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XIV Seminario ALACPA de Pavimentos AeroportuariosXII Taller Federal Aviation AdministrationVII Curso Rápido de Mantenimiento de Pavimentos de Aeródromos28/05 al 01/06 2018 – Ciudad de Quito - Ecuador
Deflectómetro de Impacto Rápido (FastFWD) como herramienta
intermedia en Ensayos Acelerados de Pavimentos (iAPT)
Mario Manosalvas ParedesUniversity of Nottingham
Nottingham Engineering Transportation Centre (NTEC)[email protected]
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
XIV Seminario ALACPA de Pavimentos AeroportuariosXII Taller Federal Aviation AdministrationVII Curso Rápido de Mantenimiento de Pavimentos de Aeródromos28/05 al 01/06 2018 – Ciudad de Quito - Ecuador
MOTIVACIÓN DEL ESTUDIO
• Acceso limitado en Ensayos Acelerados de Pavimentos en escala real.
• Diferencias entre ensayos de laboratorio y desempeño de la estructura.
Distance between
test points (ft.)
4 Drop production
(total point per 8 hours)
LTPP 19 drop test
(total point per 8 hours)
FastFWD FWDIncrease
(%)FastFWD FWD
Increase
(%)
50 1.312 736 78% 688 240 187%
250 1.032 640 61% 600 224 168%
500 904 584 55% 552 216 156%
1,000 680 488 39% 464 200 132%
OBJETIVOS
• Acortar la brecha entre APT escala real (HVS) y ensayos de laboratorio.
• FastFWD como herramienta intermedia en APT.
Table 1. Productivity Improvements between the FastFWD and the FWD.
Heavy Vehicle Simulator (HVS)
Mk VI
FastFWD – DC Electric Motor
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
XIV Seminario ALACPA de Pavimentos AeroportuariosXII Taller Federal Aviation AdministrationVII Curso Rápido de Mantenimiento de Pavimentos de Aeródromos28/05 al 01/06 2018 – Ciudad de Quito - Ecuador
SECCIÓN DE PRUEBA – DINAMARCA
Sección de prueba. Área = 25m2. Compactación de materiales granulares.
Compactación de concreto asfáltico.Curva granulométrica concreto asfáltico.
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
XIV Seminario ALACPA de Pavimentos AeroportuariosXII Taller Federal Aviation AdministrationVII Curso Rápido de Mantenimiento de Pavimentos de Aeródromos28/05 al 01/06 2018 – Ciudad de Quito - Ecuador
METODOLOGÍA – DEFORMACION PERMANENTE
• FastFWD compuesto de 7 geófonos.
• G = 0;300;600;900;1200;1500;1800mm.
• Plato de carga de 300mm.
• Prueba No.1:
• Ubicación: Colas Denmark A/S.
• Estructura: 100mm AC / 150mm Granular.
• Temperatura: 0 a 4°C.
• Número de Golpes: 185.000.
• Prueba No.2:
• Ubicación: Dynatest Denmark A/S.
• Estructura: 120mm AC / 4000mm Granular.
• Número de Golpes: 96.600.
• Carga máxima: 103kN
Applied load
(kN)
Beginning drop
number
Ending drop
number
50 1 2.000
60 2.001 30.000
80 30.001 38.500
100 38.501 127.200
120 127.201 185.000
Applied load (kN) Beginning drop
number
Ending drop number
103 1 10
45 11 100
49 101 1.000
69 1.001 2.200
79 2.201 36.800
90 36.801 51.500
103 51.501 96.600
Medición del Perfil Transversal
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
De
form
ació
n P
erm
ane
nte
[m
m]
Nivel de Carga [kN]
110
210
500
1000
2000
8000
30000
38500
55200
59600
80000
97000
127200
146000
170400
184800
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
XIV Seminario ALACPA de Pavimentos AeroportuariosXII Taller Federal Aviation AdministrationVII Curso Rápido de Mantenimiento de Pavimentos de Aeródromos28/05 al 01/06 2018 – Ciudad de Quito - Ecuador
DEFORMACION PERMANENTE – Prueba No.1
Applied load
(kN)
Beginning drop
number
Ending drop
number
50 1 2.000
60 2.001 30.000
80 30.001 38.500
100 38.501 127.200
120 127.201 185.000
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
XIV Seminario ALACPA de Pavimentos AeroportuariosXII Taller Federal Aviation AdministrationVII Curso Rápido de Mantenimiento de Pavimentos de Aeródromos28/05 al 01/06 2018 – Ciudad de Quito - Ecuador
DEFORMACION PERMANENTE – Prueba No.1 (II)
𝑅𝐷 = 4,1mm x 𝑀𝑁0,333 x𝜇𝜀
1000 Τmicron m
1,333
x𝐸
40MPa
0,333
Modelo para Retrocálculo: APT - Universidad Técnica de Dinamarca (DTU) • RD: Deformación Permanente en lasuperficie.
• MN: número de cargas aplicadas[millones].
• µ 𝜀 : deformación vertical [unitaria]fibras superiores subrasante.
• E: módulo de la subrasante(Ullidzt,1998).
El modelo predice bastantebien el orden de magnitud.
Mejor ajuste al cambiaralgunos de los parámetros
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 200,000
De
form
ació
n P
erm
ane
nte
[m
m]
Cargas Aplicadas
Measured pd
Simple model
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
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DEFORMACION PERMANENTE – Prueba No.1 (III)
Criterio de Diseño Clásico: J.M. Kirk
• RD: profundidad de rodera.
• RDf: profundidad de roderacorrespondiente al fallo.
• MN: aplicación de cargas[millones].
• MNp: aplicación de cargaspermisibles [millones].
zigp = 0,12 MPa × MN-0,307 × (E/160 MPa)1,16 MNp = (zig/0,12 MPa × (E/160 MPa)-1,16)-3,26
Fallo: % de Ahuellamiento
RD = RDf × (MN/MNp)α
0
2
4
6
8
10
12
0 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 200,000
Def
orm
ació
n Pe
rman
ente
[m
m]
Cargas Aplicadas
Measured pd
Kirk model
RD = 5,5mm × (MN/MNp)0,2
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
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DEFORMACION PERMANENTE INDIVIDUAL – Prueba No.2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000 80,000 90,000 100,000
Def
orm
ació
n Pe
rman
ente
[m
m]
Cargas Aplicadas
Measured pd
CalME pd model total
CalME model pdac
pdac = 1mm × MNα × (γ/γr)β × (h/hr) pd = 1,1mm × MNα × (με/μεr)β × (E/Er)γ
Asfalto: CalME (Ullidtz, 2007) Base y Subrasante: CalME (Ullidtz, 2007)
Predecir el comportamiento de ladeformación permanente a través de unFastFWD es una REALIDAD..!!
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
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METODOLOGÍA - FATIGA
• FastFWD compuesto de 8 geófonos.
• G = -300;0;200;300;450;600;900;1200mm.
• Plato de carga de 300mm.
• Ubicación de puntos de prueba a 1.5m de bordes.
• Determinación de Curva Maestra:
• Carga: 38 a 40kN.
• Temperatura: 5 a 30°C.
• Ensayos: 3 golpes cada 20 minutos.
• Retro cálculo de módulos (ELMOD).
• Ensayo 1: 700.000 cargas en 8 días.
• Ensayo 2: 950.000 cargas en 36 días.
• Retro cálculo cada 50 golpes.
• 3.650 golpes/hora→ 1,014 golpes/segundo.
• Se modelo daño y recuperación del AC.
Applied load (kN)Beginning drop
numberEnding drop number
44 0 1.319.999
55 1.320.000 1.419.999
65 1.420.000 1.529.999
75 1.530.000 1.650.000
Configuración de prueba – FastFWD.
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
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CURVA MAESTRA – MÓDULO DINÁMICO
MEPDG (NCHRP, 2004)
log (Ei) = log (Emin) + log (Emax/Emin)/(1 + exp (β + γ×log (tr)))
tr = lt × (viscref /visc)aT
log (log(visc)) = A + VTS × log (TK)
Ei , Emin , Emax : módulo intacto, mínimo, y máximo [MPa],
lt : tiempo de carga [seg] (constante para FastFWD),
tr: tiempo reducido [seg],
visc: viscosidad del bitumen [cpoise],
viscref : viscosidad a la temperatura de referencia [cpoise],
TK : temperature en ºK, y
β, γ, aT, A and VTS son constants.
Parámetros necesarios para determinar Curva Maestra – FastFWD:
Emin , Emáx , A , B , VTS.
log (Ei) = log (Emin) + log (Emax/Emin)/(1+exp (A + B×(1 – (TK/T Kref)VTS))),
A = β + γ × log (lt), B = γ × aT × 10A × T kref VTS
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
XIV Seminario ALACPA de Pavimentos AeroportuariosXII Taller Federal Aviation AdministrationVII Curso Rápido de Mantenimiento de Pavimentos de Aeródromos28/05 al 01/06 2018 – Ciudad de Quito - Ecuador
CURVA MAESTRA – MÓDULO DINÁMICO
Emin : 900 [MPa]
Emáx : 16.000 [MPa]
A : -0,151
B : 8,688
VTS : -3,505
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
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MODELO DE FATIGA
log (Ei) = log (Emin) + log (Emax/Emin)×(1 – ω)/(1+exp (A + B×(1 – (TK/T Kref)VTS)))
log (Ei) = log (Emin) + log (Emax/Emin)/(1+exp (A + B×(1 – (TK/T Kref)VTS)))
ω : 0 (Módulo Intacto de AC). ω : 1 (Módulo Mínimo de AC).
Daño: CalME (Ullidtz, 2007)
ω = (MN/MNp)α,
MNp = (ε/εr)β × (E/Er)
γ
• ε : deformación longitudinal al fondo de las fibras de AC.
• εr : deformación de referencia.
• E: Módulo con daño [MPa].
• α, β, γ, Er : constantes
Daño - Curación: CalME (Ullidtz, 2007)
• t : tiempo sin aplicar carga [seg].
• tr : tiempo de referencia [seg].
• δ : constante
ω = 1 - (t/tr)δ
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
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MODELO DE FATIGA – 1ERA PARTE DEL EXPERIMENTO
• Número de días: 8. / Pulso de Carga: 25 [mseg]. / Carga máxima: 45 [kN]. / Velocidad: 3.650 golpes/hora.
• Módulos: retrocálculo cada50 golpes. / Temperatura: 10 a 25°C. / Reducción de Módulo: 9.000 a 1.700 [MPa].
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
9,000
10,000
0
5
10
15
20
25
30
05/02 05/03 05/04 05/05 05/06 05/07 05/08 05/09 05/10 05/11
Mód
ulo
del A
sfal
to [
Mpa
]
Tem
pera
tura
de
Asf
alto
[°C
]
Tiempo [Mes - Día]
Temperature ac
Eac backcalculated
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MODELO DE FATIGA – 1ERA PARTE DEL EXPERIMENTO (II)
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
9,000
10,000
0
5
10
15
20
25
30
05/02 05/03 05/04 05/05 05/06 05/07 05/08 05/09 05/10 05/11
Mó
du
lo d
e A
sfal
to [
MP
a]
Tem
pe
ratu
ra d
e A
sfal
to [
°C]
Tiempo [ Mes - Día]
Temperature ac
Eac backcalculated
Eac model
α : 1
εr : 367 [μstrain]
β : 3,55
Eref : 3.000 [MPa]
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
0 100,000 200,000 300,000 400,000 500,000 600,000 700,000
Mód
ulo
del A
sfal
to [
MPa
]
Número de Cargas Aplicadas
Measured E Model
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
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MODELO DE FATIGA – 1ERA PARTE DEL EXPERIMENTO (III)
Ei : 4.230 [MPa]
Ef : 2.100 [MPa]
570.000
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MODELO DE FATIGA – 2NDA PARTE DEL EXPERIMENTO
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
0 200,000 400,000 600,000 800,000 1,000,000 1,200,000 1,400,000 1,600,000 1,800,000
Mód
ulo
del A
sfal
to [
MPa
]
Número de Cargas Aplicadas
Measured E
Model
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MODELO DE FATIGA – 2NDA PARTE DEL EXPERIMENTO (II)
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
4,000
4,500
5,000
04/29 05/04 05/09 05/14 05/19 05/24 05/29 06/03 06/08
Mód
ulo
del A
sfal
to [
Mpa
]
Tiempo [Mes - Día]
Measured Model
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CONCLUSIONES
• Realizar ensayos acelerados de pavimentos (iAPT) con el FastFWD es posible tanto para nuevos diseños como
para estructuras de pavimentos existentes dentro de un tiempo y espacio limitado.
• Utilizar el FastFWD como iAPT puede mejorar significativamente la manera en la cual los modelos de deterioro
son estimados.
• El FastFWD puede inducir y predecir deformación permanente.
• La obtención de la Curva Maestra (Módulo Dinámico) es posible a través del FastFWD. Niveles de carga bajos
junto a un rango amplio de temperaturas.
• La predicción de daño y recuperación (CalME) del material asfaltico siguió el perfil de mediciones. Se obtuvo una
reducción de módulo del 50% considerado como el punto de fallo del material.
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CASO PRÁCTICO
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
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CASO PRÁCTICO (II)Test
location
Load
level
Stress [kPa] /
Load [kN]
Stress on Foam
Glass [kPa]Number of drops
N°11 450 / 32 120 10.0002 700 / 49 186 10.0003 900 / 64 250 5.000
N°21 450 / 32 120 10.0002 700 / 49 186 10.0003 900 / 64 250 3.000
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
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CASO PRÁCTICO – POSICIÓN No.1
Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes
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CASO PRÁCTICO – POSICIÓN No.1 (II)
y = 815.8x-0.11
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08 1.E+09
Ten
sio
ne
Vert
icale
(kP
a)
Numero di ripetizioni di carico
Andamento del numero di ripetizioni di carico limite in funzione della tensione verticale_Postazione di prova n°1
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CASO PRÁCTICO – POSICIÓN No.2
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CASO PRÁCTICO – POSICIÓN No.2 (II)
y = 767.7x-0.11
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08 1.E+09
Ten
sio
ne
Vert
icale
(kP
a)
Numero di ripetizioni di carico
Andamento del numero di ripetizioni di carico limite in funzione della tensione verticale_Postazione di prova n°2
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Deflectómetro de Impacto Rápido (FastFWD) como herramienta intermedia en Ensayos Acelerados de Pavimentos (iAPT)
Mario Manosalvas ParedesUniversity of Nottingham
Nottingham Engineering Transportation Centre (NTEC)[email protected]
+44 7848 88 59 19 / +593 98 389 8127