22ClaudioFuentesProspeccionsuelosFWD2

8/6/2019 22ClaudioFuentesProspeccionsuelosFWD2

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USO DEL DEFLECTOMETRO DE IMPACTO FWD EN LAPROSPECCION DE SUELOS

CLAUDIO FUENTES L, Ingeniero Civil

Gauss S.A, Chile, [email protected] SEPULVEDA P, Ingeniero CivilGauss S.A., Chile, [email protected]

RODRIGO GAETE P., Ingeniero Civil, MScGauss S.A.- Chile, [email protected]

SERGIO VALVERDE P., Ingeniero CivilGauss S.A.- Chile, [email protected]

RESUMEN

La deflectometra de impacto, FWD, es una tcnica que esta siendo aplicada en Chile desdehace ya algunos aos, utilizndose principalmente en la evaluacin de pavimentosexistentes. Por las particularidades del equipo, su empleo sobre capas granulares y de tierraes posible, pero a la fecha no se contaban con antecedentes tcnicos al respecto.

De los estudios realizados se puede concluir que:

Es posible efectuar mediciones con el equipo KUAB sobre capas de rodadura granulary suelos obtenindose resultados consistentes y reproducibles.

Al comparar los resultados de los mdulos resilientes del suelo de fundacin obtenidospor AASHTO T 294-92 y retroanlisis resulta un coeficiente C de 0,9.

Al comparar los diseos hechos mediante deflectometra y CBR se desprende que lasdiferencias no son significativas.

1 INTRODUCCIN

La deflectometra de impacto, FWD, es una tcnica que se esta aplicando en Chile desdehace aproximadamente siete aos. Al igual que en todo el mundo, se ha usado principalmente en la prospeccin de pavimentos existentes con capas de rodadura tantoasfltica como de hormign.

Esta tcnica permite estimar, mediante retroanlisis, tanto la capacidad de soporte del suelode fundacin como la capacidad estructural del pavimento. En particular, para los pavimentos flexibles, es posible estimar el mdulo resiliente del suelo de fundacin, elmdulo de la base granular y el mdulo de la mezcla asfltica. Al aplicar la metodologa de


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retroanlisis propuesta en la Gua de Diseo AASHTO 1993, es posible estimar tambin elnmero estructural.

A la firma KUAB, casa sueca fabricante de dos de los cuatro equipos que existen en el pas,se le consult acerca de la factibilidad de emplear el equipo en mediciones directamente

sobre capas de rodadura granular o de tierra. La respuesta fue que en sus orgenes seemple en mediciones de ese tipo en Suecia y que dada las particularidades del equipo nohabra dificultad para ser empleado en este tipo de mediciones. Las particularidades delequipo KUAB, que lo hacen confiable en este tipo de mediciones son: contar con un platoflexible, segmentado en cuatro secciones, cada una de las cuales recibe un cuarto de lacarga lo que en definitiva permite acomodarse a las irregularidades del suelo y repartiruniformemente la carga; la otra, es que los sensores que miden la deformacin sonsismmetros (LVDT) que permiten leer deflexiones de hasta 5 mm.

De acuerdo a lo anterior, se procedi a disear una serie de estudios con el objetivo final deestablecer la deflectometra de impacto como una tcnica de estimacin del mduloresiliente aplicable no solo a las capas revestidas sino que adems se pueda empleartambin sobre capas de rodadura granulares y de tierra; que conforman la mayor parte de lared del pas.

Los estudios se enfocan en dos temas:

1. Comparar el mdulo resiliente obtenido mediante retroanlisis con el mduloobtenido en Laboratorio.

2. Comparar diseos hechos con prospeccin mediante FWD con aquellos hechos conla metodologa tradicional de prospeccin mediante CBR.

2 ANTECEDENTES

La tcnica ms empleada en Chile para caracterizar el suelo de fundacin es la del ensayeCBR, emplendose el procedimiento siguiente:

Excavar calicatas de 1.5 m aproximadamente. Reconocer estratos y tomar muestras Agrupar suelos afines Preparar probetas y sumergir durante cuatro das. Ensayar y determinar CBR a densidad natural y al 95% de la mxima densidad

Por otra parte la tendencia mundial es determinar MR mediante tcnicas de retroanlisisutilizando la informacin obtenida en Ensayos no Destructivos (NDT), en generaldeflexiones y en particular con FWD ensaye que se puede resumir como sigue:

Medicin de Deflexiones, carga y temperatura. Recopilacin de informacin de espesores de las capas. Retroanlisis, con el que se determinan el mdulo resiliente del suelo, mdulo de

elasticidad del pavimento y nmero estructural.


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Determinacin de sectores homogneos en funcin de los resultados de ladeflectometra.

3 METODOLOGA

3.1 Comparacin Mdulo Resiliente Laboratorio y Retroanalizado.

Se seleccionaron distintos pozos de muestreo desde donde se obtuvieron muestras, que posteriormente se ensayaron segn AASHTO T294-92. Paralelo al muestro, se midierondeflexiones con FWD.

Para suelos finos, el primero de los lugares a muestrear fue La Ruta E-830 Curimn-Bucalemu, V Regin; en donde se establecieron tres pozos, dos de arena y uno de arcilla.Adems se muestreo en otros tres lugares: arena tomada de terrapln del nuevo acceso alaeropuerto AMB; limo tomado de la Ruta G-80-I, entre Rapel y Navidad; y arcilla tomadade la Ruta I-80-G, entre Rapel y Litueche. Todos estos materiales quedan dentro del Tipo II(suelos finos) de la clasificacin AASHTO T294-92, (Gazita, 1999; Grez, 2000).

Para suelos granulares, se muestreo en la Ruta Plaza Lo Miranda Punta Lo Corts (endonde se establecieron dos pozos), y en la Ruta San Fernando Roma (un pozo demuestreo), (Grate y Soto, 2001).

3.2 Comparacin diseos prospeccin CBR FWD

A objeto de comparar la prospeccin CBR con los resultados de FWD, se seleccionaroncuatro caminos con capa de rodadura granular. Las mediciones de CBR y los diseos depavimento se obtienen de proyectos hechos por la Direccin de Vialidad. En ellos se midendeflexiones con FWD

Los caminos elegidos fueron los siguientes (Rojas y Vergara, 2001):

Ruta L-31, Polvorines - La Floresta Ruta G-16, Lampa Polpaico. Ruta H-96, San Fernando Roma. Ruta H-10, Graneros San Francisco.

Con las mediciones de FWD se procede al retroanlisis, para luego determinar sectoreshomogneos en cuanto a mdulo resiliente. Los valores obtenidos permiten disear losespesores de cada uno de los tramos. Los resultados obtenidos se comparan con losestablecidos en el respectivo proyecto de la Direccin de Vialidad. Estos diseos utilizan elmtodo AASHTO 93, en el caso de las carpetas asflticas, y el mtodo Morin Todor paraDobles Tratamientos.


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3.3 Deflectometra antes y despus del revestimiento

Luego de construidas las obras de pavimentacin, se midieron deflexiones con FWD. Secomparan as, los mdulos del suelo de fundacin obtenidos antes y despus de construidoel revestimiento

4 RESULTADOS COMPARACIN MDULO RETROANALIZADO YAASHTO T294-92

4.1 Suelos Finos

Los materiales ensayados definidos como finos, segn AASHTO T294-92, son lossiguientes:

Tabla 1: Granulometras de los suelos finos ensayados

% que pasaTamiz (mm)

Arena 1 Arena 2 Arena 3 Arcilla 1 Arcilla 2 Limo

80 100 100

63 95 100 98

50 92 97 100 97

38.1 88 93 99 93 100

25 84 88 98 90 100 98

20 81 84 98 87 98 96

10 72 77 95 77 86 92

5 63 66 90 75 72 88

2 53 57 84 70 71 74

0.5 44 48 65 63 68 51

0.08 33 39 27 54 39 36

LL 32 33 31 39 29 19

LP 21 21 - 25 17 29

IP 11 12 NP 14 12 10

AASHTO A-2-6(0) A-6(1) A-2-4 A-6(5) A-7-6 A-4

USCS SC SC SM CL SC SC

Los resultados obtenidos se muestran la tabla siguiente, donde:

MRR: mdulo resiliente retroanalizado, MPaMRL: mdulo resiliente laboratorio, MPaC: cuociente MRL/MRR


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Tabla 2: Mdulos Resilientes de terreno y laboratorio en suelos finos

Muestra MRR (MPa) MRL (MPa) CArena 1 119 117 0,98

Arena 2 295 197 0,67

Arena 3 76 85 1,12Arcilla 1 188 168 0,89

Arcilla 2 115 140 1,22

Limo 429 325 0,76

Media 0,94

4.2 Suelos Gruesos

Los materiales ensayados definidos como gruesos, segn AASHTO T294-92, son lossiguientes:

Tabla 3: Granulometras de los suelos gruesos ensayados

% que pasaTamiz (mm)

Pozo 1 Pozo 2 Pozo 3

63 100 100

50 94 88 100

40 71 75 83

25 51 63 74

20 41 57 69

10 27 48 60

5 23 43 52

2 20 35 40

0.5 6 19 18

0.08 0 3 1

AASHTO A-1(a) A-1(a) A-1(a)

USCS GM GP GM

Los resultados obtenidos se muestran la tabla siguiente, donde:

MRR, mdulo resiliente retroanalizado, MPaMRL, mdulo resiliente laboratorio, MPaC, cuociente MRL/MRR

Tabla 4: Mdulos Resilientes de terreno y laboratorio en suelos gruesos

Muestra MRR (MPa) MRL (MPa) CPozo 1 180 190 1,06

Pozo 2 296 178 0,60

Pozo 3 135 139 1,03

Media 0,90


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RESULTADOS COMPARACIN DISEOS MEDIANTE CBR Y FWD

Al realizar el diseo de los pavimentos, utilizando primero el valor de CBR y luego el deMR (FWD), se obtuvo los Nmeros Estructurales, en el caso de las carpetas diseadas por

el mtodo AASHTO, y el ndice Estructural para los DTS diseados por Morin Todor. Losresultados se indican a continuacin:

Tabla 5: Comparacin de prospeccin por CBR y FWD, L-31

L - 31, Polvorines - La Floresta

Datos estadsticos y tramificacin CBR MR (FWD)

N de tramos 1 2

Kilometraje De (km) 0.000 0.000 3.250

Kilometraje A (km) 15.480 3.250 15.480

Longitud Tramo (km) 15.480 3.250 12.230

Nmero de datos 32 22 93

Valor Mximo 16 279 187

Valor Mnimo 3 55 38Promedio 7.5 138 77

Desv Estndar 3.8 69 29

Coeficiente de Variacin 50 50 37

CBR y MR de Diseo (Percentil 80) CBR MR (FWD)

CBR Diseo (%) 4.4 11.0 5.6

MR Diseo (Mpa) 45 82 53

Nmero Estructural Requerido 8.41 6.84 7.99

Espesor Capa Asfltica (cm) 6 6 6

Espesor Base Granular (cm) 15 14 15

Espesor Subbase granular (cm) 25 15 22

Tabla 6: Comparacin de prospeccin por CBR y FWD, G-16

G - 16, Lampa - Polpaico


N de tramos 2 1

Kilometraje De (km) 19.790 24.900 19.790

Kilometraje A (km) 24.900 34.510 34.510

Longitud Tramo (km) 5.110 9.610 14.720

Nmero de datos 18 34 149

Valor Mximo 47 84 330

Valor Mnimo 8 10 95

Promedio 24.1 48.4 193.8

Desv Estndar 11 21 55

Coeficiente de Variacin 47 43 29CBR y MR de Diseo (Percentil 80) CBR MR (FWD)

CBR Diseo (%) 14.3 24.7 30.2

MR Diseo (Mpa) 95 129 144

Nmero Estructural Requerido 9.26 8.62 7.91

Espesor Capa asfltica (cm) 5 5 5

Espesor Capa Intermedia (cm) 6 6 8

Espesor Base Asfltica (cm) 8 8 8

Espesor Base Granular (cm) 15 12 12


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Tabla 7: Comparacin de prospeccin por CBR y FWD, H-10

H - 10, Graneros - San Francisco


N de tramos 1 1

Kilometraje De (km) 0.000 0.000Kilometraje A (km) 9.320 9.320

Longitud Tramo (km) 9.320 9.320

Nmero de datos 8 62

Valor Mximo 7.3 165

Valor Mnimo 5.4 37

Promedio 6.5 78.6

Desv Estndar 0.92 35.1

Coeficiente de Variacin 14 45


CBR Diseo (%) 5.6 3.7

MR Diseo (Mpa) 52.8 40.4

ndice Estructural Requerido 35.0 34.5

Espesor Base Granular (cm) 16 16

Espesor Subbase Granular (cm) 22 23

Tabla 8: Comparacin de prospeccin por CBR y FWD, H-96

H - 96, San Fernando - Roma


N de tramos 2 2

Kilometraje De (km) 1.500 6.600 1.500 3.403

Kilometraje A (km) 6.600 11.460 3.403 11.460

Longitud Tramo (km) 5.100 4.860 1.903 8.057Nmero de datos 10 13 19 69

Valor Mximo 17.8 17.9 202 280

Valor Mnimo 9.1 3.1 37 64

Promedio 15.5 11.8 108 166

Desv Estndar 2.7 4.7 43.6 51

Coeficiente de Variacin 17 40 41 31


CBR Diseo (%) 14.8 5.5 5.4 13.9

MR Diseo (Mpa) 97 52 52 94

ndice Estructural Requerido 49.9 50 49.9 50

Espesor Base Granular (cm) 18 24 18 24

Espesor Subbase Granular (cm) 21 26 23 26


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Comentarios

Al comparar los mdulos resilientes de diseo obtenidos entre la forma de evaluacintradicional (CBR) y la obtenida por Deflectometra de Impacto se observan diferencias,como se presenta en la tabla 9:

Tabla 9: Diferencias producidas en MR por evaluacin con CBR y FWD

MR (MPa)Proyecto

CBR FWD

L - 31, Polvorines - La Floresta 45 53

G - 16, Lampa - Polpaico 129 144

H - 96, San Fernando - Roma 97 94

H - 10, Graneros - San Francisco 53 40

Adoptando los espesores y tipos de rodaduras iguales entre ambos mtodos, lasdiferencias anteriores entre los mdulos no generan variaciones significativas en losresultados de espesores de capas granulares, como muestra la siguiente tabla:

Tabla 10: Diferencias producidas en espesores de capas granulares por evaluacin con CBR y FWD

Capa Granular (cm)Proyecto

CBR FWD

L - 31, Polvorines - La Floresta 40 37

G - 16, Lampa - Polpaico 12 12

H - 96, San Fernando - Roma 39 41

H - 10, Graneros - San Francisco 38 39

De lo anterior se desprende que la aplicacin de la Deflectometra de Impacto sobre pavimentos con capa de rodadura granular, es vlida como herramienta para serutilizada en los mtodos de diseo estructural de pavimentos.

5 DEFLECTOMETRA COMPARATIVA LUEGO DE CONSTRUIDAS LASOBRAS

Para realizar la comparacin, se desarroll la prueba de hiptesis de igualdad de medias condesviaciones no necesariamente iguales, la que arroj los resultados que se indican acontinuacin

5.1 Ruta L-31, Polvorines La Floresta

En la figura 1 se ilustra la comparacin del mdulo resiliente del suelo registrado sobre lacarpeta granular y posteriormente sobre la carpeta asfltica en la Ruta L-31 sectorPolvorines La Floresta.


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Figura 1: Comparacin de las muestras sobre rodadura granular y asfltica.

La prueba estadstica arroja que las medias de las muestras registradas antes y despus delas mediciones son distintas. En la Tabla 11 se observa la estadstica general de la ruta.

Tabla 11: Estadstica del Mdulo Resiliente medido antes de la construccin y despus de ella.

Tramo N Tramo Medicin Prom (MPa) DE (MPa) CV (%) nDe A

1 0.000 3.250 MR antes 138 69 50 22

MR Despus 146 38 26 332 3.250 15.480 MR antes 80 38 48 92

MR Despus 129 31 24 120

En el tramo 1 la media est alrededor de 140 MPa, y la conclusin de la prueba de hiptesisindica que se pueden considerar iguales antes y despus de la construccin del camino, sinembargo, en el tramo 2 las medias no se pueden considerar iguales. Los antecedentesconstructivos del camino, indican reemplazo de material y colocacin de geotextil endichas zonas, segn se muestra en la figura 2.

L - 31 Polvorines La Flores ta

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Km

MR

(MPa)

2000 2002


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Figura 2: Estadstica de los tramos y detalle de los sectores con remocin y geotextil.

Figura 3: Material inadecuado, colocacin de geotextil y colocacin de material de relleno, Ruta L-31

Tramificacin por MR L-31

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

km

MPa

MR 2002

Promedios 2002MR 2000

Promedios 2000

Reemplazo de material y

colocacin de geotextil


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5.2 Ruta H-10, Graneros San Francisco.

En la figura 4 se observan los MRmedidos sobre rodadura granular (2000) y sobre rodaduratipo DTS (2002).

Figura 4: Comparacin de las muestras sobre rodadura granular y DTS


Tabla 12: Estadstica del Mdulo Resiliente medido antes de la construccin y despus de ella.Tramo N Tramo Medicin Prom (MPa) DE (MPa) CV (%) n

De A

1 0.000 9.320 MR antes 79 35 44 62

MR Despus 152 48 32 95

La figura 5 muestra la estadstica de las dos muestras y el detalle de los sectores en dondese realiz reemplazo de material por considerarse este como inadecuado.

H 10 Graneros San Francisco

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Km

MR

(MPa)

2000

2002


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Figura 5: Estadstica de los tramos y detalle de los sectores con reemplazo de material inadecuado.

5.3 Ruta H-96, San Fernando Roma

En la figura 6 se observan los MRmedidos sobre rodadura granular (2000) y sobre rodaduratipo DTS (2002).

Figura 6: Comparacin de las muestras sobre rodadura granular y DTS


Tramificacin por MR H -10

0

50

100

150

200

250

300

350

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

km

MR

(MPa)

MR 2002

Promedios 2002

MR 2000

Promedios 2000

Reemplazode material

H - 96, San Fernando - Roma

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0

Km

MR

(MP

a)

2000

2002


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7 RECOMENDACIN DE UNA METODOLOGA A SEGUIR EN LAPROSPECCIN DE SUELOS USANDO FWD.

Considerando todos los antecedentes proporcionados por la presente investigacin, esposible recomendar una metodologa de trabajo para la prospeccin de suelos en caminosde bajo trnsito, cuyo punteo es el siguiente:

Medir deflexiones sobre la capa de rodadura granular a razn de no menos de 20deflexiones por kilmetro.

Realizar retroanlisis para cada cuenco de deflexin medido, para determinar MR delsuelo de fundacin.

Realizar la sectorizacin del camino en funcin de MR, con el mtodo de lasDiferencias Acumuladas.

En cada uno de los tramos homogneos, definidos segn el punto anterior, realizar trescalicatas, con el objeto de verificar la caracterizacin del suelo establecida segnretroanlisis.

REFERENCIAS

Grate Contreras, Cristin; Soto Aspe, Marcelo. Comparacin de Mdulos Resilientes deLaboratorio y Terreno en Suelos Granulares, Memoria para optar al ttulo de IngenieroConstructor, Universidad Tecnolgica Metropolitana, 2001.

Gazita Riveros, Francisco. Mdulos Resilientes, comparacin de determinaciones delaboratorio y terreno, Memoria para optar al ttulo de Ingeniero Civil, Universidad deChile, 1999.

Grez Rasse, Pablo. Comparacin Mdulo Resiliente, determinaciones de terreno ylaboratorio, Memoria para optar al ttulo de Constructor Civil, Universidad TcnicaFederico Santa Mara, 2000.

Rojas Oliva, Jos; Vergara Lpez, Henry. Deflectometra de Impacto sobre pavimentoscon capa de rodadura granular, Memoria para optar al ttulo de Ingeniero Constructor,Universidad Tecnolgica Metropolitana, 2001.

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