MEDIDA DE LA DEFLEXIÓN DE UN PAVIMENTO EMPLEANDO DISPOSITIVO DE CARGA ESTÁTICA NO CONTINUA, VIGA BENKELMAN I.N.V. E

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1 MEDIDA DE LA DEFLEXIÓN DE UN PAVIMENTO EMPLEANDO DISPOSITIVO DE CARGA ESTÁTICA NO CONTINUA, VIGA BENKELMAN I.N.V. E OBJETO 1.1 Esta norma describe el procedimiento a seguir para determinar con un dispositivo de carga estática no continua, viga Benkelman, la deflexión recuperable de un pavimento producida por una carga estática. A tal fin se utiliza un camión donde la carga, tamaño de llantas, espaciamiento entre ruedas duales y presión de inflado están normalizadas. 1.2 Los valores se deben expresar en unidades SI. 1.3 Esta norma no considera los problemas de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad de quien la emplee, establecer prácticas apropiadas de seguridad y salubridad determinar la aplicación de limitaciones regulatorias antes de su empleo. 2 USO Y SIGNIFICADO 2.1 El ensayo permite determinar la deflexión vertical y puntual de una superficie del pavimento bajo la acción de una carga normalizada, transmitida por medio de ruedas gemelas de un eje simple tipo. 2.2 Cuando se utiliza una viga Benkelman doble, con dos brazos de medida de longitud diferente, se pueden encontrar dos puntos del cuenco de deflexiones, para el mismo punto de aplicación de la carga, y unos puntos de medida fijos. 3 TERMINOLOGÍA 2.3 Deflexión total (d t ) Deformación vertical y puntual de una superficie de pavimento bajo la acción de una carga. 2.4 Deflexión remanente o residual (d r ) En los materiales viscoelásticos cuando la solicitación aplicada deja de actuar, la recuperación del pavimento no es total, quedando este material con una deflexión residual o deflexión remanente. 2.5 Deflexión elástica recuperable (d e ) Es la diferencia entre la deflexión total y la deflexión remante, d t = d e + d r. La deflexión elástica recuperable se utiliza para la modelación de estructuras de pavimento mediante retrocálculo. 2.6 Cuenco de deflexiones Es la forma de tazón idealizada de la superficie deformada del pavimento debido a una carga especificada como la describen las medidas pico de una serie de sensores de deflexión colocados a diferentes distancias radiales del centro de la placa de carga.

2 Instituto Nacional de Vías 4 EQUIPO 4.1 Dispositivo de carga estática no continua Es un dispositivo que funciona bajo el principio del brazo de palanca simple. Este dispositivo debe tener una sonda calibradora de, por lo menos, 2. 5 m (8.2 pies) de largo y su extensión debe bajar el deformímetro (dial medidor) o el sensor electrónico que mide la máxima deflexión de la superficie del pavimento con una sensibilidad mínima de 0.025mm (0.001 ). Un ejemplo de este tipo de equipo es la viga Benkelman Viga Benkelman Es un deflectómetro mecánico simple. Una palanca, suspendida en un bastidor, transmite la deflexión vertical del punto de medida a un comparador o dial medidor. Las dimensiones son las que se indican en la Figura 1 y comprende los siguientes elementos: Dimensiones en mm Figura 1. Viga Benkelman Bastidor Viga (1) con tres pies de apoyos sobre el suelo (4), que sirve de sustentación a la palanca de medida y de soporte al comprador o dial medidor Palanca de medida (2) De 3.6 m de longitud, que se puede desmontar en tre s partes durante el transporte. Se suspende al bastidor con un eje (3) que la divide en dos partes con relación 2: Suspensión (3) Un eje, punto de apoyo de la palanca, suspendido en dos rodamientos a bolas, estancos al polvo y solidarios al bastidor Puntos de apoyo (4) Son tres pies solidarios al bastidor, con regulación de su altura mediante tornillo; los dos anteriores están situados simétricamente con respecto al eje longitudinal de la viga a 170 mm del mismo y separados del posterior, situado en el extremo del batidor, 1208 mm. E 795-2

3 Pasador (5) Sujeto al bastidor por una cadenilla, sirve para bloquear la palanca, dejándola fija al bastidor Nivel (6) Para nivelar transversalmente la viga y, por tanto, poner horizontal el eje de rotación de la palanca, por medio de los tornillos de los apoyos anteriores Deformímetro (7) Aparato con limbo dividido en 0.01 mm y con un recorrido igual o superior a 10 mm. Se fija al bastidor con un soporte solidario de éste, de modo que su vástago prolongado apoya en el extremo de la palanca de medida. El deformímetro puede ser sustituido por un captador electrónico con presentación de lectura digita. (Si esta ubicado como en el esquema la relación de la viga simple es 1:2 o sea que la deflexión en el punto de medida es la lectura en el deformímetro multiplicada por 2) Palpador (8) Pieza metálica de la forma y dimensiones indicadas en la Figura 1, que reposa sobre el suelo en el punto de medida (Sección ) Nudos (9) Para unir los tramos en que se puede dividir la palanca de medida Herramientas varias Para montaje y ajuste de la viga Viga Benkelman de doble brazo (Opcional) Viga con doble brazo de medida, con sus correspondientes diales registradores (al 0.01 mm y recorrido 10 mm) y las siguientes dimensiones fundamentales: Longitud del primer brazo de ensayo, desde el pivote al punto de prueba de 2440 mm Longitud del primer brazo de ensayo, desde el pivote al punto de apoyo del vástago del deformímetro registrador de 610 mm. (Relación 1:4) Longitud del segundo brazo de ensayo, desde el pivote a la punta de prueba de 2190 mm Longitud del segundo brazo de ensayo, desde el pivote al punto de apoyo del vástago del deformímetro registrador de 548 mm. (Relación 1:4). Nota 1.- Se permite el empleo de vigas con dimensiones diferentes siempre y cuando no sean tan reducidas que el radio de acción de la carga no afecte permanentemente la posición de sus patas (Ver Sección 4.1). 4.2 Vehiculo de carga El vehiculo usado para transportar el dispositivo de deflexión estática y cargar el pavimento deberá ser un camión que lleve una carga de prueba de 80 kn (18000/lbf) en eje simple trasero. La configuración de la carga incluyendo cargas por eje, el tamaño de las llantas y la presión de inflado se pueden obtener a partir de las especificaciones del fabricante; sin embargo, esta información se debe indicar claramente en el informe de ingeniería. 4.3 Medidor de pre sión de inflado. 4.4 Termómetro De 0º a 100º C con divisiones cada grado. 4.5 Barreno Para ejecutar orificios en el pavimento de 40 mm de profundidad y 10 mm de diámetro. E 795-3

4 4.6 Cronómetro. 4.7 Cinta métrica De acero de 2 m y otra de 25 m. 5 PREPARACIÓN DEL ENSAYO 5.1 El vehiculo especificado en la Sección 4.2 se carga con paralelepípedos, preferiblemente de metal, de concreto o de piedra y se pesan en una báscula contrastada hasta tener la carga de 80 kn (18000 lbf) en el eje simple trasero. Se comprueba la carga al comienzo del ensayo y para series de ensayos al comienzo y al final de la jornada de trabajo. Se pesa el eje trasero y las ruedas gemelas, bajo las cuales se realizara la medida, la masa en estas últimas será de 40 kn (9000 lbf). Si los materiales utilizados para cargar el vehiculo son susceptibles a las variaciones de humedad, se deberá proteger con una lona. 5.2 Se imprime sobre un papel la huella de las ruedas gemelas cargadas correctamente, con la presión de inflado recomendada por el fabricante de los neumáticos para esa carga. Para ello se levantan las ruedas con un gato sobre una superficie lo mas pla na posible, se coloca el papel debajo y se descienden las ruedas reposando libremente toda la carga sobre el papel. Se anota la presión de inflado con la que se ha obtenido la huella. La presión de inflado se debe comprobar cada dos horas. 5.3 Se monta la viga Benkelman o similar, comenzando por los tres tramos de la palanca de medida. Luego se coloca el nivel y finalmente el deformímetro. Se comprueba el correcto funcionamiento de todo el conjunto. 6 PROCEDIMIENTO 6.1 Con el fin de medir la temperatura del pavimento se practica un orificio (antes de comenzar el ensayo y simultáneamente con el trazado de la línea), de 20 a 50 mm de profundidad y 10mm de diámetro, aproximadamente, emplazado sobre la línea paralela al eje del camino, que pasa por el punto de determinación de la deflexión y a 500 mm del mismo, en el sentido de avance del camión. Se llena con glicerina o aceite, a no menos de 10 minutos antes de iniciar el ensayo, se inserta el termómetro y se lee la temperatura, retirando el mismo antes del desplazamiento del camión. El rango de temperatura de trabajo deberá quedar dentro de los siguientes límites: Límite inferior 5º C y Límite superior 35º C. 6.2 Se mide y anota la temperatura ambiente o si cambian las condiciones ambientales. Se mide y se anota la temperatura del pavimento al comienzo del ensayo y cuando la temperatura del aire varíe en 2º C o cambie la insolación del pavimento. Cuando se cuente con la información necesaria de temperatura ambiente, se puede emplear el método de la norma INV E 788 para predecir la temperatura de las capas del pavimento y sustituir lo descrito en la Sección El punto del pavimento a ser ensayado deberá ser marcado convenientemente con una línea transversal al camino. Sobre dicha línea será localizado el punto de ensayo a una E 795-4

5 distancia prefijada del borde. Se recomienda utilizar las distancias indicadas en la Tabla 1. Tabla 1. Localización del punto de ensayo Ancho del Carril Distancia del punto de ensayo desde el borde del pavimento 2,70 m 0,45 m 3,00 m 0,60 m 3,30 m 0,75 m 3,60 m o más 0,90 m 6.4 Medición de la deflexión, Método de Recuperación 1 Q Lo Posición inicial L max L f Posición final y lectura máxima» 8 m Figura 2. Método de recuperación La rueda dual externa del camión se deberá colocar sobre el punto seleccionado; para la correcta ubicación de la misma, se deberá colocar en la parte trasera externa del camión una guía vertical en correspondencia con el eje de carga. Desplazando suavemente el camión, se hace coincidir la guía vertical con la línea transversal indicada en la Sección 6.3, de modo que simultáneamente el punto quede entre ambas llantas de la rueda dual. E 795-5

6 6.4.2 Se coloca la viga sobre el pavimento, detrás del camión, perpendicularmente al eje de carga, de modo que la punta de prueba del brazo coincida con el punto de ensayo y la viga no roce contra las llantas de la rueda dual Se libera el seguro del brazo y se ajusta la base de la viga por medio del tornillo trasero, de manera que el brazo de medición quede en contacto con los diales Se ajusta el dial del deformímetro de modo que su vástago tenga un recorrido libre comprendido entre 4 y 6 mm. Se gira la esfera del dial hasta que las agujas queden en cero y se verifica la lectura golpeándolo suavemente con un lápiz. Se gira la esfera si es necesario y se repite la operación hasta obtener la posición cero (0). También se puede registrar una lectura inicial diferente de cero (L 0 ) Se hace avanzar suave y lentamente el camión hasta una distancia de 8 m aproximadamente; se pone en marcha el cronómetro cuando el camión se detiene a la distancia indicada y se lee el dial cada 60 segundos, golpeándolo suavemente con un lápiz. Cuando dos lecturas sucesivas no difieran en más de 0.01 mm, se da por finalizada la recuperación, registrándose la última lectura observada (Lf) No obstante, el ensayo no se deberá efectuar a temperaturas inferiores al límite superior indicado en la Sección 6.1, si ellas producen deformación plástica entre ambas llantas de la rueda dual. Para detectar si dicha deformación se produce, se deberá proceder de la siguiente forma: Una vez registradas la lectura L f, se hace retroceder suave y lentamente el camión hasta que la rueda dual externa quede colocada sobre el punto de ensayo, observando la marcha en la aguja del dial. Si alcanzada cierta posición la aguja se detiene y luego se observa un desplazamiento en sentido contrario, como si se produjera la recuperación del pavimento, ello indica que existe deformación plástica medible entre ambas llantas de la rueda dual. Esa aparente recuperación puede ser debida, también, al hecho que el radio de acción de la carga del camión afecte las patas de la viga (Ver Sección 6.10) Tampoco se deberá efectuar el ensayo si, aún cuando no se detectara deformación plástica mediante el procedimiento recién indicado, se constatara que el radio de acción de la carga del camión afecta las patas de la regla, para lo cual se procederá de la siguiente forma: Una vez registrada la lectura del dial, se hace retroceder lentamente el camión observando el dial. Cuando se observe que el dial se comienza a desplazar acusando la deformación producida por la carga, se marca sobre el pavimento la posición de la guía vertical mencionada en la Sección 6.4 y se detiene el retroceso del camión. Se mide la distancia entre la punta de prueba y la marca practicada sobre el pavimento, de acuerdo con lo indicado antes. Sea d esa distancia, si d es mayor de 2.40 m, la acción de la carga del camión afecta las patas de la viga Se calcula la deflexión de la superficie del pavimento en el punto de medida, deflexión = 2(D f D 0 ). ( Relación de la viga simple del esquema 1:2) E 795-6

7 6.5 Medición de la deflexión, Método de Recuperación Se coloca la viga entre las ruedas del eje posterior del camión de tal manera que el extremo de prueba esté a 1.37 m (4.5 pies) hacia delante y perpendicular al eje trasero Se ajusta el dial del deformímetro para que quede en 0.00 mm (0.000 ) Se aleja el vehículo de prueba por lo menos 8 m (26.3 pies) hacia adelante a una velocidad mínima y se anota la lectura máxima del dial (D m ) con una aproximación de mm (0.001 ) o mejor Después que la aguja del dial se haya estabilizado, se registra la lectura final (D f ) con una aproximación de mm (0.001 ) o mejor Se calcula la deflexión de la superficie del pavimento en el punto de medida, deflexión = 2(D m D f ). 6.6 Se repite el proceso de medida seleccionado, a los intervalos de medida especificados en la Sección 7. Normalmente se toman medidas bajo las dos ruedas usando dos dispositivos. Sin embargo, si se usa un solo instrumento, la prueba puede ser alternada entre las ruedas, obteniéndose dos medidas en la rueda exterior por cada rueda interior medida a través de toda la sección de prueba. 6.7 Se reporta el promedio (media) de deflexión para la rueda. 7 FRECUENCIA DE MEDICIÓN 7.1 La ubicación de las pruebas variará según el propósito para el cual se obtengan los datos. Por lo general, el método que comúnmente es utilizado es el de realizar la prueba principalmente en las huellas de las ruedas, puesto que la reacción del pavimento en estos lugares refleja el efecto del daño que se ha estado acumulando. Se pueden efectuar pruebas de deflexión entre las huellas de circulación en pavimentos flexibles, para comparar con los resultados bajo las huellas de las ruedas, de manera de conocer el daño relativo. 7.2 Ensayos a nivel de red Este nivel de prueba proporciona una perspectiva general de la capacidad de resistencia del pavimento con un número limitado de pruebas. Las pruebas de deflexión se ejecutan generalmente a intervalos de 200 a 500 metros (656 a 1640 pies), dependiendo de las condiciones específicas del pavimento. Un mínimo de siete pruebas por sección de pavimento uniforme, se recomienda para asegurar una muestra estadísticamente significativa. Como mínimo, la carga para los pavimentos de concreto asfáltico (AC) y los de concreto con refuerzo continuo (CRPC) debe ser posicionada a lo largo del trayecto de la llanta externa ó, alternativamente, a lo largo de la línea central de las losas del CRCP. Para pavimentos de concreto con juntas, la carga de red se debe colocar primero en el centro geométrico de la losa. Para los ensayos a nivel de red, por lo menos el 10% de las losas cubiertas deberán ser probadas también en sus juntas para conocer la eficiencia en la transferencia de carga. E 795-7

8 7.3 Ensayos a nivel general de proyecto Este nivel de prueba proporciona un análisis más detallado del pavimento, por ejemplo: para el diseño de un refuerzo o una rehabilitación. Las pruebas se deberán hacer a intervalos de 50 a 200 m (164 a 656 pies), dependiendo de las condiciones específicas del pavimento, con un mínimo de 15 pruebas recomendadas por cada sección de pavimento uniforme. Como un mínimo, la carga para pavimentos de concreto asfáltico ó rígidos con refuerzo continuo, se coloca generalmente a lo largo de la trayectoria de la llanta externa o, alternativamente, a lo largo de la línea central de las losas del pavimento con refuerzo continuo. Para pavimentos de concreto con juntas, la carga se debe posicionar primero en ó cerca del centro geométrico de la losa y luego se debe mover a la junta más cercana y posicionarse a lo largo de la misma línea, generalmente en el lado de salida de la junta. En calles y carreteras, las pruebas en las juntas se hacen generalmente a lo largo de la trayectoria de la llanta externa. Para el nivel general de proyecto, usualmente no todas las juntas asociadas con cada losa interior ensayada son cubiertas; sin embargo, se recomienda una tasa mínima de cobertura de juntas del 25%. En pavimentos de concreto con juntas con pistas de aterrizaje se deben tomar medidas de eficiencia de las juntas y tanto en las juntas transversales como en las longitudinales. 7.4 Ensayos a nivel detallado de proyecto Este nivel de prueba proporciona un análisis altamente detallado y específico del pavimento para propósitos tales como la identificación de áreas de alta deflexión o para detectar vacíos subsuperficiales en pavimentos de concreto, etc. Para pavimentos de concreto asfáltico (AC) ó de concreto con refuerzo continuo, las pruebas se hacen, generalmente, a intervalos entre 10 y 50m (32.8 a 164 pies), según recomiende el ingeniero. En calles y carreteras, la prueba se hace a menudo en ambas huellas de las ruedas. Para pavimentos de concreto con juntas, la carga se deberá posicionar primero en ó cerca del centro geométrico de cada losa a lo largo de la sección de prueba y luego moverse a la junta ó grieta más cercana a cada losa, ya sea a lo largo de las huellas de la llanta externa o a la esquina de la losa o ambas. En pavimentos de concreto con juntas en pistas de aterrizajes, se deben tomar medidas de eficiencia de las juntas transversales como en las longitudinales. 8 INFORME 8.1 Para cada ensayo, el informe deberá incluir la abscisa de la prueba, el estado superficial, la temperatura del pavimento y las deflexiones (d). 8.2 La aplicación de correcciones por efecto de la temperatura y el procesamiento estadístico de los datos, se efectuarán conforme lo establezca la normativa respectiva. 9 NORMAS DE REFERENCIA NLT 356/88 AASHTO T E 795-8