Construcción de Viga Benkelman y MERLIN para determinar los parámetros de explotación de una vía así como realizar mediciones
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(2) Dedicatoria. 1.
(3) Dedicatoria. A mis padres Jorge L. y Odalis Por saber guiarme con sus experiencias y sabidurías a lo largo de todos estos años para lograr este sueño, que más que propio es de ellos también.. 2.
(4) Agradecimientos. 3.
(5) Agradecimientos. A mi mamá por estar siempre atenta guiándome por el camino correcto. A mi papá por estar presente en mi vida dándome su apoyo. A mi hermano que aunque no ayudo en la elaboración de la tesis siempre estuvo a mi lado. A mi abuela, mis tías y tíos que aunque estén lejos me han dado su apoyo. A mi novia que llegó a mi vida en el momento indicado. A mis suegros Araceli y Simeón que lo han dado todo con tal de ayudarme. A mis segundos padres en la universidad, Andrés y Ada que han depositado toda su confianza en mí en estos 5 años, los quiero. A mis amigos: por estar a mi lado en las buenas y en las malas en especial a Pipe. A todos mis compañeros de aula. A todos los del taller de mantenimiento de la Universidad que de una forma u otra me ayudaron con la construcción de los equipos. A mis profesores, por brindarme sus conocimientos a lo largo de la carrera. A René, mi tutor, por depositar su confianza en mí. A todos, gracias. 4.
(6) Índice. 5.
(7) Índice Resumen……………………………………………………………………………..9 Introducción………………………………………………………………………....11 Capítulo I: Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía…………………………………………………………..18 1.1 Auscultación de pavimentos…………………………………………………..18 1.1.1 Características superficiales de los pavimentos…………………….18 1.1.2 Características estructurales………………………………………….21 1.1.3 Parámetros a valorar…………………………………………………..22 1.2 Equipos de medición………………………………………………………….25 1.3 Equipos que se utilizaran para la evaluación de los parámetros de explotación (deformación y regularidad)………………................................33 1.3.1 Viga Benkelman………………………………………………………..34 1.3.2 El MERLIN………………………………………………………………35 Conclusiones parciales………………………………………………………37 Capitulo 2 – Metodología para la construcción y medición con los equipos……………………………………………………………………………. 39 2.1Viga Benkelman………………………………………………………………..39 2.1.1 Construcción de la viga………………………………………………….40 2.1.2 Calibración de la viga……………………………………………………45 2.1.3 Aspectos generales para realizar las mediciones…………………….45 2.1.4 Procedimiento para las mediciones…………………………………….51 2.1.5 Desventajas de la Viga Benkelman……………………………………..62 2.2 MERLIN…………………………………………………………………………62 2.2.1 Construcción del MERLIN……………………………………………….63 2.2.2 Calibración del MERLIN………………………………………………….66 2.2.3 Principio de operación……………………………………………………67 2.2.4 Procedimiento para las mediciones…………………………………….67 2.2.5 Desventajas del MERLIN…………………………………………………73 Conclusiones parciales…………………………………………………………74. 6.
(8) Índice. Capitulo 3: Resultado de las mediciones realizadas con la Viga Benkelman y MERLIN…………………………….................................................76 3.1 Medición con Viga Benkelman………………………………………………..76 3.2 Medición con MERLIN…………………………………………………………77 Conclusiones……………………………………………………………………83 Recomendaciones……………………………………………………………...85 Referencias Bibliograficas……………………………………………………..87 Anexos…………………………………………………………………………..90. 7.
(9) Resumen. 8.
(10) Resumen. La presente investigación tiene como objetivo la construcción y posteriormente medición de dos equipos para evaluar los parámetros de explotación de una vía, regularidad superficial y deflexión, en la provincia de Villa Clara. Para lograr este objetivo se realizó una revisión bibliográfica donde se analizó el estado actual del conocimiento acerca de procedimientos, técnicas y equipamiento que se utilizan para evaluar los parámetros de explotación en otros países y las regulaciones y normas existentes en Cuba sobre el tema. Se construyeron los equipos con materiales recuperados y sin financiamiento, se utilizo perfiles metálicos rectangulares y tubulares, llanta de bicicleta 26 x 3/8”, tornillos, rodamientos entre otros. Se efectuaron mediciones en un tramo de vía seleccionado, para comprobar el funcionamiento de los equipos. Finalmente se constato que la construcción de los equipos es útil tanto para la producción como para la docencia, con resultados dentro de los rangos permisibles.. 9.
(11) Introducción. 10.
(12) Introducción. La superficie de rodadura de un pavimento tiene importantes funciones relacionadas con la seguridad y comodidad de la circulación vehicular, para ello debe garantizar: Buenas condiciones de textura que permitan la rodadura segura y adecuada de los vehículos. En la textura del pavimento descansa, en gran medida, la resistencia al deslizamiento y por tanto, la seguridad ante posibles accidentes.. Condiciones de rodabilidad uniformes, de adecuada regularidad, que garanticen la marcha del vehículo sin desagradables oscilaciones verticales. a una correcta. velocidad.. Buena resistencia a las cargas aplicadas directamente por el paso de los vehículos, quienes la someten a continuos esfuerzos de todo tipo (compresión, flexión, tangenciales, succiones).. Impermeabilidad o permeabilidad adecuada, (en caso de mezclas drenantes) y drenaje superficial.. Estas funciones en lo adelante se les denomina parámetros de explotación, que deben cumplir la superficie de un pavimento, resistencia, comodidad y seguridad. Lograr estos parámetros se necesita de una labor de conservación dirigida a mantener estas características superficiales. Los que determinan el estado de una vía.. Se conoce que, la resistencia es la deformación que sufre el pavimento en un punto debido a la aplicación de una carga y se mide a través de la deflexión. Esta deformación tiene dos componentes una elástica o recuperable y otra plástica o irreversible. En sentido general mientras mayor es la deflexión más flexible es el pavimento, pero también menos resistente en el tiempo. La magnitud de la deflexión superficial de un pavimento es un indicador de su estado estructural y por tanto de su posible comportamiento ante la acción del tránsito.. 11.
(13) Introducción Existen diversos métodos y equipos para la determinación de la deflexión superficial. El número de dispositivos existentes intentan simular la respuesta a la carga producida por la acción de una rueda móvil, generalmente se realizan las mediciones a escala natural en el lugar que se pretende conocer la deflexión. Existen dispositivos estáticos, dispositivos que utilizan cargas dinámicas y dispositivos que aplican cargas de impacto. En Cuba se emplea la viga Benkelman y en el territorio existe una en la Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas (ENIA).. La seguridad en una vía es otro de los parámetros de explotación, depende del coeficiente de fricción y la textura superficial, las que tienen una estrecha relación.. Para evaluar la fricción superficial se debe tener en cuenta algunos aspectos como: espesor de la película de agua, forma de los dibujos de los neumáticos, regularidad superficial del pavimento y la forma en que se realice la operación. Para este aspecto es común el empleo del péndulo de fricción en Cuba existe en el ISPJAE.. La comodidad en una vía se valora en base a la regularidad superficial, es el parámetro que relaciona la magnitud y frecuencia de sus irregularidades superficiales o altimétricas, con la comodidad o confort al transitar sobre ellas. Dentro de estas irregularidades deben distinguirse varios defectos, pues pueden ser irregularidades localizadas, deformaciones transversales o longitudinales. Estas últimas pueden representar una incomodidad seria para la rodadura si son ondulaciones frecuentes y muy próximas y una molestia variable si son de gran amplitud. Las deformaciones transversales son las roderas. La medida de unas y otras de estas deformaciones puede hacerse con reglas o con aparatos que surtan igual efecto y que indiquen la variación del perfil respecto a una base rectilínea.. En Cuba se utiliza la regla de 3 metros para la medida de las irregularidades, tanto para los fines de conservación como para el control de calidad de las nuevas obras. Este equipo tiene un bajo rendimiento y las observaciones dependen de la pericia del operador.. 12.
(14) Introducción En la actualidad el equipamiento para determinar los parámetros técnicos de la superficie de los pavimentos esta localizado en lugares muy distantes, por lo que se dificulta las mediciones con los mismos en el territorio.. PROBLEMA: Actualmente el territorio no cuenta con el equipamiento necesario para la determinación de los parámetros de explotación, aspecto importante para la evaluación de una carretera.. OBJETO DE ESTUDIO: Equipos para la evaluación de los parámetros de explotación de una vía.. HIPÓTESIS: La construcción de equipos, para evaluar los parámetros de explotación de una carretera, permitiría la determinación de los mismos y con ello apoyar la toma de decisiones sobre las acciones de conservación a realizar en las carreteras del territorio. Además de poder emplear el equipamiento para el adiestramiento del personal en el uso de los mismos y en la docencia.. OBJETIVO GENERAL: Construir equipamiento para determinar regularidad superficial y deflexiones producidas por la acción de cargas, así como realizar mediciones en tramos experimentales. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Analizar el estado actual del conocimiento de la temática de. investigación que. permita conocer los métodos de evaluación de los parámetros de explotación de las carreteras.. Construir equipo para determinar la deflexión.. Construir equipo para determinar la regularidad superficial.. 13.
(15) Introducción Adecuar la propuesta de metodología existente para la evaluación de los parámetros de explotación anteriormente definidos.. Realizar las mediciones con los equipos construidos.. . Evaluar los parámetros de explotación en los tramos de vías seleccionados.. TAREAS DE INVESTIGACIÓN: Procesar información de bibliografía nacional e internacional sobre las características y experiencias en el proceso de la toma de mediciones mencionadas.. Caracterizar los equipos en cuanto a sus dimensiones y estructura, para poder acometer su construcción.. Construcción de los equipos a partir de materiales de desechos y la calibración de los mismos.. Realizar mediciones con los equipos construidos.. NOVEDAD CIENTÍFICA: Con la investigación realizada se podrá conocer en mayor medida el comportamiento de las vías en la provincia de Villa Clara, al poder realizar mediciones de parámetros de explotación no determinados hasta la fecha y lograr la identificación de los tramos de mayor problemática.. APORTES CIENTÍFICOS RELEVANTES: La construcción de equipos permitirá evaluar los parámetros de explotación de las vías en el territorio.. VALOR METODOLÓGICO:. 14.
(16) Introducción Con este trabajo se crea un nuevo instrumento para la medición y evaluación de las carreteras en el territorio, con la obtención de los índices actuales que ayudan a caracterizar la situación existente. VALOR CIENTÍFICO: Con la investigación realizada se podrá conocer en mayor medida el comportamiento de la seguridad vial en el territorio, además de poder generalizar el método y procedimiento utilizado a todo el país para facilitar la obtención fructífera de los datos necesarios para la evaluación de las carreteras. VALOR PRÁCTICO: La aplicación práctica de este trabajo está estrechamente vinculada con el proceso del análisis de la seguridad vial. En este sentido, la búsqueda de nuevas técnicas que posibilitan obtener resultados más reales, en el proceso de análisis y caracterización de la vía, lo que se traduce en propuestas de soluciones más eficientes y económicas. Basándose en lo expresado con anterioridad, se puede afirmar que este trabajo se puede aplicar en cualquier proceso de análisis y caracterización de una vía, provincia o región del país en cuanto a la evaluación de los parámetros de explotación. ESTRUCTURA DEL TRABAJO: La estructura de la tesis guarda una relación directa con la metodología establecida y específicamente, con el desarrollo particular de cada una de las fases de la investigación. La misma se encuentra formada por una introducción general, tres capítulos, las conclusiones, recomendaciones y bibliografía, así como los anexos necesarios.. 15.
(17) Introducción El orden y estructura lógica del trabajo se establece a continuación: Resumen Introducción Capítulo I En este capítulo se realiza un análisis del estado del arte de la temática, lo que posibilita justificar el desarrollo de la investigación. En el mismo se exponen los antecedentes y el estado actual del tema de la seguridad vial, haciéndose un análisis crítico de la bibliografía al respecto y destacándose los fundamentos teóricos principales, lo que permitió confirmar la hipótesis del trabajo y establecer la línea a seguir. Capítulo II En este capítulo se realiza la formulación de la metodología para la construcción de los equipos, describiéndose el procedimiento y pasos a seguir para el trabajo con los mismos. Capítulo III En este capítulo se realiza una aplicación de la metodología formulada en el capítulo. anterior, con el objetivo de confirmar la eficacia, valor práctico y la. veracidad de la misma, presentándose los resultados de la evaluación de cada uno de los aspectos, los que son analizados cuidadosamente e integralmente para poder evaluar las vías en el territorio. Conclusiones Recomendaciones Bibliografía Anexos. 16.
(18) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. 17.
(19) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. Capitulo 1: Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. 1.1 Auscultación de pavimentos. El crecimiento económico de un país o comunidad está condicionado por la existencia de redes de carreteras bien construidas y conservadas. De acuerdo con la tendencia de gran número de países, se tendrá que dar prioridad a la conservación frente a la construcción, ya que controlar los deterioros de las carreteras existentes resulta más rentable que la expansión de las redes. Los recursos asignados para la conservación se han aproximado a los recursos para construcción en los últimos años, y se estima que, en el futuro, hasta el 50 de la inversión se dedicará a la rehabilitación y reconstrucción de los pavimentos.. Para efectuar la conservación de los pavimentos en necesario contar con una auscultación donde se evalúen los parámetros de explotación, lo que se realiza con equipos apropiados según el aspecto a determinar.. Las características del pavimento tienen un efecto diferente en la calidad del servicio, particularmente desde el punto de vista del usuario. Una. descripción general de estas. características y algunos de sus efectos se explican a continuación.. 1.1.1-Características superficiales de los pavimentos. Las características del pavimento se pueden clasificar por las dimensiones de las irregularidades superficiales, dependiendo de su tamaño (longitud de onda y amplitud de la irregularidad) y de sí las características son atributos globales o localizados.. 18.
(20) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía La determinación de sí un atributo es global o local es importante en términos de su medida. Los atributos globales, por pequeños que sean, normalmente se pueden medir fiablemente usando procedimientos estadísticos aplicados sobre el área global.. Los atributos locales solo se miden fácilmente si se extienden sobre un área relativamente grande. Los pequeños atributos localizados son los más difíciles medir.. La geometría del pavimento afecta a la seguridad, comodidad y costos de los usuarios. Según AEPO Ingenieros consultores. Departamento de Auscultación de Firmes las características que se consideran importantes incluyen: Textura Fricción Regularidad superficial Perfil transversal, incluyendo peralte y roderas Fisuras. La textura del pavimento es un parámetro crítico en la comodidad y la seguridad de los usuarios. La textura influye directamente en la capacidad del pavimento de evacuar el agua de la interfase neumático-pavimento y, de forma indirecta, en el valor del coeficiente de rozamiento del pavimento, de gran importancia para la adecuada adherencia entre neumático y pavimento. Además, la textura es la característica determinante en el nivel de ruido del tráfico, tanto el que perciben los ocupantes como el ruido de entorno que condiciona la calidad de vida de las zonas colindantes. En el aspecto económico, la textura del pavimento influye en el consumo de gasolina y en el deterioro de los vehículos.. La fricción o resistencia al deslizamiento del pavimento también es un valor crítico en la seguridad cuando el pavimento está mojado. Su medida y estudio es fundamental en carreteras de elevada intensidad de tráfico. La fricción se determina de forma indirecta midiendo el coeficiente de rozamiento entre el pavimento artificialmente mojado y una rueda de goma especial. 19.
(21) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. La regularidad superficial es la característica más percibida por el usuario ya que afecta a la comodidad de rodadura. Se relaciona con los efectos de las vibraciones, tales como niveles de deterioros, probabilidad de dañar a las mercancías transportadas, desgaste de los vehículos y consumo de energía. La comodidad depende principalmente del vehículo y del perfil longitudinal de la carretera. La mayor parte de los sistemas miden el perfil directamente y después se analiza para obtener un indicador de la regularidad superficial.. El perfil transversal se precisa para determinar zonas donde el agua no pueda desaguar a pesar de la pendiente del pavimento.. Las roderas son una consecuencia de la erosión provocada por el vehículo y de la deformación del pavimento. Dependen del tráfico (intensidad, peso y velocidad) y del tipo de material usado. La magnitud de la profundidad de las roderas viene muy influenciada por la temperatura, por la velocidad de los vehículos pesados y por el tipo de mezcla que se emplee. Además de reducir la comodidad, las roderas pueden resultar peligrosas al interferir en el control del vehículo y permitir el estancamiento del agua, aumentando el riesgo de hidroplaneo.. El hidroplaneo se puede resaltar como una de las características de las carreteras que pueden afectan al usuario. El hidroplaneo (o aquaplaning) ocurre cuando una película de agua separa la rueda de la superficie de la carretera. Este fenómeno está asociado con la velocidad y peso del vehículo, las características de los neumáticos y la textura y el espesor de agua en el pavimento. Aunque son muchas las variables que intervienen, la fundamental es la existencia en el pavimento de agua con una profundidad crítica. Por tanto, el potencial de riesgo de una sección de carretera al hidroplaneo viene determinado por la existencia de profundidades críticas que suelen ocurrir durante inundaciones y lluvia intensas repentinas.. 20.
(22) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía La aparición de fisuras es el primer aviso de una carretera con problemas. Es señal de tensiones, debidas a condiciones climáticas o de cargas de tráfico que han sobrepasado los límites de la resistencia del firme o a problemas con la explanada. Es la señal para el ingeniero de que los costes de conservación se van a disparar sino se actúa con prontitud.. Se considera importante para el estudio de la superficie de un pavimentos los aspectos anteriormente recomendados teniendo en cuenta las condiciones del territorio. se hace. necesario insistir en las siguientes características, textura, fricción, regularidad superficial y deterioros que agrupan fisuras y roderas.. 1.1.2 Características estructurales. Las carreteras además de proporcionar una superficie segura y cómoda deben resistir las cargas de los vehículos pesados que producen una perdida lenta y progresiva de la capacidad inicial de resistir esas cargas. La forma más frecuente de establecer la capacidad estructural del pavimento es determinando la deflexión o desplazamiento vertical bajo una carga normalizada de referencia.. La deflexión es un valor evolutivo que representa el estado estructural del pavimento, respecto a un valor inicial de deflexión mínima. Las técnicas de interpretación de los valores de la deflexión permiten cuantificar las actuaciones necesarias de refuerzo o rehabilitación del pavimento. La mayor dificultad que presenta la deflexión es la lentitud de la medida con los equipos actuales, por lo que su medida se suele realizar como atributo local (a nivel de tramo donde ya se ha decidido que es necesario actuar). Así mismo la deflexión elevada no es buena o mala por si misma, sino que su valor se tiene que interpretar en función del tipo de carretera y de los espesores de las capas que lo constituyen. Por esta razón disponer de una información fiable y suficiente de los espesores es un elemento fundamental para determinar las características estructurales.. 21.
(23) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. Las características superficiales y estructurales mencionadas anteriormente se reflejan en los pavimentos cubanos por esta razón tomaremos referencia de ellas.. 1.1.3 Parámetros a valorar Por los objetivos que presenta el trabajo, de los parámetros de explotación antes mencionados solo vamos a valorar la regularidad superficial y deflexión, para luego dar lugar a la construcción de los equipos que podrán medir dichos parámetros.. Regularidad superficial. Según AEPO Ingenieros consultores. Departamento de Auscultación de Firmes La regularidad superficial es una de las características básicas del estado del Pavimento. Se mide a través del análisis del perfil longitudinal el que se define por las variaciones relativas en altura de la superficie de la carretera en dirección longitudinal, en la dirección del movimiento de los vehículos. El perfil longitudinal también puede definirse como el conjunto de desniveles e irregularidades de la carretera.. Durante décadas, la regularidad superficial se ha medido recorriendo la carretera con un vehículo provisto de una rueda de medida. El equipo del departamento de Carreteras (BPR) de USA desarrolló esta idea en 1941, en un equipo llamado "Rugosimetro" que fue el primer intento de normalización de un vehículo de medida. El "Rugosimetro" consta esencialmente de una rueda de coche con un muelle y un amortiguador asociados (modelo de un cuarto de coche). El desplazamiento del neumático respecto a la llanta se registra como el movimiento vertical y es acumulado por un integrador. El índice de regularidad establecido fue la sumatoria en valor absoluto de los desplazamientos verticales para un intervalo de distancia dividido por la longitud del intervalo.. 22.
(24) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. Algunas de las simulaciones de vehículos se conocen como modelos de "cuarto de coche" (figura 1) porque representan solo un cuarto del vehículo (aparentemente el neumático izquierdo del eje anterior). Se usa un sistema simplificado que consta de una masa suspendida (la masa de un cuarto de un coche "ideal"), conectada a una masa "no suspendida" (el eje y el neumático) a través un muelle y un amortiguador lineal (la suspensión); el neumático se representa como otro muelle lineal.. El desplazamiento acumulado dividido por la distancia recorrida del cuarto de coche normalizado a 80Km/h define el Índice de Regularidad Internacional (IRI). Actualmente, este método de calcular el índice de regularidad mediante un modelo de cuarto de coche ha sido adoptado en todo el mundo.. Así mismo, y aunque no éste regulado, se emplea el IRI para la conservación de las carreteras, indicándose que valores de IRI mayores de 4mm/m deben ser evitados en carreteras con tráfico importante.. 23.
(25) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía Los resultados de las auscultaciones sirven para tomar decisiones respecto al estado de la carretera y las necesidades de mejora o de conservación. Para ello los valores de los parámetros deben compararse con valores de referencia o estándar de calidad. En la tabla 1.1 se recogen criterios y valores establecidos de la experiencia nacional o internacional para evaluar el IRI.. Deflexión. El parámetro que se utiliza de forma determinante y que ofrece mayor significado en los procesos de rehabilitación y de cálculo de refuerzo de pavimento es la deflexión elástica del pavimento bajo una carga.. La deflexión es el valor del desplazamiento en superficie del pavimento al aplicarle una carga normalizada. (En Cuba la que corresponde a un eje simple rueda dual es de 100kN).. El valor de la deflexión depende de una serie de factores, entre los que destacan: El tipo de pavimento El estado del pavimento La temperatura del pavimento El equipo de medida. 24.
(26) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía Los resultados de las auscultaciones deflectométricas requieren dos tipos de análisis:. En primer lugar un tratamiento estadístico que permita identificar y agrupar tramos con igual comportamiento estructural. El análisis estadístico se realiza por zonas preestablecidas donde se conoce o se supone que la sección del pavimento es la misma. A las deflexiones obtenidas en esa zona se le aplica algún test de homogeneidad para establecer tramos homogéneos (se suele realizar un análisis de la varianza de las deflexiones obtenidas, Test de Fischer o similar).. El segundo tipo de análisis se realiza para cada tramo homogéneo asignándole una deflexión de cálculo que se emplea para tratar de establecer la capacidad estructural remanente del pavimento medido.. El procedimiento de mayor difusión internacional para el análisis de las deflexiones se conoce con el nombre de “Calculo Inverso” ó “Backcalculation” que consiste en ajustar las deflexiones medidas a las deflexiones teóricas que se obtendrían con un modelo de pavimento (definido por unos espesores conocidos y unos módulos desconocidos).. El proceso es largo y requiere experiencia ya que puede haber diversos ajustes por lo que se necesita un conocimiento de los modelos de comportamiento del pavimento.. 1.2 Equipos de medición. En la actualidad para realizar la auscultación de las características (superficiales y estructurales) mencionadas es necesario recurrir a tipos de equipos diferentes los cuales han venido evolucionando en el tiempo, variando unos de otros en la precisión y rapidez para la obtención de los resultados. Las posibilidades de cada uno de ellos se pueden ver en detalle en la descripción de los equipos. A modo de resumen se enumeran los parámetros que se pueden obtener con cada uno.. 25.
(27) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. 26.
(28) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía Perfilógrafos (Profilographs). Los perfilógrafos han estado disponibles durante muchos años y han existido en una variedad de formas, configuraciones, y marcas. Debido a su diseño estos no son prácticos. En la actualidad es utilizado el perfilógrafo de California, el cual su uso más común es para la inspección de construcciones de pavimentos rígidos, control de calidad, y aceptación de proyectos. Existen diferencias entre perfilógrafos, los cuales están relacionados con la configuración de las ruedas, el funcionamiento y procedimiento de medida de. los. dispositivos.. Los perfilógrafos tienen una rueda sensible, montada al centro del marco para mantener el movimiento vertical libre (ver figura 1.2 y 1.3). La desviación de un plano de la referencia, establecido por el marco del perfilógrafo, se registra (automáticamente en algunos modelos) en papel según el movimiento de la rueda sensible. Los perfilógrafos pueden calcular desviaciones muy ligeras de la superficie y ondulaciones en aproximadamente 6.0 (20 pies) en longitud.. 27.
(29) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. Equipos tipo respuesta (RTRRM). La recolección de datos de regularidad, también es realizada a través de equipos Tipo Respuesta (Response Type Road Rouhhness Meters, RTRRM), comúnmente llamados “Medidores de camino”. Los sistemas RTRRM son adecuados para el monitoreo rutinario de un red pavimentada y para proporcionar una visión global de la condición y el mantenimiento necesario. Los equipos RTRRM miden los movimientos verticales del eje trasero de un automóvil o el eje de un remolque relativo al marco del vehiculo. Los medidores se instalan en los vehículos con un transductor de desplazamiento localizado entre la mitad del eje y el cuerpo del automóvil o remolque (ver figura 1.4). El transductor detecta pequeños incrementos del movimiento relativos entre el eje y el cuerpo del vehiculo.. La desventaja de un RTRRM es que el movimiento del eje del vehiculo vs tiempo depende de la dinámica de un vehiculo particular, lo que produce dos efectos no deseados (UMTRI, 1998):. Medida de regularidad no estable con el tiempo. Las medidas realizadas recientemente con un RTRRM, no pueden ser comparadas con aquellas mediciones realizadas en años anteriores.. 28.
(30) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía Las medidas de regularidad no son transportables. Las mediciones realizadas por un RTRRM que utilice un determinado sistema son raramente reproducibles por otro.. Nivel y Estadía (Rot and Level). Es conocido como perfilómetro manual, considerado de bajo rendimiento, debido a que el proceso de recolección de datos es relativamente lento en comparación con otros equipos (ver figura 1.5). Se considera que para la evaluación de la regularidad de la superficie de rodadura de proyecto de gran magnitud es impractico y de alto costo. Sin embargo, este tipo de equipo tiene una gran precisión y puede obtener una medida exacta del perfil del pavimento.. 29.
(31) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. Dipstick. Los equipos Dipstick pueden usarse para obtener una cantidad relativamente pequeña de medidas del perfil del pavimento. El Dipstick (ver figura 1.6) consiste en un inclinómetro apoyado en 2 apoyos separados por 305mm (12plg), los cuales registran la elevación de un apoyo relativo a la elevación del otro. El operador conduce el Dipstick sobre una sección de pavimento premarcada, rotando el instrumento alternadamente sobre cada apoyo (ver figura 1.7). Se registran las lecturas secuencialmente mientras el operador recorre la sección. El dispositivo registra 10 a 15 lecturas por minuto. El software de análisis es capaz de proporcionaron perfil exacto a ± 0.127mm (±0.005plg).. El Dipstick comúnmente es usado ara medir un perfil para la calibración de instrumentos más complejos, tal como el RTRRM, así mismo para la verificación de resultados obtenidos por los Perfilómetros Inerciales.. 30.
(32) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. Perfilómetro Inercial (Inertial Profilometer). Los equipos de referencia inercial son equipos que producen medidas automáticas y de alta calidad del perfil del camino. Estos equipos producen medidas continuas del perfil longitudinal a altas velocidades a través de la creación de una referencia inercial, integrada por acelerómetros colocados en el vehiculo utilizados para obtener el movimiento vertical del mismo y censores de “no contacto” (Ej. Láser) utilizados para medir el desplazamiento relativo entre el vehiculo y la superficie del pavimento (ver figura 1.8).. Generalmente son llamados perfilómetros de alto rendimiento, ya que, son muy precisos, generan el perfil longitudinal del camino en tiempo real y sobre todo tiene la ventaja de realizar las mediciones a altas velocidades, facilitando la obtención de datos en una determinada vía, (ver figura 1.9).. 31.
(33) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. Los equipos anteriormente mencionados deben obtener información fiable y precisa sobre el estado del pavimento. Para asegurar las medidas de cada característica que varia con la distancia, hay que recoger y tratar los datos recogidos. Para cada característica se usan distintos tipos de datos que se resumen en indicadores que se interpretan de manera diferente.. 32.
(34) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. La red de calles, carreteras y caminos de Cuba tiene una longitud de 68395.3km de ellos 17814.9km de carreteras rurales pavimentadas y 16193.4km de vías urbanas pavimentadas, de estas pertenecen a la red vial de interés nacional 11545.3km de vías rurales pavimentadas, Los equipos para la auscultación de pavimentos antes mencionados son de alta tecnología y gran exactitud en las mediciones, por lo que su precio es muy alto, oscilan entre $1 200 000-$750 000 y el país por sus condiciones no puede comprarlos, además de que si los comprara no daría resultado por la mala calidad de las vías y por la rapidez con que realizan las mediciones, en muy poco tiempo se conocería el estado de las vías en el país para luego dejar en desuso el equipo comprado. En la actualidad el territorio se encuentra evaluando los parámetros de explotación mediante la inspección visual teniendo como consecuencia resultados aproximados. Basándonos en el objetivo del trabajo se realizara la construcción de dos equipos para medir regularidad superficial y deformación con el fin de obtener resultados más exactos con respecto a los de la inspección visual.. 1.3 Equipos que se utilizaran para la evaluación de los parámetros de explotación (deformación y regularidad). Los equipos que se empelarán para la evaluación de los parámetros de explotación serán la Viga Benkelman y el MERLIN los cuales podrán definir las deformaciones y regularidad superficial existentes en un tramo de vía.. Ante la escasa información en el país para poder acometer la tarea de construcción de una viga Benkelman y el MERLIN, se hace necesario buscar información sobre tipos de equipos, dimensiones, funcionamiento, características de las mediciones, correcciones a estas, cálculos etc. Por esta razón se realizó una búsqueda bibliográfica en textos del tema así como en Internet, se revisaron varios documentos que describen el procedimiento para realizar mediciones con estos dispositivos, además de consultar otros que hacen referencia a algunos aspectos de interés. 33.
(35) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. 1.3.1 Viga Benkelman El dispositivo más universal es la llamada viga Benkelman, diseñada en 1953 por el ingeniero norteamericano del mismo nombre, consiste la misma en una viga metálica que se apoya en un pivote intermedio y este a su vez está montado en un cuerpo con tres soportes, uno trasero y dos delanteros. La literatura española define este instrumento como un deflectómetro mecánico simple que consiste en una palanca suspendida de un bastidor, la misma transmite la deflexión vertical del punto de medida a un comparador (ver figura 1.10).. 34.
(36) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía. 1.3.2 El MERLIN. MERLIN, equipo desarrollado por el Laboratorio Británico de Investigación de Transporte y Caminos, en el año 1990, su nombre son los siglas en inglés de Machine for Evaluation Rounghness using Low-cost. Intrumentation (Máquina para la Evaluación de la Rugosidad usando instrumentación de bajo costo). Esta máquina es una variación del aparato de medición estático del perfil de la vía, es operado manualmente siendo rodado sobre la vía y medidos las ondulaciones de la superficie en intervalos regulares. Las lecturas son fácilmente tomadas y hay un procedimiento graficado para el análisis de datos, así que la regularidad de la vía puede ser medida con la escala de rugosidad estándar sin la necesidad de cálculo complejo. (Ver figura 1.11). Estos son una atracción particular en el mundo subdesarrollado ya que es robusto, barato, simple de operar y frágil de hacer y mantener. Fue diseñado en la base de una simulación de estas operaciones de medidas de perfil de la vía en el International Road Experiment (Sayers it al 1986) Experimento Internacional de Rugosidad de la Vía.. 35. Roughness.
(37) Cap I Estado actual del conocimiento sobre los parámetros de explotación de una vía Conclusiones parciales La información bibliográfica consultada indica que existen múltiples equipos para la determinación de los parámetros de explotación que van desde equipos con alta tecnología, hasta equipos manuales de bajo rendimiento. La bibliográfica consultada brinda información para la construcción de los equipos, por lo tanto es factible la confección de los mismos, así como realizar mediciones, además de poder emplear el equipamiento para el adiestramiento del personal en el uso de los mismos y en la docencia. Es factible la construcción de los equipos Viga Benkelman y MERLIN a partir de la información obtenida y materiales existentes en la provincia.. 36.
(38) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos. 37.
(39) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos. Capitulo 2: Metodología para la construcción y medición con los equipos. En este capítulo se abordan los aspectos relacionados con la construcción y el procedimiento para realizar las mediciones con los equipos y poder llegar a conclusiones sobre el estado del pavimento a partir de los parámetros evaluados. 2.1 Viga Benkelman Características principales En la bibliografía consultada se han encontrado diferentes modelos construidos de esta viga. Como características principales se señalan las siguientes:. Presenta una palanca de dos brazos que hacen pivote por debajo de un cuerpo o soporte horizontal. Este se apoya en la superficie del pavimento con tres apoyos de nivelación.. Una parte de la palanca (apoyo delantero) se apoya en la superficie del pavimento y la otra (extremo trasero) mueve el dispositivo de medición.. Debe ser desmontable ya que su gran longitud lo requiere para el caso de traslados en un vehículo hasta el lugar de la obra.. Debe ser ligera ya que entre una medición y otra es trasladada por el operador.. Requiere de un seguro que evite el movimiento de la palanca durante los traslados de un lugar de medición a otro.. La parte que se apoya en el pavimento debe ser lo suficientemente fina para poderse colocar en el espacio que dejan las ruedas gemelas del camión entre sí.. 38.
(40) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos 2.1.1 Construcción de la viga Materiales. En ninguna de las referencias consultadas se especifica un material específico ni con alguna característica especial para el equipo, se ha concluido que es preferible uno que se caracterice por las siguientes propiedades:. Debe ser un material ligero, la longitud total de la viga es de 3,91 m y debe ser manipulada y trasladada por personas.. Preferiblemente que no tenga problemas de corrosión para evitar costos de mantenimiento periódico por esa causa.. Factibilidad de adquisición ya que no se cuenta con un presupuesto para la compra de materiales.. Dimensiones. La viga se construyó en tres piezas que se denominarán.. 1. Viga No 1 o viga soporte. 2. Viga No 2 o parte trasera de la palanca. 3. Viga No 3 o parte delantera de la palanca. A continuación se especifican las características más generales de cada una de estas partes.. 39.
(41) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos. Viga No 1 o viga soporte. Es la parte que sostiene la palanca, tiene tres apoyos que permiten nivelarla. Contiene esta viga el soporte del defómetro, una agarradera para el traslado de la misma en la sesión de trabajo y un dispositivo en forma de pasador que permite fijar la palanca y evitar el movimiento de ésta cuando se traslada la viga y así evitar daños en el defómetro. (Ver figura 2.1). La viga tiene sección canal de 60mm de altura y 30mm de cada ala, el espesor de la pared de la canal es de 3,5 mm. La longitud de la viga es de 1500 mm. La altura libre de la viga nivelada con respecto al suelo es de 100 mm. El defómetro está ubicado por encima de la viga soporte y su vástago de medida es accionado por la palanca a través de una perforación realizado en la canal a una distancia de 480mm del final de la misma. En la parte delantera tiene un orificio de 2 cm. de profundidad para acoplar en el mismo la palanca de medición.. Viga No 2 o parte trasera de la palanca. Contiene el pivote que permite el movimiento de la palanca para realizar la medición. Se construyó con 2 canales para conformar una sección rectangular de 45mm de alto y 30mm de ancho, el espesor de las paredes es de 2 mm.. La longitud de la viga es de 1820mm, que se dividen en 1220mm desde la parte trasera al eje del pivote y 600mm desde éste a la parte delantera de la viga.. En la parte delantera superior de la viga hay 2 tornillos que permiten rigidizar la unión entre esta viga y la No 3. (Ver figura 2,2) 40.
(42) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos. Viga No 3 o parte delantera de la palanca. Se introduce en la viga No 2, se fija solidariamente a ésta y entre las 2 conforman la palanca de medición.. Esta construida con 2 canales para conformar una sección rectangular de 35mm de alto y 20mm de ancho, el espesor de las paredes es de 2 mm.. La longitud de la viga es de 1970mm, de esta longitud 150mm penetran en la viga 2 y 1820mm quedan formando la longitud de la palanca. A 20mm del extremo delantero está colocado el puntero que se apoyará en el pavimento. (Ver figura 2,3). 41.
(43) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos. 42.
(44) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos. Características generales del conjunto El conjunto de las 3 vigas conforma la Viga Benkelman, la misma armada mide 3910 mm.. La relación de brazos escogida fue la más común es decir 2:1. Desde el punto de apoyo a la articulación, la parte delantera de la palanca del prototipo mide 2,40 m y 1,20 m desde aquella hasta el vástago del defómetro. Articulación El pivote está conformado por un eje de acero de 67mm de largo, 12mm de diámetro y en sus extremos están acoplados a la base. Los rodamientos están a su vez dispuestos solidariamente en una pieza que se acopla y ajusta con un tornillo de fijación en el orificio realizado en la parte delantera de la viga soporte. Esta unión del pivote hace solidaria la palanca a la viga soporte. Dispositivo de medición Un defómetro marca Mitutoyo de fabricación japonesa con apreciación de 1/100mm y un recorrido total del vástago de 10 mm. La esfera marcadora está dividida en 100 divisiones y una vuelta de la aguja representa 1mm de desplazamiento del vástago. Apoyos Tres apoyos todos con tornillos de nivelación, los mismos permiten la posibilidad de nivelar la viga y así conseguir que el pivote esté en un plano horizontal, para esto la viga tiene adosado un nivel esférico.. 43.
(45) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos 2.1.2 Calibración de la viga Una vez que ha sido construido el prototipo de viga es necesaria su calibración ya que si la relación de brazos no es exactamente la diseñada eso puede alterar las lecturas. El procedimiento recogido en el MS 17 del Instituto del Asfalto “Sobrecapas asfálticas para rehabilitación de calles y carreteras” de 1983 admite hasta 0,50mm de tolerancia en la distancia de cada uno de los brazos de la palanca sin que se afecten las mediciones realizadas, así es que el ajuste final del apoyo delantero en su posición se hará posteriormente a la calibración de la viga, la misma se puede realizar con un sistema de láminas de espesores conocidos o calibradores de autos, tal como se recomienda en el documento “Flexible pavement evaluation with the Benkelman beam”, “State of Minnesota, Department of Highways”. En este documento se recomienda la calibración periódica de la viga y como causa posible de desviaciones en las mediciones el exceso de fricción en el pivote o desperfectos del defómetro. 2.1.3 Aspectos generales para realizar las mediciones Se debe señalar que no existe una norma cubana que regule como realizar mediciones con Viga Benkelman, siendo el departamento de Ingeniería Vial de la ISPJAE el que ha dictado ciertas recomendaciones para su uso. En las consultas realizadas se ha encontrado que prácticamente no existen estos equipos en el país.. Camión y equipo complementario Camión de carga El camión que se utilizará para aplicar la carga debe ser de eje simple rueda dual y deberá ser lastrado para que el peso del eje trasero sea de igual magnitud que la carga que se considere de cálculo. Una vez lastrado y pesado el eje trasero se debe proteger el lastre para evitar que los cambios de humedad puedan alterar el peso, sobre todo si se emplean materiales pétreos, se recomiendan bloques de hormigón o elementos que no puedan moverse de lugar cuando el vehículo se traslada de posición.. 44.
(46) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos La carga más utilizada a nivel internacional es la correspondiente a 18000 libras que se corresponde aproximadamente con 8200 kilogramos, la norma australiana establece una carga de 8,2 ± 0,1 toneladas que deberá ser repartida igualmente entre ambos juegos de ruedas, igual condición exige la norma de Nueva Zelanda con la diferencia en que el peso se fija en 8,2 ± 0,15 toneladas. La norma española establece como vehículo de carga un camión que debe tener más de 4 m entre ejes y la capacidad total en el eje trasero de 128kN o 13 toneladas. El documento citado del Estado de Minnesota fija la carga en 9 toneladas y admite una posible diferencia de 100 libras entre cada par de ruedas del eje trasero, es el único documento consultado que se refiere a esta posible diferencia.. Para el caso de Cuba en el texto “Laboratorio de Carreteras” editado por el ISPJAE se fi ja un peso de 10 toneladas o 98kN, aunque debe señalarse que la propuesta actual de norma para el diseño de pavimentos flexibles establece que la carga de cálculo es de 100kN. Neumáticos Para el caso de las cuatro ruedas que deben usarse en el eje trasero del camión se establece que deben ser iguales, preferiblemente nuevas o si esto no es posible se señala que las cuatro deben tener el mismo uso o desgaste.. El tipo de neumático recomendado es de 10,00 × 20 con 12 capas según la norma australiana, la norma neozelandesa, la del Estado de Minnesota, el MS 17 del Instituto del Asfalto y el texto “Laboratorio de Carreteras”, en el caso de la norma española se recomiendan neumáticos 12,00 × 20.. La presión de inflado es de 560kPa para el texto de la IPSJAE, 80psi o 550kPa en el MS 17, 70psi o 483kPa en el documento del Estado de Minnesota, 550 ± 10kPa en la norma australiana y 700 a 900kPa según la norma española.. 45.
(47) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos En la norma neozelandesa se exige una presión de inflado que garantice un área de apoyo de 0,048 ± 0,0002 m 2 y que el fabricante debe dar la presión que debe tener el neumático para lograr dicha área, en el caso de la norma actual de diseño de pavimentos, la presión de inflado de la carga de cálculo se establece en 600kPa. La mayoría de los documentos consultados especifican que debe controlarse la presión de inflado a lo largo de la toma de las lecturas y que debe corregirse dicha presión si es necesario.. Finalmente como el punto de apoyo delantero de la viga se apoya entre los dos neumáticos del eje trasero del camión, debe existir un espacio que permita este posicionamiento, a este aspecto de refiere la norma australiana y especifica 330 ± 1mm entre ejes de ruedas y 120 ± 10mm de distancia libre entre ruedas, la norma española plantea que el ancho de la huella de cada neumático estará entre 190 y 210mm con un espacio libre entre ellos de 120mm y el manual del Instituto del Asfalto recomienda una distancia mayor de 50mm Equipamiento complementario Adicionalmente a la viga y el camión es necesario contar con: Termómetro con precisión de 1 0C para tomar las temperaturas en el momento de la medición.. Taladro u otro instrumento que permita perforar el pavimento y poder realizar en dicha perforación la lectura de la temperatura del pavimento.. Glicerina o aceite de color oscuro para rellenar la perforación, debe ser un líquido con cierta viscosidad. Manómetro con precisión de 0,1kg/cm.2 para poder chequear la presión de inflado de los neumáticos.. 46.
(48) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos Reloj con lectura de segundos para controlar el tiempo que necesita el defómetro para estabilizarse y para poder, anotar la hora de cada lectura.. Cinta métrica, creyones, modelos impresos y lápiz.. Personal Solo uno de los documentos consultados hace referencia al personal necesario para realizar el trabajo, es el caso de la norma de Nueva Zelanda que establece que son necesarios al menos cuatro personas:. Responsable del trabajo que lleva el control y organiza el mismo.. Operador de la viga que es el encargado de realizar las lecturas y hacer las anotaciones.. Conductor del camión.. Auxiliar para controlar el tránsito en el lugar de las mediciones y evitar accidentes.. Como se verá posteriormente es necesario realizar otro trabajo que es el control periódico de las temperaturas, por lo que es necesario resolver si se necesita otro hombre para ese trabajo o como pueden simultanearse las tareas.. 47.
(49) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos Posición de las mediciones Tramos homogéneos El aspecto de establecer tramos homogéneos tiene mucha importancia ya que el estudio de deflexiones que se realiza tiene como objetivo dar una valoración estructural de tramos o partes de una vía, pero como es imposible y antieconómico medir la totalidad de la longitud se deben establecer un número mínimo de mediciones en cada tramo que se considere homogéneo.. El concepto de tramo homogéneo parte de aquel que tiene igual estructura de pavimento, igual tránsito, semejantes condiciones de drenaje y climáticas, pero en el caso que se trata debe añadirse que debe tener semejante comportamiento o deflexiones. Cantidad de mediciones por tramo El aspecto es tratado en el documento ya abordado del Instituto del Asfalto, se establece un mínimo de 10 posiciones o estaciones de la viga en cada tramo o sección de igual o semejante comportamiento y al menos 12 estaciones por kilómetro. El Estado de Minnesota fija al menos una estación cada 500 pies o lo que es igual una cada 150 m.. En el caso de la norma española, se establece que no habrá más de 20 m entre medidas puntuales de la deflexión, a partir del cual es posible determinar la cantidad de puntos de ensayo.. El texto Laboratorio de Carreteras recomienda para obtener datos más confiables realizar tres estaciones a una distancia de 3 a 5 m una de otra y separar cada grupo de tres mediciones a una distancia de 30 m.. Este aspecto es uno de los que presenta mayores diferencias entre los diferentes criterios.. 48.
(50) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos. Ubicación de los puntos de ensayo. En el MS 17 se indica que las mediciones se realizan en la huella exterior es decir aproximadamente a 60 o 70 cm. del borde del pavimento dependiendo del ancho de carril, en el caso de Nueva Zelanda y Minnesota se presentan tablas que fijan la distancia del punto de medición al borde de carril en dependencia del ancho de éste, las mismas se presentan en la tabla 2.1.. La norma australiana indica que deberán realizarse las mediciones en ambas huellas del carril en estudio, por su parte la norma española especifica que si se miden por separado las deflexiones en la huella izquierda y derecha, se podrá observar también que las medidas corresponden a poblaciones distintas, siendo generalmente más desfavorables la de la huella derecha (situada más cerca del borde de la carretera) que la de la huella interior, correspondiente al centro y que normalmente tiene menor humedad en la explanada.. Es necesario marcar inicialmente los puntos escogidos aleatoriamente para poder ubicar correctamente el camión en los mismos.. 49.
(51) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos 2.1.4 Procedimiento para las mediciones Estacionado de la viga. Siempre en todos los casos la viga se sitúa perfectamente alineada en la dirección del eje de la vía, con el apoyo delantero en el punto que se desea hacer la medición y nivelada en el sentido transversal para que el eje de rotación del pivote quede en posición horizontal, se debe garantizar que la posición longitudinal de la viga permita que la palanca quede lo más horizontal posible para que las mediciones se realicen dentro del recorrido del defómetro. Control de la temperatura Se deben realizar previamente los orificios donde se tomarán las temperaturas del pavimento y llenar estos con el líquido de viscosidad para que se estabilice la temperatura del conjunto líquido mezcla asfáltica. La norma australiana plantea al menos un orificio por cada 10 posiciones de estacionamiento de la viga y la especificación de Minnesota recomienda un orificio por milla es decir 1,6 km. La profundidad del orificio debe ser tal que no perfore totalmente la capa de mezcla asfáltica, en la norma de Nueva Zelanda se plantea 13mm de diámetro y 40mm de profundidad, y en la de Minnesota la profundidad se plantea que debe ser la mitad del espesor de la capa de mezcla asfáltica.. El documento del Instituto del Asfalto plantea que la ubicación de los orificios debe estar al menos a 25 cm. del borde del pavimento.. La norma de Nueva Zelanda plantea que se tomen lecturas de temperatura una vez cada hora o aún menos si la misma cambia con rapidez (+ de 3 0C) dentro de la hora. Las recomendaciones actuales de la ISPJAE plantean que se vayan tomando medidas de temperaturas de forma continua en el tiempo para luego contar con un registro de las temperaturas del pavimento contra horas del día.. 50.
(52) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos En este registro con la hora de la lectura se podrá conocer la temperatura que tenía el pavimento. en ese momento, se recomienda que haya un encargado sólo para llevar el. control de las temperaturas en todos los orificios realizados. Velocidad de movimiento del camión En todos los casos el movimiento del camión se hace lentamente aunque no existe un criterio uniforme para fijar esta velocidad todas las recomendaciones están en rango estrecho.. La norma española establece menos de 3km/h, el texto del IPSJAE recomienda de 4 a 5km/h, la norma australiana plantea que la velocidad debe ser la de un hombre caminando, el documento de Minnesota plantea de 2 a 3 millas/h que se corresponde con 3,2 a 4,8km/h y el documento anteriormente citado de Hong Kong plantea que el camión debe recorrer 5 m en 10 segundos lo que se corresponde con 1,8km/h. La velocidad de movimiento del camión se conoce como velocidad de arrastre. Tipos de deflexiones que se necesiten medir Existen diferentes formas de proceder para realizar las mediciones en dependencia del tipo de deflexión que se desee obtener.. Deflexión elástica recuperada, se entiende como la componente elástica de la deflexión sin obtener la componente plástica o irrecuperable.. Deflexión total del pavimento.. Forma de la deformada de la superficie del pavimento.. 51.
(53) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos Deflexión elástica recuperada El texto del IPSJAE indica un procedimiento para obtener la deflexión elástica recuperada, en el mismo se coloca el camión en el punto en que se desea hacer la medición, se coloca la viga en la posición indicada y el camión se mueve hacia delante es decir alejándose del operador, igual procedimiento se establece en el MS 17.. En el caso de la norma española, la norma de Nueva Zelanda, la de Minnesota y las notas del documento de Hong Kong, el procedimiento es el mismo pero la posición inicial del camión no es exactamente sobre el punto de medición sino que el camión está adelantado hacia el operador, en el caso de España 30cm., en la de Nueva Zelanda 10 a 15cm, en la de Minnesota 2 pies o 60cm, y finalmente 1,20m en las notas de Hong Kong, (aunque debe señalarse que la relación de brazos en esta última es mayor a lo habitual). Se pretende con esta posición adelantada hacia el operador tomar la lectura máxima de deflexión cuando el camión se mueva hacia delante, se evita así que la máxima deflexión no coincida con la posición inicial del camión situado éste sobre el punto de medición.. La desventaja es que debe observarse la lectura en el defómetro con la aguja en movimiento, mientras que en el caso anterior se hace la lectura con la aguja estabilizada. En algunos de los documentos analizados se indica anotar también en este procedimiento la lectura en la posición adelantada del camión, aunque la misma no se utiliza en los cálculos posteriores.. Deflexión total del pavimento La norma española plantea la posibilidad de obtener la deflexión total que se origina en la superficie del pavimento pero para ello se requiere que el camión retroceda hacia la viga, así el espacio entre las ruedas traseras llega a pasar sobre el apoyo delantero sin tocarlo hasta 30 cm. después de la posición de éste, luego se invierte cuidadosamente la marcha y nuevamente avanza hacia el lugar original de partida, este procedimiento es peligroso por el cuidado que debe tenerse en el movimiento de retroceso para no dañar de forma irreparable la viga.. 52.
(54) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos En este procedimiento en retroceso se anotan las lecturas cuando el camión está en la posición inicial, la lectura máxima cuando sobrepasa el apoyo delantero en su movimiento en retroceso y cuando se mueve nuevamente hacia delante.. Deformada de la superficie del pavimento El procedimiento para obtener la forma de la deformada de la superficie del pavimento se basa en el principio de las deformaciones recíprocas ya que no es posible mover la vi ga para una posición dada del camión. Esta suposición no está muy alejada de la realidad si se supone cierta homogeneidad del pavimento en la zona alrededor de donde se realiza la medición. Si en la inspección inicial se nota alguna información que haga dudar de esta homogeneidad debe cambiarse el punto de medición.. Cuando se desea obtener esta información es mejor utilizar una viga que tenga una forma de registro continuo tal como es el caso de la norma australiana, no obstante la norma española propone un procedimiento en que se va deteniendo el camión en posiciones intermedios en su movimiento de alejamiento del punto de medición y se hacen lecturas de deflexiones en esos instantes de paradas. Se supone entonces que la deflexión medida en el punto donde permanece el apoyo es la misma que si el camión estuviese en este punto y la medición de la deflexión se hubiese hecho en el punto intermedio.. Como recomendación final la norma española plantea que en ningún caso la aguja. del. defómetro se debe mover a más de una centésima de milímetro por segundo ya que se considera que esto se debe a disturbios causados por agentes externos. Características del pavimento La rigidez del pavimento influye en la posibilidad de realizar el estudio con viga Benkelman o al menos en la forma en que se realizan las mediciones, si el pavimento es muy rígido la deformada de la superficie puede llegar hasta el lugar donde se apoya la viga y afectar la magnitud de la deflexión medida.. 53.
(55) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos Generalmente se especifica que el camión debe alejarse y detenerse lo suficiente para que no influya en la medida, en el texto del IPSJAE se especifica más de 10 m, el MS 17 plantea una distancia de 9 m o más, La norma australiana establece al menos 6 m de distancia mientras que la norma española fija la distancia necesaria en 8 m, en el caso de la norma neozelandesa especifican una posición a 10 m de la parada intermedia, la especificación del estado de Minnesota plantea que el camión debe retirarse hacia el próximo punto de medición. Lecturas intermedias Para chequear que la longitud de la deformada no influya en el posicionamiento de la viga se toman lecturas intermedias haciendo paradas del camión a ciertas distancias.. Como la distancia del punto de apoyo a las patas delanteras de la viga es del orden de 2,50 a 2,70 m se deben tomar mediciones a esa distancia y verificar la magnitud de la deflexión en ese punto, (de igual forma aquí se aplica el principio de deformaciones recíprocas), en dependencia de la magnitud de la deflexión del punto intermedio se pueden asumir tres variantes:. La deflexión del punto intermedio es insignificante y se puede despreciar y por lo tanto no se hace ninguna corrección.. La deflexión del punto intermedio es significativa y deben hacerse correcciones a la deflexión final.. La deflexión del punto intermedio es muy grande y el valor que se calcule de deflexión no será confiable, por lo que no debe continuarse con la evaluación con este tipo de deflectómetro. Una posible solución sería utilizar una viga con mayor longitud del apoyo delantero a las patas delanteras del cuerpo de la viga.. 54.
(56) Cap II Metodología para la construcción y medición con los equipos Este aspecto es tratado por tres de los documentos referenciados, el texto Laboratorio de Carreteras, la norma española y la neozelandesa.. Norma NLT – 356/88, España, se toman lecturas a 2,50, 3,70, 5,00 y 8,00 m del punto inicial, si la diferencia entre las dos últimas mediciones (5,00 y 8,00 m) es mayor de 0,01mm, se considera que hay influencia significativa de la longitud de la deformada en los apoyos de la viga y no es viable el uso de este equipo en ese lugar. Si la diferencia entre los puntos a 2,50 y 5,00 es igual o inferior a 0,01mm se admite que no hay afectación de la longitud de la deformada y no se precisan correcciones. Cuando no se cumple esta última condición se debe corregir la deflexión con la siguiente expresión.. D cc = D c + 6,12 × (L2,50 – L5,00) – 4,12 × (L3,70 – L5,00 ). Donde D c y D cc son las deflexiones calculada normalmente y la corregida por la influencia de la longitud de la deformada: L 2,50 , L3,70 y L5,00 son las lecturas en esas respectivas distancias al punto de apoyo delantero de la viga.. En el Texto Laboratorio de Carreteras, se especifica una lectura intermedia cuando el camión se detiene a 2,50 m del punto de medición, de igual forma se obtiene la deflexi ón corregida por la siguiente expresión.. D cc = D c + 2,91 × (L2,50 – L10,00 ). Con los mismos significados de los términos que en el caso anterior.. La Norma de Nueva Zelanda indica realizar la medición intermedia a 2,70 ± 0,10 m y luego realizar la comparación de las siguientes dos diferencias.. (L0,00 – L2,70 ) y (L0,00 – L12,70 ). 55.
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