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METODOLOGA DE EVALUACIN IN-SITU DEL MODULO RESILIENTE

DE CAPAS GRANULARES DE PAVIMENTOS FLEXIBLES CON EL

DEFLECTMETRO DE IMPACTO LIVIANO

Alel Osor io Li rd1, Guillermo Thenoux2, Felipe Halles3

1. Ingeniero Civil - MsC

2. Ingeniero Civil - MsC - PhD

3. Ingeniero Civil - MsC

Pontifici a Universidad Catlica de Chile

Escuela de Ingeniera

Departamento de Ingeniera y Gestin de la ConstruccinVicua Mackenna 4860, Edificio San Agustn 3 piso

Fono: 02-3544245, Fax: 02-3544806

[email protected]

[email protected]

[email protected]

RESUMEN

Los mtodos actuales de diseo estructural de pavimentos flexibles, incluida la nueva Gua deDiseo AASHTO 2008, utilizan como indicador de la capacidad estructural de las capas granularesel Mdulo Resiliente (MR) de las mismas. Sin embargo, durante la construccin del pavimento, losmateriales granulares se especifican segn el valor de CBR y se controlan en terreno segn losvalores de densidad alcanzados. Es por esta razn que es necesario incorporar en el proceso decontrol de calidad, un mtodo de verificacin de la capacidad estructural real in-situ de las capasgranulares, que refleje si se cumplen o no las hiptesis de diseo.

El Deflectmetro de Impacto Liviano (Light Weight Deflectometer LWD) es un equipo que permiteevaluar en terreno el MR de las capas granulares y subrasante de un pavimento. Diversos estudiosafirman que este equipo puede ser usado confiablemente para evaluar la capacidad estructural deestas capas, sin embargo a la fecha an se tiene informacin limitada sobre su eficacia.

El presente estudio se enfoc en analizar las variables ms importantes requeridas para definir la

utilizacin del equipo como herramienta de control en terreno. A partir de estos resultados, sepropone una metodologa de evaluacin in-situ del MR de las capas granulares de un pavimento atravs de un procedimiento experimental que deber realizarse para cada proyecto en particular.

Palabras Clave: Deflectmetro de Impacto Liviano (LWD), Evaluacin en terreno, Materialesgranulares.

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1 INTRODUCCIN

El principal aporte de las capas granulares de un pavimento flexible es su capacidad estructural.

El parmetro que describe de mejor forma la capacidad estructural de estos materiales es elmdulo resiliente (MR)1, que corresponde al mdulo elstico medido luego de la aplicacin decargas cclicas, estado en el cual los materiales granulares tienen un comportamiento elstico oresiliente.

En el valor de MR obtenido en laboratorio influyen diversos parmetros como: granulometra,angularidad de los ridos, densidad, presin de confinamiento, humedad y tensin aplicada. Enterreno, este mdulo es influenciado, adems de los parmetros antes indicados, por el mdulo dela capa subyacente, que afecta su valor en mayor o menor grado segn el espesor de la capagranular. Por tanto, el mdulo en terreno queda con un valor diferente al mdulo que se obtiene enlaboratorio, al cual se le denomina mdulo resiliente compuesto (MRC).

Con respecto al valor de la capacidad estructural de las capas granulares, existe una problemticageneral de inconsistencia en el uso de parmetros entre las etapas de: diseo, especificacin yconstruccin de las mismas.

Los mtodos actuales de diseo estructural de pavimentos, incluida la nueva Gua AASHTO 2008,utilizan como parmetro de capacidad estructural de las capas granulares, su MR C. Sin embargo,

los materiales de estas capas se especifican para la construccin con el valor de CBR (CaliforniaBearing Ratio), granulometra y densidad2. Y por otro lado, el control in-situ de las capas granularesse realiza tomando valores de densidad.

La utilizacin del valor de CBR como capacidad estructural en la especificacin tcnica se debe aque la realizacin de este ensayo es mucho ms simple y econmica que la del ensayo del mduloresiliente. Por este motivo existen diversas correlaciones entre CBR y MR, pero cada una de ellasfue determinada para escenarios puntuales y no pueden ser aplicadas para todos los casos.

Adems, el CBR es un valor emprico que se puede interpretar como una medida relativa deresistencia al corte bajo condiciones muy particulares de carga, pero no representa elcomportamiento real de las capas granulares.

El procedimiento de control in-situ se basa en el hecho de que como estas capas son construidascon materiales especificados, tendran el CBR esperado si es que cumple con el mnimo dedensidad exigido, que es el 95% de la Densidad Mxima Compactada Seca (DMCS)3. Tambincomo control en la construccin, se pueden retirar muestras del material granular para realizarensayos de CBR en laboratorio pero estos ensayos sirven para corroborar que el material utilizadosea el mismo que se especific no para evaluar cul es el mdulo resiliente compuesto de la capagranular.

Por tanto, existe la necesidad de evaluar in-situ el mdulo resiliente compuesto de las capasgranulares para comprobar el cumplimiento de la hiptesis de diseo estructural.

Por otro lado, tenemos la Deflectometra de Impacto, que es una tecnologa que permite evaluar elmdulo resiliente in-situ de un pavimento y de las capas que lo componen. Esta informacin seobtiene aplicando una carga dinmica a la capa a evaluar y registrando su deformacin a travs desensores. Con la deformacin, utilizando la metodologa de retroclculo, el equipo entrega losvalores de MR.

Un deflectmetro que fue diseado para realizar mediciones de mdulo resiliente in-situ de suelosy materiales de las capas intermedias de los pavimentos es el Deflectmetro de Impacto Liviano(Light Weight Deflectometer LWD), el cual se puede observar en la Figura 1.

1ANGELONE S. y MARTINEZ F., Analysis of non-linear models describing the resilient behaviour for soils and unboundmaterials, Unbound Aggregates in Road Constrution, Dawson Balkema, Rotterdam, Netherland, 20002MINISTERIO DE OBRAS PBLICAS DE CHILE, Manual de Carreteras 2002, Volumen 8. Especificaciones y Mtodos deMuestreo, Ensaye y Control, 20033Idem

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Al utilizar el LWD se pueden utilizar diferentes configuraciones de plato de carga y presin aplicadaya que tiene opciones de platos de carga (10, 20 y 30 cm), tres diferentes cargas (10, 15 o 20 Kg) yaltura de cada variable hasta 85 cm.

Figura 1. Deflectmetro de Impacto Liviano

Si bien este equipo ha sido validado para ser utilizado con un alto grado de confiabilidad paraevaluar la capacidad estructural de las capas granulares del pavimento4,5, a la fecha no se haestudiado la influencia de utilizar las distintas configuraciones que ofrece el equipo para el clculode los valores de MRC, como tampoco se ha definido una metodologa especfica de evaluacinpara cada caso particular.

Por tanto, tambin existe la necesidad de definir una metodologa de evaluacin in-situ de mduloresiliente de capas granulares con el LWD donde se establezca la configuracin adecuada autilizar en cada caso en particular.

Si se establece esta metodologa y se la incluye en los mtodos de control de construccin, sepodra resolver la problemtica general mencionada anteriormente, ya que se cerrara el crculoentre las etapas de diseo, especificacin y construccin (Figura 2).

Especificaciones

Tcnicas

ConstruccinDiseo

EstructuralMetodologa de

Evaluacin in-situ

LWD

MR

Figura 2. LWD en el ciclo de las etapas de diseo, especificacin tcnica y construccin (Fuente: Elab. propia)

4NAZZAL M. Field evaluation of in-situ test technology for Qc/Qa during construction of pavement layers and embankments,Masters Thesis, Louisiana, USA, Louisiana State University, 20035FLEMING P. R., Field Measurement of Stiffness Modulus for Pavement Foundations, 79th Annual Meeting of theTransportation Research Board, Washington DC, 2001

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2 REVISIN BIBLIOGRFICA

Gran parte de las investigaciones realizadas a la fecha a nivel mundial han estado enfocadas ademostrar la utilidad y confiabilidad del LWD a travs de tramos de prueba. Sin embargo, losesfuerzos destinados a establecer la influencia de las distintas configuraciones del equipo en lasmediciones han sido limitados.

El LWD es una herramienta til y verstil, pero para proporcionar datos de alta calidad se requiereun buen entendimiento de su funcionamiento y posibles limitaciones por parte del usuario6.

A continuacin se presenta un compilado de los resultados obtenidos en investigaciones realizadashasta la fecha y que tienen relacin directa con los objetivos definidos en el presente trabajo deinvestigacin:

a. Contacto entre el gefono y la superficie

Para varios autores que han investigado el funcionamiento del LWD, es comn ver que la punta delgefono puede dejar una marca profunda en la superficie evaluada, cuando se trata de suelos debaja capacidad de soporte. Por este motivo, en el caso de que se note la superficie marcada, serecomienda utilizar gefonos de punta ms larga que la que viene con el equipo para evitar que ladeformacin permanente producida por el hundimiento del gefono genere mediciones errneas7.

b. Nmero de golpes por punto evaluado

En una investigacin se llego a la conclusin que luego del tercer golpe, la deflexin se haceconstante y el promedio del 3 al 5 golpe es el representativo del punto evaluado8.

Por otro lado, en otra investigacin se concluy que los golpes que deben registrarse por puntoevaluado son un mnimo de 6, de los cuales los 3 primeros se eliminan del anlisis, ya que sirvende configuracin de la medicin del punto, y los 3 ltimos se utilicen para calcular el promedio delmdulo elstico9.

c. Plato de carga

Usualmente en las mediciones con el LWD se utiliza el plato de 300 mm10. Estudios realizados porSweere, revelaron que el rea de contacto entre el plato de carga y la superficie evaluada debe sermayor a 200 mm, debido a que la carga de contacto debe inducir flexin y no corte11.

Asimismo, cuando se usan dimetros menores a 200mm para evaluar materiales granulares, elensayo se realizar slo sobre algunas piedras de la capa granular y posiblemente dar unresultado distinto si el ensayo se realiza unos pocos centmetros al lado. Por tanto, las medicionescon platos menores de darn una variabilidad espacial mayor12.

6FLEMING P. R., LAMBERT J. P. Y FROST, M.W. A Review of the Lighweight Deflectometer for Routine Insitu Assessmentof Pavement Material Stiffness, 85th Annual Meeting of the Transportation Research Board, Washington DC, 2007

7dem8KAMIURA M., SEKINE E., ABE N. Y MARUYAM T., Stiffness evaluation of the subgrade and granular aggregates usingthe portable FWD, Unbound Aggregates in Road Constrution, Dawson Balkema, Rotterdam, Netherland, 20009Loc. Cit. 610Loc. Cit. 611SWEERE, 1990, citado en Loc. Cit. 1212VAN GURP C., GROENENDIJK J. Y BEUVING E., Experience with various types of foundation tests, KOAC-WMD DutchRoad Research Laboratories (Apeldoorn) y CROW (Ede), Netherlands, 2002

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d. Nmero de mediciones por capa evaluada

Se ha determinado que la desviacin estndar de un grupo de mediciones realizadas con el LWDdepende del nmero de mediciones realizadas. Para obtener un 95 % de confiabilidad en el valorde la desviacin estndar obtenida es necesario realizar un mnimo de 50 mediciones, con unaseparacin mxima de 10 m entre ellas13.

e. Uniformidad del rea de contacto entre el plato y la superficie

En un estudio de laboratorio se realizaron mediciones sobre una grava chancada bien graduadacon una superficie poco uniforme y luego se realizaron otras mediciones sobre el mismo materialpero agregando una capa fina de arena para homogeneizar la superficie de apoyo entre el plato delLWD y el material evaluado. Como resultado se encontr que una superficie de contacto con pocauniformidad, genera un trazo de curva tensin-deformacin muy distorsionado, con lo cual seobtienen valores errneos. De esta forma, para mejorar la uniformidad del rea de contacto, serecomienda utilizar siempre una capa fina de arena. Asimismo, se recomienda evaluarobjetivamente en cada observacin la curva tensin-deformacin que entrega el equipo con objetode verificar que sta tiene un buen comportamiento. Por ltimo, se debe tener en cuenta quecualquier movimiento que tenga el equipo durante la aplicacin de la carga, ya sea horizontal o derebote, generar una seal discontinua producto de la discontinuidad en el rea de contacto entre

el plato y la superficie evaluada

14

.

f. Nivel de compactacin

En una investigacin, se realiz un ensayo que consisti en medir 100mm de arena bien graduadaa distintos niveles de compactacin. De los resultados se lleg a la conclusin de que debecontrolarse tambin el trazo de la curva tensin-deformacin (el cual puede observarse en la palmdel equipo en tiempo real) y eliminarse aquellas mediciones cuyo trazos son muy poco uniformesy/o que tengan dos deformaciones altas, debido que a esto puede deberse a que la deformacinque est produciendo la carga del equipo tiene todava una componente plstica15.

Adems, en otra investigacin se analizaron mediciones hechas con el LWD en 3 materialesdistintos, en cada uno aumentando el nmero de pasadas del equipo compactador y se observ unaumento del mdulo elstico con el aumento del nmero de pasadas del compactador, para los

tres tipos de materiales evaluados16.

g. Algoritmo de clculo del mdulo elstico

Se ha determinado que el mayor problema del algoritmo que utiliza el LWD para determinar elmdulo elstico es la forma en que determina la rigidez esttica k, ya que sta se calcula a partirde los valores mximos de fuerza y deflexin. Lo anterior, puede conducir a errores significativos ysistemticos17, dado que se estn despreciando los efectos inerciales del sistema, asumindoseque el mximo de fuerza y desplazamiento se producen en el mismo instante. Sin embargo, se hademostrado que el comportamiento de los materiales granulares es diferente a lo asumido, por locual dicho mtodo para calcular la rigidez esttica no es el adecuado y por lo tanto es necesariorealizar una correccin en los mdulos cuando la carga mxima y la deflexin mxima no ocurren

13COLLOP A., ARMITAGE R. Y THOM N., Assessing Variability of In Situ Pavement Material Stiffness Moduli, Journal ofTransportation Engineering, Pg. 74-81, Jan/Feb, 200114Lambert J., FLEMING P. y FROST M., Laboratory Assessment of Coarse Granular Road Foundation Materials presentedat the 85thTransportation Research Board meeting, National Reasearch Council, CD-ROM, Washington DC, USA, 200615dem16Op. Cit 4, pgina 3.17HOFFMANN, O., GUZINA, B. Y DRESCHER, A, Enhancements and Verification Tests for Portable Deflectometers,Minnesota Department of Transportation, 2003

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en el mismo tiempo. De esta forma se recomienda corregir este mtodo, denominado peak, atravs de un ajuste en el tiempo de mnimos cuadrados o por un ajuste en el dominio de lafrecuencia, utilizando anlisis espectral de seales.

Por otra parte, un criterio ms simple a adoptar es eliminar las seales que tuvieran este tipocomportamiento, mejorando con ello la repetitividad de los valores entregados por el LWD,independiente si es que se hace o no un anlisis espectral de seales18.

Considerando las recomendaciones de la revisin bibliogrfica, las siguientes consideraciones setuvieron en cuenta para realizar las mediciones en esta investigacin:

- Utilizacin de los platos de carga de 20 y 30 cm en las mediciones, descartndose el platode 10 cm.

- Contacto uniforme entre el plato de carga y la superficie, utilizando capa fina de arena.

- Eliminacin de puntos medidos:

Con curvas de carga y/o deformacin muy distorsionadas. Con desfase entre la carga y deformacin mximas

- Mnimo tres mediciones vlidas por punto.

3 ANLISIS ESTRUCTURAL

3.1 Definicin de las Tensiones de Trabajo

Con objeto de definir un punto de partida respecto de las tensiones a aplicar en la superficie decada una de las capas granulares del pavimento, fue necesario realizar un anlisis estructural paradistintas estructuras tipo. El procedimiento realizado consisti en calcular las tensiones de trabajode las capas granulares intermedias de un pavimento flexible y en la subrasante, para varios tiposde estructuras. Este anlisis se realiz con el software mePADS19, que utiliza internamente elsoftware Elsym5 para el clculo de las tensiones. Las presiones de contacto utilizadas en lasuperficie del pavimento fueron definidas en base a un eje simple rueda doble cargado con 11toneladas y con una presin de contacto de 700 kPa.

En la Tabla 1 se muestran las estructuras analizadas y las tensiones de trabajo obtenidas en cadapunto, las cuales fueron modeladas para distintos espesores de concreto asfltico, con espesoresentre 5 y 20 cm.

Tabla 1. Estructuras analizadas para definir las tensiones de trabajo

Mdulo

(Mpa)

CBR

(%)

Espesor

(mm)

Mdulo

(Mpa)

CBR

(%)

Espesor

(mm)

Mdulo

(Mpa)

CBR

(%)

1 150 150

2 300 300

3 150 150

4

56 150 150

20115

288 100 174 50

300 300

Estructura

Base Subbase Subrasante

245 80 40148

77 10

18 LACEY G., Anlisis emprico-mecanicista de pavimentos flexibles utilizando el Deflectmetro de Impacto Liviano ymodelacin mediante elementos finitos, Santiago, Chile, Escuela de Ingeniera de la Pontificia Universidad Catlica, 200619Mtodo Sudafricano de Diseo Mecanicista de Pavimentos elaborado por la CSIR Transportek de Sudfrica

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Analizando las tensiones resultantes para la base granular (Figura 3) se adoptaron los valores de100 kPa y 200 kPa como tensiones a ser aplicadas en las mediciones de mdulo con el LWD. Estose debe a que estas tensiones son generadas en la superficie de una base granular cubierta conuna capa asfltica de espesor entre 80 y 150 mm, respectivamente, y son estos tipos depavimentos flexibles los que se desean analizar en esta investigacin.

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

300,000

350,000

5 0 6 0 70 8 0 9 0 100 1 10 1 20 1 30 1 40 1 50 1 60 1 70 1 80 1 90 2 00

Tesingeneradaenlasuperficiedelabase(kPa)

Espesor de la capa asfltica (mm)

Estructura 1 Estructura 6

Figura 3. Tensiones de trabajo en base granular de pavimento flexible

Para mediciones en sub-bases granulares se adoptaron tambin los valores de 100 y 200 kPa pararealizar las mediciones con el LWD. La tensin de 100 kPa, se adopt porque abarca casi el 100 %de las tensiones de trabajo (Figura 4) y el valor de tensin de 200 kPa se mantuvo igual que en elcaso de las bases slo para efecto de comparacin.

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 00 1 10 1 20 1 30 1 40 1 50 1 60 1 70 1 80 1 90 2 00Tesingeneradaenlasuperficiedelasub

base(kPa)


Estruc tura 2 Estruc tura 5

Figura 4. Tensiones de trabajo en sub-base granular de pavimento flexible

Siguiendo el mismo criterio de anlisis de la sub-base, para las mediciones de la subrasante seadoptaron tensiones de 50 y 100 kPa (Figura 5).

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8

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

50 6 0 70 8 0 90 1 00 1 10 1 20 1 30 1 40 1 50 1 60 1 70 1 80 1 90 2 00

Tesingeneradaen

lasuperficiedelasubrasante

(kPa)


Estructura 2 Estructura 3

Figura 5. Tensiones de trabajo en subrasante de pavimento flexible

3.2 Evaluacin de la Influencia de la Subrasante.

La capacidad de soporte de la subrasante tiene un nivel de influencia sumamente importante en elMRCde las bases granulares. Con objeto de considerar esta variable en el anlisis, en la presenteinvestigacin se adopt como modelo de clculo del MRCde las bases granulares el mtodo Shell,que es comnmente utilizado en Chile para los diseos estructurales de pavimentos. Este mtodoconsiste en calcular el mdulo resiliente que tendrn las capas granulares in-situ utilizando comovariables el espesor de la capa granular y el mdulo resiliente de la capa subyacente.

nn MRkMR =

+1, siendo 45,02,0

nhk =

donde MRn+1: MRC, mdulo resiliente compuesto de la capa granular

hn0,45: espesor de la capa granular

3.3 Estudio de la Influencia del MR en la Vida til de las Estructuras

Con objeto de determinar el nivel de confiabilidad requerido o rango de error aceptable durante laevaluacin de la capacidad de soporte de las capas granulares utilizando el LWD, se realiz unestudio del nivel de influencia de la variacin del mdulo resiliente de las capas de la estructura, enla vida til de la misma. Con este anlisis se pudo determinar cul es la variacin de MRCaceptable en terreno tal que no afecte significativamente la vida til de la estructura.

Este anlisis se realiz con el software mePADS20, utilizando las ecuaciones de fatiga que tieneincorporado el mismo. La estructura analizada fue la que se muestra en la Figura 6. Esta

estructura fue modelada con distintos valores de MR para cada una de las capas intermedias ysubrasante. Los valores utilizados fueron calculados con -5, -10 y -20% respecto al MR diseo.

A partir de los resultados obtenidos, para todas las capas analizadas, se tiene que a menorespesor de la capa de concreto asfltico, mayor es la influencia de la variacin del MR de cadacapa en la vida til de la estructura (Figura 7 a la Figura 9). Por lo mismo, se puede concluir que lavariabilidad mxima de MR que se puede aceptar en las mediciones con el LWD realizadas enterreno es de 5% para las capas intermedias (base y sub-base granular), ya que de otra forma se

20Mtodo Sudafricano de Diseo Mecanicista de Pavimentos elaborado por la CSIR Transportek de Sudfrica

Subyacente

Capa Granular n+1

n

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estara atribuyendo toda la variacin prevista en el diseo de la estructura completa, solo a lavariacin de los mdulos de estas capas.

Concreto asfltico

Subrasante

Base Granular 150mm

Sub-Base 150mm

3500 MPa

77 MPa

245 MPa

148 MPa

Figura 6. Estructura de pavimento flexible

Los valores de MR correspondientes a un 5% de variacin, se presentan en la Tabla 2, Tabla 3 yTabla 4, para la base granular (12 MPa), sub-base granular (7 MPa) y subrasante (3 MPa),respectivamente.

En el caso de la subrasante se puede ver en la Figura 9, que la variacin del MR de la mismainfluye significativamente en la vida til de la estructura para los casos de espesores menores de

capa asfltica. Por lo que es sumamente importante una buena tramificacin del proyecto enfuncin a la subrasante. De todas formas, se adopta tambin un 5% de variacin aceptable para lamisma, debido a que la estructura analizada es el caso ms desfavorable de los pavimentosflexibles porque tiene los espesores mnimos de capas intermedias.

100% 100% 100%90% 91% 93%

81% 82% 87%

65% 66% 75%

50mm 100mm 150mm

Vidatil(%EEqp/20aos)

EspesorCarpetaAsfltica(mm)

Ebase 5%Ebase 10%Ebase 20%Ebase

Figura 7. Anlisis de vida til de la estructura cuando vara el mdulo de la base

Tabla 2. Variacin de mdulo de la base

Variacin MR(MPa)

(Mpa)

Rango deInfluencia

(%)100% 245 - -

-5% 232 12 -10 a -7

-10% 220 24 -19 a -13

-20% 196 49 -35 a -25

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10

100% 100% 100%96% 97% 98%

92% 94% 96%

85% 89% 91%

50mm 100mm 150mm



Esubbase 5%Esubbase 10%Esubbase 20%Esubbase

Figura 8. Anlisis de vida til de la estructura cuando varia el mdulo de la sub-base

Tabla 3. Variacin de mdulo de la sub-base

Variacin MR(MPa)

(Mpa)

Rango deInfluencia

(%)100% 147 - -

-5% 140 7 -4 a -2

-10% 133 14 -8 a -4

-20% 118 29 -15 a -9

100% 100% 100%

72%

98% 98%

52%

96% 95%

25%

93% 91%

50mm 100mm 150mm



Esubras

5%Esubrasante

10%Esubras

20%Esubras

Figura 9. Anlisis de vida til de la estructura cuando vara el mdulo de la subrasante

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Tabla 4. Variacin de mdulo de la subrasante

Variacin MR(MPa)

(Mpa)

Rango deInfluencia

(%)100% 77 - -

-5% 73 3 -38 a -2-10% 69 7 -48 a -5

-20% 61 15 -75 a -9

4 TRABAJO EXPERIMENTAL EN TERRENO

Para esta investigacin se evaluaron dos experimentos locales, adems de un proyecto deconstruccin, en los cuales se llevaron a cabo un total de 5.000 mediciones con el deflectmetro deimpacto liviano.

- En este documento los experimentos realizados se denominan:

a. Relleno

b. Plataforma- Asimismo, el proyecto de construccin analizado se denomina:

c. Sub-base Granular de un camino

4.1 Relleno

Este experimento consisti en realizar una zanja de 3x3m de superficie y 70 cm de profundidad,que se fue rellenando con un material de base granular en espesores de 8 cm (Figura 10).

3 m

3m

70cm

Planta Corte

Figura 10. Zanja para el experimento Relleno

La subrasante de esta zanja, de mdulo 72 MPa (CBR 9%), fue evaluada en 36 puntos con el LWD(Figura 11a) con tres configuraciones diferentes:

- P30-50kPa (Plato de carga de 30 cm de dimetro y presin de 50 kPa)



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Luego, la zanja se fue rellenando con la base granular de mdulo 288 MPa (CBR 100%) en capas,evalundose 16 puntos por cada capa con el LWD (Figura 11b), usando con tres configuracionesdiferentes:




50 cm

50cm

1-1 2-1 3-1 4-1 5-1 6-1

1-2 2-2 3-2 4-2 5-2 6-2

1-3 2-3 3-3 4-3 5-3 6-3

1-4 2-4 3-4 4-4 5-4 6-4

1-5 2-5 3-5 4-5 5-5 6-5

1-6 2-6 3-6 4-6 5-6 6-6

3 m

3m

4-3

4-4

4-1

4-2

3 m

3m

75 cm

1-4 2-4 3-4

75cm

1-1

1-2

1-3

3-1

3-22-2

2-3 3-3

2-1

a) Mediciones en Subrasante b) Mediciones en capas de baseFigura 11. Esquema de mediciones del Relleno

4.2 Plataforma

Este experimento consisti en construir un tramo de prueba de 4m de ancho x 7 m de largo con elfin de simular la construccin real de una base granular. La misma se construy con dos espesoresdiferentes de 15 y 30 cm, como se puede ver en el esquema de la Figura 12.

La subrasante de la plataforma, de mdulo 39 MPa (CBR 3%), fue evaluada solo en pocos puntoscon una sola configuracin: P20-100kPa.

La base granular de la plataforma, de mdulo 288 MPa (CBR 100%), fue evaluada en 9 puntos porespesor con las siguientes configuraciones:





7 m

4m

15 cm

15 cm

Figura 12. Esquema del experimento Plataforma

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4.3 Sub-base Granular

En el proyecto de sub-base granular, de mdulo 148 MPa (CBR 40%), se tena una subrasante con55 MPa (CBR 5%) de mdulo.

La sub-base granular, de espesor de 27 cm, fue evaluada cada 100m realizando 4 mediciones porcalzada, con las siguientes configuraciones:

- P30-100kPa (Plato de carga de 30 cm de dimetro y presin de 100 kPa)- P20-100kPa (Plato de carga de 20 cm de dimetro y presin de 100 kPa)


5 ANLISIS DE RESULTADOS

5.1 Anlisis de las Distintas Configu raciones de Carga

El estudio de las distintas configuraciones de carga se realiz a travs de comparar los resultados

obtenidos con cada configuracin para cada uno de los experimentos discutidos en la seccinanterior. La metodologa consisti en comparar los resultados obtenidos para cada configuracinen cada capa evaluada, para todas aquellas configuraciones definidas en Tabla 5.

En la Figura 13 se muestran las evaluaciones realizadas con el LWD en el relleno. El primer grficopresenta los valores obtenidos al comparar el plato de 30 cm a 100 kPa (P30-100kPa) con el platode 20 cm a 100 y 200 kPa (P20-100kPa y P20-200kPa). El segundo grfico presenta los valoresobtenidos al comparar el plato de 20 cm a 100 kPa (P20-100kPa) con el plato de 20 cm a 200 kPa(P20-200kPa). Para cada uno de estos anlisis se defini la mejor regresin que se ajustara a losdatos, con objeto de definir el coeficiente de correlacin R2. En este grfico se puede ver que losdatos que dieron un R2ms alto son aquellos que fueron obtenidos con configuraciones que tenanun mismo plato con diferente presin de contacto.

R=0,7988 R=0,7915

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120 140 160

P30

100kPa

P20100kPa;P20200kPa

R=0,9433

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120 140 160

P20

100kPa

P20200kPa

Figura 13. Comparacin de mdulos de base granular del Relleno con diferentes configuraciones del LWD

Debido a que el R2 solo nos indica que tan precisa es la regresin, se analizaron tambin lasdiferencias absolutas de los valores comparados y se obtuvo una diferencia poco significativatambin para las mediciones del LWD que se realizaron con un mismo plato y distintas presiones(Figura 14).

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14

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120

DiferenciasAbsolutas(MPa)

Puntos

P30100kPa VsP20100kPa P30100kPaVsP20200kPa P20100kPaVsP20200kPa

19

22

8

Figura 14. Diferencias absolutas de mdulos obtenidos con configuraciones diferentes

La Tabla 5 muestra todas las comparaciones realizadas en cada uno de los experimentos y de ellase desprende que la tendencia se mantiene en todos los casos, es decir, es posible afirmar que no

existen diferencias en los resultados cuando las mediciones se realizan con un mismo plato decarga a diferentes presiones. Sin embargo, s existe variabilidad en el caso de las medicionesrealizadas con distintos platos de carga a iguales o diferentes presiones.

Asimismo, a partir de este anlisis es posible recomendar la utilizacin de presiones de 200 kPapara mediciones de las bases granulares y de 100 kPa para la sub-bases granulares. El plato decarga a utilizar deber ser establecido con la metodologa de evaluacin propuesta en la siguienteseccin.

Tabla 5. Comparacin de mediciones realizadas con distintas configuraciones

Experimento/Proyecto

CapaEvaluada

Configuracionesutilizadas

Comparaciones R2Diferenciasabsolutas

(Mpa)

Relleno

Base Granular

P30-100kPa P30-100kPa Vs P20-100kPa 0,80 19

P20-100kPa P30-100kPa Vs P20-200kPa 0,79 22

P20-200kPa P20-100kPa Vs P20-200kPa 0,94 8

Subrasante

P30-50kPa P30-50kPa Vs P30-100kPa 0,97 2

P30-100kPa P30-50kPa Vs P20-100kPa 0,37 8

P20-100kPa P30-100kPa Vs P20-100kPa 0,49 8

Plataforma Base Granular

P20-100kPaP20-200kPaP30-100kPaP30-200kPa

P20-100kPa Vs P20-200kPa 0,88 7

P30-100kPa Vs P30-200kPa 0,97 4

P20-100kPa Vs P30-100kPa 0,53 15

P20-200kPa Vs P30-200kPa 0,74 16

P20-100kPa Vs P30-200kPa 0,56 16

P20-200kPa Vs P30-100kPa 0,79 15

Subbase GranularP30-100kPa P30-100kPa Vs P20-100kPa 0,57 39P20-100kPa P30-100kPa Vs P20-200kPa 0,51 41

P20-200kPa P20-100kPa Vs P20-200kPa 0,93 10

5.2 Anlisis de la Variabilidad de los Ensayos

Para analizar la variabilidad de los datos se determinaron los coeficientes de variacin (Cv) de lasmediciones realizadas por capa para aquellos puntos con igual MR de subrasante (Tabla 6). Estos

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16/17

16

6 METODOLOGA DE EVALUACIN PROPUESTA

El anlisis de las mediciones realizadas en esta investigacin nos lleva a confirmar que losresultados obtenidos tienen ciertas tendencias. En base a stas, se puede llegar a definir unametodologa de evaluacin in-situ de capas granulares del pavimento con el LWD, la cual sigue elesquema de la Figura 15.

Comparacin del MRC-LWD de la

sub-base con el MRC-Shell

Clculo del MRC a travsdel mtodo Shell

Evaluacin de tres puntos dela sub-base con el LWD

Tramificacin de lasubrasante

Evaluacin de lasubrasante con el LWD

Determinacin deconfiguracin adecuada

Evaluacin de tres puntos dela sub-base con el LWD

Figura 15. Metodologa de evaluacin in-situ con el LWD

El primer paso a seguir para iniciar la evaluacin in-situ de una sub-base granular con el LWD estramificar la subrasante en funcin de MR obtenidos evaluando con el LWD, dejando claramenteidentificados los puntos evaluados. Las configuraciones a utilizar para evaluar la subrasante se

indican en la Tabla 8.Todas las mediciones con el LWD se deben realizar siguiendo estas indicaciones:

- Se deben realizar un mnimo de 50 mediciones, con una separacin mxima de 10 m entrec/u.

- Asegurar el contacto uniforme entre el plato de carga y la superficie, utilizando capa fina dearena.

- Eliminar los siguientes puntos medidos:

Con curvas de carga y/o deformacin muy distorsionadas. Con desfase entre la carga y deformacin mximas

- Obtener un mnimo de tres mediciones vlidas por punto, cuyo promedio ser el valor de

MRCrepresentativo del punto.

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17

Tabla 8. Configuraciones del LWD para evaluaciones

Tipo de capaConfiguraciones a

utilizar

P30-200 kPa

P20-200 kPa

P30-100 kPa

P20-100 kPa

P30-50 kPa

P20-50 kPa

Base Granular

Subbase Granular

Subbase Granular

Con los MR de subrasante y el espesor de la sub-base se puede calcular el MR C estimado, atravs del mtodo Shell.

Una vez que se tenga construida la sub-base, se debe evaluar con el LWD utilizando lasconfiguraciones indicadas en la Tabla 8, en cada tramo, en mnimo 3 puntos que hayan sidoevaluados con el LWD en la subrasante (con MRSubrasanteconocido).

Estos valores de MRCevaluados con el LWD se deben comparar con los valores de MRCobtenidoscon el mtodo Shell, con el fin de seleccionar la configuracin adecuada para evaluar la sub-base,que ser aquella que entregue el valor ms aproximado al MRC-Shell. Segn los resultados de estainvestigacin, habr una configuracin del LWD que entregue MRC bastante similares al MRCobtenido por el mtodo Shell para espesores de sub-base entre 25 y 30 cm. Para espesoresmenores no se tiene certeza de que se presente esta similitud, por lo que se propone que en elcaso de que no se presente, se realice una estimacin de lo MRC que se debern esperar enterreno para los dems puntos, en funcin a los valores obtenidos MRCen la sub-base y los MR dela subrasante.

Luego, con la configuracin adecuada, se deben evaluar todos los puntos de la sub-base granular,los cuales no podrn diferir en ms de un 5% de su valor estimado para ser aceptados.

Para evaluar la base granular, se deben seguir las mismas indicaciones, considerando a la sub-

base como la subrasante.

7 CONCLUSIONES

Con los resultados obtenidos en esta investigacin, es posible concluir lo siguiente:

- La repetibilidad de los valores de MRCque entrega el LWD para puntos individuales fuealta para todas las mediciones realizadas, presentando un Cv mximo de 3%.

- El LWD permite reflejar la variabilidad de los materiales in-situ.

- Las mediciones de MRC realizadas con un mismo plato de carga a distintas presionespresentan baja variabilidad. Por tanto, se recomienda utilizar una presin de 200 kPa paraevaluar bases granulares y de 100 kPa para evaluar sub-bases granulares.

- Las mediciones realizadas con distintos platos de carga, tanto a una misma presin como apresiones distintas, presentan alta variabilidad. Por tanto, se recomienda definir el plato decarga a utilizar a travs de la metodologa de evaluacin propuesta.

- Los valores de MRCde capas granulares que entrega el LWD muestran una tendencia desimilitud alta con los valores MRCcalculados por el mtodo Shell, en capas granulares deespesores entre 25 y 30 cm.

provial 2008-lwd

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