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Introducción
Es bien conocido que la temperatura tiene un impacto directo sobre el módulo de elasticidad de la carpeta asfáltica; este efecto se ve directamente reflejado en los parámetros de la cuenca de deflexiones medido con el HWD a diferentes temperaturas. El grado de influencia de la temperatura sobre el módulo de elasticidad del asfalto, y consecuentemente sobre las deflexiones, depende, entre otros factores, del tipo de mezcla, de su edad, de su grado de deterioro, etc.
En el presente trabajo, se presenta una evaluación de diferentes metodologías, en uso, para corrección por temperatura de las deflexiones obtenidas con deflectómetro de impacto (HWD, por sus siglas en inglés). Cabe mencionar que el experimento discutido en este documento, se realizó en la pista de pruebas del Instituto Mexicano del Transporte.
1. Antecedentes
A través de los años se han desarrollado diversos métodos para ajustar o corregir las deflexiones obtenidas a diferentes temperaturas, lo que en principio realizan es, alinear dichas deflexiones a una en común llamada temperatura de referencia; esto con el fin de poder comparar los datos entre diferentes puntos de medición. Es importante destacar que la temperatura de referencia varía dependiendo de la metodología a utilizar, siendo 20°C la más utilizada. En la figura 1 se puede observar la determinación de deflexiones con deflectómetro de impacto para diferentes horas del día.
Figura 1 Determinación de deflexiones con HWD para diferentes horas del día
De igual forma, en la figura 2 se presenta la sección del pavimento evaluado con HWD para diferentes temperaturas que se presentaron a lo largo de un día de trabajo.
Figura 2 Sección del pavimento evaluado
Existen diferentes metodologías para realizar la corrección de deflexiones por temperatura, entre las cuales se pueden citar las siguientes.
A) AASHTO
B) INSTITUTO DEL ASFALTO
C) CEDEX
D) UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE
E) MOPT
F) FHWA
G) YONAPAVE
Entre Otras.
2. Evaluación con algunos métodos de ajuste
Con la finalidad de evaluar algunas de las metodologías de corrección de deflexiones por temperatura, se realizó un experimento en el Instituto Mexicano del Transporte, en el cual se determinaron deflexiones para diferentes horas de un día de pruebas, con lo que se tenían además diferentes temperaturas; es importante destacar que se decidió realizar las mediciones el mismo día para evitar variables adicionales, como pueden ser, la humedad de las capas del pavimento y terreno natural, deterioro del propio pavimento o de alguna de sus capas; por lo que la variación en las magnitudes de las deflexiones se buscó que fuera exclusivamente por efecto de la diferencia en temperatura de la carpeta de rodamiento.
En la tabla 1 se muestra a continuación el registro de las deflexiones medidas en el día de la prueba, para una estación en particular, de la pista de pruebas ubicada en el Instituto Mexicano del Transporte.
Tabla 1 Deflexiones obtenidas con deflectómetro de impacto para una estación de la pista de pruebas del IMT para diferentes temperaturas
Se realizó la corrección por temperatura para las deflexiones obtenidas, lo anterior para varias de las metodologías antes citadas; es importante destacar que se consideró como temperatura de referencia 20°C para este ejemplo.
En lo que sigue se muestra la corrección por temperatura tanto para la temperatura mínima como para la máxima registrada en el día de evaluación. Es importante destacar que aquellas deflexiones determinadas en campo a una temperatura cercana a 20°C fueron las que se tomaron como referencia para evaluar el nivel de concordancia de las correcciones realizadas por las metodologías utilizadas.
En la figura 3 se presentan las cuencas de deflexión corregidas de acuerdo con lo anterior; y de igual forma se presentan las deflexiones obtenidas sin corrección, tanto para la temperatura mínima registrada (por corregir) y la determinada en campo a 20°C (referencia).
A partir del análisis anterior se obtuvo que, en este caso, para correcciones en la menor temperatura registrada en el día (11.15°C) la diferencia máxima entre las deflexiones de referencia (20°C) y las deflexiones corregidas por los distintos métodos, es del orden de 25%. Es importante destacar que las diferencias entre las deflexiones determinadas a las temperaturas mínimas y de referencia son igualmente del orden de 25%.
Figura 3 Cuenca de deflexiones medidas y corregidas a una temperatura de referencia. Corrección para la temperatura mínima registrada
En el gráfico anterior, también se observa que algunas metodologías, corrigen en exceso, es decir las deflexiones corregidas resultan mayores que las de referencia (a 20°C).
Ahora bien, si nos referimos a la corrección de deflexiones para la temperatura máxima registrada para la estación en estudio (30°C), resulta lo siguiente:
Figura 4 Cuenca de deflexiones medidas y corregidas a una temperatura de referencia. Corrección para la temperatura máxima registrada
En la figura 4 se observa que la mayor diferencia entre las deflexiones de referencia y las deflexiones corregidas por diferentes métodos, es del orden del 10%, en este caso prácticamente todos los métodos realizaron corrección en exceso, es decir la deflexión corregida (a 20°C) resultó menor que la registrada en campo a esa misma temperatura.
Es importante destacar que la diferencia en deflexiones medidas entre los 20°C (referencia) y los 30°C (máxima en el experimento) presentan tan solo una diferencia de deflexiones del orden de 5%, y para las temperaturas mínima y máxima del día se presentan diferencias entre deflexiones del orden de 30%.
De acuerdo con lo anterior, se hace evidente la necesidad de corregir las deflexiones por temperatura, ya que el mismo punto evaluado, el mismo día, sólo con diferencias en temperatura de la carpeta, presentan diferencias importantes en las deflexiones registradas por el deflectómetro de impacto; lo que se traduce en diferencias igualmente importantes en la calificación de la capacidad estructural del pavimento evaluado, en el caso de no considerar un método adecuado de corrección por temperatura.
En ese sentido, y con el ánimo de evaluar diferentes métodos de corrección de deflexiones por temperatura, se observaron, para el experimento realizado, diferencias tan importantes de las deflexiones corregidas, por los diferentes métodos utilizados, como las obtenidas en campo a temperaturas igualmente variables.
Se hace patente, a partir de lo anterior, primero, la necesidad de corrección de las deflexiones por efectos de la temperatura en la carpeta de rodamiento, y segundo la necesidad de contar con una metodología de corrección que sea adecuada a las condiciones de los pavimentos del País.
De acuerdo con las observaciones anteriores, el Instituto Mexicano del Transporte, plantea investigación para proponer metodologías de evaluación que estén acordes con la práctica nacional de evaluación de pavimentos, de tal suerte que la temperatura no cause errores en la evaluación estructural de los pavimentos o en la definición de leyes de evolución de dicho parámetro, mismo que es de gran utilidad en los sistemas de gestión de pavimentos.
3. Metodología de ajuste propuesta
La metodología propuesta por el IMT, basada en las mediciones de pavimentos a diferentes temperaturas, realiza la corrección de las cuencas de deflexión utilizando una ecuación de ajuste para cada sensor; dicha ecuación se obtiene de la relación de deflexiones Dn/Dn20°C; en donde Dn es la deflexión a cualquier temperatura en el sensor n y Dn20°C es la deflexión a la temperatura de referencia, en este caso de 20°C.
En la figura 5 se puede observar la ecuación de ajuste en uno de los sensores, para las diferentes temperaturas superficiales, registradas durante la evaluación de una misma estación del pavimento.
Al aplicar la corrección por temperatura, con la expresión obtenida para cada sensor, se obtiene la cuenca ajustada por temperatura que se presenta en la figura 6. De igual forma, en la tabla 2 se muestran los resultados de la corrección de dichas deflexiones.
Se puede observar que la cuenca de deflexiones medido tanto para las temperaturas superiores e inferiores a la de referencia (20°C en este caso), y ajustadas con las expresiones resultantes, coinciden muy cercanamente una con la otra; concluyéndose que puede realizarse una corrección de temperatura para cualquier temperatura registrada al momento de realizar la prueba utilizando el FWD.
Figura 5 Relación de deflexiones para diferentes temperaturas superficiales de evaluación, para el sensor D2
Tabla 2 Deflexiones determinadas a diferentes temperaturas en la misma estación de pavimento
Figura 6 Cuenca de deflexiones medidas y corregidas a una temperatura de referencia. Corrección para la temperatura mínima y máxima registradas
Es importante mencionar que la metodología aquí presentada, se continúa evaluando para diferentes estructuras de pavimento asfáltico, particularmente para diferentes espesores de carpeta asfáltica; lo anterior con la finalidad de extrapolar la metodología a cualquier tipo de pavimento flexible y buscar generalizar el método y quizás limitar la corrección para aquellos espesores de carpeta asfáltica en donde las diferencias en deflexiones, debidas a cambios de temperatura, sean poco significativas.
Cuando se realizan evaluaciones en campo, y de resultar adecuada la metodología propuesta, bastaría con evaluar una estación de pavimento a dos diferentes temperaturas, por ejemplo muy temprano por la mañana y a medio día, donde se pueden presentar temperaturas más altas en superficie; una vez obtenido lo anterior, obtener la expresiones de ajuste para los diferentes sensores y ajustar las estaciones siguientes en donde se tenga, razonablemente, la misma sección estructural del pavimento.
Bibliografía
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Asphalt Institute, “Asphalt Overlays for Highway and Street Rehabilitation”, Chapter 3, US, 1983.
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