri-capa.
Aunque el análisis conjunto del índice estructural
con BLI, MLI y LLI indica que los sitios que poseen
condición grave en todas las capas coinciden con
mala condición (Ie ≥ 0.30), también se identifican
situaciones donde los demás indicadores revelan
condiciones malas o de riesgo, no reflejadas en los
valores de Ie.
En la Figura 7 se muestra la correlación casi
perfecta entre Ie y Dmáx para los casos analizados.
Por ello, el índice Ie puede resultar redundante para
ciertos análisis, aunque aporta criterios para definir
acciones de mantenimiento, como se indicó en la
Tabla 3.
MLI (mm)
Figura 6. Clasificación de la resistencia en función de
AN0.9 y Dmáx.
0.6
0.1
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
Figura 8. Relación entre índices de forma y Dmáx
El módulo de rigidez dinámico MRD expresado como
la relación entre el impulso de carga y Dmáx, está
condicionado a las variaciones de ésta última, dado
el estrecho rango en los niveles de carga aplicada
en las pruebas de deflexión analizadas en este
estudio; por tanto, MRD no aporta información
adicional para caracterizar estructuralmente el
corredor analizado.
La anterior reflexión podría aplicarse al factor de
forma F2 y a la relación de deflexión RD los cuales
evalúan zonas de la cuenca de deflexiones ya
evaluadas por otros indicadores.
Vale la pena resaltar, que para pavimentos con
diferentes estructuras y respuestas de deflexión
diversas, es factible obtener valores similares en los
diferentes indicadores deducidos a partir de las
cuencas. En la Figura 9 se ilustran algunos ejemplos
de estas situaciones detectadas en el corredor
estudiado.
Se puede concluir que no resulta suficiente
valorar la capacidad estructural global con base en
cada indicador individual, sino que éstos deben
integrarse con los demás elementos de la evaluación
para lograr una descripción más completa de la
condición del pavimento.
Figura 7. Relación entre los índices Ie y Dmáx
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C.
8
Análisis de índices derivados de pruebas de deflexión por impacto para evaluación de pavimentos
Como producto del análisis paramétrico realizado,
se identifican los indicadores Dmáx, BLI, MLI y LLI
como representativos para evaluar la capacidad
estructural del los pavimentos analizados en este
trabajo.
Finalmente, en la Tabla 7 se presentan algunos
ejemplos,
en
los
cuales
los
indicadores
seleccionados
aportan
criterios
que
se
complementan para caracterizar el comportamiento
a partir de la forma de la cuenca.
Distancia al eje de carga
Estructura
Cuatro capas
Tres Capas
Abscisa
K115.7 K128.4
K120
K123.9
_______________________________________________
Dmáx (mm)
BLI (mm)
MLI (mm)
LLI (mm)
Pavimento
0.206
1.004
1.596
0.476
0.052
0.360
0.953
0.248
0.026
0.244
0.273
0.058
0.023
0.135
0.132
0.043
Alta
SB y CI
Debilidad
Alta
rigidez
Débiles
Global
rigidez
_______________________________________________
SB = Subbase; CI = Capas Inferiores
Nota: Los valores sombreados reflejan deficiencia
0.6
0.5
Cuencas con la misma Dmáx
Distancia al eje de carga
Cuencas con la misma Área
0.5
1.0
Cuencas con la misma AN
Distancia al eje de carga
Cuencas con el mismo Ie
1.3
1.0
Cuencas con la misma RD
Cuencas con el mismo MRD
Distancia al eje de carga
0.8
1.0
Cuencas con el mismo BLI
Cuencas con el mismo F2
Distancia al eje de carga
Distancia al eje de carga
0.0
Deflex (mm)
Deflex (mm)
0.0
Distancia al eje de carga
0.0
Deflex (mm)
Deflex (mm)
0.0
Distancia al eje de carga
0.0
Deflex (mm)
Deflex (mm)
0.0
Distancia al eje de carga
0.0
Deflex (mm)
Deflex (mm)
0.0
Distancia al eje de carga
0.0
Deflex (mm)
Deflex (mm)
0.0
Tabla
7. Caracterización del pavimento según índices
_______________________________________________
0.6
0.6
Cuencas con el mismo MLI
Cuencas con el mismo LLI
Figura 9. Cuencas de deflexión con indicadores similares
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C.
BELTRÁN G. et al.
5 CONCLUSIONES
La capacidad estructural de un pavimento no se
debe valorar con base en sólo un indicador de
rigidez; resulta más conveniente realizar análisis
integrados de varios índices que evalúen diferentes
facetas del comportamiento, los cuales deben
integrarse con otros parámetros mecánicos para
lograr una descripción más completa de la condición
del pavimento.
Como producto del análisis paramétrico realizado
en este trabajo, se identifican los indicadores Dmáx,
BLI, MLI y LLI como representativos para evaluar la
capacidad estructural del los pavimentos analizados.
Los
cuatro
indicadores
seleccionados
proporcionan elementos de la cuenca de deflexión
que
se
complementan
para
juzgar
el
comportamiento en función de la forma de la curva
de respuesta de deflexiones del pavimento.
El índice estructural – Ie, se puede utilizar para
ayudar a definir sectores homogéneos preliminares y
soluciones de intervención.
El índice MRD puede resultar significativo para
otros análisis en los cuales las pruebas de deflexión
se realicen con diferentes rangos o niveles de
impulsos de carga.
Los demás indicadores, pueden considerarse
para verificación, en la medida en que guarden
relación con otros parámetros mecánicos como
serían los módulos de capa, por ejemplo.
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