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Introducción Hoy en día la deflectométria juega un papel muy importante en la evaluación estructural de pavimentos, siendo que los métodos de auscultación de pavimentos con ensayes no destructivos son considerados rápidos y confiables. En el país existe una gran variedad de equipos para medir este parámetro, los deflectómetros de impacto -en todas sus variaciones y aún marcas- son los equipos que predominantemente realizan esta tarea. Las deflexiones nos ayudan a inferir módulos para cada capa de los pavimentos, lo anterior con base en la teoría de elasticidad e ingredientes empíricos y de experiencia de los diferentes autores; con lo que proporcionan un estimado muy aceptable de la rigidez del sistema de pavimentos y de su capacidad estructural en contraste con la magnitud del tránsito que se pretende sea capaz de resistir durante su vida útil. También son ampliamente usados para la determinación en la transferencia de cargas en el tema de juntas de pavimentos de concreto; así, este la deflectométria nos ayudan a conocer el módulo de reacción de la subrasante, y la capacidad de carga del pavimento. Los datos que nos proporciona un análisis de deflexiones son clave para el diseño de nuevos pavimentos o para calcular espesores de refuerzo, así como establecer lineamientos importantes para la toma de decisiones en sistemas de gestión de la infraestructura del transporte, en donde es medular conocer la capacidad estructural de las capas de una carretera. El IMT cuenta con un HWD (heavy weight deflectometer) para la evaluación estructural de pavimentos a través de análisis deflectométrico; este equipo es manufacturado por la empresa Dynatest. En sus características, este equipo cuenta con un plato cuya placa es de un radio de 150 mm, y 9 geófonos ubicados uno al centro de la placa de carga y 8 más que pueden mantener un arreglo distinto para determinar la cuenca de deflexiones (Figura 1). El IMT utiliza el arreglo donde los sensores (geófonos) se ubican al centro del plato (D0), a 20 cm (D1), a 30 cm (D2), a 45 cm (D3), a 60 cm (D4), a 90 cm (D5), a 120 cm (D6), a 150 cm (D7), y a 180 cm (D8) (Figura 2), pudiendo así, determinar el desplazamiento vertical como respuesta al sistema de pavimento ante la aplicación de una carga, para diferentes puntos sobre la superficie del pavimento, con lo anterior se puede tener la posibilidad de aplicar metodologías de análisis respecto a la capacidad de carga, como lo son el diseño mecanicista.
Figura 1. Deflectómetro de Impacto marca DYNATEST perteneciente al IMT.
Figura 2. Arreglo de sensores empleado por el IMT.
Las deflexiones obtenidas en un tramo de prueba o bajo estudio, son representadas por series de acuerdo a los geófonos o sensores utilizados en la medición. Esto se puede observar gráficamente en la Figura 3, obteniéndose así las deflexiones para cada uno de los sensores por punto de evaluación.
Figura 3. Deflexiones obtenidas en un tramo de prueba.
Figura 4. Cuenco de deflexiones obtenido por el deflectómetro de impacto.
Procesamiento y análisis de los valores de deflexión Una vez obtenidos los valores de deflexión en campo, se procede a realizar la normalización de los datos a una sola presión debido a la gran variación de rigideces que existe en el tramo por evaluar y detectado durante el proceso de medición; el valor establecido es de 700 KPa, por lo que, dependiendo de la manera en que se hayan efectuado los golpes se procederá a realizar interpolaciones, entre otros métodos de matemáticas simples, para obtener los datos unificados a un solo esfuerzo. Dentro de los datos obtenidos, también se encuentran otros como los datos de temperatura del aire y de la superficie.
Tabla 1. Deflexiones normalizadas obtenidas en un tramo de prueba.
Entre las metodologías, para evaluación estructural de pavimentos, y que son las más utilizadas en nuestro País, se encuentran 3 autores que proponen el análisis de los datos; todos parten del área del cuenco de deflexiones generada por los geófonos y a partir de ahí obtienen resultados y conclusiones, dichos autores son: Dr. Mario S. Hoffman (Yonapave), Ing. Manuel Zarate Aquino y el Dr. Raúl Vicente Orozco.
Metodología Dr. Mario S. Hoffman (Yonapave) El Dr. Hoffman utiliza, además, datos de tránsito que se pretende circule por el pavimento (Ejes equivalentes) para de esta manera obtener el número estructural requerido para cumplir con la vida útil deseable y calcular el Índice de Capacidad Estructural en los puntos evaluados, así como el espesor de carpeta requerido; con la ventaja de no requerir, para la evaluación, los espesores de las capas que conforman al pavimento.
Tabla 2. Datos obtenidos con la metodología del Dr. Mario S. Hoffman en un tramo de estudio
El Índice de capacidad estructural (ICE) es el parámetro más importante obtenido por la metodología del Dr. Hoffman, valores iguales o mayores a 100% son adecuados para soportar el tránsito futuro y valores menores a 100% estarán carentes de capacidad estructura para tal fin.
Figura 5. ICE en % obtenido en cada punto de un tramo de prueba.
Metodología Ing. Manuel Zárate Aquino El maestro Zarate Aquino establece los parámetros mostrados en la tabla, además realiza una comparación con rangos de valores establecidos con base en su experiencia, a fin de realizar gráficas comparativas de rangos deseables y poder conocer saber qué puntos o zonas cumplen con dichos criterios. De acuerdo a su experiencia el maestro Zárate Aquino establece rangos de valores como aceptables tal como se muestra en la Tabla 4. Tabla 3. Datos obtenidos con la metodología del Ing. Zárate Aquino en un tramo de estudio
Tabla 4. Valores típicos y rango deseables
La
deflexión en micras de acuerdo al maestro Zárate Aquino no deben ser mayores a
300 micras y el área normalizada del cuenco debe estar entre 600 y 800
Figuras 6 (a), (b), (c), (d), y (e) Deflexiones máximas de los puntos en un tramo evaluado.
Metodología Dr. Raúl Vicente Orozco El Dr. Orozco propone una calificación estructural en escala de 5 a 10, siendo 5 un pavimento con serias deficiencias estructurales y 10 un pavimento en perfectas condiciones, para lo cual propone una solución dependiendo el valor obtenido, dichas soluciones van desde un tratamiento superficial hasta una recuperación in situ. Tabla 5. Resultados obtenidos por la metodología Dr. Orozco
Conclusiones La evaluación de la capacidad estructural de los pavimentos puede realizarse con la ayuda de los métodos no destructivos. Lo métodos para medir deflexiones en pavimentos, con fines de evaluación estructural, están suficientemente definidos y normalizados para ser usados con confiabilidad. Existen diferentes métodos de retrocálculo y cálculo directo, por lo que se requiere un análisis detallado de ellos. Debido a que la temperatura y la humedad en los sistemas de pavimentos afectan al valor de la deflexión es necesario realizar investigación de su influencia. Así como el análisis con criterio ingenieril para el empleo de un método u otro. El uso de las metodologías presentadas para la evaluación estructural de pavimentos, darán mayor sensibilidad a los administradores de redes de caminos, en cuanto a la capacidad estructural de los pavimentos; lo anterior de gran utilidad cuando se realizan programas de conservación, refuerzo estructural y aún reconstrucción de pavimentos; decisiones que, soportados por varias metodologías incrementarán la sensibilidad de los técnicos responsables de tales tareas y la certeza en las decisiones tomadas.
Referencias Uso del HWD en pavimentos flexibles. (2013). Vías Terrestres. AMIVTAC. Año 4. Núm. 22. Norma D 4694-96 ASTM. (2012). Método estandarizado para la medición de deflexiones con un dispositivo de caída de peso por impulso de carga (Standard Test Method for Deflections with a Falling-Weight-Type impulse Load Device). Sociedad Americana para Pruebas y Materiales. Estados Unidos. Publicación Técnica No. 252. (2004). Uso y calibración de deflectómetros de impacto en la evaluación estructural de pavimentos. Instituto Mexicano del Transporte. México. Norma N-Cal-1-01/05 (2005). Ejecución del Control de Calidad durante la Construcción o Conservación. Secretaría de Comunicaciones y Transportes. México. Memorias Curso Taller “Auscultación de pavimentos” IMT Sanfandila. Octubre (2015). LÓPEZ Guadalupe PERÉZ Alfonso GARNICA Paul GARDUÑO Filiberto |
