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CLASIFICACIÓN DE LOS RESULTADOS
OBTENIDOS POR EL DEFLECTÓMETRO
DE IMPACTO PARA LA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL
DE LA RED VIAL CANTONAL DE
COSTA RICA
Ing. Eliécer Arias BarrantesIng. Sharline López RamírezIng. Jaime Allen Monge MSc
Unidad de Gestión MunicipalPrograma de Infraestructura de Transporte
19 de Noviembre de 2013
Qué es el LanammeUCR?
LanammeUCR es un laboratorio de la Universidad de Costa Rica dedicado a:
• Investigación aplicada
• Docencia
• Transferencia tecnológica
• Cooperación técnica
• Primer laboratorio del ramo ACREDITADO ISO 17025 – 2002 en la región latinomericana
• 80 ensayos acreditados
Áreas de Especialidad
• Ingeniería Sísmica y Gestión del Riesgo.
• Ingeniería de Suelos y Rocas (Geotecnia).
• Ingeniería Estructural.
• Ingeniería de Materiales de Construcción.
• Ingeniería Vial (Programa PITRA –
• Ley 8114 y 8603).
• LEY 7099: Laboratorio nacional de referencia•LEY 8603: Garantizarla máxima Eficiencia de Inversión Pública en Reconstrucción y
Conservación de la Red Vial Costarricense• LEY 8114: Fiscalización, investigación, transferencia de Tecnología, apoyo a
municipios, evaluación de redes viales y puente especificación vial costarricense 1.0% Impuesto al combustible
Introducción
• La red vial cantonal de Costa Rica abarca más de 34 000 km, una de
las labores que ejecuta el Laboratorio Nacional de Materiales de la
Universidad de Costa de Rica es su evaluación.
• Para la evaluación se utiliza el deflectómetro de impacto (FWD), el perfilómetro inercial láser, calicatas para realizar mediciones de CBR en la subrasante, y medir espesores así como conteos vehiculares y auscultación visual.
Introducción (Cont.)
• Para la red vial asfaltada se ha utilizado la clasificación por deflexiones
para determinar la condición estructural de las diferentes pavimentos.
• La clasificación por deflectometría está enfocada a los flujos
vehiculares de la red vial nacional de Costa Rica, que distan de los
flujos de la red vial cantonal.
• Este estudio se detalla la metodología utilizada para estimar una
clasificación por deflexiones utilizando parámetros de entrada acordes
a la red vial cantonal.
Metodología Propuesta
Bases de datos de suelos
Se realizaron 250 puntos de muestreo, en 17 Municipalidades de Costa
Rica, donde se registró:
• Tipo de material.
• Registro fotográfico.
• Medición de espesores.
• Tipos de suelo de la subrasante.
• Medición de CBR en sitio.
• La ubicación mediante sistemas de información geográficos (SIG).
Bases de datos de suelos (Cont.)
•Mediante un análisis de datos se determinó que el CBR en sitio más
representativo corresponde a un 2,9%.
•Se utilizó una familia de datos correspondientes a un intervalo del 15%
con datos cercanos al CBR de 2,9%.
•Se identificó el ensayo de deflectometría más cercano y el tramo homogéneo asociado para poder realizar el retrocálculo de los módulos.
363024181260
Median
Mean
5.55.04.54.03.5
1st Quartile 2.9093Median 3.68893rd Quartile 5.3977Maximum 37.5550
4.5381 5.4734
3.4600 3.9985
3.4514 4.1156
A-Squared 23.00P-Value < 0.005Mean 5.0058StDev 3.7541Variance 14.0936Skewness 3.7060Kurtosis 23.5052N 250Minimum 0.6391
Anderson-Darling Normality Test
95% Confidence Interval for Mean
95% Confidence Interval for Median
95% Confidence I nterval for StDev95% Confidence I ntervals
Resumen para los CBR de limos y arcillas
Bases de datos de suelos (Cont.)
Tabla 1: Valores promedio obtenidos para las capas del pavimento
Material Módulo retrocálculo
Módulo para diseño
Especificación Mínima CR-2010
Base granular 492 MPa (84000 psi)
305 Mpa (44000 psi)
194 MPa (28000 psi)
Subbase granular
140 MPa (20298 psi) 91 MPa (13193psi)
104 MPa (15000 psi)
Subrasante 60 MPa (8632 psi) 21 MPa (3021 psi) -
•A partir de los datos de retrocálculo se determinaron los módulos
resilientes de los materiales que se han colocado sobre la subrasante
típica en nuestro país y la capacidad al momento de la evaluación.
Bases de datos de conteos vehiculares
• Se analizaron datos de 271 conteos vehiculares correspondientes a 15
municipios y que acumulan un total de 895 000 vehículos contados.
Flujo vehicular Porcentaje de pesadosSímbolo Intervalo TPD Urbano Rural
T1 0-1000 14.7% 12.8%T2 1000-3000 14.0% 17.9%T3 3000-7000 8.0% 8.2%T4 7000-10000 11.3% 8.7%T5 <10000 6.9% 5.2%
Tabla 2: Clases y porcentaje de vehículos pesados
Bases de datos de conteos vehiculares (Cont.)
• Para estimar la cantidad de ejes equivalentes según cada categoría de
flujo vehicular (T1, T2, T3, T4, T5) se utilizaron las siguientes ecuaciones:
Estimación de los Ejes Equivalentes
Bases de datos de conteos vehiculares (Cont.)
•Se utilizaron las encuestas de carga realizadas en Costa Rica
(LanammeUCR, 2007) en las principales rutas nacionales.
•Se considera un DS=100% y un LDF=80%
Factor camión
Tabla 3: Factores camión promedio para vehículos pesados
Tipo de Vehículo
Factor Camión (TF)
Ruta Pick up PesadosPróspero Fernández ruta 27 0.011 1.77Florencio del Castillo ruta 2 0.015 1.84
General Cañas ruta 1 0.011 1.31Braulio Carrillo ruta 32 0.011 3.05
Naranjo Bernardo Soto ruta 1 0.011 2.44Esparza Bernardo Soto ruta 1 0.011 3.19
San Carlos ruta 140 0.012 1.50Perez Zeledón ruta 2 0.012 1.21
Promedio 0.012 2.05Desviación estándar 0.001 0.75
Parámetros de diseño
Se analizaron los flujos vehiculares de las rutas más importantes de
Costa Rica, producto de encuestas de cargas y datos de las estaciones
de peaje.
−Factor de crecimiento vehicular
Porcentaje de crecimiento
Ruta Años Porcentaje de Crecimiento
Bernardo Soto, Ruta 1 9 6.4%Florencio del Castillo, Ruta 2 16 5.9%Próspero Fernández, Ruta 27 12 10.9%Braulio Carrillo, Ruta 32 12 5.9%
Factor de crecimiento promedio 7.3%
Tabla 4: Porcentaje de crecimiento en las principales rutas de Costa Rica
Parámetros de diseño (Cont.)
•PSI inicial: 4,2
•PSI final: 1.5
•∆PSI: 2.7
−Índice de serviciabilidad
−Drenajes
−Período de diseño
−Confiabilidad
•Nivel de confianza: 80%
•Zr: 0,841
•So: 0,35
•12 años
•15 años
•Drenaje entre regular y bueno.
•Expuesto más del 25% a
humedades de saturación
•Cd= 0,9
Diseño por AASHTO 93
Donde
W18= Cantidad de ejes equivalentes de 8,2 toneladas.
Zr= Desviación normal estándar para un nivel de confianza dado.
So= Desviación estándar promedio.
SN= Número estructural.
ΔPSI=Diferencia entre el PSI inicial y final.
Mr=Módulo de la subrasante en psi.
Fórmula
Diseño por AASHTO 93 (Cont.)
Esta metodología sigue el concepto de daño por fatiga en las
diferentes capas que componen el pavimento y depende directamente
de la cantidad de repeticiones de carga en un determinado momento,
se denota según al siguiente ecuación:
Vida remanente
RL= Vida remanente (0-100).
Np= cantidad de ejes de 8,2 toneladas en un momento determinado.
N1,5= cantidad de ejes para la falla del pavimento (PSI=1,5).
Diseño por AASHTO 93 (Cont.)
Para el estudio se utilizará:
Vida remanente (Cont.)
Vida remanente Condición del pavimento
100% Excelente
60% Buen estado
20% Deteriorado
0% Destruido
Cálculo de deflexiones
Datos de entrada
Se utilizará un software de análisis de multicapa elástica para
determinar las deflexiones en la superficie del pavimento para cada
paquete estructural, en las condiciones de 100%, 60%, 20% y 0%
de vida remanente.
• Espesores
• Características de materiales
• Condiciones de deflectómetro de impacto:
Radio de carga: 15 cm
Carga: 40 000 N
Presión de contacto: 566 kPa
Resultados Obtenidos
• 16 diseños para cada condición de flujo vehicular.
• 320 modelaciones en un software de multicapa elástica.
• Análisis estadísticos de las deflexiones entre categorías.
• Anova de un factor entre categorías.
• Fusión de categorías T2-T3 y T4-T5.
Resultados Obtenidos (Cont.)
• Cuadro con resultados.
0 - 1000 1000 - 7000 7000 - 150002030405060708090
100110120130140150
101.0
80.372.4
114.8
93.484.4
138.7
114.8104.5
Rangos de Clasificación de FWD para la RVC
Bueno Regular Deficiente Muy deficienteRangos de TPD
Defl
exio
nes
(mm
ˉ²)
Resultados Obtenidos (Cont.)
• Ambas clasificaciones.
Fuente: Proyecto N-UI-04-08, 2008
0 - 1000 1000 - 7000 7000 - 150002030405060708090
100110120130140150
101.0
80.372.4
114.8
93.484.4
138.7
114.8104.5
Rangos de Clasificación de FWD para la RVC
Bueno Regular Deficiente Muy deficienteRangos de TPD
Defl
exio
nes
(mm
ˉ²)