UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE HONDURAS

Facultad de Ingeniera

Departamento de Ingeniera Civil

Resumen: Anlisis de deflexin de pavimentos

Seccin: 5.5-5.6

Conservacin de Carreteras

Ing. Jorge Matheu.

Seccin: 1700

Presentado por:

Javier Alexander Castro C. 20070000977

Fecha de Entrega: Mircoles 23 Abril del 2014

Resumen y comentarios a las secciones 5.5 y 5.6 del Libro

Pavement Deflection Analisys del departamento de Transporte de los Estados Unidos.

Seccin 5.5 Problemas de sensibilidad crticos en Backcalculation Definicin de Backcalculation: Se refiere a la estimacin del Modulo de las capas de un

pavimento a travs de la medicin de las deflexiones de cada una de las diferentes capas.

Es necesario tener cierta experiencia en el anlisis de materiales y de deflexiones para

obtener un resultado aceptable del modulo de una capa por medio de las deflexiones, las

irregularidades en los resultados pueden ser debido a muchos factores como el deterioro del

pavimento, variaciones en las mediciones de la capa, entre otros, sin embargo estas

irregularidades pueden ser compensadas mediante el reconocimiento de las causas y

reajustarse durante el Backcalculation con el objetivo de obtener mdulos de las capas ms representativos muchas de las tcnicas requieren el uso de programas de computadora

para realizar dichas modificaciones.

La primera regla es inspeccionar siempre el modulo calculado y aplicar los conocimientos

ingenieriles al problema.

Datos de Entrada: Tenemos datos como el modulo semilla, modulo limite, numero de

iteraciones a realizarse, criterios de convergencia. Es posible obtener diferentes valores de

modulo para una sola deflexin, el enfoque bsico es elegir el modulo semilla y el modulo

limite consistente con los materiales y las condiciones del pavimento al momento de la

prueba. Al inicio los lmites entre el modulo y los criterios de convergencia suelen ser

bastante amplios para un numero bajo de iteraciones, para proveer un indicador inicial de

cuan razonable es el modulo semilla dado.

Compensacin de las capas y efectos no lineales.

Este efecto resulta de una modelacin incorrecta de la respuesta del material del pavimento

y la secuencia natural del proceso iterativo as como la geometra de la prueba de deflexin,

un resultado tpico puede mostrar por ejemplo un modulo significativamente ms alto que

el esperado segn el tipo de material. Esto ocurre probablemente para una sub base donde

debajo de la placa de carga ser menor el resultado que debido a los sensores.

Subrasante de capa rgida.

Capa dura es una debajo de la cual no hay ninguna contribucin aparente a las deflexiones

superficiales, pueden ser reales o aparentes y es posiblemente el problema ms comn

encontrado durante la evaluacin de las deflexiones de las capas.

Para propsitos de Backcalculation una capa dura se considera como que no existiera ninguna subrasante debajo de ella. Una capa dura puede estar compuesta por una cama de

roca sobre la subrasante y por lo general los materiales granulares aumentan su modulo al

comprimirse o sufrir ciertos deterioros. Estas caractersticas se pueden obtener de mapas

geolgicos, pruebas de penetracin o perforando en el hombro para poder observar el

material. Una de las soluciones para este problema consiste en dividir en dos capas la

subrasante si sin mayores a 12 pulgadas, esto resulta en mayor tiempo de corrida en la

computadora y se debe introducir operadores adicionales y combinar las capas superiores si

el numero de capas es mayor a 4.

Tambin el nivel fretico alto puede dar el efecto de capa dura debido a que el agua es un

liquido incompresible y si se aplica presin a un material saturado el agua no tendr donde

ir. Esto es llamado presin de poros y es en direccin opuesta a la carga, la subrasante no se

deformara y afectara los resultados obtenidos, este efecto solo ocurre bajo carga dinmica.

El nivel fretico vara a lo largo del ao lo que puede complicar los clculos. La opcin de

subdividir la subrasante en capas no siempre puede resultar beneficioso o efectivo por lo

que se debe dejar como la ltima opcin.

Ejemplo.

Se muestran dos casos, el caso 1 tenemos una capa dura subdividida en dos, y en el caso 2

tenemos una capa dura infinita, para una carga de 75.9 KN aplicada a una temperatura de

21C se obtienen los siguientes resultados:

Caso 1

Se puede observar que los resultados del modulo se comportan de forma lineal hasta la capa combinada de sub base con subrasante, luego en la capa dura el valor del mdulo ha

sido preseleccionado.

Caso 2

La capa dura no se encuentra subdividida y se observa que el modulo de elasticidad se

incremente en la sub base combinada con la subrasante, lo que no resulta muy razonable

por lo que se prefiere la opcin uno para obtener resultados ms coherentes.

Profundidad de la capa rgida.

Suposiciones y descripciones bsicas.

La deflexin medida en la superficie del pavimento es el resultado de la deformacin de los distintos materiales en la zona de la aplicacin del esfuerzo.

La deflexin medida en la superficie a cualquier distancia del plato es el resultado directo de la deflexin especificada a una profundidad por debajo del pavimento es

decir que solo la zona donde se aplica el esfuerzo contribuye a la medicin de la

deflexin.

La profundidad a la cual la deflexin es cero est relacionado con la distancia o desviacin en donde la deflexin cero se proyecta sobre la capa.

Efectos del espesor de la capa de pavimento.

El espesor del pavimento se supone constante debido a la falta del tiempo para realizar las

actividades en el campo y debido a las limitaciones en el programa de Backcalculation, sin embargo este no es el caso ya que debido a los deterioros en el pavimento, mala

construccin, entre otros casos, los espesores nunca son constantes. Existen varios mtodos

para determinar los espesores pero pueden resultar caros y consumir bastante tiempo como

por ejemplo penetrmetros de cono, perforaciones y sondeos de penetracin del suelo.

Uno de los mtodos ms baratos, lentos y dolorosos es el cono dinmico de penetracin, se

penetra el pavimento a travs de un cono de metal que posee en el borde, se penetra el

pavimento muy lento, la velocidad de penetracin es inversamente proporcional al espesor

de la capa, este es operado a mano el operador puede estimar el espesor de la capa sin

embargo se pueden dar errores debido a la ascensin de finos de una capa a la otra.

El mtodo ms comn para determinar el espesor de capa es mediante la extraccin de

muestras sin embargo estos son mtodos destructivos y costosos adems requieren un

control estricto del trfico durante su extraccin.

Un mtodo con el cual se pueden obtener mediciones ms rpidas es el mtodo GPR

(Ground Penetration Radar). Sin embargo tienen algunas limitaciones como ser:

Si hay dos capas adyacentes construidas con materiales similares se detecta como una sola capa

No proporciona resultados exactos en pavimento de concreto hidrulico reforzado

El pavimento debe estar relativamente seco debido a que la humedad afecta sus resultados.

La infiltracin de los finos de la sub rasante a la sub base puede dar resultados indefinidos

El desarrollo del software es para fuentes limitadas debido a que se encuentra aun en desarrollo.

El equipo es caro y requiere un profesional o especialista para su interpretacin.

Efectos debido a las estaciones del ao.

Humedad.

Un pavimento con humedad resulta en un pavimento ms dbil, esto va a depender de la

estacin del ao en que nos encontremos a la hora de realizar el estudio, en Texas se han

hecho investigaciones a travs de las cuales se han introducido correcciones.

Temperatura.

Afecta directamente en los efectos de expansin y contraccin en el caso de pavimentos

rgidos, en el caso de concreto asfaltico este posee correcciones por temperatura mediante

el mtodo del instituto del asfalto.

En la seccin 5.5.8 se pueden encontrar un conjunto de reglas establecidas por Thumb.

especificadas para el Backcalculation.

Seccin 5.6 Confiabilidad y errores en el anlisis de deflexiones.

Errores Sistemticos.

Son errores internos en el dispositivo y solo pueden ser detectados mediante la

comparacin con un sistema de medicin independiente calibrado

Errores aleatorios.

Siempre estn asociados con la repetitividad y cuenta de al menos un dispositivo de

medicin, pueden ser detectados realizando mediciones repetidamente utilizando un

mismo sistema, la relacin entre el valor medido y el erro aleatorio esta dado por a

siguiente ecuacin:

Valor medido= Valor exacto + Error aleatorio

El valor exacto no puede ser medido directamente si no que debe ser estimado a partir del

valor medido y el error aleatorio puede ser negativo.

En general para determinar el error se hacen diferentes mediciones y se calcula el promedio

de dichas mediciones, la propagacin del error se calcula a travs de la desviacin estndar.

Fuentes de error en Backcalculation.

En general si el programa de Backcalculation est bien los errores no tendrn influencia sobre los resultados, uno de los datos de entrada ms importante es el espesor de la capa.

Otra fuente de error es el deflectmetro de cada de masa ya que tanto las cargas como las

deflexiones pueden producir diferentes tipos de errores, la precisin tpica de estas pruebas

son del 2% para las cargas y deflexiones, este es un error sistemtico ya que no vara con el

tiempo, otro tipo de error se da en la conversin de analgico a digital y un tercer error

puede ser natural.

Calibracin de deflectmetro de cada de masa (FWD)

Est especificado en el SHRP como una parte del LTPP, SHRP design cuatro FWD para

realizar diferentes estudios de los cuales se aprendi lo siguiente:

Es factible hacer referencia a la calibracin del FWD, pero las mejoras incluidas en los instrumentos son imprescindibles.

Es necesario hacer la calibracin a puertas cerradas ya que el clima puede afectar el equipo

El sistema de referencia para la medicin de las deflexiones debe estar alejado de las vibraciones.

El procedimiento de calibracin a desarrollar debe ser estandarizado para poder aplicarlo a otras regiones.

Despus de la calibracin de los 4 FWD fueron comparados. Antes la calibracin result estar dentro de las especificaciones pero los datos de deflexiones fueron

distintos y estadsticamente significativos.

Procedimiento para minimizar errores.

Calibrar los FWD anualmente siguiendo el protocolo SHRP.

Calibrar los FWD mensualmente siguiendo el protocolo relativo SHRP.

Efectuar dos o tres cadas en cada punto de prueba, para los cuales no se registraran datos.

Efectuar varias cadas a cada altura y calcular un promedio de las deflexiones para cada sensor.

Comentarios y conclusin.

No cabe duda que es necesario tener una gran experiencia en anlisis de deflexiones y

materiales para poder calcular los mdulos de las diferentes capas mediante la medicin de

las deflexiones (Backcalculation), adems es necesario conocer y saber realizar mtodos de

ajuste ya que las mediciones y clculos pueden contener muchos tipos de errores, tambin

es necesario conocer una historia previa o tener una nocin de la geologa del lugar donde

se realizan las pruebas ya que al no saber o esperar que exista una capa dura, pueden

obtenerse resultados incoherentes. Por otro lado en Honduras es necesario realizar

investigacin en cuanto al uso y calibracin de los deflectmetros de cada de masa ya que

las condiciones pueden variar de acuerdo al clima del lugar donde se realice el ensayo y a la

vez obtener experiencia en el tema.