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 1 Gloria BELTRÁN , Miguel ROMO 1 2 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 SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C. 2 Análisis de índices derivados de pruebas de deflexión por impacto para evaluación de pavimentos en dicho análisis, se identifican los indicadores más significativos del comportamiento de los pavimentos analizados y se emiten algunas recomendaciones 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. 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. 3.2 Área de la cuenca (A) 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 A2 Dn A3 3 utilizado localmente como indicadores de la resistencia del pavimento y de la subrasante, según se muestra en la Tabla 2. Tabla 2. Clasificación de la resistencia ______________________________________________ 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. D3 (2) 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. 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 Superficie del Paviment o __________________________________ Área (mm2) Condición Calificación __________________________________ Curva de Deflexión 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 __________________________________ pi Ie = Dmáx /pi Punto de Inflexión Dmáx Fuente: Orozco (2005) Figura 3. Resistencia de pavimentos según Dmáx y AN0.9 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. (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 eje de aplicación de la carga. El AN0.9 así determinado, junto con la deflexión máxima, se han 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 excelente hasta pésima según se indica en la Tabla 3; para mayor utilidad práctica, se asociaron algunas recomendaciones de intervención. SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C. 4 Análisis de índices derivados de pruebas de deflexión por impacto para evaluación de pavimentos 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 ____________________________________________________ Fuente: Orozco (2005) conoce como índice de capas inferiores y representa la deformación por compresión sobre dichas capas. 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). (3) 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 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). MLI = D0.3 -­‐D0.6 4 CASOS ANALIZADOS BLI = Dmáx -­‐ D0.3 Figura 4. Zonas de curvatura en cuencas de deflexión 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 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 la vía circulan alrededor de 5000 vehículos/día, con una composición de 73% de autos, 8% de autobuses y 19% de camiones; atraviesa zonas SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C. BELTRÁN G. et al. 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 Los datos muestran un amplio espectro para caracterizar el pavimento en función de los índices estructurales; las condiciones extremas estarían 5 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) 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 En riesgo Condición grave 119 126 133 140 Absc. (km) En riesgo Condición grave Área de la cuenca 800 800 Cond. Regular 400 Cond. Regular 400 0 112 119 Absc. (Km) 133 140 126 0 119 126 133 140 Absc. (km) 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 112 119 126 133 Absc. (km) 140 Cond. grave 112 119 Absc. (km) 133 140 126 Índice de capas inferiores -­‐ LLI 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 En riesgo 112 119 126 Módulo de Rigidez Dinámico -­‐ MRD 60 119 126 133 Absc. (km) 140 Cond. grave 119 Absc. (km) 133 140 126 Índice de capas inferiores -­‐ LLI Cond. grave En riesgo 112 119 Absc. (km) 133 140 126 Módulo de Rigidez Dinámico -­‐ MRD 60 40 En riesgo 112 Absc. (km) 133 140 126 Índice de capas intermedias-­‐ MLI 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 Cond. grave Absc. (km) 133 140 112 Cond. mala Cond. regular Cond. grave 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 En riesgo 119 En riesgo Índice de capas intermedias-­‐ MLI 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 133 140 Absc. (km) Índice de la base -­‐ BLI 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 En riesgo 126 Índice estructural 112 Pavimento débil 119 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Condición mala Condición regular Absc. (Km) 133 140 126 Área normalizada 112 Índice estructural 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 119 1000 800 600 400 200 Pavimento débil 112 112 Área normalizada 1000 800 600 400 200 40 20 20 No deseable 0 112 119 126 133 Absc. (km) 140 No deseable 0 112 Relación de Deflexión -­‐ RD 0.8 119 126 133 Absc. (km) 140 Relación de Deflexión -­‐ RD 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 No deseable 0.2 112 119 Absc. (km) 133 140 126 119 126 Absc. (km) 133 140 112 119 126 Absc. (km) 133 140 Factor de forma -­‐ F2 0.8 0.6 0.4 0.2 No deseable 112 No deseable 0.2 Factor de forma -­‐ F2 0.8 0.6 0.4 0.2 Área de la cuenca No deseable 112 119 126 Figura 5. Variación de índices estructurales SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C. 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 Estructura resistente y S ubrasante débil 1.00 900 600 300 R² = 0.8988 0.75 BLI (mm) AN0.9 (mm) 1,200 7 Estructura y Subrsante débil Estr. débil y Subrasante resistente 0.0 0.7 1.4 Dmáx (mm) 0.50 0.25 0.00 0.0 2.1 0.4 0.4 MLI (mm) Figura 6. Clasificación de la resistencia en función de AN0.9 y Dmáx. 0.6 0.8 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 1.0 1.2 1.4 1.6 Dmáx (mm) 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. 0.2 0.1 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 Dmáx (mm) 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. 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 Distancia al eje de carga Deflex (mm) 0.6 Cuencas con la misma Dmáx Distancia al eje de carga Cuencas con la misma AN Distancia al eje de carga Distancia al eje de carga Distancia al eje de carga 1.3 Cuencas con la misma RD 0.0 Distancia al eje de carga Deflex (mm) Deflex (mm) 1.0 Cuencas con el mismo F2 Distancia al eje de carga 0.8 Cuencas con el mismo BLI Distancia al eje de carga 0.0 Deflex (mm) Deflex (mm) 0.6 Cuencas con el mismo MLI Cuencas con el mismo Ie Deflex (mm) Cuencas con el mismo MRD 0.0 Distancia al eje de carga 0.5 0.0 Deflex (mm) 1.0 0.0 Cuencas con la misma Área Deflex (mm) 1.0 0.0 0.5 0.0 Deflex (mm) 0.0 Distancia al eje de carga 0.0 Deflex (mm) 0.0 Tabla 7. Caracterización del pavimento según índices _______________________________________________ 0.6 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. REFERENCIAS ASTM Designation D5858 (2003). “Standard Guide for Calculating In Situ Equivalent Elastic Moduli of Pavement Materials Using Layered Elastic Theory”. West Conshohocken, PA. ASTM Designation D4694 (2003). “Standard Test Method for Deflections with a Falling-Weight-Type Impulse Load Device”. 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(1998) “Aspects of deflection basin parameters used in a mechanistic rehabilitation design procedure for flexible pavements in South Africa”. PhD thesis, Dep. of Civil Engineering at the University of Pretoria, South Africa. Horak E. y Emery S. (2006). “Falling Weight Deflectometer bowl parameters as analysis tool for pavement structural evaluations”. 22nd Australian Road Research Board International Conference, Australia. Orozco R. (2005). “Evaluación de pavimentos flexibles con métodos no destructivos”. Tesis de Doctorado en Ingeniería, UNAM. Pérez A., Garnica P., Gómez J. y Martínez G. (2004). “Uso y calibración de deflectómetros de impacto en la evaluación estructural de pavimentos”. SCT – IMT, Publicación Técnica No 252. Sanfandila, Qro. Rico A., Téllez R. y Garnica P. (1998). “Pavimentos Flexibles. Problemática, metodologías de diseño y tendencias”. Publicación Técnica No 104. SCT – IMT, Querétaro. Shahin M. Y. (2005). “Pavement management for airports, roads and parking lots”. 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