medición de la deflexión (enero 04)

ConsultorConsultorCONSORCIO CONSORCIO SULLANASULLANA

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 campoLas 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) según las

especificaciones establecidas en la Norma el Ensayo MTCE 1002.Relación de Brazos : 1:4

02 diales o extensómetros, aproximación (mm) 0.01 recorrido máximo (mm) 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



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 CONSULTORES S.A. realizado en Mayo 2000.

“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.

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) = 6250 2(Do-D25) 2(Do-D25)

Donde:

R = Radio de Curvatura en metrosDo = Deflexión recuperable en el eje vertical de la carga, en centésimas

de Milímetros.D25 = 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.

Por otro lado los espesores de Refuerzo se calcularon empleando la siguiente relación:



h = R * log *Do0.434 Dh

Donde: h espesor de Refuerzo ( cm. )Do Deflexión Recuperable, característica del pavimento antes del

refuerzo en centésimas de milímetros.Dh Deflexión Recuperable, característica del pavimento después del l

refuerzo en centésimas de milímetros.R 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 Deflexión Admisible yN 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:



Cuadro: N°01SECTORES CON DEFLEXIÓN CARACTERISTICA > DEFLEXION ADMISIBLE

SecciónHomogénea

N°Del Km Al Km

Longitud(Km)

Deflexión (x10^-2 mm)

Característica Admisible

2 1022+300 1025+600 3.30 104.66

74.19

2 A 1025+600 1028+000 2.40 100.334 1031+800 1035+700 3.90 90.855 1035+700 1038+100 2.40 105.346 1038+100 1043+000 4.90 102.528 1044+400 1050+700 6.30 87.7910 1053+100 1057+000 3.90 111.4611 1057+000 1058+800 1.80 99.7319 1151+500 1153+000 1.50 100.24

85.2821 1155+100 1157+000 1.90 89.9629 1172+000 1178+000 6.00 99.4031 1179+300 1181+500 2.20 141.8432 1181+500 1182+400 0.90 123.19

95.9840 ( * ) 1241+800 1243+000 1.20 52.0541 ( * ) 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.



Cuadro: N°02UBICACIÓN DE CALICATAS

Carril

N°Ubicación Izquierdo Derecho

KmEfectuarCalicata

Deflexión(x 10^ - 2mm)

EfectuarCalicata

Deflexión(x 10 ^ -2mm)

1 1026 + 200 107.61

2 1033 + 450 114.00

3 1038 + 050 110.00

4 1042 + 150 102.00

5 1046 + 700 109.04

6 1053 + 200 120.60

7 1057 + 000 151.01

8 1151 + 800 130.41

9 1156 + 400 127.82

10 (#) 1164 + 300 112.78

11 1172 + 450 132.00

12 1179 + 800 158.27

13 1182 + 000 131.89

14 (#) 1190 + 450 128.00

15 1244 + 700 88.46

16 1247 + 550 82.00 ( # ) Calicatas efectuadas, en sectores con deflexiones puntuales elevadas.

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 Longitud Característica ( cm. )Eo Modulo de elasticidad de la Subrasante ( Kg / cm² )CBR Valor Relativo de Soporte ( % )E* Modulo de elasticidad del Pavimento ( Kg / cm² )E2 Modulo de elasticidad de la Base Granular ( Kg / cm² )SN Número Estructural AASHTO del pavimento (según AASHTO1, 993)NSR Número Estructural AASHTO requerido (según AASHTO1, 993).

Para la determinación del CBR de la Subrasante, se empleo la siguiente relación:

CBR = (Eo / 130) ^ 1.401



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”.

medición de la deflexión (enero 04)

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