5 DISEÑO DE PAVIMENTOS URBANOS POR RETROCÁLCULO SEGÚN GUÍA AASHTO 93 MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DEL DEFLECTÓMETRO LIVIANO DE IMPACTO STRUCTURAL URBAN ROAD DESIGN BY AASHTO93 BACKCALCULATION BASED IN THE USE OF A LIGHT WEIGHT DEFLECTOMETER Fecha de recepción: 12 de setiembre de 2013 Fecha de aprobación: 4 de noviembre de 2013 Julián Rivera, Natalia Alderete, Luciano Brizuela, Martín Villanueva. LEMaC Centro de Investigaciones Viales. Universidad Tecnológica Nacional, Fac. Reg. La Plata, Argentina. [email protected]www.frlp.utn.edu.ar/lemac RESUMEN Uno de los empleos de un Deflectómetro Liviano de Impacto es establecer espesores de sobrecapas asfálticas mediante la aplicación de retrocálculo según la Guía AASHTO 93, de uso difundido. Esto se logra generando deflexiones por impacto sobre la capa asfáltica a ser reforzada, permitiéndose el empleo posterior de espesores diferentes en cada tramo de una vía o conjunto de estos. Es previsible una aplicación análoga para determinar espesores de pavimentación con mezcla asfáltica, si la deflexión se provoca sobre la base terminada, de lo cual han existido experiencias exitosas a nivel mundial. Esto sería útil en pavimentos urbanos pues suelen presentar heterogeneidades en la subrasante, materiales aportados, proceso de compactación, etc. Pero el costo elevado de ese equipo torna difícil esta aplicación, ya que se lo debería contar a disposición en obras que no revisten la envergadura suficiente. Con la aparición en la región de equipos similares de bajo costo, como es el Deflectómetro Liviano de Impacto (LWD por sus siglas en inglés), desde el LEMaC, Centro de Investigaciones Viales de la UTN La Plata (Argentina), se han conducido análisis en pos de su empleo en tal sentido. Han existido iniciativas similares a nivel internacional, pero que arriban directamente a una constante de correlación, lo cual según el análisis por la teoría de las capas elásticas no sería recomendable, debiéndose registrar en su lugar modelos de correlación. Se generó así un proyecto de investigación para arribar a los modelos a partir de mediciones sobre tramos de prueba y ensayos en laboratorio, los cuales se presentan junto a sus correspondientes coeficientes de determinación asociados. PALABRAS CLAVES: Diseño estructural de pavimentos, retrocálculo, Deflectómetro de Impacto Liviano. ABSTRACT One of the uses of a Falling Weight Deflectomer is to determine the overlay thickness through backcalculation according to the AASHTO 93 guide, which is widely used. This is achieved by the generation of deflections on the old asphalt layer, allowing different asphalt layer thickness in each a part of a road. An analog application to determine the asphalt layer thickness is predictable if the deflection is caused above the base, regarding this there has been several successful experiences worldwide. This application could be helpful in urban street paving given the heterogeneity of the subgrade, the materials, the compaction process, etcetera. However, the FWD is a high cost device and this makes it difficult to apply, especially because some paving works are not large enough to afford it. Recently similar devices have appeared in the region which could be a reasonable alternative, such as the Light Weight Deflectometer. The LEMaC, Road Investigation Center from the National Technological University of La Plata (Buenos Aires – Argentina), has made an anlysis regarding the described situation. At the international level, various initiatives have been developed but they all arrive at a correlation constant, which according to the elastic layer theory would not be recommended. Models of correlation should be developed instead. A research project was developed in the LEMaC, in order to obtain those correlation models. This was done through the use of LWD carried out on road test surfaces and laboratory tests, which are presented with their determination coefficients. KEY WORDS: pavement structural design, backcalculation, Light Weight Deflectometer. Revista Infraestructura Vial / LanammeUCR / ISSN: 1409-4045 / Volumen 16 / Número 27 / Marzo, 2014 / p.p. 4-14
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DISEÑO DE PAVIMENTOS URBANOS POR …lemac.frlp.utn.edu.ar/wp-content/uploads/2014/05/2014_Pav.Urbanos... · thickness through backcalculation according to the AASHTO 93 guide, which
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Revista Infraestructura Vial / LanammeUCR / ISSN: 1409-4045 / Volumen 16 / Número 27 / Marzo, 2014 5
DISEÑO DE PAVIMENTOS URBANOS POR RETROCÁLCULO SEGÚN GUÍA AASHTO 93 MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DEL DEFLECTÓMETRO LIVIANO DE IMPACTO
STRUCTURAL URBAN ROAD DESIGN BY AASHTO93 BACKCALCULATION BASED IN THE USE OF A LIGHT WEIGHT DEFLECTOMETER
Fecha de recepción: 12 de setiembre de 2013
Fecha de aprobación: 4 de noviembre de 2013
Julián Rivera, Natalia Alderete, Luciano Brizuela, Martín Villanueva.LEMaC Centro de Investigaciones Viales. Universidad Tecnológica Nacional, Fac. Reg. La Plata, [email protected] www.frlp.utn.edu.ar/lemac
RESUMENUno de los empleos de un Deflectómetro Liviano de Impacto es establecer
espesores de sobrecapas asfálticas mediante la aplicación de retrocálculo
según la Guía AASHTO 93, de uso difundido. Esto se logra generando
deflexiones por impacto sobre la capa asfáltica a ser reforzada,
permitiéndose el empleo posterior de espesores diferentes en cada tramo
de una vía o conjunto de estos.
Es previsible una aplicación análoga para determinar espesores de
pavimentación con mezcla asfáltica, si la deflexión se provoca sobre
la base terminada, de lo cual han existido experiencias exitosas a nivel
mundial. Esto sería útil en pavimentos urbanos pues suelen presentar
heterogeneidades en la subrasante, materiales aportados, proceso de
compactación, etc.
Pero el costo elevado de ese equipo torna difícil esta aplicación, ya
que se lo debería contar a disposición en obras que no revisten la
envergadura suficiente.
Con la aparición en la región de equipos similares de bajo costo, como
es el Deflectómetro Liviano de Impacto (LWD por sus siglas en inglés),
desde el LEMaC, Centro de Investigaciones Viales de la UTN La Plata
(Argentina), se han conducido análisis en pos de su empleo en tal sentido.
Han existido iniciativas similares a nivel internacional, pero que arriban
directamente a una constante de correlación, lo cual según el análisis
por la teoría de las capas elásticas no sería recomendable, debiéndose
registrar en su lugar modelos de correlación.
Se generó así un proyecto de investigación para arribar a los modelos a
partir de mediciones sobre tramos de prueba y ensayos en laboratorio,
los cuales se presentan junto a sus correspondientes coeficientes de
determinación asociados.
PALABRAS CLAVES: Diseño estructural de pavimentos, retrocálculo,
Deflectómetro de Impacto Liviano.
ABSTRACTOne of the uses of a Falling Weight Deflectomer is to determine the overlay
thickness through backcalculation according to the AASHTO 93 guide,
which is widely used. This is achieved by the generation of deflections on
the old asphalt layer, allowing different asphalt layer thickness in each a
part of a road.
An analog application to determine the asphalt layer thickness is
predictable if the deflection is caused above the base, regarding this there
has been several successful experiences worldwide. This application could
be helpful in urban street paving given the heterogeneity of the subgrade,
the materials, the compaction process, etcetera. However, the FWD is a
high cost device and this makes it difficult to apply, especially because
some paving works are not large enough to afford it.
Recently similar devices have appeared in the region which could be a
reasonable alternative, such as the Light Weight Deflectometer. The
LEMaC, Road Investigation Center from the National Technological
University of La Plata (Buenos Aires – Argentina), has made an anlysis
regarding the described situation.
At the international level, various initiatives have been developed but
they all arrive at a correlation constant, which according to the elastic
layer theory would not be recommended. Models of correlation should be
developed instead.
A research project was developed in the LEMaC, in order to obtain those
correlation models. This was done through the use of LWD carried out
on road test surfaces and laboratory tests, which are presented with their
Figura 8. Gráfica coeficiente vs. Mr para masa de 10 kg Figura 9. Gráfica coeficiente vs. Mr para masa de 15 kg
20,000 25,000 30,000 35,000 40,000 45,000 50,000
0,300
0,200
0,100
0,000
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
α10
α10α 10
10r
r
vs.MLWD
-0,010M + 0,886
=R 0,852
=
M [MPa]r
20,00015,000 25,000 30,000 35,000 40,000 45,000
0,3000,2000,1000,000
0,4000,5000,6000,7000,8000,9001,000
α 15
α15 15rvs.MLWD
α15 r-0,017M + 1,161
=R 0,952
=
M [MPa]r
Revista Infraestructura Vial / LanammeUCR / ISSN: 1409-4045 / Volumen 16 / Número 27 / Marzo, 2014 13
• Dar valor en forma iterativa almódulo combinado de las
distintas capas de la estructura del paquete estructural (Ep)
hasta equilibrar la siguiente ecuación.
Donde:
a = radio del plato de carga = 15 cm
p = presión del contacto del semieje de referencia
(40 KN) = 1,13 MPa
• EfectuarelcálculodelSNef mediante la siguiente expresión.
Donde:
D = espesor total desde subrasante hasta superficie
de pavimento (mm)
Ep = modulo combinado (MPa)
• Excavar en una superficie de 50x50 cm hasta el nivel
subrasante.
• Determinación del espesor del paquete existente actual,
desde el nivel de subrasante hasta la superficie terminada
(D).
• Determinación del módulo resiliente de la subrasante
( ) con LWD.
• Corrección de las lecturas LWD a las obtenibles con el
deflectómetro de impacto de referencia (FWD), utilizando las
siguientes expresiones en función de la masa utilizada.
Donde:
= Módulo resiliente obtenible con el FWD para la
subrasante
= Módulo resiliente obtenido con el LWD para la
subrasante
= Deflexión obtenible con el FWD sobre la base
= Deflexión obtenida con el LWD sobre la base
= Coeficientes de correlación resultantes en función de
los y medidos
d0 Mr
α; β
1
11
1
1,5d 0
p3 2
2
FWD
FWDFWD
= . p . a
MrMr
+
1 ++
Da
Da
E pE( )
Revista Infraestructura Vial / LanammeUCR / ISSN: 1409-4045 / Volumen 16 / Número 27 / Marzo, 201414
REFERENCIAS
1. AASHTO (1993). “Guide for design of pavement structures 1993”. American Association of State Highway and Transportation Officials, ISBN 1-56051-055-2, EEUU.
2. EICAM (1998). “Curso de actualización de diseño estructural de caminos, método AASHTO 93”. Universidad Nacional de San Juan, Argentina.
3. Fleming P.R., Lambert J.P., Rogers C.D.F. y Frost M.W. (2002). “In-Situ assessment of stiffness modulus for highway foundation during construction”. Loughborough University, Loughborough, Reino Unido.
4. Fleming P.R., Rogers C.D. y Frost M.W. (2000). “A Comparison of Devices for Measuring Stiffness In-Situ”. 5th Int. Symp. on Unbound Aggregates in Roads (UNBAR 5), EEUU.
5. George K.P. (2006). “Portable FWD (Prima 100) for in situ subgrade evaluation”. Report FHWA/MS-DOT-RD-06-179, University of Mississippi, EEUU.
6. Giovanon O.H., Pagola M. (2005). “Backcalculation of Moduli using BACKMOD Software”. International Symposium on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control, University of Ulister, Irlanda.
7. ICG (2011). “Guía de diseño mecanístico-empírico de pavimentos. Manual práctico”. Instituto de la Construcción y Gerencia. Autorizada por AASHTO (PT-56), Perú.
8. Kestler M., Eaton R., Berg R., Steinert B., Smith C., Aldrich C. y Humphrey D. (2004). “Handheld in-situ testing devices for estimating the stiffness of trails and low volume roads”. Transportation System Workshop, Ft. Lauderdale, EEUU.
9. Moreno Rubio J., Martínez Reguero A.H. (2005). “Efecto de equipo y procedimiento de medida en la determinación del módulo resiliente y resistencia a tracción indirecta de las mezclas bituminosas”. Trabajo académico, Universitat Politécnica de Catalunya, http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/3252, España.
10. Nazzal M.D. (2003). “Field Evaluation of In-Situ Test Technology for QC/QA During Construction of Pavement Layers and Embankments”. M.S. Thesis, Louisiana State University, Baton Rouge LA, EEUU.
11. NCHRP (2004). “Guide form mechanistic-empirical design of new and rehabilitated pavement estructures”. National Research Board, 1-37A team, EEUU.
12. Rivera J.J., Brizuela L.G., Alderete N. y Villanueva M.R. (2012). “Avances en el desarrollo de la metodología para valoración por retrocálculo de capas no ligadas mediante la utilización del Light Weight Deflectometer” (T014). XVI Congreso Argentino de Vialidad y Tránsito (ISBN 978-987-28682-0-8), Argentina.
13. Van Gurp C., Groenendijk J. y Beuving E. (2000). “Experience with various types of foundation tests”. 5th Int. Symp. on Unbound Aggregates in Roads (UNBAR 5), EEUU.