DEFLECTOMETRO DE IMPACTO (FWD)

JESUS EDUARDO ANGARITA MUÑOZ 170536YANKILMER GALVAN BACCA 170612EMMA JOHANA GOMEZ 171058PRISCILA BLANCO CARRASCAL 170676YERALDIN ALVAREZ CAYES 170830

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAS

INGENIERIA CIVILOCAÑA

2013

DEFLECTOMETRO DE IMPACTO (FWD)

JESUS EDUARDO ANGARITA MUÑOZ 170536YANKILMER GALVAN BACCA 170612EMMA JOHANA GOMEZ 171058PRISCILA BLANCO CARRASCAL 170676YERALDIN ALVAREZ CAYES 170830

LEIDY JOHANA QUINTERO LEMUSIng. Civil

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAS

INGENIERIA CIVILOCAÑA

2013

INTRODUCCIÓN

La evaluación estructural de pavimentos consiste, básicamente, en la determinación de la capacidad portante del sistema pavimento-subrasante en una estructura vial existente, siendo esto necesario para establecer y cuantificar las necesidades de rehabilitación, cuando el pavimento se acerca al fin de su vida útil o cuando el pavimento va a cambiar su función.

Las necesidades de evaluar estructuralmente los pavimentos de una red aumentan a medida que se completa el diseño y la construcción de una red vial nacional o regional y consecuentemente aumenta la necesidad de su preservación y rehabilitación.

Esta metodología no destructiva se fundamenta en que la forma y dimensión de la curva de deflexiones encierran una valiosa información acerca de las características estructurales del pavimento y su subrasante. Para interpretar esta información en forma cuantitativa, se compara al pavimento-subrasante reales con un modelo matemático utilizando las deflexiones medidas para determinar los parámetros estructurales del sistema, una vez determinados, pueden usarse como insumo para establecer las necesidades de refuerzo. Podría decirse entonces que la metodología de evaluación estructural, por métodos no destructivos, es un proceso de diseño inverso ya que utiliza la respuesta del sistema para establecer sus características estructurales, lo cual es generalmente opuesto a un proceso de diseño. La deflectometría de impacto, FWD, es una técnica que se esta aplicando, desde hace aproximadamente siete años, se ha usado principalmente en la prospección de pavimentos existentes con capas de rodadura tanto asfáltica como de hormigón. Esta técnica permite estimar, mediante retroanálisis, tanto la capacidad de soporte del suelo de fundación como la capacidad estructural del pavimento. En particular, para los pavimentos flexibles, es posible estimar el módulo resiliente del suelo de fundación, el módulo de la base granular y el módulo de la mezcla asfáltica

DEFLECTOMETRO DE IMPACTO (FWD)

CONCEPTO DE DEFLEXION

La deflexión de un pavimento se define como el valor que representa la respuesta estructural ante la aplicación de una carga vertical externa. También se define como el desplazamiento vertical del paquete estructural de un pavimento ante la aplicación de una carga; generalmente la carga es producida por el tránsito vehicular. Cuando se aplica una carga en la superficie no solo se desplaza el punto bajo la aplicación de esta, produciendo una deflexión máxima, sino que también se desplaza una zona alrededor del eje de aplicación de la carga, que se denomina cuenco de deflexión.1

METODOS PARA MEDIR LA DEFLEXION EN LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTOS

Existen diferentes métodos que permiten determinar las deflexiones en la estructura de los pavimentos dentro de los cuales se encuentran la viga Benkelman, el deflectógrafo Lacroix y los deflectómetros de impacto.

DEFLECTOMETRO DE IMPACTO (FWD)

El FWD es un equipo que aplica una carga de impacto a la superficie del pavimento, determinando las deflexiones verticales (cuenco de deflexiones) producidas en él. Se trata de un ensayo no destructivo, que simula el comportamiento del pavimento ante el paso de los vehículos pesados. Puede ser utilizado en pavimentos de asfalto, hormigón o compuestos, o bien, sobre cualquier capa de un pavimento en construcción, como se muestra en la figura 1. A través del análisis de este cuenco se obtiene información de la rigidez de la estructura de pavimentos y del suelo de fundación, siendo muy importante para definir la condición de la estructura a lo largo de un proyecto. Lo anterior es fundamental para evaluar actividades relacionadas con rehabilitación, mantenimiento o control de calidad.2

Figura 1. Deflectómetro de impacto

Fuente: Carlos Hernando Higuera

La principal aportación del deflectómetro de impacto frente a los equipos clásicos de deflectometría es el análisis de la capacidad de soporte mediante el cálculo inverso de los módulos de rigidez de las capas de un pavimento a partir de los cuencos de deflexión registrados. También se utiliza el deflectómetro de impacto para aplicaciones específicas de pavimentos rígidos, tales como el análisis de la transferencia de carga en juntas o la detección de huecos bajo las losas.1

USO Y SIGNIFICADO DEL FWD

Este método sirve para determinar las deflexiones superficiales en un pavimento, por medio de la aplicación de una carga de impacto en la superficie del pavimento o estructura. Las deflexiones resultantes son medidas en el centro de la carga aplicada y a distintas distancias del lugar de aplicación de la carga. Las deflexiones pueden ser directamente correlacionadas con el comportamiento del pavimento, o utilizadas para medir in situ las propiedades de los materiales de las capas que conforman la estructura del pavimento.

Algunos usos de la información tomada en el campo incluyen la evaluación estructural que permita evaluar la capacidad de carga de una estructura de pavimento y la determinación de los requerimientos de espesores de sobrecapas de pavimento para vías y aeropuertos.

RESUMEN DEL METODO1. Este método de ensayo es una prueba del tipo de placa de carga. La carga es un

pulso de fuerza generado por la caída de un peso en un sistema amortiguado y es transmitido a través de un plato que descansa en la superficie de la estructura del pavimento. El equipo de ensayo puede ser montado en un vehículo o en un sistema de remolque tirado por un vehículo.

2. Se detiene el vehículo, posicionando el plato en el lugar del ensayo junto a los sensores de deflexión, hasta que descansen perpendicularmente sobre la superficie. Luego se levanta la masa hasta una altura tal que al caer libremente aplique al pavimento la fuerza de impacto deseada. Se deja caer el peso y en momento del impacto se miden los movimientos verticales o deflexiones del pavimento mediante la instrumentación adecuada. Múltiples ensayos a la misma o a diferente altura de

caída, se pueden efectuar antes de levantar el aparato y moverlo al siguiente sitio de prueba.

3. Las deflexiones máximas del pavimento resultantes del pulso de fuerza aplicado en cada sitio donde se efectúe la prueba, son registradas en micras o en milímetros, como se considere más apropiado.

4. La carga máxima aplicada por la caída del peso, es medida por una celda de carga y registrada como fuerza en kN. El esfuerzo promedio (la carga dividida por el área de la placa) se expresa en kN/m2.1

PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR DEFLEXIONES CON EL FWD

a) Coloque el dispositivo de prueba y la placa de carga sobre el punto que se desee probar. El lugar de prueba debe estar libre, en lo posible, de gravas, gravillas y escombros para asegurar que la placa quede apoyada completamente. Las superficies de grava o suelo tienen que estar lo más niveladas posible, y remover todo el material suelto para asegurar que la placa de carga haga contacto perfecto con la superficie del pavimento que se pretende evaluar.

b) Mida la temperatura ambiente y la del pavimento. Si la prueba se desarrolla por un periodo largo de tiempo, tome temperaturas del pavimento cada hora para establecer una correlación directa entre la temperatura ambiente y la de la superficie del pavimento.

c) Registre la siguiente información para cada pavimento evaluado: nombre del operador; fecha y hora; factores de calibración; inicio y fin de la estación o localización física del tramo evaluado; localización de cortes o terraplenes; ubicación de alcantarillas, puentes y otras características de control vertical; límites y extensión de los deterioros superficiales; condiciones ambientales, y descripción del tipo de pavimento.

d) Inicie el programa de adquisición de datos, e introduzca la información que requiera la configuración del equipo de deflexión al momento del ensaye. La configuración del equipo se almacena en un archivo de salida, y constituye un insumo para el programa de análisis. Esta información, normalmente incluye el diámetro de la placa de carga, número y posición de los transductores de deflexión y la orientación de los transductores de deflexión con respecto a la placa de carga. Seleccione el formato de archivo de datos adecuado; existen diferentes formatos.

e) Baje la placa de carga y los transductores para asegurarse de que se encuentran en una superficie estable y firme.

f) Levante el dispositivo generador de impacto a la altura deseada, y deje caer el peso. Registre la deflexión máxima de la superficie y la carga máxima.

En caso de que ocurra una deformación permanente bajo la placa de carga, mueva el aparato, y reduzca el impacto aplicado hasta que la deformación permanente no sea significativa para el primer ensayo en campo.

g) Ejecute como mínimo dos secuencias de carga (c), y compare los resultados. Si las diferencias son mayores del 3 % en cualquier transductor, registre la variabilidad en el reporte. Los ensayos adicionales se pueden hacer con la misma o diferente carga. Con la finalidad de determinar la no linealidad de un sistema de pavimento es factible desarrollar ensayos para diferentes niveles de carga. El analista puede utilizar cuencas promediadas si se presentan errores aleatorios de importancia. 1

- MODULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE CON LA INFORMACION DEL DEFLECTOMETRO

Las cargas de transito se transmiten al suelo a través de la estructura del pavimento, ejerciendo una presión dinámica y repetitiva. Eventualmente, la suma de estas presiones produce fatiga por deformación de la subrasante.1

Figura 2. Modulo resiliente

Fuente: Carlos Hernando Higuera

Los materiales que constituyen los pavimentos se ven sometidos a cargas dinámicas de diversas magnitudes que le son transmitidas por el tráfico. Con el fin de tener en cuenta la naturaleza cíclica de las cargas que actúan en los materiales que conforman una estructura de pavimento, así como el comportamiento no lineal y resiliente de los materiales, se han realizado en el mundo varios trabajos experimentales, tanto en modelos a escala natural como en muestras de material probadas en el laboratorio, obteniéndose valiosa información sobre el comportamiento esfuerzo-deformación de los materiales.

Las deformaciones resilientes o elásticas son de recuperación instantánea y suele denominarse plásticas a aquéllas que permanecen en el pavimento después de cesar la carga.

Bajo carga móvil la deformación permanente se va acumulando y para ciclos intermedios la deformación permanente para cada ciclo disminuye, hasta que prácticamente desaparece en los ciclos finales. La muestra llega así a un estado tal en que toda la deformación es recuperable, en ese momento se tiene un comportamiento resiliente. De aquí se desprende el concepto de módulo resiliente, el cual está definido como el esfuerzo desviador repetido aplicado en compresión triaxial entre la deformación axial recuperable.

Así pues, el concepto de módulo resiliente está ligado invariablemente a un proceso de carga repetida.

Como se ha observado en los estudios llevados a cabo sobre módulo resiliente, este parámetro no es una propiedad constante del material, sino que depende de muchos factores. Los principales son: número de aplicaciones del esfuerzo, tixotropía, magnitud del esfuerzo desviador, método de compactación y condiciones de compactación. 1

SITIO DE ENSAYO

Los lugares y el número de ensayos dependen del nivel de muestreo seleccionado. Se sugieren los siguientes tres niveles de muestreo:

Nivel 1: Este nivel provee una impresión general de la condición del pavimento con una cantidad de ensayos limitada. Los ensayos se deben realizar a intervalos entre 200 m y 500 m, dependiendo de las condiciones que presente el pavimento; por cada sección uniforme se recomienda un mínimo de 5 a 10 ensayos para asegurar una Instituto Nacional de Vías E798 – 6 muestra estadísticamente significativa. Para concretos asfálticos y hormigones continuamente reforzados, como mínimo, la carga se debe ubicar a lo largo de la huella externa de la pista por evaluar, o alternativamente a lo largo del eje de las losas continuamente reforzadas. Para hormigones simples con juntas, la carga se debe ubicar en el centro de la losa. Al menos el 5 % de las losas en evaluación deben ser ensayadas en sus juntas, para medir su eficiencia en la transferencia de carga.

Nivel 2: Este nivel provee un análisis más detallado del pavimento, por ejemplo, para el uso de la información en un diseño de rehabilitación. Los ensayos se deben realizar a intervalos entre 25 m y 200 m, dependiendo de las condiciones que presente el pavimento; para cada sección uniforme se recomienda un mínimo de 10 a 20 ensayos.Para concretos asfálticos y hormigones continuamente reforzados, como mínimo, la carga se debe ubicar a lo largo de la huella externa de la pista por evaluar o, alternativamente, a lo largo del eje de las losas continuamente reforzadas. Para hormigones simples con juntas, la carga debe ser ubicada en el centro de la losa y luego movida a la junta más cercana, generalmente al lado de salida. En caminos, calles y autopistas, el ensayo de las juntas se debe llevar a cabo en la huella externa de la pista por evaluar. Generalmente no todas las juntas asociadas a las losas interiores son ensayadas, sin embargo se recomienda un mínimo de 25 % de cobertura de ensayos. En pavimentos de hormigón en aeropuertos, las

mediciones de eficiencia de transferencia de carga en las juntas son realizadas tanto en las juntas transversales como en las longitudinales.

Nivel 3: Este nivel provee un grado detallado de análisis del pavimento, como el que se requiere en estudios específicos de detección de zonas con alta deflexión o detección de huecos bajo los pavimentos de hormigón. Para concretos asfálticos y hormigones continuamente reforzados, los ensayos deben ser realizados a intervalos entre 3 m y 25 m, a lo largo de una o más líneas de ensayo. En caminos, calles y autopistas, los ensayos se realizan en ambas huellas de cada pista. Para hormigones simples con juntas, la carga se debe ubicar en el centro de la losa y luego moverse a la junta o grieta más cercana, ya sea a lo largo de la huella externa o en la esquina de la losa o a ambas.En pavimentos de hormigón en aeropuertos, las mediciones de eficiencia de transferencia de carga en las juntas se deben ejecutar tanto en las juntas transversales como en las longitudinales. 3

Características de los ensayos según tipo de pavimento y objetivo del estudio

Tabla N0 1. ensayos según tipo de pavimento y objetivo

Fuente: 3

RESULTADOS DEL METODO

1. El parámetro que se utiliza de forma determinante y que ofrece mayor significado en los procesos de rehabilitación y de cálculo de refuerzo de estructuras de pavimentos, es la deflexión bajo una carga. La deflexión es el valor del desplazamiento en la superficie del pavimento al aplicarle una carga.

2. El valor de la deflexión depende de una serie de factores, entre los que se destacan: la rigidez y espesor del pavimento, su temperatura, además del soporte del suelo de fundación.

3. Los resultados de la auscultación con deflectómetro de impacto se deben organizar en archivos magnéticos que contengan información sobre los siguientes aspectos:

- Fecha (día, hora, minuto) del ensayo.- Valor de la deflexión bajo la carga y de los demás sensores.- Temperatura del aire y del pavimento.- El kilometraje

4. Los resultados de las auscultaciones con deflectómetro de impacto requieren dos tipos de análisis: en primer lugar un tratamiento estadístico, que permita identificar y agrupar tramos con igual comportamiento estructural, y un segundo tipo de análisis que se realiza para cada tramo homogéneo, y que tiene como objetivo evaluar los módulos elásticos de las capas de pavimento y su fundación. El procedimiento de mayor difusión internacional para el análisis de las deflexiones se conoce con el nombre de “retrocálculo” o “Backcalculation” que consiste en ajustar las deflexiones medidas a las deflexiones teóricas que se obtendrían con un modelo de estructura de pavimento (definido por espesores conocidos y módulos por determinar). Para ello se necesita trabajar con todo el conjunto de deflexiones de la superficie de un pavimento, registradas por un deflectómetro de impacto. El proceso es complejo y requiere experiencia, ya que puede haber diversos ajustes, siendo necesario un conocimiento de los modelos de comportamiento de estructuras de pavimentos.1

BIBLIOGRAFIA

1. HIGUERA SANDOVAL, Carlos, CARACTERIZACION DE LA RESISTENCIA DE LA SUBRASANTE CON LA INFORMACION DEL DEFLECTOMETRO DE IMPACTO, BOGOTA, 2011. http://www.slideshare.net/sciprensa/presentacion-rsistencia-subrasante-fwd-2011

2. TECNOLOGIA Y NORMAS S.A, DEFLECTOMETRIA (FWD), GUATEMALA, 2011. http://tecnologiaynormas.com/index.php?m=2&s=11

3. I.N.V. E – 798 – 07, MÉTODO PARA MEDIR DEFLEXIONES MEDIANTE DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO (FWD), COLOMBIA. ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIC/IngCivil/Especificaciones_Normas_INV-07/Normas/Norma%20INV%20E-798-07.pdf