Durante la evaluaci6n no se detect6 especial en el camino.

VI.- MEDICION DE DEFLEXIONES

- 31 ..:

ningun falla

La deflexi6n es la medida de deformaci6n no permanente que experimenta un camino, provocada por la aplicaci6n de cargas circulantes repetitivas. Dada la naturaleza de los materiales que componen las capas del pavimento, la deformabilidad suele crecer mas hacia abajo y las terracerfas son mas deformables que el pavimento propiamente dicho. Desde el punto de vista de deformabilidad nos interesa a niveles relativamente profundos (mas abajo del pavimento ), pues es relativamente facil que las capas superiores tengan niveles de deformaci6n tolerables aun para altos esfuerzos que en ella actuan. La valoraci6n de las deflexiones nos permite definir un criterio de analisis relacionando esta caracteristica, primero con un estado de falla de las capas y luego con la deformaci6n. El pavimento deja de cumplir sus funciones independientemente de que las deformaciones no hayan conducido a un colapso estructural. La carga ~-- el transite aplica al pavimento provoca deformaciones de varias clases.

Las deformaciones elasticas son de recuperaci6n instantanea y repetida, preocupa en materiales con resistencia a la tensi6n, colocados en la parte superior de la estructura; en los que pueden llegar a generar falla por fatiga si el memento de la deformaci6n es importante y los materiales son susceptibles. Entre los materiales que acusan fuertes deformaciones elasticas bajo carga, los mas peligrosos a este respecto, son muchas veces de origen volcanico. Hoy en dia existe una fuerte opini6n en el sentido de considerar que la deformabilidad de los pavimentos flexibles es el punto basico a considerar, por tal

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motive muchos metodos de disefio se concentran a mantenerla entre limites tolerables. El establecimiento de estos limites es tarea mas que compleja de lo que en principio pudiera pensarse y la solucion suele intentarse en base a normas de experiencia de grupos de ingenieros. j Otros problemas es la determinacion de la deformacion que el pavimento sufrira bajo cargas. Para este problema se debe considerar la estimacion de las deformaciories elasticas, que es posible hacer con razonable precision una vez conocidos los materiales que constituiran el pavimento, obteniendo su modulo de deformacion por medio de pruebas de campo que hoy existen y que pueden realizarce sobre terraplenes de prueba en las condiciones consideradas mas criticas; estas pruebas pueden ser de placa, deformometro tipo Benkelman, con algun aparato dinamico, tipo Dinaflect, o deformometro tipo sonido, etc. . Actualmente exist en instituciones que realizan muchas de estas pruebas en pavimentos, tratando de obtener correlaciones para proyectos entre las deformaciones elasticas y el clima, transite o la naturaleza de los materiales. Tambien se hacen intentos por conocer el modulo de deformacion en laboratorio a traves de pruebas, Triaxiales de Kansas, tropezando con el inconveniente de no poder reproducir en laboratorio las condiciones criticas de campo y superar los problemas de escala.

Las deformaciones plasticas son aquellas que permanecen en el pavimento despues de cesar la causa deformadora.

Bajo carga movil y repetitiva, la deformacion plastica tiende a ser acumulativa y puede llegar a alcanzar valores inadmisibles. Paradojicamente este proceso suele ir "densificando" los materiales de manera que el pavimento 11 fallado 11 puede ser mas resistente que el original. Esta deformacion se le ha atacado con criterios puramente empiricos, y el aprovechamiento por los metodos de disefio requiere de extrapolaciones experimentales; un ejemplo, la diversidad de las cargas actuantes requiere una carga unica, llamada estandar, resultado de estudios estadisticos en tramos experimentales o en carreteras, sometidos al transite

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real o clasificado. Tambien se trata de que la carga estandar tome en cuenta el efecto de repetici6n, ya que al definirla se ha correlacionado con su propio efecto destructive con el que causarian las cargas reales con sus repeticiones respectivas. Una vez fijadci el transite "de analisis"j, lo que suele hacerse actualmente en todos los metodos de disefio que ternan en cuenta estes aspectos es prefijar, con base experimental, una deformaci6n permanente maxima y el pavimento se disefia de manera que esta se presente unicamente al final de la vida util prevista.

Existen dos criterios para fijar la deformaci6n maxima permisible; o bien se habla de la que produce la falla del camino, entendiendo esta la condici6n en la que el pavimento llega a perder las caracteristicas de servicio para la que fue disefiado este es el criteria de AASHTO o indice de servicio, es el case del presente estudio. 0 bien se toma en cuenta la deformaci6n que obligue a una reconstrucci6n de determinada importancia econ6mica, criterio Britanico.

1.- Procedimiento de Medici6n

Para conocer el comportamiento elastica del pavimento bajo la acc1on de las cargas, se efectuaron mediciones de rebote elastica. Los tramos para la medici6n de deflexiones fueron seleccionados en base al Indice de Servicio Actual (I.S.A.), considerando aquellos tramos con calificaci6n menor o igual a 3, eligiendo un subtramo representative de 500 m por cada tramo homogeneo de 5 Km. Tambien se realizaron mediciones en lugares en que su estado de dafio fue severo o muy severo. Los subtramos seleccionados se senalaban con pintura secciones a cada 20m .. Se seleccion6 el carril mas dafiado, alternando las mediciones en la rodada externa e interna (para el case de carreteras con mas de dos carriles de circulaci6n por sentido, se eligira el carril exterior y se realizaran mediciones en ambos sentidos, alternando las lecturas en la rodada exterior e interior). El punto de medici6n se

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localiz6 a 0.90 m aproximadamente de la orilla del pavimento, por ser el carril mayor de 3.35 m (cuando el carril es menor de 3.35 m. la medici6n se localiza a 0.60 m. de la orilla del pavimento). Tambien se tomaron las medidas de temperatura que registraba, a una distancia no menor ~e 0. 25 m de la orilla de la carpeta haciendo un pequefio agujero de aproximadamente 1/8" de pulg. (3 mm) de diametro y 1/4" de pulg. (6 mm) de profundidad. Se llenaba el agujero con aceite con el fin de exitar mas rapido al mercuric, transcurrido 5 minutes, se insertaba el term6metro industrial dentro del aceite. Se sacaba la pata del term6metro del agujero y se registraba la temperatura por secci6n de medici6n. Las mediciones de deflexiones se llevaron a cabo utilizando una viga Benkelman Soiltest No. HT-350, cuya relaci6n de brazos es de 2:1, funciona conforme al principio basico de palanca y consiste en una sclera de aluminio y que bascula alrededor de un eje sujeto a un perfil fijo tipo canal apoyado directamente sobre el camino a traves de dos patas fijas y una m6vil, de manera que permita colocar a la viga en posici6n sensiblemente paralela a la superficie de rodamiento, utilizando para ello un nivel de mano de albafiil. El extreme saliente de la sclera se apoya directamente sobre la superficie a evaluar mediante una pequefia ampliaci6n denominada palpador de forma semicircular) en el extreme opuesto se produce un contacto continuo con un extens6metro mecanico que permite medir los movimientos verticales de la sclera con una aproximaci6n de 0.002" (en nuestro caso da las lecturas directas, no siendo necesario efectuar la correcci6n de las mismas por la re1aci6n de brazos). Para llevar a cabo las mediciones taw~ien se utiliz6 un cami6n del tipo C-2, lastrado con un peso total de 8.2 ton. en el eje-trasero, llantas de eje dual en tandem, medida 1000-20 de 12 capas, con una presi6n de inflado de 5.8 Kg/cm2 ( 82.4 Lb/pulg2 ) ( o lo que especifique el instructive de cada viga a utilizar) . Dicha presi6n se verificaba una vez por dia corrigiendola cuando era necesario. El peso

- 35 -

'del cami6n se determinaba colocando exclusivamente el eje trasero sobre la bascula como se indica en la figura VI.l.l.

Fig.VI.l.l

Se coloc6 el cami6n cuidando que quedara al centro del carril seleccionado; el eje trasero coincidia con la secci6n marcada al inicio del subtramo. Se introdujo el palpador de la viga benkelman en medic de las ruedas duales en la rodada seleccionada, procurando que quedara al centro de las separaci6n que existe entre las caras interiores de las llantas y que coincidan con el centro del eje del cami6n (fig VI.l.2)

- 36 -

EJE TRASERO

r

PALPADOR EXTENSOMETRO

VIGLA--F-IJ_A ______ ___;::~~~E

- 37 -

b) Ubicar la posici6n del palpador mas adentro del eje de carga, anotandose la lectura inicial como valor maximo; este defecto se detecta precisamente cuando el cami6n se desplaza hacia afuera y la lectura en el extens6metro aumenta. Para coiregir esta anomalia deb~ra registrarse nuevamente como lectura inicial el valor maximo alcanzado por el extens6metro, que corresponderia exactamente al momento en que el centro de la carga pasa por el palpador.

BRAZO DE LA VIGA BENKELMAN

DIRECCION DEL CAM ION

RUEDA DE CAMION

PALPADOR

......... SEPARACION DEL EJE Y PALPADOR

c) Ubicar la posici6n del palpador hacia atras del eje de carga; esta anomalia es mas dificil de detectar por el operador, solo en algunas ocasiones se observa cierto desfazamiento entre el movimiento del cam~on y el movimiento del de la aguja del extens6metro.

BRAZO DE LA VIGA

PALPADOR ~ ++ SEPARACION DEL EJE Y PALPADOR

DIRECCION DEL CAM ION

RUEDA DE CAM ION

- 38 :..

d) La deflexi6n provocada por la carga al pavimento es bastante alta ( 6 > 80 x 10A3); en tal caso la deformaci6n superficial puede alcanzar al apoyo supuestamente inm6vil de la viga, dando lugar a esta lectura incorrecta, ya que mide parcialmente el movimiento; en ~al caso debera determinarse el radio de curvatura formado (utilizando el medidor de curvatura Dehlen) .

Se realizaron 26 lecturas en cada subtramo de 500 m seleccionado, alternandolas en la rodada externa e interna. Las lecturas de temperatura, espesor de carpeta y las deflexiones de entrada y salida se registraron en la forma de la figura VI.1.1 en ella tambien se anotan las correcciones por braze de palanca (en nuestro caso no se requiri6 hacer) y de temperatura tomando los factores de la figura VI.1.2 entrando a la grafica en el eje de ordenadas con el valor de temperatura hasta intersectar con la linea A (para espesores de pavimento menores a 10 em) o con la linea B (para espesores de pavimento mayores de 10 em) segun sea el caso y bajando en forma vertical hasta el eje de las absisas y ~ncontrar el factor de ajuste el cual se multiplica por el valor corregido por relacion de braze .

En la figura VI.1.3 se da un ejemplo de un subtramo.

- 39 -Figura VI.1.1

ESTUDIO DE DEFLEXIONES CON VIGA BENKELMAN

CARRETERA: TRAMO : ORIGEN : DEL KM: AKM CUERPO : CARRIL : FECHA :

KM RODADA T oc

INT. EXT. CARPET A

ESPESOR DE CARPETA OBSERVACIONES(*)

'

CARACTERISTICAS DE LA VIGA RELACION DEL BRAZO(r) MICROMETRO APROX. CARATULA DE UNIDADES PESO EN EL EJE TRASERO DEL CAM ION TON

VIGA BENKELMAN LECTURAS X CORREGIDAS X

10-3 PULG. 10-3 PULG. (AE) ENTRADA (As) SALIDA "(j,. (AE)- (AS) (r)* (OC)

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0 0.6

- 40 -

0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8

Figura VI.1.2 FACTORES DE CORRECCION POR TEMPERATURA EN LAS DEFLEXIONES DE VIGA BENKELMAN

2.0

- 41 -Figura VI.1.3

ESTUDIO DE DEFLEXIONES CON VIGA BENKELMAN CARRETERA:TIJUANA - LAURO DEL VILLAR TRAMO :SANTA ANA - SONOITA CARACTERISTICAS DE LA VIGA ORIGEN :SANTA ANA RELACION DEL BRAZO(r)~ DEL KM: 142+000 AKM 142+500 MICROMETRO APROX. 0.002" CUERPO : UNICO CARATULA DE ~ UNIDADES CARRIL : IZQUIERDO' PESO EN EL EJE T~SERO FECHA : 13 DE OCTUBRE DE 1993 DEL CAMION 8.2 TON

VIGA BENKELMAN KM RODADA T oc LECTURAS X CORREGIDAS X

10-3 PULG. 10-3 PULG . INT. EXT. CARPET A (~E) ENTRADA (~S)SALIDA U=(~El- (Ml . (r) * (OC)

144+000 X so 40 14 26 26 21.32

142+020 X so 40 12 28 28 22.96 142+040 X 49 40 20 20 20 16.48 142+060 X 51 40 14 26 26 21.27

142+080 X so 40 18 22 22 18.04

142+100 X 49 40 10 30 30 24.72

142+120 X so 40 10 . 30 30 24.60

142+140 X so 40 12 28 28 22.96

142+160 X so 40 12 28 28 22.96

142+180 X so 40 16 24 24 18.68

142+200 X so 40 10 30 30 24.60

142+220 X so 40 10 30 30 24.60

142+240 X so 40 18 22 22 18.04

142+260 X 48 40 14 16 16 13.28

142+280 X so 40 18 22 22 18.04

142+300 X so 40 12 28 28 22.96

142+320 X so 40 10 30 30 24.60

142+340 X 51 40 16 24 24 19.63

142+360 X 51 40 18 22 22 17.99

142+380 X 51 40 16 14 14 11.45

142+400 X 51 40 12 18 18 14.72

142+42.0 X so 40 16 14 14 11.48

142+440 X so 40 16 14 14 11.48

142+460 X 51 40 20 20 20 16.36

142+480 X so 40 18 22 22 18.04

142+500 X so .5 40 18 12 12 9.84

ESPESOR DE CARPETA 9.5

OBSERVACIONES(*) EL EXTENSOMETRO DA LA LECTURA DIRECT A. LOS DATOS OBTENIDOS POR EL INST. NORTEAMERICANO DEL ASFALTO X=18.92

S=4.7 Sc=28.35

- 42 -

2.- Deflexi6n Caracteristica

En cada tramo se valoran en terminos de la deflexi6n caracteristica por el metodo del Institute Norteamericano del Asfalto, el cu~l considera un proceso estadistico utilizando como variables los valores puntuales obtenidos en cada toma de lecturas (datos y observaciones), determinando las medidas de centraiizaci6n (media, varianza, desviaci6n estandar, factor de ajuste por temperatura y un factor de ajuste que varia con el periodo del afio en el que se lleva a cabo las mediciones) de la poblaci6n y caracterizando el comportamiento general del tramo, a traves de la deflexi6n caracteristica. La estandarizaci6n del proceso matematico se describe a continuaci6n para la obtenci6n de la deflexi6n caracteristica, donde las deflexiones puntuales medidas en campo y corregidas por temperatura se utilizan como sigue:

a) Se grafica el perfil de deflexiones para cada subtramo en la forma de la figura VI.2.1, donde ademas se incluye el valor promedio del indice de servicio actual, los deterioros encontrados, con su nivel de severidad y las observaciones que en cada subtramo se encontraron. Se desech6 las lecturas altamente erraticas (normalmente en la hoja de registro de campo se indica la localizaci6n y la probable causa que ocasion6 tal comportamiento) .

b) Los datos u observaciones se organizan en una forma ordenada del menor al mayor, con sus respectivos valores al cuadrado. Se calcula las sumas de las deflexiones en el subtramo y tambien de los cuadrados de las deflexiones (ver figura VI. 2. 2) .

"TI ce c Q) :5 !:'->

GRAFICAS DE VIGA BENKELMAN Y DETERIOROS

EVALUAC.ION DE PAVIIMENTOS

FECHA : 13 DE OCTUBRE DE 1993 ELABORO : JOSE JOAQUIN CAMBRON FDEZ.

CARRETERA : LAURO DB. VIUAR- TIJUANA TRAMO : SANTA ANA- SONOITA SUBTRAMO : KM 152+500 A KM 153+000 CUERPO UNICO 1::::=::'1 __ \ CARRIL DERECHO ,/ I ORIGEN SANTA ANA, SON. I v \ I

20 L'\ r---.. -

"'-- / / '\ / 10 "----.. ~ 1'\ I

LDEFLEXION X103 18.26111.48113.181111119.68121.42121.32113.041 8.10I13.12I10.53I17.93I30.78I19.68I 8.201 8.15I18.04I31.16I35.88I37.49I41.20I24.60I2o.sol 9.78132.96134.61

I KM t52+000lt ........ f f f !t~t52+62Ctt52+64Ctt~1~152+70Ctt52+72Ctt52+7ttsz.~352+3131313t3t333t3t3t3153+GOil CALIFICACION GENERAL EXCELENTE I MUY BUENO DEL TRAMO BUENO REGULAR MALO MUYMI\1.0 INTRANSIT ABLE

LONGITUDINAI.ES ESCALA DE TRANSVERSAL.ES

-GALLINI'RO (75 CMI ~ OAIIOS OBSERVADOS COCODIULO (1 SO CMI l~f:C"'; :(

- 44 -

c) Las medidas de centralizaci6n quedaran determinadas por las ecuaciones:

X= LX -N-

s

donde

X media aritmetica

s desviaci6n estandar

2 X suma de las deflexiones en el subtramo 2 X2 = suma de los cuadrados de las deflexiones

N = numero de deflexiones

Para la determinaci6n de la deflexi6n caracteristica, previamente se determina el valor del factor de ajuste que varia con el periodo del afio en el cual se hacen las mediciones ( c=l para el periodo que represente las condiciones mas criticas del pavimento )

6c X+ 2 s )fc

don de

6c deflexi6n caracteristica

X media aritmetica

s desviaci6n estandar

f factor de ajuste por temperatura 'f = 1 (el ajuste se hizp en las tablas de datos de viga Benkelman)

c factor de ajuste para el periodo que representa las mas criticas del pavimento = 1

- 45 -

Estos calculos se presentan en un ejemplo de la figura VI.2.2, determinadas para cada subtramo yel carril correspondiente.

Desarrollando los calculos para cada subtramo seleccionado se pudo observar que entre los kil6metros 140+000 a 150+000, 160+000 a 165+000, 175+000 a 185+000, 190+000 a 195+000, 205+000 a 210+000, deflexi6n milesimas 170+000 milesimas a 160+000 milesimas

225+000 a 230+000 y 245+000 a 252+000 la caracteristica oscila entre 22 a 30

de pulgada, en los Kil6metros 165+000 a y 195+000 a 205+000 fluctua de 30 a 35

de pulgada; en los kil6metros 155+000 y 185+000 a 190+000 varia de 35 a 40 de pulgada; en el resto de los subtramos

donde se efectuaron mediciones, estas fueron mayores de 40 milesimas de pulgada.

SUMA=

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

CALCULO DE DEFLEXION CARACTERISTICA DEL INSTITUTO NORTEAMERICANO DEL ASFAL TO

X= DEFLEXION X2 = CUADRADO PUNTUAL DE LA DEFLEXION

9.84 96.8256 11.45 131.1025 11.48 131.7904 11.48 131.7904 13.28 176.3584 14.72 216.6784 16.36 267.6496 16.48 271.5904 17.99 323.6401 18.04 325.4416 18.04 325.4416 18.04 325.4416 . 18.04 325.4416 19.63 385.3369 19.68 387.3024 21.27 452.4129 21.32 454.5424 22.96 527.1616 22.96 527.1616 22.96 527.1616 22.96 527.1616 24.60 605.1600 24.60 605.1600 24.60 605.1600 24.60 605.1600 24.72 611.0784

0 0 0

492.10 9869.15

CARRETERA TRAMO

: TIJUANA- LAURO DEL VILLAR : KM 140+000 AL KM 252+000

SUBTRAMO : KM 142+000 AL KM 142+500 CUERPO CARRIL FECHA

: UNICO :IZQUIERDO : 13 DE OCTUBRE DE 1993

MEDIA ARITMETICA

- l: X 18.92692 X

Figura Vl.2.2

N

N= 26

DESVIACION ESTANDAR

s

s

~x2 -Xz:.x N-1

4.712590599

DEFLEXION CARACTERISTICA

Oc =( X + 2 S ) f

fc = 1

Oc = 28.35210427 X 10A-3 PULG

-46-.