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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]

mailto:[email protected]

Título: FastFWD como herramienta intermedia en iAPT Autor: Mario Manosalvas Paredes


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



SECCIÓN DE PRUEBA – DINAMARCA

Sección de prueba. Área = 25m2. Compactación de materiales granulares.

Compactación de concreto asfáltico.Curva granulométrica concreto asfáltico.



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



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



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



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



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..!!



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.



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



CURVA MAESTRA – MÓDULO DINÁMICO

Emin : 900 [MPa]

Emáx : 16.000 [MPa]

A : -0,151

B : 8,688

VTS : -3,505



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



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



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



MODELO DE FATIGA – 1ERA PARTE DEL EXPERIMENTO (III)

Ei : 4.230 [MPa]

Ef : 2.100 [MPa]

570.000



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



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



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.



CASO PRÁCTICO



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



CASO PRÁCTICO – POSICIÓN No.1



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



CASO PRÁCTICO – POSICIÓN No.2



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


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

mailto:[email protected]

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