METODO DIRECTO PARA LA EVALUACION DE LAS
pechito201225 de Septiembre de 2012
6.173 Palabras (25 Páginas)917 Visitas
1/ 22
METODO DIRECTO PARA LA EVALUACION DE LAS
NECESIDADES ESTRUCTURALES DE PAVIMENTOS
FLEXIBLES BASADO EN DEFLEXIONES CON EL
DEFLECTOMETRO DE IMPACTO (FWD)
Resumen
Este trabajo presenta un método simple y directo (YONAPAVE) para la
evaluación de las necesidades estructurales de pavimentos flexibles basado en
la interpretación del cuenco de deflexiones usando conceptos mecanísticos y
empíricos. La primera parte de YONAPAVE1 estima el Número Estructural
Efectivo (SN) y el módulo equivalente de la subrasante independientemente del
espesor de las capas constitutivas del pavimento. Por ello, no hay necesidad
de practicar perforaciones, permitiendo ahorros en tiempo y dinero, y evitando
incomodidades al flujo del tránsito. La segunda parte de YONAPAVE requiere
la medición del espesor de la carpeta asfáltica existente por medio de
perforaciones superficiales para verificar las condiciones de fatiga en la capa
asfáltica y proponer el refuerzo necesario para satisfacer los criterios de fatiga
para los niveles de tráfico futuro estimados.
Las simples ecuaciones y algoritmos de YONAPAVE permiten rápidas
estimaciones estructurales en el campo. La simplicidad del método y su
independencia del uso de sofisticados programas de computadora hacen de
YONAPAVE un método apto para evaluar las necesidades estructrurales de
una red de carreteras y hacer un estimativo de los costos usando la
información deflectométrica del FWD. Con el reiterado uso y la cimentación de
experiencia local, sumado a la comparación y calibración con otros métodos de
evaluación estructural y cálculo de refuerzos, YONAPAVE puede constituirse
en el método adoptado para determinar las necesidades de refuerzo a nivel de
proyecto ejecutivo.
Introducción
La Guía AASHTO de 1993 para el Diseño Estructural de Pavimentos (1)
presenta tres métodos para determinar el Número Estructural Efectivo (SNef) de
un pavimento flexible convencional. Uno de los métodos, denominado Método
NDT (por Non Destructive Testing), se basa en la medición e interpretación de
Ensayos No Destructivos (deflexiones). Este método supone que la capacidad
1 Nota del autor: La primera parte de YONAPAVE fue publicada originalmente en inglés en
"Direct Method for Evaluating the Structural Needs of Flexible Pavements Based on FWD
Deflections", Transportation Research Record 1860, TRB, Washington DC, 2003. Acá se
presentan las dos partes de YONAPAVE en castellano para facilitar la comprensión global del
método.
2/ 22
estructural de un pavimento depende de su espesor total y de su rigidez. La
relación entre SNef, el espesor y la rigidez en la Guía AASHTO es:
0.0045 3 eff p p SN = h E … [1]
Donde:
hp = espesor total de las capas del pavimento por encima de la subrasante, en
pulgadas
Ep = modulo efectivo de las capas del pavimento por encima de la subrasante,
en psi
La guía AASHTO recomienda retrocalcular el valor de Ep en base a datos
deflectométricos usando el modelo bi-capa elástico lineal (también conocido
como el modelo de Burmister).
La búsqueda de soluciones al problema de determinar el número estructural
efectivo basado en la interpretación de deflexiones medidas con el
deflectómetro de impacto – FWD (Falling weight deflectometer) se conoce hace
tiempo (2, 3, 4). La mayoría de los métodos se basa en la relación intrínseca
entre los parámetros derivados del cuenco de deflexiones y los coeficientes de
capa, o módulos de elasticidad y espesores del sistema pavimento-subrasante.
La idea de relacionar características de carga-deformación (cuencos de
deflexiones del FWD) con parámetros estructurales (el SN) del pavimento es
atractiva ya que refleja una relación fundamental de la mecánica clásica. Por
otro lado, la idea de combinar postulados mecanistas con el Número
Estructural de AASHTO puede parecer un tanto controversial debido a la
naturaleza empírica de SN (5). Sin embargo, el empiricismo forma parte
integral de la ingeniería de pavimentos desde el establecimiento de la
relaciones como MR = 1,500 CBR (6) (donde MR es el módulo de resiliencia de
la subrasante expresado en psi, y CBR es el California Bearing Ratio). Esta
expresión empírica, que fue publicada hace 40 años atrás, sigue siendo usada
ampliamente en todo el mundo.
La evaluación del número structural SN de un pavimento en servicio es útil ya
que refleja su aptitud o deficiencia, y se presta a determinar directamente las
necesidades estructurales. Obviamente, el valor de SN sólo no es suficiente y
un valor bajo de SN no es necesariamente malo, dependiendo del tráfico y la
capacidad portante de la subrasante. Si esta capacidad es alta y la demanda
de tráfico es baja, entonces todo lo que se necesita es un SN bajo. De esta
manera, la evaluación estructural es útil cuando esta proporciona el valor de
SN conjuntamente con la capacidad portante de la subrasante.
Una de las mayores desventajas del esquema de AASHTO y de otros métodos
derivados de él es su gran dependencia de los espesores de capas y del
pavimento. Esta fuerte dependencia de los espesores de capas existe también
en los métodos de retrocálculo que utilizan los cuencos de deflexiones medidos
con el FWD para la determinación de módulos de elasticidad en base a
técnicas de comparación (7, 8).
3/ 22
Si bien se podría alegar que el problema de los espesores de capa se puede
resolver con unas pocas calicatas, es frecuente encontrar que estos valores
son ambiguos, heterogeneos, y difíciles de determinar, incluso en secciones
cortas de pavimento. Además, las perforaciones son costosas, lentas y causan
problemas al flujo del tránsito. La Tabla 1 muestra datos obtenidos en
secciones de carretera de Israel en la que se puede observar la dificultad en
determinar valores únicos de espesores.
TABLA 1: Espesores de Capa y valor de hP en Secciones Analizadas de
Israel
Rango de Espesores Medidos
Carretera
No.
Longitud
(km)
No. de
Calicatas hAC
(cm)
hGR
(cm)
hP
(cm)
Suelo de
Subrasante
4 5.5 11 13 á 28 25 á 44 45 á 70 A-3
90 7.0 29 8 á 20 5 á 72 15 á 80 A-2-7
60 2.0 8 15 á 33 17 á 115 40 á 130 A-7-6
2 2.0 9 9 á 13 35 á 65 45 á 80 A-3
73 5.7 22 20 á 50 20 á 85 50 á 120 A-7-6
767 2.5 10 12 á 17 0 á 55 15 á 70 A-7-6
MB 1.0 8 8 á 18 22 á 90 35 á 110 A-2-4, A-7-6
Nota: hAC= Espesor de capas asálticas; hGR=Espesor de capas granulares; hP=Espesor total del
pavimento
El valor de hP tiene un efecto pronunciado en los resultados de evaluación. Por
ejemplo, utilizando el esquema propuesto por Rohde (2) se puede mostrar que
valores de hP en el rango de 40 á 80 cm resultan en estimativos de SNef que
difieren en un rango de 40% á 80% o más.
Este trabajo presenta un método directo (YONAPAVE) para determinar SNef y
el módulo de resiliencia de la subrasante basado en los cuencos de deflexiones
medidos con el FWD y que es independiente de hP. El método se basa en el
modelo de Hogg que representa una losa infinita sustentada por una
subrasante elástica de espesor finito o infinito. Los módulos de subrasante
determinados con YONAPAVE guardan una alta correlación con los obtenidos
con el programa MODULUS (7, 9).
Derivación del Método YONAPAVE
A.H.A. Hogg presentó el análisis de una losa de espesor delgado sustentada
por una fundación elástica de espesor finito o infinito en 1938 (10) y 1944 (11).
Wiseman et al (12) demostraron la utilidad del modelo para la evaluación
estructural de pavimentos y Hoffman (13) amplió la solución para el cálculo de
cuencos de deflexiones con el modelo de Hogg para cargas de cualquier forma
y a diferentes distancias del eje de la carga. La Tabla 2 muestra los parámetros
y las definiciones del modelo.
4/ 22
Incorporando los valores de μp=0.25 y μsg=0.5 en las ecuaciones [2] y [3], y
realizando las sustituciones algebraicas pertinentes, la Ecuación [1] se puede
reformular como:
3
0 0182 0 ef sg SN = . l E … [4]
Donde:
l0 = Longitud Característica, en cm,
Esg = Módulo de Elasticidad de la subrasante, en Mpa.
TABLA 2: Parámetros y Definiciones del Modelo de Hogg
Geometría del
Modelo
Parámetros
Básicos del
Modelo
Rigidez de la losa (pavimento),
12(1 2 )
3
p
Ephp
D
− μ
= …[2]
Longitud Característica, 0 3 2(1 )
(1 )(3 4 )
*
sg
sg sg
Esg
l D
μ
μ μ
−
+ −
= …[3]
Módulo de Subrasante y coeficiente de Poisson, Esg, μsg
Se observa en la Ecuación [4], que reemplazando el sistema pavimentosubrasante
real por medio de
...