Retroanálisis de Deflectometría y Aplicación en Control de Calidad

Erwin Kohler

Dynatest

Contenidos

1.Evaluación de pavimentos

2.Ensayos con FWD

1.Importancia del (buen) analisis

2.La solución

3.Deflectómetro liviano

A- Condición Estructural • Deflectometría de impacto • Fallas estructurales en superficie

B- Condición Funcional • Perfilometría láser • Fricción • Deterioros no estructurales en superficie • Ruido

C- Ensayos acelerados • Cómo falla y cuánto duran nuevos tipos de pavimentos

Ingeniería de pavimentos, en campo

Recepción de pavimentos nuevos Documentar cómo quedó Pavimentos “no nuevos” Determinar qué hacer Gestión del mantenimiento

Por qué?

Deflectometría de impacto:

FWD: Falling Weight Deflectometer

Inspección visual de deterioros relacionados a las cargas

Condición Estructural

Evaluar capacidad de las capas del pavimento de resistir cargas futuras

• Perfilómetro láser • Ruido • Fricción

• Ahuellamiento • Deterioros no estructurales

en superficie

B-Condición Funcional

Evaluar capacidad de servir al

público con seguridad y comodidad

Micrófonos para evaluar ruido rueda pavimento (y perfilómetro)

C-Ensayos acelerados

Entender cuánto dura y cómo fallan nuevos tipos de pavimentos

Cuerpo de Ingenieros del Ejército

Hanover, New Hampshire

Florida DOT

Cuerpo de Ingenieros del Ejército

Vicksburg, Mississippi

Caltrans-UCPRC

Suecia (VTTI ) Sudáfrica (Gauteng-CSIR)

Equipos HVS

Ensayos con FWD

Ensayos con FWD

Manual de Carreteras

Ensayos con FWD

Objetivo deflectometría

• A partir de las deflexiones obtener los módulos elásticos

• Retrocálculo (retroanálisis)

Importancia del (buen) análisis

1-FWD vs laboratorio

• Módulos obtenidos por retroanálisis y aquellos obtenidos en laboratorio presentan diferencias, particularmente para materiales de subrasante.

• Dividir por 2-3?

2-Módulos de capa intermedia • Otro problema encontrado en retroanálisis es que el

módulo de una capa intermedia resulta ser inferior al módulo de la subrasante, aunque se sepa que el material es de calidad superior

– E2 < E3 ?

– Quitar capa 2?

3- Deformación real en subrasante

• Finalmente, un problema común ocurre cuando se compara valores calculados con valores medidos de deformación en la subrasante.

• La deformación unitaria medida al comienzo de la subrasante puede ser el doble del valor teórico

Qué hacer? Modelación más compleja?

• FEM? Distinct Element Method (DEM)?

O ser más prácticos?

• Buscamos resultados que sean razonablemente adecuados

La solución

No linealidad

• Em = módulo en un punto del material donde la tensión o el esfuerzo principal (dinámico) es s1,

• s1 = esfuerzo o tensión vertical

• C y n = constantes (n es un número negativo)

• p es un esfuerzo de referencia, como la presión atmosférica (0.1 MPa).

Solamente subrasante?

• Las capas granulares intermedias son también no-lineales en su comportamiento,

• Pero para efectos de retroanálisis esto es menos importante. Si se necesitara conocer los esfuerzos o deformaciones unitarias al fondo de una capa granular, la no-linealidad del material sería importante

Fuentes de la no-linealidad

• Puede ser verdadera no-linealidad, – Ensayar con diferentes niveles de carga en el FWD

• Parte de la no-linealidad se debe típicamente a otras causas como

– efectos dinámicos del FWD

– limitaciones de la mecánica de sólidos para determinar esfuerzos y deformaciones en materiales que no son sólidos

Qué hacer?

• Se puede usar un programa de Elementos Finitos, con simetría axial

• Pero es mejor usar ecuaciones simples (Boussinesq –Odemark)

• Método de espesor equivalente y no-linealidad de la subrasante

Iterar con defl Medidas vs Calculadas

Módulos semilla

Espesores de capas

Deflexiones medidas

Cálculo de deflexiones

Carga

Error

Buscar nuevos módulos

Bien

Resultados

Mal

“Ajuste al cuenco de deflexiones”

Iteraciones buscando módulos (1)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Radial Distance (in)

Su

rfa

ce D

efl

ecti

on

(m

ils)

.

Measured Calculated - Trial 1

Iteraciones buscando módulos (2)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Radial Distance (in)

Su

rfa

ce D

efl

ecti

on

(m

ils)

.

Measured Calculated - Trial 2

Iteraciones buscando módulos (3)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Radial Distance (in)

Su

rfa

ce D

efl

ecti

on

(m

ils)

.

Measured Calculated - Trial 3

Iteraciones buscando módulos (4)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Radial Distance (in)

Su

rfa

ce D

efl

ecti

on

(m

ils)

.

Measured Calculated - Trial 4

Iteraciones buscando módulos (5)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Radial Distance (in)

Su

rfa

ce D

efl

ecti

on

(m

ils)

.

Measured Calculated - Trial 5

Resultado de retrocálculo:

• “Se obtuvo los módulos de cada capa que producirían deflexiones iguales a las medidas”

Programa ELMOD

Evaluation of Layer Moduli and Overlay Design

Propósito de la evaluación estructural de pavimentos

• Llegar a módulos de capas?

• Sí, pero hay más!

Propósito de la evaluación estructural de pavimentos

• Estimar la vida residual o calcular el espesor de refuerzo necesario para alcanzar la vida de diseño.

• Para poder hacer esto se calculan los esfuerzos y/o deformaciones críticas y se usan con modelos empíricos de fatiga, ahuellamiento o rugosidad.

Visión general de analisis de deflectometría

Retroanálisis de Módulos E

Carga Deflexiones Espesores Módulos de las capas

Non linealidad

Módulos E estacionales

Temperaturas Parámetros estacionales

Módulos para diseño para cada capa en cada estación del año

Cálculo de tensiones y

deformaciones

Cargas de diseño Tensiones y deformaciones en interfaz entre capas

Vida remanente

Tránsito Modelos de deterioro

Vida remanente de la capa crítica

Recapado requerido

Periodo y Material es de diseño

Diseño punto a punto

Integración con ensayos acelerados con HVS

• HVS = Heavy Vehicle Simulator

• Instrumentación del pavimento

• Permite comparar resultados de análisis de deflectometría con las respuestas reales

HVS

• Ensayos a escala real permiten:

– Medir respuestas reales (y ver si la modelación es adecuada)

– Ver cómo falla un determinado tipo de pavimento

– Ver cuánto dura (ciclos a la falla)

Deflectómetro Liviano LWD

Deflectómetro liviano LWD

• Light Weight Deflectometer:

– “Hermano pequeño del FWD”

– Para control durante la construcción

Deflectómetro liviano LWD

– Carro de transporte

– Pesos adicionales de 5 Kg

– Geófonos adicionales (con viga de extensión)

LWD y Computador de mano

1. Bluetooth: LWD - computador

2. Resiste polvo y salpicadoras

3. Altura de caída se ajusta fácil

4. Celda de carga mide fuerza del golpe

5. Plato de carga se cambia fácil entre 30cm y 15cm.

6. Geófono mide deflexión con alta precisión atravezando el centro del plato

LWD • Cuidado! Hay equipos sin:

– Geófono que atraviese el plato

– Celda de carga (Load Cell, LC)

• Debe poder determinar módulos de capas

Uso del LWD

• Permite controlar cada capa

• Alto rendimiento (muchos puntos)

• Identificar necesidad de mayor compactación

• Hace posible ajustar diseño (si módulos de base es diferente al asumido)

1 H

OU

R W

OR

K

P L A C A D E C A R G A

1 E N S AY O P O R H O R A

LW D 3 0 P U N T O S P O R H O R A

A L M E N O S

Gracias ekohler@dynatest.com

Gracias ekohler@dynatest.com