Revista de Vialidad n° 87

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Nuestra Portada Distribuidor de Trnsito "lng. Pedro Benoit'':

Una obra para el mejoramiento de los accesos a la ciudad de La Plata por las Avdas. 13, Antrtida Argentina y Ca-mino Gral. Belgrano; teniendo en cuenta el desarrollo vial de la capital de la Pro-vincia complementado con el Camino Centenario y su vinculacin a la Autopis-ta La Plata - Buenos Aires y la pavimen-tacin de la Avda. 520 - Tramo: Arroyo El Gato-Avda. 143.

Fotografa Nstor O. Aguirre

Diseo Willy Ocampo

Director y Coordinador: Prof. Roberto Angel Urriza

Impreso en KINGRAF S.R.L.

Licitaciones correspondientes a los meses de julio-agosto y setiembre de 1983

MES DE JULIO

FECHA

5-7-83 15 hs.

MOTIVO

Acceso a Aeroestacin Civil Tandil. Partido de Tandil.

PRESUPUESTO

$a 753.690.--

PRESUPUESTO ACTUALIZADO: $a 1.277.505.-

RESULTADO DE LA LICITACION

PROPONENTES COTIZACION

SORSA CONST. CIVILES Y RURALES S. A .................. $a 921.579,29 BURGWARDT Y CIA. S.A ................................ $a 989.948,94 COARCO S. C. A ....................................... $a 1.283.575,27 FECHA

5-7-83 18,30 hs. Apertura: Centro de Comer-ciantes. Avda. Cro-vara. La Tablada.

MOTIVO

Repavimentacin de la Avenida Crovara desde Avenida General Paz a las vas del F.C.G. Sarmiento. Partido de La Matan-za.


PROPONENTES

PRESUPUESTO

$a 28.646.633,00

COTIZACION

IMEX S. A. - DECOPI S. R. L ............................. $a 22.087.804,57 . ROBERTO VIRGILIO BONDONE ......................... $a 27.178.449,09 BALPALA CONSTRUCCIONES S. A ........................ $a 31.315.616,37 INMAR S.A. ........................................... $a 31.799.393,77 HORMIGONERA TESTA HNOS. S. A ....................... $a 31.812.809,19 EQUIMAC S. A ......................................... $a 44.891.967,29 HELPORT S. A. y MIDA VIAL S. A ......................... $a 46.095.463,43

' ~--~--~~----~------------~--------~--~--~----~--~--------'

4 Vialidad- Revista de la D.V.B.A.- Julio Agosto Setiembre 1983 N 87

ALEGRE PAVIMENTOS S. A ............................. $a 46.194.473,00 MES DE AGOSTO

FECHA

5-8-83 15 hs.

MOTIVO

Ensanche y refuerzo del pavimento en el camino R. P. NO 88-Tramo: A o La Nutria Mansa-Necochea; Seccin Alma-cn Las Tejas-Rotonda Necochea. Par-tido de LOBERIA.

PRESUPUESTO

$a 31.434.393,00 PRESUPUESTO ACTUALIZADO: $a 43.766.500,00



ENVISA S. A. y BURGWARDT Y CIA. S. A. . . . . . . . . . . . . . . . . . $a 33.856.832,10 COARCO S. C. A. y CISPLATINA S. A. . .................... $a 34.000.242,00 POLLEDO S. A .......................................... $a 36.627.913,10 SORSA CONST. CIVILES Y RURALES S. A.. . . . . . . . . . . . . . . . . $a 38.378.426,25 MARENGO S. A ........................................ $a 38.720.662,00 ASFALSUD S. A ........................................ $a 42.400.044,83 EQUIMAC S. A ......................................... $a 46.478.620,27 SURVIAL S. C. A. ...................................... $a 52.429.228,35

FECHA

26-8-83 15 hs.

MOTIVO

Ruta Provincial41-Cruce con Ruta Nacional 5 y vas del Ferrocarril-Acce-so a Mercedes y Avenida de Circunva-lacin. Partido de MERCEDES.

PRESUPUESTO


ALTERNATIVA VARIANTE DE "ESTRIBOS CON TERRAPLEN ARMADO" $a 36.183.688,00

PRESUPUESTO ACTUALIZADO VARIANTE: $a 47.474.116,00



CISPLATINA S. A. Y FONTANA NICASTRO S. A ............. $a 68.317.512,39 VARIANTE $a 64.095.584,13

BURGWARDT Y CIA S. A. .......................... ~ .... $a 68.702.145,83 VARIANTE $a 62.506.089,31

INMAR S. A. ............. : . ........................... $a 85.194.026,84 VARIANTE $a 78.475.809,69

SADE S. A ............................................ $a 97.380.136,64 VARIANTE $a 90.938.420,82

Licitaciones correspondientes a. ..

FECHA

31-8-83 15 hs. Apertura: Zona Vla. Mar del Plata.

MOTIVO

Defensa de barraca frente a Ruta Pro-vincial NO 11. Partidos de MAR CHI-QUITA y PUEYRREDON.

5

PRESUPUESTO

$a 1.456.896,00

PRESUPUESTO ACTUALIZADO: $a 4.703.769,00



GERONIMO RIZZO S. A ................................. $a 2.058.358,79 DAZEO HNOS. Y CIA. S. A. y GA VIAL S. A. . . . . . . . . . . . . . . . . $a 2.642.690,00 COARCO S. C. A. ...................................... $a 3.918.546, 75 !TAL MONTERUBBIANESI S. A ........................... $a 3.976.948,57 HIDRACO S. R. L ........ .............................. $a 12.786.722,17

MES DE SEPTIEMBRE

FECHA

6-9-83 11 hs. Apertura: Municipalidad Gral La Madrid

MOTIVO

Obras bsicas y pavimento flexible en el camino R. P. 60-Tramo Olavarra-R.P. 85-Seccin 11 (1) y Puente sobre arroyo Salado. Partido de General LA MADRID.

PRESUPUESTO

$a 5.758.885,00

PRESUPUESTO ACTUALIZADO: $a 14.485.194,00



INMAR S. A ........................................... $a 17.413.027,07 ENVISA S. A. BURGWARDT & CIA. S. A .................... $a 18.089.612,11 HIDRACO S. R. L. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $a 19.308.215,50 SURVIAL S. C. A ....................................... $a 21.179.041,31

FECHA

9-9-83 11 hs. Apertura Minicipalidad de Chivilcoy

MOTIVO

R. P 30 -Tramo Chivilcoy-Moll-Seccin 11 "A". Partido de CHIVILCOY.

PRESuPUESTO

$a 25.5~0.206,00

PRESUPUESTO ACTUALIZADO: $a 44.951.750,00 RESULTADO DE LA LICITACION


BALPALA CONSTRUCCIONES S. A ........................ $a 52.034.958,79

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6 Vialidad- Revista de la D.V.B.A.- Julio- Agosto- Setiembre 1983 NO 87

CISPLATINA S. A. y FONTANA NICASTRO S. A. C ........... $a 53.653.610,94 BURGWARDT Y CIA. S. A ............................... $a 54.173.650,28 MARENGO S. A ........................................ $a 55.929.782,00 SADE S. A ............................................ $a 73.286.389,05 FECHA

14-9-83 15 hs. Apertura: Direccin de Vialidad.

MOTIVO

Pavimentacin del Barrio Mercado de Hacienda y conexin con Ruta Pro-vincial 004-02 y 004-04. Partido de AVELLANEDA.

PRESUPUESTO




ROBERTO VIRGILIO BONDONE ......................... $a 8.462.958,13 FIBRACA CONSTRUCTORA S. C. A. . ..................... $a 9.091.830,00 CARMELO SCAVUZZO ................................. $a 9.779.497,64 HORMIGONERA TESTA HNOS. S. A. ...................... $a 9.943.519,69 V ALFOS S. A .......................................... $a 12.810.663,94 INMAR S. A. .......................................... $a 12.815.493,15 BALPALA CONSTRUCCIONES S. A ........................ $a 13.235.221,55 VEZZATO S. A ......................................... $a 14.188.914,75 LA PROVEEDORA INDUSTRIAL S. A ...................... $a 16.623.473,88 MAQUINTO S. R. L ..................................... $a 17.573.545,77 FECHA

23-9-83 11 hs. Apertura: Municipalidad de Chivilcoy.

MOTIVO

R.P. 30-Tramo Chivilcoy-Moll-Seccin 11 "B". Partido de CHIVILCOY.

PRESUPUESTO

$a 19.047.907,00

PRESUPUESTO ACTUALIZADO: $a 43.946.059,00 RESULTADO DE LA LICIT ACION


CISPLATINA S. A. y FONTANA NICASTRO S. A. C ........... $a 38.658.854,31 BALP ALA CONSTRUCCIONES S. A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $a 44.596.460,05 BURGWARDT Y CIA S. A ................................ $a 46.896.444,97 MARENGO S. A ........................................ $a 47.740.779,00 SURVIAL S. C. A ....................................... $a 50.412.582,30

Diseo Lacroix de capas de refuerzo

por W. Th. Hoyinck, R. van den Ban y W. Gerritsen

Trabajo presentado a la Quinta Confe-rencia Internacional "Diseo Estructural de Pavimentos Asflticos." Traduccin por Mariana Donado (Div. Biblioteca y Publicaciones. D. Vialidad Pcia. Bs.As.

Se presenta un mtodo prctico para la evaluacin de los pavimentos existentes mediante el anlisis de tres capas con la curva de deflexin Lacroix. Con este propsito se considera que las dos capas superiores actan como una compuesta que se comporta como una placa, descansando sobre una fundacin elstica de profundidad infinita, de acuerdo al modelo de Hoggs.

Insertando un mdulo de Young para la capa superior, aplicable a las condiciones del ensayo Lacroix, la capa superior compuesta puede ser dividida en dos capas, tenien-do la misma rigidez flexional.

El ensayo de las secciones fisuradas y no fisuradas del mismo camino es suficiente para expresar las propiedades estructurales en trminos del espesor real de la primer ca-pa y los mdulos de Young de la segunda y tercer capas. Estos datos pueden ser in tra-ducidos en el Manual de Diseo Shell, 1978 para obtener el espesor de la capa de re-fuerzo- requerido. Teniendo en cuenta los asentamientos de los apoyos de la armazn T de referencia del deflectgrafo de Lacroix as tambin como los apoyos de la viga Ben-kelman se llega a una relacin entre las deflexiones de Lacroix y Benkelman. Esto per-mite usar los datos Lacroix para la evaluacin de pavimentos por mtodos que requie-ren la entrada de deflexiones de la viga Benkelman. Se demuestra la verificacin de los modelos adoptados para diferentes tipos de construccin y de temperaturas comparan-do las curvas de deflexin computadas con las ya registradas. Se da un ejemplo pr,.:tico de la evaluacin y mtodo de diseo de la capa de refuerzo.

:. ' . ~ .


INTRODUCCION

La importancia de un mtodo exac-to y confiable de evaluacin de las nece-sidades de mantenimiento estructural de los caminos es apenas puesta de relieve, especialmente en el actual periodo de re-cesin econmica, en el cual los ingenie-ros viales de todo el mundo enfrentan las reducciones de los fondos de manteni-miento de la red vial. A pesar de que la calidad estructural puede no ser de prin-cipal importancia para el usuario, siendo la resistencia al deslizamiento y la transi-tabilidad de su inters mas directo, es ciertamente vital para la conservacin de 1as inversiones realizadas hasta la fecha en las redes nacionales. Y tambin por que la evaluacin y el diseo estructural de la capa de refuerzo son herramientas claves en los mtodos de mantenimiento de pavimentos.

Siendo las propiedades mecnicas de los materiales de construccin vial y de la subrasante de naturaleza estocsti-ca, es muy importante que las medicio-nes de deflexin se realicen con poco es-paciamiento entre una y otra para esta-blecer estadsticamente la variabilidad de resistencia, normalmente existente en un camino. Las recomendaciones de refuer-zo, es decir la longitud y el espesor re-querido de una capa destinada a tal fin, dependen en gran medida del espacia-miento con que se realicen las medicio-nes de deflexin (1). Los equipos de alta potencia para los ensayos de deflexin como el Deflectgrafo de Lacroix (2) o el Curviameter (3) (intervalos de ensayo 4 y 12,5 m respectivamente) se adaptan ms para este propsito. El primero de estos instrumentos se u~a en Francia (LC PC), El Reino Unido (TRRL) y en mu-chos otros pases.

Los mtodos existentes de interpre-tacin de los datos Lacroix usan la defle-xin mxima de superficie relacionada con cierto lmite crtico como criterio de diseo (1) (4) (5). Para las capas asflti-cas de refuerzo, el LCPC de Francia est usando el espesor de la mezcla asfltica en la construccin vial existente como dato adicional (5), mientras que el TR RL del Reino Unido considera tambin el tipo de material de la base (1). Se ha argumentado que su uso est restringido

a las condiciones especficas para las cua-les han sido establecidos estos lmites crticos con respecto al tipo de construc-cin, materiales y condiciones climticas.

A pesar de que los niveles crticos de deflexin dados por diferentes fuen-tes como el AASHO, el TRRL y el OCW son bastante coherentes (4), la deflexin mxima por s sola es insuficiente para analizar de una manera no destructiva -reas deficientes en ms detalles.

Esto significa la investigacin de si un alto nivel de deflexin es causado por una subrasante dbil o una baja rigidez de la capa de base o capa de rodamiento. Tambin, si ocurre una discrepancia en-tre el problema visual y el nivel de defle-xin medida, se necesitar un anlisis mecnico para estimar la influencia de un mdulo menor de la subrasante sobre el nivel de deflexin, debido a una capa fretica tpicamente mayor que la preva-leciente en el momento del ensayo. Ad-ms, tal anlisis amplia el alcance del m-todo incluyendo otros materiales y con-diciones climticas. Se ha sugerido usar el producto del radio de curvatura por la deflexin mxima (R x d) (6), reflejando en cierta medida la relacin E1/E2 de un sistema de dos capas junto con la defle-xin mxima. Sin embargo, no se ha da-do una solucin integral a la rotura de las estructuras caminera en capas, de dife-rentes mdulos de Young. Otra desventa-ja del concepto R x d es el problema de calcular el radio de curvatura. Esto se ha-ce mediante las tcnicas de ajuste de cur-vas y el radio calculado depende en gran parte de la longitud de ajuste elegida Pa-ra superar estas desventajas, se hizo un a-nlisis diferente el cual se trata en la pr-xima seccin de este artculo.

Eleccin del modelo

Desafortunadamente, la evaluacin de 'la deformada de deflexin de Lacroix presenta cierta dificultad. A diferencia de la mayora de los equipos de defle-xin de baja potencia (Ej. Road Rater, Dynaflect, Falling Weight Deflectomer, Road Thumper, etc.) que usan una carga de ensayo simple, las condiciones de car-ga Lacroix son algo complicadas, con cargas sobre seis ruedas, con puntos de a-poyo en las puntas de las barras de medi-cin en ambas huellas. Adems est la in-

Diseo Lacroix de ...

fluencia sobre las lecturas de los trans-ductores de desplazamiento de los asen-tamientos de la armazn T de referencia. Esto implica para cada lectura real que vaya a ser realizada para una posicin del montaje de la viga, el clculo adicional de la deflexin de la superficie en los puntos de apoyo de la armazn T. Por o-tra parte, como sabemos por experiencia, el punto de deflexin mxima no coinci-de con el paso de la lnea central del eje posterior sobre las puntas de las barras de medicin. Esto requerira el clculo de muy pocas deflexiones de superficie con muy poco espaciamiento, para loca-lizar las posiciones de deflexiones mxi-mas. Adems, estamos tratando con una carga mvil con lo cual las propiedades viscoelsticas de los materiales viales pue-den causar cierta distorsin en la curva de respuesta. Por todas estas razones, el modelo ms interesante fue el ms sim-ple posible. Por otra parte1 fue contem-plado un sistema de tres capas para po-der extraer del anlisis todos los parme-tros de entrada para ser introducidos en el Manual de Diseo Shell 1978 que es considerado un mtodo de diseo de ca-

. pas verstil, fcilmente accesible y am-pliamente aceptado.

Inicialmente, el sistema de tres ca-pas es convertido en uno de dos capas para el primer anlisis, consistente en u-na capa superior compuesta (asfalto y base) sobre una subrasante elstica de es-pesor infinito, siendo, ms adelante, la capa superior dividida en sus componen-tes. A su vez, el sistema de dos capas, fue considerado que actuaba de acuerdo al modelo de Hogg de una placa apoyada sobre una fundacin elstica de espesor finito o infinito (8) (9). Wiseman y otros han demostrado la aplicabilidad de un modelo tan simple (10). Esto es ms in-teresante si el espesor del pavimento es-t comprendido dentro del factor de rigi-dez de la capa superior. De este modo, no es necesario realizar clculos separa-dos para diferentes espesores de placa.

En la fig. 1 se resumen las hiptesis para el modelo de Hogg Deformabilidad de la capa superior:

D = E1 h3 1 12(1~-~~)

(1)

Reaccin de la subrasante R= 2E~ (1-~-t 2 )

(1+~-t2) (3- 4p2) Longitud crtica

Lo = [ .Q.] 1 /3 R

Deflexin a la distancia r

.!lr =l. _L. Lo.R

9

(2)

(3)

(4)

Los valores discretos de I = f [J.. Lo' ~]; este rango ha sido extendido por Wi seman (11). En consecuencia, de dos de-flexiones .!l 0 y .!lr tomadas de la defor-mada de deflexin, puede calcularse ~ , produciendo Lo L1 o

Introduciendo L0 en ( 4) dar como resultado R, que a su vez, si es introduci-da en (3), dar D.

h, E, }J, Sin deslizamiento

Sin deslizamiento

Fig.l.- Resumen del modelo bicapa Hogg.

Tomando las JJ. 1 y JJ. 2 adecuados, E 1 y E2 pueden despejarse de D y R res-pectivamente, Se encontr que sera ne-cesario una funcin continua de

~ .!lo

para abordar el problema.


El espesor de subrasante se toma como infinito. En ese caso, I = 0,1925 para r = O, as

.::lo = 0,1925. p Lo.R

(5)

Se eligi una ecuacin simple segn la sugerida por Autret (6)

.::lr= 1

.::lo a[~]/3+1 Lo

.::lo -1 =a.[..!:_ ]/3

.::lr Lo

(6)

La ltima expreswn permite un anlisis de regresin lineal despus de u-na transformacin logartmica (Fig. 2)

Fig. 2.- Transformacin del modelo (log-log).

Slo fue posible llegar a una fun-cin continua convirtiendo a ambos coe-ficientes a y (3 nuevamente en una fun-cin de r

Lo Un .modelo dividido result ser ms

fcil de manejar: para son constantes

mientras que para

existe una realacin lineal entre .::lo Y ..!_ ' .::lr Lo

como casi podra esperarse desde un punto de vista terico.

Los resultados de los clculos se re-sumen abajo, poniendo el modelo en for-ma general:

modelo dividido:

para

a= 0,323521 13 = 1,645035 r =o

para >2

a= 1,265625 (3 = 1,000000 r = 1,519422

modelo continuo:

a= 0,35761l.e0,068323[ L: ]1/2

(3 = 1,6921447.e0,019258[ Lt ]1/2 o

r=O

(7)

En la figura 3 la relacin de ambos modelos con los datos numricos ha sido indicada con unos pocos puntos caracte-rsticos de la curva Como puede obser-varse, el modelo dividido es el que se a-justa mejor y por eso ha sido elegido.

4111) 411

Fig. 3- Concordancia entre modelo dividido y discon-tinuo .


Anlisis de las Defonnadas de Deflexin Originales y Registradas.

Se ha desarrollado un programa de computadora para calcular la deflexin ~r en reas de contacto circulares, elpti-cas o rectangulares.

El programa trabaja mediante la in-tegracin numrica de la solucin de la carga de un punto, tomando una carga concentrada cada 100 mm2

La validez de este concepto ha sido verificada calculando la diferencia entre la deflexin bajo una carga concentrada y una carga circular uniforme con a == == 5,642 mm (1ra2 == 100 mm2) con la misma carga, siendo la diferencia menos del 0,5 oo para L0 debajo de los 30mm.

Para un alcance de L == 30-2500 mm, las curvas de deflexfn han sido computadas bajo la configuracin de car-ga del vehculo especfico Deflectgrafo Lacroix. Las dimensiones del vehculo de ensayo pueden verse en la Fig. 4 junto con una representacin diagramtica de una carga simple sobre ruedas.

Fig. 4.- Principales dimensiones del vehculo para en-sayo Lacroix y esquema de la carga por rueda.

Se tomaron reas de contacto elp-ticas, el impacto de cada rueda fue divi-dido en dos cargas separadas, la primera representa la fuerza ejercida sobre la su-perficie por el doblez de una cubierta no inflada extendindose sobre toda el rea de la huella de la cubierta, la segunda, que lleva el grueso de la carga, cubriendo un rea menos, siendo la presin de con-tacto igual a la presin de inflado. El ra-dio de la carga por eje frente-posterior se estableci en 0,6 y 0,55 respectivamente.

Ms adelante se da una lista de los datos adicionales de las cargas sobre am-bas ruedas.

11

Se estudiaron las respuestas de am-bos equipos de ensayo en consideracin, el Deflectgrafo Lacroix *y la Viga Ben-kelman* en el perfil de deflexin indica-do. Las consideraciones geomtricas con-dujeron a las siguientes funciones de transferencia (Fig. 5).

945 1935 2880

BEN {+:__.__._::J -D

2448

Fig. 5.- Principales dimensiones de viga Benkelman y Lacroix.

BEN: ~rr =~1 +1,9285520 ~4 -- 1,464260 ~2 - 1,464260 ~3 (8) LAC: ~rr =~1 + 0,371025 ~3 -- 0,699150 ~2 - 0,671875 ~4 (9)

~ rr indica la de flexin a una distancia r "vista" por el transductor de desplaza-miento (habiendo sido ya tenido en cuenta el sistema de palancas y el factor de calibracin).

P.or medio de estas funciones de transferencia se pudieron establecer las curvas registradas por LAC y BEN. Un e-jemplo tpico de los resultados de estos clculos se muestran en la Fig. 6 mien-tras que las Figs. 7 y 8 proveen un releva-miento de las defonnadas originales y las curvas registradas para ambos equipos. Por razones de claridad esto ha sido res-tringido a valores de Lo de 800 mm en a-delante.

De las figuras 7 y 8 pueden dedu-ch-se algunas consideraciones.

12 Vialidad - Revista de la D.V.B.A.- Julio- Agosto- Setiembre 1983 NO 87

1) Siendo la extensin horizontal de las deformadas registradas menor que la extensin de las originales, siempre se registrar una deflexin mxima menor comparada con la deformada original.

2) El aumento del valor de L0 causa un marcado incremento en la diferencia entre la deflexin mxima registrada y la original.

r r -

=o ,.,. 1 1 1 1

1 1

1 1

... _,

- - - ' ' '

Deflexin real 1 '1 ~+~~~-j -----~

1 ---- J

"' _/

1 1

- 1 1

" 1 1 -l:i!l--.-=r---.-r~r--r-rf.---r-r-~~ ,~_!.a~~ ~~t~d~2c _-::_ ~ -j ~ 1 1

1 1 '~' 1 1 ,111) 1 1

1! -lll -~ -f ...-~~-, --,.--,~,. 1~

f--D_t!_fl_:ti~n Benkelman regist_E_a~ __ ~ ~ -j -1 1

1 1

1 1 1

Fig. 6.- Tpico ejemplo de las curvas originales compu-tadas y registradas.

3) La posicin de la deflexin mxima registrada no est en la lnea central del eje posterior. Se puede observar

Deflexin Lac. (pm)

Fig. 7.- Curvas originales y registradas.

un desplazamiento hacia atrs depen-diendo de L0 Nuevamente la rela-cin es positiva, un aumento de Lo produce un mayor desplazamiento.

Deflexin Benkelman (pm)

Fig. 8.- Curvas originales y registradas para viga Ben-kelman.

4) Las deformadas Lacroix muestran, a-parte de una deflexin mxima, una deflexin mnima menos pronuncia-da. En la prctica, entre leve movi-miento hacia arriba de la barra de medicin se posiciona en la rama des-cendente de la curva o el movimiento es absorbido por un leve combamien-to del elstico vertical que conecta la palanca de medicin al centro del transductor de desplazamiento que no permite ningn movimiento des-cendente. En la Fig. 9 han sido analizadas, en

mayores detalles las dos ltimas conclu-siones.

Se observar que el desplazamiento de LAC es limitado, alcanzando un mxi-mo de aproximadamente 275 mm en Lo = 1600 mm, mientras que parecera que no hay lmite para el desplazamiento de las curvas BEN. En este diagrama tam-bin se indica la distancia entre la mxi-ma y la mnima para la curva LAC que es casi constantemente 1350 mm para el al-cance de Lo = 30 - 400 mm.

Eleccin de lo& parmetros de evaluacin

La mayora de los mtodos de eva-luacin usan la razn de deflexin o la diferencia de deflexin de por lo menos * de aqu en adelante llamados LAC y BEN respe.,tiva-mente.

Diseo Lacroix de ..

Pfa eje

Pra

tzasero 0,6 0,55

delant. 0,6 0,55

Pfa eje

Pra

tzasero 0,6 0,55

delant. 0,6 0,55

Pt l W O (N) (nm) (nm) (N/rnrnl)

1750 250 177 0,050 2200 258 206 0,052 3360 320 220 0,061

33~0 310 220 0,063

P2 h Wz 02.{)1 P-eje (N) (mm) (mm) (N/mm2) (N)

21750 24050 25040 25640

192 201 270 265

136 1,062 160 0,952 186 0,635 190 0,65

94000 105000 56800 58000

un par de deflexiones, la deflexin cen-tral y una deflexin a una distancia r desde el centro. De un anlisis de sensibi-lidad realizado por Claessen y otros (12) se puede inferir que los resultados de e-valuacin ms exactos deben ser espera-dos cuando r es la distancia hasta la mi-tad de la deflexin central. Acelerando la velocidad


tuarse que todas estas relaciones son so-lamente vlidas para la configuracin de carga y las caractersticas de respuesta del equipo usado en los clculos. Sin em-bargo, podra ser factible calcular estas relaciones para equipos de diferente fa-bricacin y encontrar los factores de conversin de un tipo a otro.

(mm] 10000 .

desplazam. Ben

distancia mx. - mn 1000 .

100 .

10 .

Fig. 9.- Posiciones de mxima y mnima.

D00= m~. deflex~~n ori~al eje posterior DJac= max. deflex10n med1da b , a . - mx. dofla;n mmy

Diseo Lacroix de ... 15

108 6 4 2 1 8 6 4 2 0.1 100 2 4 6 8 1000

8 ! 1 '\. ~ J 1 1 J J Doo _l F\-a =o.a 1 1 1 JL J OJac \ Pra R Pta

1

- r-L~f "r-Lso/ I-L25i " \ 1 1

1000

6

\ 1 ' Lac teonca 1 1 V \ 1 tL V l! '

1 1 1 V 2 IJ lf J J

1 V V 1 1/ / J ____ \ :\ 1 \ 1 1 1 1 1 ~ ~ 1 1 -- -- --- ~---_ -- - - -- ------L.= f.- --2 \ l\ 1\ 1 l

J 1\ 1\ N 4 1 Lac emprica \ \ 1 \j

100

l Voai 1\ l 6 Dcgra Dna l7}~ t-Lso\ r-L25~ i~ :~ OJac l _l_l 8 LL.Ll \ 1 i\ i l

100 o / 1 l L.Ul 10 6 4 2 1 8 6 4 2 0.1100 2 6 8 1 000

fig, 11 evaluation diagram for LAC. . -Lx(mm)

v _l 1 1

' Doo ~ ~ J Doo.R 1 1 1 8 1 V DrRRL Dai 1 Pra 11 1 lL 1 1 6 1\ 1 Li~2s ~ L7 } \ 1/ IL 4 J , V V ! t 1 1 L '

1 1 1

1 V iJ ! 1 1 _1 1 1 _j_ Ben terica

~ 2 11 1/ 1/ IJ 1 1 ~ 1 1 V 1 i 1 l V JI l 100 2 1 8 6 4 2 0.1~00 2 4 6 81000 2 4 6 81 10 8 4 0000 fig. 12 evaluation diagram for BEN. -Lx(mm) Fig. 11.- Diagrama de evolucin para Lacroix. Fig. 12.-- Diagrama de evolucin para Benkclman.

16 Vialidad - Revista de la D. V .B.A. -Julio- Agosto- Setiembre 1983 NO 87

nmero E:spesores \mm) y tipo de te m p. equipo de

seccin capa asfltica base sub-base subrasante (C)

11 70-310r.a. sin base 0-700 arena . grava-arena 12-20

8 60-200r.a. 110-300 sin 0-630 grava/arena 13,5-28 ligan te turba LAC

30-70r.a. 100-250 accin 300-500 3 arena 13-23 cementan te arena

60r.a. natural sin sub-base 19,6 1 200 H pebre arena

13 150-280r.a. sin base 0-1000 arena/arcilla 12,6-31 turba

8 45-155r.a. 120-300 sin arena arena/ arcilla 10-19 ligar BEN 100-250 coccin

7 40-lOOr.a cementan te natural

grava/arena arena/ arcilla 0-24,6

3 60-140r.a 150-300 cemente 200-500 6,5-20

Lo (25) > L0 (50) Lo (25) < L0 (59) L0 (75) > L0 (50) L0 (75) < L0 (50)

LAC

350/o 650/o 900/o lOO/o

sin ligante

BEN

900/o lOO/o 230/o 770/o

Esto ha sido mostrado diagramaticamen-te en las Figs. 13 y 14.

Para controlar si el modelo estaba produciendo la tendencia esperada, la misma seccin de camino fue observada con LAC en diferentes velocidades, sien-do la estructura del camino un sistema de dos capas (Fig. 5)

Manteniendo la deflexin casi cons-tante, se aumenta Lso con la velocidad de traslacin que debe ser esperada por el efecto de un tiempo menor de carga sobre el mdulo de rigidez de la mezcla asfltica. Tambin se indica E, que au-menta rpidamente y E3 que decrece lentamente, para compensar el aumento en Lo mientras la deflexin mxima sea la misma. La desviacin estandard dismi-nuye marcadamente con el aumento de la velocidad de tra~lacin. A pesar de que el curso algo descendente de E3 es con-trario a lo que se esperaba, el modelo fue aceptado como herramienta de trabajo. Como ltima confirmacin, el factor de conversin de LAC a BEN como se esta-blece en el TRRL-LR 833 se compar

arena

L, (25) [mm] : L, (75) [mm]

1000~

'

'l .._~ 1

t . 1

arena

ra =Asfalto cilndrico.

LAC

1 ,~::i' .. /)' L,(5o)rmmJ

"';,7'; ::.-. -,.----.,-----,----,,-,::-: -:-. -------

Fig. 13.- Concordancia entre modelo y Lac.

1000

Fig. 14.- Concordancia entre modelo y Benkelman.

con el computado por el modelo, tenien-do en cuenta que el ciclo de medicin

---------------------------------------------------------------------------


del equipo TRRL es ms corto. Surgien-do una clara correspondencia (Fig. 16)

E,., (Nirtllif)

1000

100

Fig. 15.- Relaciones entre deflexin, Lso. E 1....2, E3 y velocidad de desplazamiento (Lac).

4 - --- ---~-----~---~---+-----1

0.2+-----,-~~-.----~-.--h--o--rl 100 8 1000 4 8 10000

lo(mm)

Fig. 16.- Comparacin entre factores de conversin computados y TRRL.

Conversin al Sistema de Tres Capas

Para poder tratar un sistema de tres

17

capas, la losa compuesta, cuyas propieda-des han sido primeramente establecidas por el anlisis de dos capas en trminos de E 1 + 2 y JJ. 1 ~ 2 , tiene que ser dividida en dos capas (E 1 , JJ. 1 ;E2, p. 2 ).Nijboier ha investigado esto (15) deduciendo una e-cuacin que relaciona los mdulos de la capa superior de la losa compuesta y de la capa simple equivalente. Siendo el principio fundamental que la misma rigi-dez flexiona! (E.I) estar presente en am-bos casos. Esta frmula de la cual Mole-naar (16) ha demostrado su aplicabilidad prctica, es la siguiente

E _ a4 +4a3 n+6a2 n+4an+n2 1 +2 -E1 n(a+n) (a+1)3

(10)

Esta ecuacin slo es vlida para p. 1 = JJ. 2. Para incluir diferentes constan-tes PISSON para las dos capas, E fue reemplazada por E/[ 1- p. 2 )

= a4 +4aJ n+6a2 n+4an+n2 n(a+n) (a+1)3

con:

(11)

y n=E, .1-p.22 E2 1 - JJ. 1 2

E 1 + 2 = mdulo equivalente de la losa Como esta ltima constante no pue-

de ser determinada, es imposible dividir E, +2 1 [1-P.t+2 2 ] en sus componentes, lo que sin embargo no excluye un proce-samiento adicional. Partiendo de los va-lores conocidos de E 1 + 2 1 [ 1- JJ.9 + 2 2 ), pueden resolverse E1 , p. 1 y a,n; produ-ciendo a su vez E2, si se introduce p. 2

Resolver a, para el caso que tambin se conozca E2 y uno desee saber el espe-sor real hleff de una capa asfltica supe-rior agrietada plantea cierto problema, porque (11) converge muy lentamente para los valores de n cercanos a 1, no te-niendo lugar ninguna convergencia en n = 1, por razones obvias.

Estas condiciones, sern probable-mente encontradas en la prctica, espe-cialmente en el caso de los materiales con Iigante. Por esa razn heff se obtie- .

. 1

18 Vialidad- Revista de la D.V.B.A.- Julio- Agosto- Setiembre 1983 N 87

ne de la expresin de Odemarks para el espesor equivalente de capa

f.h1eff [E.(1-J.l3 2)]1/3 + E3.(1-J.tt 2)

+ f.h2 ( E2 (1- J.t 3 2) ]1/3= E3 .(1- J.12 2)

= f.(ht +h2) [ Et +2(1-J.t3 2)] 1/3 (12) E3(1-J.tt+ 22)

con f = factor de correccin Odemarks Siendo la relacin entre L0 y heq

Lo = -1 . l (3-4J.t3) 1113 (13)

heq f 24(1- J.l3 )2 La misma deflexin que para el modelo de Hogg se calcula con f = 0,8349 y f = = 0,91 para J.L = 0,35 y 0,5 respectiva-menre.

Resea del mtodo de Evaluacin

El concepto general del mtodo de evaluacin fue extraer de los datos de de-flexin LAC o BEN los parmetros de entrada necesarios para el manual de di-seo Shell 1978. Este objetivo fue elegi-do por dos razones principales, siendo la primera que el manual est considerado como un medio de diseo facilmente ac-cesible y verstil permitiendo la intro-duccin de diferentes tipos de materiales viales y condiciones climticas. La se-gunda razn fue que este mtodo est basado en la investigacin y experiencia internacional de todo el mundo basado en la investigacin y experiencia interna-cional de todo el mundo hacindolo am-pliamente aceptable. Asi se evita tambin la vasta cantidad de investigacin necesa-ria para establecer los criterios de defor-macin para mareriales expecficos y pa-ra la subrasante, que contraresta los re-sultados de cualquier procedimiento de diseo.

Los resultados del mtodo de eva-luacin, tambin ayudan a usar los mto-dos empricos con ms confianza.

Se ha realizado una serie de progra-mas de computadoras para cumplir este

. propsito. La discusin del programa de $eis etapas se hace con la ayuda del dia-gral1la de flujo (Fig. 17)

Etapa 1

Este programa es la versin compu-tarizada de la parte terica de los diagra-mas de evaluacin (Fig. 11 y Fig. 12). De Dlac ( Dben) Y Lso, se calculan Lo y R, cons1derando tambin las cargas sobre los ejes delantero y posterior.

Como datos adicionales se calculan los valores individuales de temperatura y

Etapa~-- _(g ___ --~ ---- :oentrada o salida

-- ----;o entrada

__ jo salida

:osalida

:o entrada

o salida

--- :oentrada

_ _ _ ; osalida

- .. : o entrada

' :o salida

Fig. 17.- Diagrama de flujo para programas computa-dos.

tiempo de carga, de los datos de entrada de temperatura y velocidad de desplaza-miento, siendo el tiempo de carga (t) to-mado de: t= 0,4.2 L50

V.1000 como lo sugieren HofstrayValkering(17) con: V: velocidad de desplazamiento (m/s) Lso: Mitad de la distancia de deflexin (mm) Etapa 2

Sumando J.L 3 , h 1 y h2 a los resulta-dos de la etapa 1 se obtienen EJ, E, t2 1 1 [ 1- J.L 1 + 2 2 ] ((para ser entrados en a e-tapa 4 en su forma integral y He, + 2 denc tando el espesor total equivalente de la losa compuesta (ecuaciones 1 al 5)


Etapa 3

En esta etapa se calculan los valores E 1 individuales cumpliendo con las con-diciones de ensayo. Los datos de tempe-ratura y tiempo de aplicacin de la carga completados con el punto de ablanda-miento y el ndice de penetracin del be-tn, producen los valores Sbit. siguiendo los diagramas pertinentes del Manual Shell. Se hace una correccin de tempe-ratura para un tiempo de carga diferente de 0,02 s., usando la ecuacin de Shahin (18). Por consiguiente E1 se calcula te-niendo en cuanta el tipo de relacin Sbit -Smix (St S2) Etapa 4

La introduccin de E 1 en este pro-grama nos permite calcular E2 de E1 + +2 1 [ 1- JJ.t +2 2 ] sumando JJ. 1 y JJ.2 (ecua-cin 11). E1 representa el mdulo del a-salto no agrietado en las condiciones de ensayo. Los valores conrrectos de E2 se obtienen si los datos de una seccin de camino sana son alimentados dentro de este programa; si por el contrario se in-troducen los datos de una seccin agrie-tada, los datos de E2 computados sern irrealisticamente bajos, demostrando que la suposicin de una capa asfltica no a-grietada es incorrecta.

Etapa 5

En esta etapa, partiendo de los da-tos de E2 obtenidos en la etapa previa de una seccin de camino sana, se establece el espesor efectivo de la capa superior Heff (ecuacin 12). A pesar de que todos los datos que entran al mtodo de diseo de la capa de refuerzo Shell parecera que son obtenibles por ahora, es necesa-rio hacer una correccin final de E3 Es-to se lleva a cabo en la etapa 6

Etapa 6

Estando el tiempo de carga LAC en un rango intermedio entre la carga est-tica y la dinmica, la conversin del m-dulo de la subrasante LAC a las condicio-nes Shell fue estudiada mediante un en-sayo comparativo con un deflectmetro de impacto. Los resultados obtenidos en

19

5 secciones de diferentes subrasante, se muestran en la Fig. 18, indicando que la influencia del tiempo de carga es impor-tante.

ee , lae

1 Q Ewd

.

3

~ Nivel de confianza 90/o t(secl

=. o ... . . . ..

Fig. 18.- Comparacin entre EJfwd y EJiac

La relacin que se ajust mejor (r = = 0,83), que surgi del anlisis de regre-sin fue (siendo t el tiempo de carga en la seccin) Ef d/Et = Q = 101.4576 (t- 0,255) w. ac e (13) con 1

Vialidad - Revista de la D.V.B.A.- Julio- Agosto- Setiembre 1983 N 87

40 mac. bit. denso 95 mat. bituminoso

(Pen. betn 100) 200 base arena/grava

subrasante arenosa

N=4,8. 106 te m p.

16,80C

El ensayo haba realizado en un tra-mo de camino, produciendo el bien co-nocido diagrama continuo de picos d~ deflexin. De este diagrama se seleccion una seccin con deflexiones altas para un anlisis detallado: esta seccin tambin mostr agrietamiento en la huella exte-rior. Introduciendo el valor de probabi-lidad del 90 oo de deflexin LAC en el TRRL-LR 833, produce un espesor de la capa de refuerzo de 60 mm(N=6,8.106). Los resultados del procesamiento en la computadora de la deformada de defle-xin son los siguientes (unidades en mm y N/mm2 )

Etapa 1

ent.: L50 = 378,2 Dlac = 0,726

sal.: L0 = 186,4 R = 48,8 t = 0,378,sec.

Etapa 2

ent.: h 1 = 95 11-3 = 0,35

sal.: He1 + 2 = 287,9Et +2/ [ 1- p. 1 +2 2] = = 149,8 E3 = 81,0

Etapa 3

Ent.:T800pen=530C IP=O T=16,8oC

Sal.: E 1 = 1600

Etapa 4

Ent.: E1 = 1600

Sal.: E2 = 35,4

Etapa 5

Ent.: E 1 = 1600

Sal.: Heff = 30,6

xsl (mdulo de rigidez caracterstica)

Etapa 6

Ent.: t = 0,378 sec

Sal.: Qe = 1,1 Qe = 1,5

E3 = 89,3

E3 = 122,4

La etapa 4 presenta E2 = 35,4 N/ mm2, siendo E3 81,0 N/mm2 , indicando as que entrando un mdulo E 1 "no fisu-rado", en esta etapa se produce un valor irreal de E2 Esto fue confirmado por los resultados del ensayo de una seccin sa-na, donde se calcul una relacin E2 /E3 de 2,31. Siendo esta relacin muy apro-ximada a la usada en los diagramas Shell (k = 2,25 para h = 200). Por comodidad, esta ltima ha sido usada para calcular E2 para ser entrado en la etapa 5.

Entrando al manual de diseo Shell con H ff = 30mm, E3 = 100 N/mm2 , h 2 = ~OOmm, para una mezcla St -F 1 100 resulta un espesor de la capa de re-fuerzo de 70mm (diagrama HN 77) que no es inferior al resultado del TRRL. ahora bien, esta seccin haba sido anali-zada anteriormente a una temperatura de 6,40 e que est algo prxima al extremo inferior del rango de trabajo de los dia-gramas para correccin de temperatura del TRRL-LR 833. El espesor de la capa de refuerzo calculada de las mediciones realizadas en esas condiciones fue algo excesivo (>120mm) debido a un factor de correccin de temperatura grande. Es-ta es la razn por la cual se repitieron los ensayos . en condiciones de temperatura menos adversas. Sin embargo, si se hubie-ra podido obtener el resultado del anli-sis anterior (Heff = 30mm)(no habindo-se registrado ninguna curva totalmente dibujada en la primera serie de ensayos) se habra llegado a un espesor de 80mm, eligiendo, sin ninguna duda el diagrama de correccin de temperatura para capas asflticas delgadas seriamente fisuradas.

Conclusiones

El modelo Hogg simple que descri-be una deformada de deflexin de uri sis-tema de dos capas tambin se ajusta a las campanas observadas en la realidad para sistemas de ms capas. La corresponden-cia del modelo con los datos reales es su-

Diseo Lacroi.x de ...

ficiente para que el deflectgrafo La-croi.x permita un anlisis ms fundamen-tal. El procedimiento para la evaluacin del pavimento reseado en las secciones anteriores, nos permite, por un lado, usar los datos de deflexin LAC para los m-todos de evaluacin que requieren defle-xiones BEN, evitando los ensayos BEN a-dicionales; por el otro lado, se producen los parmetros de entrada para un anli-sis mecnico (Manual Shell, 1978), am-pliando el alcance del mtodo para inclu-ir diferentes tipos de materiales viales y condiciones climticas. Mediante tal en-foque bidireccional, el diseo de las ca-pas de refuerzo puede realizarse con ms seguridad.

BIBLIOGRAFIA

l. Kennedy, C.K. and Lister, N.W.: "Prediction of pavement performan-ce and the design of overlays" TRRL Laboratory Report 833 (1978).

2. Autret, P.: "Evolution de dflecto-graphe Lacroix, Pourquoi?" Bulletin Liaison Laboratoires Ponts et Chau-sses No. 1972.

3. Paquet, J.: "Un nouvel appareil d'au-scultation des chausses: le curviame-tre." La Revue Gnrale des Routes et des Arodromes no. 530 - Avril 1977.

4. Veverka, V.: "Verstarking van rijba-nen met een bitumineuze verhard-ing." Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw RV12/80.

5. Bonnot, J., Autret, P., de Boissoudy, A.: "Design of asphalt overlays for pavements." Proceedings Fourth ln-ternational Conference on the Struc-tural Design of Asphalt Pavements, Ann.Arbor 1977 p. 557.

6. Autret, P.: "Utilisation du produit Rd pour l'auscultation des chausses a couche de bases traites." Bulletin Liaison Laboratoires Routiers, no. 42-1971.

7. Ullidtz, P.: ''Sorne simple methods of determining the critica! strains in road structures." Dr. Techn. disserta-tion, the Technical University of Denmark, 197 4.

8. Hogg, A. H. A.: "Equilibrium of a thin plate, symmetrically loaded, res-ting on an elastic foundation of infi-

'-: < ~ { ~'

21

nite depth." Phil.Mag. Vol. 25 (168) pp. 576-582, 1938.

9. Hogg, A.H.A.: "Equilibrium of a thin slab on an elastic foundation of finite depth." Phil.Mag. Vol. 35 (243) pp. 265-276 1944.

10. Wiseman, G., Uzan, J., Hoffman, M. S., lshai, 1., Livneh, M.: "Simple elas-tc models for pavement evaluation using measured surface deflection bowls." Proc. Fourth lnternational ' Conference on the Stnictural Design of Asphalt Pavements Ann.Arbor, Vol. 11 pp. 416-426, University of Michigan 1977.

11. Wiseman, G.: "Rigid pavement eva-luation using Hogg elastic theory" Bruner lnstitute of Transportation, Technion-lsrael lnstitute of Techno-logy, Puhlication no. 31, 1976.

12. Claessen, A.I.M., Valkering, C.P., Ditmarsch, R.: "Pavement evaluation with the Falling Weight Deflectome-ter." Proc. Ass. of Asphalt Paving Technologists, New Orleans. 1976.

13. Asphalt Overlays and pavement reha-bilitation, the Asphalt lnstitute, Ma-nual Series no. 17, 1975.

14. Laws, B. C.: "Applications of the Benkelman beam on Sasketchewan highways." Techn. memo, no. 59, National Research Council, Canada.

15. Nijboer, L.W.: "Dynamic investiga-tions of road constructions." Shell bitumen "Monograph" no. 2, 1955.

16. Molenaar, A.A.A.: "A theoretical study regarding the assessment of the structural condition of the pavement by deflection measurements." Re-port WB9, Delft University of Techn. 1977 (Dutch).

17. Hofstra, A., Valkering, C.P.: "The modulus of asphalt layers at high temperaturas. Comparison of Labo-ratory Measurements under Simula-ted Traffic Conditions with Theory." Proc. Third Int. Conf. on the Struc-tural Design of Asphalt Pavements, Vol. 1 pp. 430-443, University of Mi-chigan, 1972.

18. Shahin, M.Y.: "Design system for minimizing asphalt concrete thermal cracking." Proc. Fourth In t. Confe-rence on th Structural Design of As-phalt Pavements Vol. 1 pp. 920-932 University of Michigan 1977.

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------------------------------

Observaciones sobre el comportamiento de los pilotes cargados

Michael O 'N eill y Andrew Heydinger (Public Roads NO 46) Universidad de Houston - Texas - EE.UU. (Traduccin Ing Nancy V. de Suarez, Dpto. Estudios Tcnicos, Dccin Estudios y Proyectos).

Introduccin.

Puede obtenerse un gran volmen de informacin sobre experiencias surgi-das de pruebas de carga en pilotes.

La bibliografa del final del artculo corresponde aproximadamente a 75 en-sayos practicados en estructuras tipo so-bre arena y arcilla, cuyos resultados se analizaron con miras a obtener tenden-cias comunes de comportamiento.

Previamente, deben estipularse los parmetros para el control, surgiendo co-mo los ms interesantes, la eficiencia y la razn de asentamiento.

Se define como eficiencia al cocien-te entre la capacidad del grupo de pilotes y N veces la capacidad de cada pilote aislado, donde N es el nmero de pilotes en el grupo.

La razn de asentamiento admite algunas definiciones con ligeras diferen-cias entre s; la que aqu se admite es ~1 cociente entre el asentamiento del grupo de pilotes y el correspondiente a un solo pilote cuando la carga del grupo dividida por el nmero de pilotes del grupo es 1/4 de la carga de rotura del pilote de con-trol.

Evaluacin de la falla

La capacidad del pilote aislado de control o del grupo, "carga de rotura" debe ser evaluada con ayuda de la razn de asentamiento de la eficiencia Existen mtodos para dicha evaluacin.

La Fig. 1 muestra los cuatro mto-

24 Vialidad Revista de la D.V.B.A.- Julio Agosto. Setiembre 1983 NO 87

dos usados por los autores en su anlisis de la literatura consignada en la biblio-grafa Con esos mtodos, se evaluaron ciertas cargas sobre la curva carga-asenta-miento gruesa (o envolvente de una cur-va cclica carga-asentamiento), como co-rrespondientes a rotura. Si el pilote de control o el grupo de pilotes se introduce rpidamente en el terreno despus de a plicada la carga (Fig. 1, en el diagrama inferior), todos los mtodos alcanzan el mismo valor, y puede definirse claramen-te la falla.

o fi r"l .....

~ E-< z r"l OO. <

CARGA

'(DOBLE - TANGENTE(DT

~

FALLA MODIFICADA COMPENSADA (MOF) LINEAL TERMINAL (LT)

CARGA

PENETRACION DT

MOF TL

< C) OO. !:l ..:: :Q z o .....

C) < ..:: E-< r"l z r"l t:l.

25 OO.

Fig,l Criterios de falla en pUotes Individuales o grupos a partir de la curva de asentam1ento.

Cuando la misma no se verifica con penetracin brusca, como en el caso de suelos granulosos con pilotes aislados y para muchos grupos, los distintos mto-dos producen resultados diferentes.

En el mtodo terminal lineal, se de-fine el punto de falla como el punto de la curva carga-asentamiento donde la misma asume una forma lineal final (1).

Empleando una modificacin del mto-do de racional "offset" de Davidson (2,3) se puede calcular otro diferente:

Stc: O,GL Qtc + 4 +~(mm) AE 120

Stg: 0,6L 2. + 4 + NB (mm) AE N 120

donde Stc: asentamiento en el momen-to de falla del pilote de con-trol.

Stg: asentamiento en el momen-to de falla del grupo de pilo-tes:

Qt e : Carga de rotura para el pilo-te de control (punto de la curva carga-asentamientoco-rrespondiente a Stc ).

L: Longitud del pilote. AE: Dimetro ( tip) de im pilote

aislado. N: Nmero de pilotes en el gru-

po.

El factor 0,6 se adicion a la ecua-cin original para ser aplicado nicamen-te a pilotes (o grupos) de friccin.

Cuando en los pilotes predomina la carga de punta, el factor puede incre-mentarse a 1,0.

Tambin puede apreciarse en Fig. 1 el mtodo de la doble tangente, donde la

ASgo

CARGA

COMIENZO DE FALLA PROGRESIVA EN PILOTES O GRUPOS EN ARCILLA BLAND DEFORMADA

NOTA: ASa o= asentamiento en los , ltimos 30 minutos

para incremento de carga en una hora.

Fig,2 Criterio de falla en pUotes individuales o grupos basado en el desarrollo de alta velocidad de deforma-cin por creep.

Observaciones sobre el...

carga de rotura corresponde al punto. de interseccin entre las trangentes a la cur-va en los tramos lineales inicial y final.

En la Fig. 2 puede apreciarse otro mtodo racional para definir la falla (4). Para este mtodo se define la carga de ro-tura como la que origine un incremento en el asentamiento por "creep" (repta-cin ). El mtodo requiere un ensayo no estandardizado mediante el cual se aplica la carga en incrementos iguales para in-tervalos iguales de tiempo.

CARGA(mN)

A. Houston. Arcilla de gran rigidez. Pilo-tes de acero prismticos.

B. Alton. Arena media a densa. . Pilotes hincados.

Fig.3 Problemas asociados con curvas de carga- asen-tamiento en pilotes que giran b.aio carga.

Un problema especfico en la inter-pretacin de cargas de rotura para grupos de pilotes surge cuando la carga no se a-plica exactamente en el centro de la reac-cin de los pilotes, y el suelo est solici-tado de tal forma que los pilotes aislados pueden penetrar bruscamente. Cuando existen esos dos factores, la cabeza del pilote puede rotar bajo la carga, y pro-gresar la falla de pilote en pilote. Como resultado, la carga de rotura del conjunto aparenta ser menor que la suma de los cargos individuales de los pilotes, dado que los cargos individuales de los pilotes,

25

dado que la curva carga-asentamiento pa-ra el centro del cabezal del pilote penetra bruscamente antes de que lo haga cada pilote restante del grupo. La Fig. 3 mues-tra que este efecto se observ claramente en un grupo de pilotes prismticos de a-cero ensayados sobre un terreno de arci-lla de cierta rigidez, fisurada (5), pero fu menos pronunciado en un grupo de pilotes hincados en una arena mediana o densamente compactada (6).

La consecuencia principal de dicho efecto, radica en que la eficiencia del grupo se convierte en una funcin del grado de conceritricidad de la carga en los suelos deformables y blandos, en los

A causa de ello, la falla del ccnjun-to en ensayos no controlados por :Jlstru-mentos especiales para ese tipo oe suelos puede ser mejor interpretado definindo-la a partir del momento en que comienza el aumento en la velocidad de la defor-macin por creep. (Fig. 2).

Utilizando uno de los mtodos que se observan en Fig. 1, los autores han computado los cargos de rotura para ca-da conjunto de pilotes de control y gru-pos de pilotes cuyo ensayo se inform en los trabajos enunciados por la bibliogra-fa final. Cuando se especific la penetra-cin brusca, se tom a la 'carga corres-pondiente como la de rotura; cuando no se registr ese tipo de penetracin, pero se verific una porcin lineal en la fase final de la curva de carga-asentamiento, se emple el mtodo lineal terminal; cuando no se verific ninguna de las dos condiciones detalladas, se emple el m-todo offset.

Ocasionalmente, cuando no se ha-ban presentado datos completos que fa-cilitaran el clculo, fu aceptada como carga de. rotura la que proporcionaban los informes.

Parmetros de estudio

Presumiblemente, si se han tomado suficientes factores en consideracin, a partir del universo de datos provenientes de ensayos, se pueden obtener valores consistentes de eficiencia, razn de asen-tamiento, y otros efectos. Adems de las cargas de rotura, se debe incluir cierto nmero de variables al correlacionar los resultados de ensayos. Para el comporta-


miento a corto tiempo de pilotes y gru-pos hincados, pueden incluirse:

a) Detalles geomtricos de los pilotes. b) Ordenamiento y rango de la instala-

cin de pilotes en el grupo. e) Tipo de martillo y materiales de a-

mortiguacin. d) Tipo de accesorios en la instalacin

(perforaciones, inyeccin, etc.). e) Caractersticas de difusin del agua

en el suelo. f) Caractersticas de compresin y den-

sidad del suelo. g) Tensiones in situ y caractersticas

piezomtricas del suelo. h) Resistencia y caractersticas de sensi-

bilidad del suelo. i) Caractersticadetensin-deformacin

del suelo, extendidas a un ancho con-siderable por debajo de las puntas de los pilotes.

j) Existencia del contacto suelo-cabe-zal y, si existe, su extensin.

k) Intervalo de tiempo entre hinca y es-sayo.

l) Detalles del sistema de reaccin (es-pecialmente si se emplean anclajes).

m) Detalles geomtricos de la carga (punto de aplicacin de la carga refe-rido al centro de la reaccin de los pilotes).

n) Tipo de carga empleada (cclica, ve-locidad de pentracin constante, etc.).

Desgraciadamente, la mayora de los documentos citados en la bibliografa no contienen los datos suficientes para establecer correlaciones claras.

Sin embargo, los autores han trata-do de vincular eficiencia y razn de asen-tamiento con los parmetros citados (ti-po de suelo, condicin del cabezal del grupo (en contacto con el suelo, o sus-pendido por sobre l), espaciamiento en-t~~ pilotes (S), penetracin del pilote (P), diallletro del mismo (dm) y ancho del grupo (Bav).

Resultados

Los resultados de la correlacin entre eficiencia y razn de asentamiento con los parmetros citados (en forma a-dimensional) constan en las Fig. 4 y 5.

Dado que se incluyen pocas varia-bles, las curvas indican tendencias gene-

rales como: a) La eficiencia se incrementa en las ar-

cillas cuando los cabezales estn en contacto con el suelo (si bien se re-quieren asentamientos muy grandes para desarrollar la completa capaci-dad del grupo en esos casos), pero se ve menos afectada por los cabezales en arenas.

b) En arenas, aparece un leve aumento de la eficiencia cuando se incrementa p/s si el cabezal est susp'endido, pe-ro si se verifica el contacto con el suelo aparece el efecto contrario.

e) Las razones de asentamiento para grupos de pilotes, tanto en arcilla co-mo arena, tienden a aumentar con el incremento de p/s, pero no se obser-va una dependencia de las mismas con el con tacto de los cabezales.

Se requiere intensificar los estudios del comportamiento de grupos de pilotes en escala natural. Sin embargo, si bien constituiran valiosos aportes al conoci-miento del tema, se deben evaluar e in-formar cuidadosamente los parmetros puestos en juego, segn se detall ms a-rriba. En particular, deben estudiarse desde el punto de vista econmico y de servicio, los efectos de cargas cclicas y de larga duracin sobre los grupos de pi-lotes, que no han sido considerados en este artculo. Es de suponer que los re-sultados emergentes en ese estudio, indi-quen que los mtodos actualmente em-pleados para medir la eficiencia del gru-po, asentamientos y distribucin de car-gos en los pilotes resulte demasiado con-servativa.

REFERENCIAS

(1) A. S.Vesic, "Performance of Deep Foundations: Experiments with instru-mented Pile Groups in Sand," Special Technical Publication 444, American So-ciety for Testing and Materials, Philadel-phia Pa, 1969. pp. 177-222.

(2) M. T. Davisson, "High Capacity Pi-les," Proceedings, ASCE Lecture Series on Innovations in Foundation Construc-tion, Illinois Section, American Society of Civil Engineers, 1972. (3) M.W. O'Neill, "Field Study of Pile Group Action: Interim Report," Report

Observaciones sobre el...

No. FHWAIRD-81/001, Federal High-way Administration, Washington, D. C., March 1981. PB 82 139270.

(4) W. S. Housel, "Field and Laboratory Correlation of the Bearing Capacity of Hardpan for the Design of Deep Founda-tion," Proceedings, Vol 56, American Society for Testing and Materials, Phila-delphia, Pa., 1956, pp. 1320.1346.

(5) M.W. O'Neill, R. A. Hawkins, and L. J. Mahar, "Field study of Pile Group Ac-tion: Final Report," Report No. FHWA/ RD-81/002, Federal Highway Admini~ tration, Washington, D. C. March 1981. PB 81 249146.

(6) Woodward-Clyde Consultants, "Re-sults .and Interpretation of Pile Driving Effects Test Program, Existing Locks and Dam No. 26, Mississippi River, Al-ton, Illinois," Phase IV Report, Vol. 3, Departament of the Anny, St. Louis Dis-trict, Corps bf Engineers, St. louis, Mo., May 1979.

Bibliografa de Pruebas de carga sobre grupos de pilotes y prototipos

American Railway ngineering Associa-tion (AREA) Committee 8, "Stell and Timber Pile Tests, West Atchafalaya Flo-odway-New Orleans, Texas and Mexico Railway," American Railway Enginee-ring Association, Bulletin 489, Vol. 52, Sept.-Oct. 1950, pp. 149-202 (Clay Soil, 3 Groups Tested) Berezantzev, V. G., V. S. Khristoforov, and V. N. Golbukov, 'Load Bearing Ca-pacity of Piled Foundations," Procee-dings, Fifth Intemational Conference on Soil Mechanics and Foundation Enginee-ring, Vol. II, Paris, 1961, pp. 11-15. (Sandy Soil, 8 Groups Tested) Bran, E. W., C. Muktabhant, andA. Tae-chathummarak, "Load Tests on Small Foundations in Soft Clay," Proceedings, ASCE Specialty Conference on Perfor-mance of Earth and Earth-Supportek Structures, Vol. 1, Part 2, pp. 903-928, June 1972. (Clay Soil, 10 Groups Tested) Feagin, L. B., "Performance of Pile

27

Foundations of Navigation Locks and Dams on the Upper Mississippi River," Proceedings. Second Internarional Con-ference on Soil Mechanics and Founda-tion Engineering, Vol. IV, Rotterdam, 1948, pp. 98-16. (Sandy Soil; 9 Proto-type Groups Observed) Garg, K. G., "Nored Pile Groups Under Vertical Loads in Sand," Journal of the Geotechnical Engineering Division, Ame-rican Society of Civil Engineers, vol. 105 No. GT8, August 1979, pp. "939-956. (Sandy Soil, 8 Groups Tested) Kezdi, A., "Bearing Capacity of Piles and Pile Groups," Proceedings, Fourth Inter-national Conference on Soil M echanics and Foundation Engineering, Vol 11, London, 1957, pp. 46-51. (Sandy Soil, 9 Groups Tested) Kishida, H., "Ultimate Bearing Capacity of Piles Driven Into Loose Sand," Soil and Foundation, vol. VII, N o. 3, August 1967, pp. 20-29. (Sandy Soil, 2 Groups Tested) Koizumi, Y., and K. Ito, "Field Tests with Regard to Pile Driving and Bearing Capacity of Piled Foundations," Soil and Foundations, vol. VII, N o. 3, August 1967, pp. 30-52. (Very Sensitive Clay Soil, 1 Group Tested) Masters, F. M., "Timber Friction Pile Foundations," Transections, American Society of Civil Engineers, vol. 108, 1943 pp. 115-140. (Clay Soil, 6 Groups Tes-ted) O'Neill, M.W., R.A. Hawkins, and L. J. Mahar, "Field Study of Pile Group Ac-tion: F'inal Report," Report N o. FHW A/ RD-81/002, Federal Highway Admini~ tration, Washington, D. C., March 1981. (Clay Soil, 3 Groups Tested) .Price, G., "Behavior of Deep Foundati-ons' Field Tests on Vertical Piles Under Static and Cyclic Horizontal Loading in Overconsolidates Clay," ASTM STP 670, Raymond Lundgren, Ed., American So-ciety for Testing and Materials, 1979, pp. 464-483. (Clay Soil, 1 Group Tested) Schlitt, H. G., "Group Pile Load Tests in


Plastic Soils," Proceedings, Highway Re-search Board. Vol. 31, 1952, pp. 62-81. (Clay Soil, 1 Group Tested) Stevens, J. B.,"Foundation Investigati-ons, NASA Mississippi Test Facility; Re-port 1; Static and Vibratory Load Tes-ting of Foundation Test Piles at Test Stand S-IC," Technical Report S-69-10, U.S.A.E. Waterways Experiment Station, Vicksburg, Miss., November 1969. (Pre-dominantly Clay Soil, 1 Group Tested) Trofimenkov, J., "Behavior of Founda-tions and Structures," Proceedings, Ninth International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol. 3, Tokyo, 1977, pp. 370-371. (Clay

and Sand Soils, 4 Prototype Groups Tes-ted) Versin, A.S., "Performance of Deep Fou-Foundations: Experiments with Instru-mented Pile Groups in Sand," ASTM ST P 444, American Soeiety for Testing and Materials, 1969, pp. 177-222. (Sandy So-il, 9 Groups Tested) Woodward-Clyde Consultants, "Results and Interpretation of Pile Driving Effects Test Program, Existing Locks and Dam N o. 26, Mssissippi River, Al ton, Illinois," Phase IV Report, Vol. III, Department of the Army, St. Louis District, Corps of Engineers, May 1969, pp. 8. 1-8.7. (San-dy Soil, 1 Group Tested)

Observaciones sobre el. ..

10 7

5

3

2 :!l 1.5 fi 1.0 r.;: .....

C) ..... 0.7 f'o< r.;:

0.5

0.3

0.2

011

10 7

5 o

~ 3 r.;: .....

:::!1 2 < ~ l5 r.;:

~ 1.0 r.;: A 0.7 z o 0.5

~ < ~ 0.3

02

2 3 45

10

Cabezal suspendido

Tendencia gral. para o

"

p/s"" 15 ,

f Loa nos adyacen-tes a los smbolos

dep/s 1 indican valores

10 20 !a dm

Cabezal suspendido

50 100

O.l ~1 ~2~3:--!-4-:5 .......... ~10~-:!2:-:::0:---;;50~~.00 !a d.

< .....

C) z r.;: .....

C) .....

f'o< r.;:

10 7

5

~ 3 ~ ~ 1.~ r.;:

~ 1.0 ~ 07 z ~ 0.5 < ~ 0.3

0.2

o. 1 1

29

10 CABEZAL DE CONTACTO

7 EN EL SUELO 5

3

2 Tendencia general 1.5 ~":,. ):~ / (datos insuficien-f- tes para establecer 1.0 , ~ dependencia 0.7~ sobre p/s)

0.5

0.3

02

01 1 2 345 10 20 50 100 Bav dm

t>.'' Arcilla muy ...... ... ..... susceptible

"" ""

"'' "' .....

,.... "'"'Tendencia gral. 20 .....,.... (datos insuficientes

..: ,., ..... para establecer A' V ..,.,.,.,., , 1/;.10 t;,T derencia

sobre /s)

Cabezal en ! contacto con el suelo

2 3 4 5 10 20 50 100 200 300 !n_ d"'.

:f'i&4 Comportamiento de grupos de pilotes en arcilla.

30 Vialidad Revista de la D.V.B.A.- Julio. Agosto. Setiembre 1983 NO 87

10 10

7 cabezal 7 5 suspendido !5

3 3

< -C) o:l z ')

pi\ ro; d -

.!!l C) ~ -~ Los nmeros Q) ro;

adyacentes a los 0.5 smbolos indican 0.5 v,

0.3 valores de p/s

0.3 Cabezal en contacto 0.2 02 con el suelo

0.1 1 2 345 10 20 50 100 0.11 2 3 45 10 20 50 00 200 Bav Bav d; dm

20

10 10 7 Cabezal suspendido 7 5 o 5 o ~ ~ 3 3 ro; ro;

-- ::S ~ 2 d' 7 Arena suelta, pilote ~ 2 E-< 1.5 con perforacin 1.5 z ro; 0 1 s ro;

en o ... en < 1.0 < ro; ro; Q 0.7 ,.3.3 Q 0.7 z 01.9 'Arena"-, z o 0.5 pilotes 2 0.5 N hincados < < ~ 0.3 ,.~ ~ 0.3

~NOTA: datos Cabezal en contacto 0.2 10 insuficientes 0.2 con el suelo para establecer

dependencia en p/s 0.11 2 345 10 20 50 100 OJ 1 2 345 10 20 50 100 200

Bav Bav dm dm

Fig,5 Comportamiento de grupos de pilotes en arena.

Comportamiento de slidos heterogneos (hormign) frente a solicitaciones ultrasnicas

Anselmo Garay Guerrero, Ledo. en Fsica Jefe del Equipo de Investigacin IETcc 689-14

El presente artculo ha sido elaborado con la colaboracin de diversos miembros de este Equipo de Investigacin (E.l.) y trata de dar a conocer a los lectores la importancia de un mejor conocimiento de los fenmenos que tienen lugar en la transmisin de im-pulsos ultrasnicos a travs de slidos heterogneos y la generacin de aqullos en el se-no de stos, por microdesplazamientos de partculas, que pueden originar el subsi-guiente nacimiento de roturas o fisuras.

La interpretacin correcta de estos fenmenos puede proporcionar una valiosa in-formacin sobre el estado del materia~ as como sobre ciertas caractersticas del mismo (elasticidad, resistencia, inclusin de defectos, etc.), que pueden aplicarse con gran a-provechamiento a las Tcnicas de Ensayos No Destructivos en la Construccin.

l. INTRODUCCION

La aplicacin de Ensayos No Des-tructivos (END), basados en las propie-dades de los ultrasonidos, en la Metalur-gia e industrias de construcciones mec-nicas data ya de ms de 50 aos ye exis-te toda una gama de mtodos de ensay o de aplicaciones comunes en estas tcni-cas.

La industria de la Construccin, ar-tesanal en gran parte de sus medios y equipos, incorpora mucho ms tarde las tcnicas ms depuradas de ensayos y control que ya eran de uso comn en o-tros campos.

Este desfase no siempre es debido a la mayor o menor resistencia de amplios grupos del sector a la asimilacin de tc-nicas de ensayo cada vez ms refinadas, sino a la dificultad natural que ofrecen los materiales de construccin, especial-mente el hormign, por su marcada hete-rogeneidad e incluso fcil anisotropia, si la puesta en obra no fu lo suficiente-mente ciudada.

As por ejemplo, las tcnicas de aus-cultacin ultrasnica que se emplean con gran profusin y excelentes resultados en las industrias del metal (fabricacin de


piezas, laminados, soldaduras, etctera) presenta severas limitaciones como vere-mos ms adelante cuando se trata de ex-plorar piezas de hormign.

El empleo de ultrasonidos en la in-vestigacin de las caractersticas de los materiales se basa en la estrecha relacin existente entre ciertas caractersticas de stos (densidad, elasticidad, etc.) y los parmetros que definen un impulso de ondas elsticas que se propaga a travs del material.

En principio, y segn sea el papel que juega el propio material frente al fe-nmeno ultrasnico, su estudio puede di-vidirse en dos partes:

Parte I. :Comportamiento pasivo de los materiales, frente a ultrasonido: Se refiere a todas aquellas pro-piedades de los materiales que pueden estar relacionadas y, por lo tanto, ser estudiadas, con el trnsito de una onda ultrasni-ca a travs de aqullos y que se genera artificialmente, en el ex-terior, por dispositivos adecua-dos de excitacin.

Parte II.: Comportamiento activo de los materiales frente a ultrasonido: Se refiere a aquellos fenmenos que tienen lugar cuando el im-pulso ultrasnico se origina en el seno del propio material por una liberacin brusca y discon-tinua de energa. Este fenme-no conocido con el nombre de EMISION ACUSTICA (E.A.) aparece cada vez que por una causa u otra se producen reagru-paciones de paticulas a escala microscpica en el seno de un slido, deformaciones plsticas del mismo (dislocaciones, ma-clajes, etc.) o iniciacin de ro-turas o microfisuras en puntos concretos de aqul.

Este ltimo fenmeno, descubierto en la dcada de los 50 y estudiado por primera vez por Kaiser, se comienza a u-tilizar en la dcada siguiente para la de-teccin de fallos en el mismo momento de su ocurrencia, en los depsitos de car-burantes y cmaras de combustin de los grandes cohetes espaciales, donde el co-nocimiento previo de la iniciacin de una

fisura es vital en la prevencin de la ex-plosin del ingenio.

En 1964 aparece ya esta novsima tcnica de deteccin de defectos en tiem-po real, incorporada al amplio arsenal de los mtodos no destructivos.

Segn nuestras noticias fu por esta poca cuando se aplic por primera vea en la industria de la construccin, duran-te la realizacin de la presa de un embal-se en Canad

All se utilizaron sensores embebi-dos en la masa de hormign del muro, u-nidos permanentemente a una estacin fija prxima donde se registraban las se-ales procedentes de aqullos. De esta manera no slo se d,.ara la alarma en el momento de aparicin de una fisura, si-no que e1 sistems, asistido por un ordena-dor, proporcionara las coordenadas del punto de iniciacin.

Resumiendo, diremos que por la a-plicacin de las tcnicas derivadas_ del comportamiento pasivo (parte I) de los materiales se puede obtener informacin sobre:

*Caractersticas elsticas (mdulo elstico, variacin del mismo, degra-dacin del material, etc.).

* Resistencia (correlaciones veloci-dad de propagacin resistencia y frecuencia de resonancia-resisten-cia).

* Deteccin de huecos en los materia-les (en ciertas condiciones favora-bles, segn el tipo de material).

* Cambios de fase (caso del fraguado de un cemento). De la aplicacin de las tcnicas deri-

vadas de la Parte Il, se puede obtener in-formacin sobre:

*Naturaleza del fenmeno que ha producido la E. A. (deslizamiento de capas, deformaciones plsticas, i-nicio de rotura o micro fisuras, etc.).

*Localizacin del punto de origen con un alto grado de precisin.

2. OBJETO DE LA INVESTIGACION

El objetivo sobre el que se cre es-te grupo de investigacin fu el de pro-fundizar en los campos anteriormente descritos, por las lneas de penetracin sobre las que ya tena experiencia el au-

Comportamiento de Slidos ...

tor y dems personal de este equipo, que se cre precisamente alrededor de los te-mas cultivados por el antiguo Departa-mento de Metrologa de IETcc, del cual formaban parte.

La idea final es llegar a obtener m-todos no destructivos de ensayos, aplica-bles a la Construccin, que afinen o a-dapten los ya existentes a las condiciones actuales (como las originadas por los ce-mentos de adicin) o den lugar a tcni-cas de nueva aplicacin.

En una segunda fase se estudiarn los fenmenos de E. A. en los materiales de construccin (hormign, armaduras de acero, etc.) con vista a puesta a punto de mtodos utilizables en cierto tipo de obras.

3. LINEAS DE AVANCE DE LA IN-VESTIGACION

En lo referente a los fenmenos del primer grupo (comportamiento pasivo) se han trazado-las siguientes lneas de in-vestigacin:

- Comportamiento de las pastas de cemento durante el fraguado res-pecto al paso de ondas ultrasni-cas a su travs.

- Velocidad de transmisin de im-pulsos ultrasnicos en hormign. * Anomalas de la velocidad de

lo propagacin. * Relacin entre la velocidad y

las caractersticas fsicas del hormign.

* Diagnstico de calidad basados en la velocidad de propagacin.

Perturbaciones en la propagacin del haz ultrasnico por la inter-posicin de huecos.

El avance en cada una de las tres l-neas expuestas requiere a veces el desa-rrollo de instrumentacin propia y ade-cuada al problema_ a resolver, lo que su-pone la ejecucin de prototipos de apara-tos de los que se ir dando cuenta opor-tunamente.

3.1. Comportamiento durante el fragua-do, de pastas de cemento frente a ultrasonido: estado actual.

Esta lnea de avance est bajo la res-ponsabilidad del ingeniero Barraclough

33

de nuestro E. l. El trabajo que se realiza est relacionado a la vez con la tecnolo-ga del cemento y con las propiedades f-sicas de la materia en sentido algo ms general. Se trata de hacer interaccionar paquetes de ondas ultrasnicas con pas-tas de cemento durante el proceso de fra-guado de stas para intentar conseguir in-formacin sobre los fenmenos fsicos y qumicos que se desarrollan en la pasta, a medida que transcurre el fraguado.

Un primer problema que pretende clarificar este trabajo es determinar la re-lacin general entre la cantidad de ener-ga que transmite la pasta, cuando esta e-nerga est en forma de ondas ultrasni-cas, y el tiempo transcurrido a partir del momento final de amasar la pasta. La e-volucin en el tiempo de esta relacin es-t sujeta a muchos factores variables (re-lacin agua/cemento, forma y tiempo del amasado, temperatura del ambiente, tipo de cemento, estado del mismo, manera de compactar la probeta ... ), muy difci-les de normalizar totalmente. An as, dentro de una cierta dispersin estadsti-ca, es posible reconocer ciertas caracte-rsticas constantes en la relacin general, especialmente algunas inflexiones en el diagrama (fig. 1), que parecen responder ~ a fenmenos de resonancia de ciertas partculas de la: pasta ante los impulsos cclicos impuestos por las ondas ultras-nicas, a la frecuencia del emisor.

Como resultados ms inmediatos parece verificarse que hay una relacin de la forma E =K+ log t" entre la cantidad de energa transmitida por la pasta y el tiempo t transcurrido desde el instante final del amasado, siendo "a" una cons-tante; y que, durarite el transcurso de las primeras seis horas de fraguado, apare-cen, sucesivamente en el tampo, dos o tres zonas de absorcin de energa por la pasta que son claramente identificables y caractersticas (fig. 1).

Actualmente estn en marcha nue-vos ensayos tendientes a determinar la causa precisa de estas inflexiones agudas en la relacin general entre tiempo y e-nerga.

En el momento de entregar a prensa este artculo el esfuerzo del E. l. se cen-tra en conseguir un generador de ultraso-nido de potencia adecuada y de caracte-rsticas especiales, para estudiar con ms


detalle las zonas de posibles resonancias a que se ha aludido anteriormente.

Cuando esta lnea de avance de la investigacin llegue a su meta, a la par que proporcionar un mejor conocimien-to del fenmeno del fraguado, suminis-trar tcnicas de laboratorio, basadas en equipos de ultrasonido, para la determi-nacin de la evolucin y desarrollo de di-cho fenmeno.

50

40 o

~ 30 ~

20 .. ;

~ 10 10

TIEMPO (horas)

Fig. 1.- Tres diagramas tpicos de relacin Energa -Tiempo para distintas pastas.

3.2. Velocidad de impulsos ultrasnicos en hormign.

La velocidad de propagacin de un paquete de ondas elsticas o impulso de frecuencia snica ultrasnica a travs de un material es un parmetro que est estrechamente ligado con las caracters-tacas fsicas del material.

Sin embargo, esta velocidad en los medios slidos reales no es una magnitud bien definida y es necesario hacer ciertas precisiones al hablar de la misma.

En efecto; si se tratase de una onda continua, longitudinal y monocromtica, su velocidad se identificara con la velo-cidad de fase de la misma que es la dis-tancia a que se propaga una fase cual-quiera del movimiento vibratorio de las partculas normal a la de oscilacin de a-qullas en el caso de ondas transversales, y en la misma direccin en el de ondas longitudinales.

La ecuacin de propagacin en la direccin x, sera:

(A.+2G)

donde: A.,G son constantes elsticas del medio ( cons-

tante de Lam y mdulo de rigidez, res-pectivamente) y p representa la densidad del mismo.

Del exmen de esta ecuacin se des-prende que la nica velocidad posible de las partculas oscilantes est en la direc-cin, pero ello slo es cierto en condicio-nes ideales, en un medio desprovisto en absoluto de rigidez. Por el contrario, si empre que se generen ondas longitudina les, se pierde algo de energa en la excita cin de ondas transversales o de cizalla dura, y, si el medio no es infinitamente extenso, terminan por formarse ondas de superficie o de Rayleigh que absorben i-gualmente algo de la energa de excita-cin longitudinal .

Ahora bien, cuando la excitacin del medio no se produce en forma de on-da continua, como la descrita hasta aho-ra, sirio de forma discontinua o intermi-tente, no es ya una onda sinusoidal lo que progresa por el medio transmisor, si-no un impulso o paquete de ondas como el que aparece en la fotografa de la fig. 2.

Fig. 2.- Forma tpica de un impulso ultrasnico obte-nida en nuestros laboratorios por fotografa de la pantalla de un osciloscopio de rayos ca-tdicos.

Este paquete, ms que como un ele-mento limitado de una onda pura sinu-soidal, ?e amplitud variable, se debe con-siderar como una suma de Fuorier de ele-mentos sinusoidales simples, de frecuen-cias prximas entre s.

En este caso, la velocidad de propa-gacin del sonido no coincide con la "ve-locidad de grupo". sensiblemente infe-rior a aqulla, siendo esta ltima la que se determina y se emplea en todas las a-plicaciones de los ultrasonidos. En gene-ral, es ms fcil medir la velocidad, apli-car y captar los impulsos ultrasnicos en


los materiales, si bien se paga a costa de ciertas imprecisiones que pueden limitar severamente su uso en ciertos casos.

En efecto, cuando un paquete o grupo de ondas progresa por un medio dispersivo -y los slidos y lquidos pare-cen serlo para el ultrasonido en mayor o menor grado- se "deshace" y termina degenerando en un grupo en forma de huso ms o menos alargado, cuya seme-janza con el paquete original depende del grado de dispersividad del medio.

En este caso, por razones que sera prolijas exponer aqu, es mejor hablar de "velocidad de seal", un concepto ms complejo, relacionado con la velocidad de grupo y el mtodo de deteccin.

En la fig. 3 se aprecia que el frente del grupo se "ha estirado" un poco, apa-reciendo unas oscilaciones irregulares, de amplitud tan pronto creciente como de-creciente, que preceden a las oscilaciones netamente sinusoidales del frente de gru-po. Anlogamente, la cola ntida del pa-quete de la figura 2 se alarga y se afina sensiblemente, introducindose as una disimetra mayor en la forma original del impulso.

' Fig. 3.- Impulso ultrasnico parcialmente deformado a causa de su paso por un espesor de hormi-gn de 30 cm de longitud.

La zona delantera de un impulso as deformado se llama de "precursores", ya que propiamente no forma parte del grupo; y, la parte final, que ocupa casi la semipantalla derecha de la fig. 3 se sigue llamando cola del impulso; lo que ocurre es que ahora, prcticamente, se ha redu-cido apenas a una lnea gruesa.

La observacin del paso de impul-sos, en medios dispersivos de longitudes crecientes, indica que tanto la longitud de los precursores como la de la cola au-

35

menta con el grado de dispersin del me-dio.

Si a lo dicho aadimos que, en la determinacin de la velocidad del grupo, los dispositivos de medida del tiempo de trnsito exigen el establecimiento de ciertos niveles de disparo para las ampli-tudes integrantes del paquete, se enten-der la dificultad que entraa hablar de un concepto fsico que traduzca la "ver-dadera velocidad" del grupo.

A esta dificultad en la identifica-cin de -la cresta que debe disparar el pa-quete hay que aadir otra caracterstica perturbadora, propia de la propagacin de impulsos en medios dispersivos, que fue puesta de manifiesto, por primera vez, por el autor y sus colaboradores en 1974 cuando intentaban una medicin cuidadosa y exacta de la velocidad de propagacin de los impulsos ultrasnicos generados por su aparato (*)en una losa de hormign de grandes dimensiones.

Se trataba de resolver los proble-mas que suscitaba la falta de concordan-cia de diversas medidas realizadas con motivo de ciertos trabajos de obra para un informe tcnico del Instituto. Se ob-serv que, lejos de ser un error de medi-da, el efecto de disminucin aparente de velocidad con la longitud explorada se reproduca con toda fidelidad en otras piezas de dimensiones parecidas.

Fue entonces cuando abrimos esta lnea de investigacin, reproduciendo las experiencias iniciales en bloques de hor-mign de mayores dimensiones para tratar de encontrar alguna explicacin a este fenmeno que desde entonces cono-cemos dentro de nuestro grupo con el nombre de anomala de velocidad

Posteriormente, cuando se cre el E.I. tal como es hoy, se incorpor a su temario como trabajo de partida junto con los pequeos progresos logrados has-ta la fecha.

Una primera aproximacin de ex-plicacin, que se comprende bien obser-vando las diversas zonas del impulso re-presentado en la fig. 4, la intentamos su-poniendo que el descenso de velocidad observada se debiera a la parte de impul-so perdida en forma de "precursores." De ser eso absolutamente cierto la longitud, (*) Un PUNIT de C.N.S. Instrument de 40-50kHz de

frecuencia fundamentaL

36 Vialidad- Revista de la D.V.B.A.- Julio- Agosto- Setiembre 1983 N 87

medida en tiempo, de los precursores, debera representar una fraccin impor-tante del tiempo total del trnsito, cosa que no result ser cierta.

PRECLASORES IMPULSO '"-'

1

1

1

J ( \11 (\ 1\ V VV v vyvvvvvv 1 !

1 j

Fig. 4.- Diversas partes de un impulso tras su paso por un medio dispersivo.

En efecto; una vez adoptado este supuesto como hiptesis de trabajo se re-alizaron nuevas pruebas en una losa de 4 x 4 m y 25 cm de espesor, cuyos resul-tados se recogen en el cuadro de la fig. 5.

En l aparece claramente reflejada la anomala de velocidad. Dada la impor-tancia del decrecimiento observado, se llega_ fcilmente a la conclusin de que la hiptesis de los precursores resulta insu-ficiente para explicar el fenmeno en to-da su magnitud.

A continuacin supusimos que tal vez pudiera estar relacionado con la in-tensidad del haz que avanza por el me-dio, ya que, tambin, a medida que las amplitudes del paquete se van debilitan-do por su progresin en el medio, se va perdiendo velocidad de propagacin. Transcurrido algn tiempo hemos ledo, con satisfaccin, que otros autores, co-mo Benson Carlin -del que no habamos tenido noticias anteriormente- ha cons-tatado, l mismo, junto con otros investi-gadores citados por l (*), un fenmeno anlogo.

En el estado actual de la investiga-cin, el ingeniero tcnico de nuestro E.I., Enrique Morales est procediendo al di-seo y ejecucin de estructuras escalona-das de hormigones de ciertos tipos, a la par que nosotros con el resto del equipo (*) Ver nota ad hoe en bibliografa. La cita dice tex-

tualmente: "Hay una poaibilldad de que esta ve-locidad vare de alen modo con la Intensidad. Los experimentos Indican que la velocidad puede eer ms alta cerea de las fuentes de ondaa. donde la Intensidad de los ultrasonidos es muy grande. En tales condiciones se han registrado velocidades tres veces superiores a la normal

nos dedicamos, como se ha dejado dicho en otro lugar de este trabajo, a la ejecu-cin y puesta a punto de equipos de ge-neradores de ultrasonido de ms poten-cia que el empleado hasta ahora, y fre-cuencia variable en ciertos lmites.

Cuando el progreso en esta lnea nos permita una visin ms clara del fe-nmeno que venimos llamando anomala de velocidad lo pondremos igualmente en conocimiento de nuestros lectores en

esta revista.

TRAYEC- LONGITUD TIEMPO rmociOAD VEL.MEOIA TORIA (denominac.) (mm) (JS) (mis) (mili)

11 552 132 4.180 14 564 132 4.270 4.180 13 747 182 4.100

21 ' 1.054 252 4.180 24 1.061 251 4.220 4.180 23 1.168 282 4.140

31 1.537 371 4.140 34 1.541 365 4.220 4.190 33 1.617 383 4.220

-

41 2.028 !174 3.530 44 2.031 574 3.540 3.580 43 2.089 !167 3.680

-------------- ------ ------- - ----

51 2.!122 - -

!54 2.52!1 642 3.930 3.810 !53 2.!172 698 3.690

61 3.018 1.196 2.!120 64 3.020 996 3.030 2.870 63 3.060 1.00!1 3.090

71 3.516 1.623 2.170 74 3.518 1.312 2.680 2.460 73 3.!1!12 1.399 2.540

Fig. 5.- Descenso aparante de la velocidad de impulsos ultrasnicos en hormign segn la distancia recorrida.

3.3. Aplicacin de los conocimientos an-teriores a Ensayos N o Destructivos sobre hormign.

Una de las aplicaciones inmediatas de las propiedades de propagacin de im-pulsos ultrasnicos a Ensayos N o Des-tructivos (E.N.D.) encaminados a dicta-minar sobre la calidad de hormign en-durecido, se deriva de la propia relacin entre la velocidad de propagacin de los impulsos y las caractersticas elsticas del material. Como es sabido esta velocidad viene expresada por:


[l]: e= J ~ 1-J,L p (l+J,L) (l-2J.L)

donde: e =velocidad de propagacin. E =mdulo de Y oung p =densidad del material. J.L =coeficiente de Poisson

Dado que existe una correlacin entre el mdulo de Y oung de un materil y su resistencia a compresin, tambin la habr entre sta y la velocidad de propa-gacin, e segn se desprende de la frmu-la [1], si se suponen invariables el resto de las magnitudes que intervienen en la misma.

Un mtodo de prediccin de resis-tencias mediante ultrasonido puede con-sistir en medir las velocidades de propa-gacin por hormigones de diferentes re-sistencias y tratar de establecer la corre-lacin oportuna.

Para ello lo mejor es construir di-ferentes bloques de hormign de distin-tas resistencias, medir en ellos la veloci-dad de propagacin (tal como se indica en la fotografa de la fig. 6) y sacar pos-teriormente testigos de las zonas ensaya-das, que se rompern a compresin final-

roen~~

Fig. 6.- Medicin de las velocidades de propagacin ultrasnica en bloques patrones, con puntos sealados para la extraccin posterior de pro-betas.

A continuacin se representan los puntos en un diagrama y en la nube de puntos resultante se interpola una curva de mxima aproximacin por el mtodo de los mnimos cuadrados.

Resultan as, curvas como la representada en la fig. 7.

Una primera precaucin que hay que tener presente segn las experiencias realizadas con motivo del estudio de la anomala de velocidad, es no utilizar tra-

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yectorias de ensayos demasiado largas (deben ser inferiores a 2 m en el caso del equipo "PUNDIT"), ni de longitudes muy desiguales para los ensayos de cali-bracin.

En -segundo lugar hay que saber que la correlacin obtenida es slo "q"li-da, naturalmente, para el intervalo ensa-yado (de 180 kp/cm2 a 300 kp/cm2 en el caso representado en la fig 7). Las ex-trapolaciones hechas tanto hacia arriba como hacia abajo de este intervalo care-cen de rigor.

-t

11000 4000 ...,o V'E:LOCIDAO hwt/1}

Fig. 7.- Correlacin tpica velocidad/resistencia a compresin.

Si se obtiene la variacin de resis-tencia de forma controlada en laborato-riopor variacin de una sola variable de las mltiples que influyen en la resisten-cia final del hormign (tal como pueda ser la relacin agua/cemento) se suelen lograr, como es el caso que nos ocupa, desviaciones medias inferiores al l50fo y an mejores.

No obstante, esto no debe enga-arnos de tal forma que tratemos de apli-car directamente estas correlaciones a hormigones de obra, mxime si tienen u-na historia desconocida, que nos impida, incluso, tener seguridad sobre un origen comn.

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No es difcil encontrar en una mis-ma estructura hormigones de distinta procedencia, donde no slo puede variar la relacin agua/cemento, sino otras va-riables, tal como la naturaleza de la grava y del rido fino, que tambin influyen decisivamente sobre las resistencias fina-les.

La correlacin representada en la fig. 8 procede de un caso real en que se desconoca la historia del hormign aus-cultado.

En ella se observa una dispersin que, sin ser excesiva, es manifiestamente mayor que la obtenida en las experien-cias controladas.

l 1

CORRELACION: RESISTENCIA/VELOCIDAD DE PROPAGACION 0L TRASONICA.

(b)

1 1

1 -:' .~ 1

J T-4

Fig. 8.- Correlacin obtenida con testigos obtenidos de una obra retl.

En el caso de hormigones de obra puede aparecer an otra causa de pertur-bacin de la citada correlacin: la pre-sencia de finos y otro agente que altere la adherencia mortero/grava. Ello sera suficiente para producir desviaciones im-portantes y aleatorias de la curva inter-polada Para evitarlo, en el caso de un nmero reducido de muestras que pre-senten esta anomala, es conveniente ex-cluir esas probetas al confeccionar la co-rrelacin.

En cualquiera de las grficas ante-riores se puede observar la gran pendien-te de las curvas, es decir, el fuerte incre-mento de resistencia que corresponde a

pequeas variaciones de la velocidad, e, del impulso ultrasnico. Esto explica que las curvas generalmente aceptadas para representar la citada correlacin sean ex-ponenciales del tipo(*): a= A eBC

o bien:

Q n a = Q nA+ Bc

Utilizando la ecuacin en esta lti-ma forma y representndola en papel se-milogartmico se obtienen rectas como la de la fig. 9.

niiTENCIA NOITA CUIICA 1111-1

~

; 3: = . . r--... . ~ ..

'\

. r--...

f\ !\

1\ r--.1\

1\

~~ - -. - -~

- -

RESISTENCIA IN '' 1 c.l ( ftlt0811'AJ CILOMCM DI ~lA)

Fig. 9.- Correlacin resistencia/velocidad en escala se-milogartmica referidas a probetas cbicas y cilndricas de relacin h/D = 2.

Para un mismo hormign, las cons-tantes A, B se pueden deducir de dos ex-periencias y si de los resultados de un cierto nmero de probetas se derivan sendos conjuntos de valores (ln Ai), (Bi) no muy dispersos, se pueden tomar los valores medios

respectivos K0 , B para usar la expresin:

Qna= K0 +Bc (*)Ver notas bibliogrficas nms. 1, 7, 8.

Comportaniiento de Slidos. ..

en la prediccin de resistencias del hor-mign en estudio.

De la forma de esta ecuacin se des-prende, como ya habamos dicho ante-riormente, la necesidad de medir e con el mayor grado de precisin posible, lo que comporta medir con dicha precisin tan-to el tiempo de trnsito, 7, del impulso por el material, como la longitud, Q1, de la trayectoria recorrida por dicho impul

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