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Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación

Docente: Ing. DANIEL CHAVARRY MORVELI

Alumnos: Melissa Gonzales Cuentas

Jhalmar valencia puma

Universidad Alas Peruanas

Facultad de Ingenierías y Arquitectura

Carrera Profesional de Ingeniería Civil

Mecánica de Suelos Aplicada a Cimentaciones

Introducción

En el presente trabajo se desarrollara el tema de las deformaciones admisibles de subrasantes

en proyectos de pavimentaciones, Las deflexiones producidas en la superficie de un

pavimento flexible, por acción de cargas vehiculares, pueden ser determinadas haciendo uso

de deflectómetros tales como el denominado "viga Benkelman".

Llamado así en honor al Ing. A,C. Benkelman, quién la desarrollo en 1953 como parte del

programa de ensayos viales de la washo road test.

Desde entonces su uso se ha difundido ampliamente en proyectos de evaluación estructural

de pavimentos flexibles, tanto por su practicidad como por la naturaleza directa y objetiva de

los resultados que proporciona.





OBJETIVO GENERAL

Conocer la metodología para el uso de la Viga Benkelman para controlar

deflexiones en pavimentos.





MARCO TEORICO

VIGA DE BENKELMAN

Instrumento mecánico de diseño simple utilizado para medir la deformación elástica de un

pavimento ante la aplicación de una carga estática o de lenta aplicación.

La utilización de la Viga Benkelman sirve básicamente a la determinación:

Determinar la vida útil remanente de un pavimento.

Evaluar estructuralmente pavimentos, analizando todas las condiciones

localizadas, como drenaje, calidad de los materiales, espesores de diseño anteriores

etc.

Evaluar los métodos de diseño de pavimentos y control de ejecución de obras.

Determinar la condición de un pavimento con miras a su conservación.

En determinadas regiones, seleccionar la carga por rueda permitida en periodos

críticos (generalmente deshielo).

DEFLECTOMETRIA

Es el estudio de las deformaciones verticales de la superficie de un pavimento, debido a la

acción de una carga dinámica o estática, las cuales provocan fallas estructurales que

dependen de la magnitud y frecuencia de las deformaciones recuperables y de la acumulación

de las deformaciones permanentes en la estructura.

Así que la deflexión de un pavimento es un indicador del comportamiento de la estructura

pavimento-subrasante, frente a una determinada carga.





La determinación de la capacidad estructural por este método cumple en el diseño de

refuerzos un rol en cierta forma semejante a la determinación del C.B.R. de suelos de

subrasante en el diseño de estructuras nuevas.

EVALUCACIÓN ESTRUCTURAL

Consiste en obtener el estado actual en que se encuentra el sistema pavimento subrasante en

una estructura vial existente, para lo cual se recurre a la ayuda de métodos destructivos y

métodos no destructivos las cuales pueden ser evaluados en su etapa constructiva para su

mayor control de la calidad del pavimento y así obtener su estado de servicio y aprovechar

su capacidad estructural hasta donde sea posible.

MEDICIÓN DE DEFLEXIONES

Las deflexiones producidas en la superficie de un pavimento flexible, por acción de cargas

vehiculares, pueden ser determinadas haciendo uso de deflectómetros tales como el

denominado "Viga Benkelman". Llamado así en honor a Daniel Benkelman, quien la

desarrolló en el año 1952 como parte de ensayos viales de la WASHO (WASHO Road

Test). Desde entonces su uso se ha difundido ampliamente en proyectos de evaluación

estructural de pavimentos flexibles, tanto por su practicidad como por la naturaleza directa

y objetiva de los resultados que proporciona.





VIGA BENKELMAN como instrumento

El deflectómetro Benkelman funciona según el principio de la palanca. Es un instrumento

completamente mecánico y de diseño simple. Según se esquematiza en la (figura 01.a) , la

viga consta esencialmente de 2 partes : (1) un cuerpo de sostén que se sitúa directamente

sobre el terreno, mediante 3 apoyos (dos delanteros fijos "A" y uno trasero regulable "B") y

(2) un brazo regulable móvil acoplado al cuerpo fijo mediante una articulación de giro o

pivote "C", uno de los cuyos extremos apoya sobre el terreno (punto D) y el otro se encuentra

en contacto sensible con el vástago de un extensómetro de movimiento vertical (punto E).

Adicionalmente el equipo posee un vibrador incorporado que al ser accionado, durante la

realización de los ensayos, evita que el dial se trabe y/o que cualquier interferencia exterior

afecte las lecturas.

El extremo "D" o Punta de la Viga es de espesor tal que pueda ser colocado entre una de las

llantas dobles del eje trasero de un camión cargado. Por el peso aplicado se produce una

deformación del pavimento, consecuencia de lo cual la punta baja una cierta cantidad, con

respecto al nivel descargado de la superficie. Como efecto de dicha acción el brazo DE gira

en torno al punto "C", con respecto al cuerpo AB, determinado que el extremo "E" produzca

un movimiento vertical en el vástago del extensómetro apoyado en él, generando así una

lectura en el dial indicador. Si se retiran luego las llantas cargadas, el punto "D" se recupera

en lo que la deformación elástica se refiere y por el mismo mecanismo anterior se genera otra

lectura en el dial del extensómetro.





La operación expuesta representa el "principio de medición" con la Viga Benkelman. Lo que

se hace después son solo cálculos en base a los datos recogidos. Así, con las dos lecturas

obtenidas es posible determinar cuánto deflectó el pavimento en el lugar subyacente al punto

"D" de la viga, durante el procedimiento descrito. Es de anotar que en realidad lo que se mide

es la recuperación del punto "D" al remover la carga "Rebote elástico" y no la deformación

al colocar esta. Para calcular la deflexión deberá considerarse la geometría de la viga, toda

vez que los valores dados por el extensómetro (EE') no están en escala real sino que dependen

de la relación de brazos existente.

Principio de operación





EQUIPO REQUERIDO

El equipo mínimo requerido para la realización de ensayos de medición de deflexiones

es el siguiente:

a) Una viga Benkelman con su respectivo flexómetro o extensómetro con dial indicador de

divisiones cada 0.01 mm, con una relación de brazos 1:1, 1:2 ó

1:4 siendo las más comerciales y usadas. Como por ejemplo, una viga de relación de brazos

1:2 tendrá las siguientes dimesiones.

• Longitud de brazo de ensayo, desde el pivote a la punta de prueba es 2.438.

• Longitud de brazo de ensayo desde el pivote al punto de apoyo del vástago del dial

indicador es 1.219 m.

Longitudes no estandarizadas, pudiendo variar, dependiendo de la marca del equipo.

b) Un camión para el ensayo con las siguientes características:

• En el eje simple transmitirá una carga de 18000 libras, igualmente distribuidas

en sus dos ruedas duales y estará equipado con cámaras neumáticas.

• La distancia entre los puntos medios de la banda de rodamiento de ambos

neumáticos de cada rueda dual debe ser de 32 cm.

c) Un flexómetro de 5 m.





PROCEDIMIENTO DE CAMPO

Para medir las deflexiones en la superficie del pavimento, se usará el deflectómetro conocido

como la Viga Benkelman, el cual es un instrumento que funciona según el principio de una

palanca, uno de sus extremos se apoya en el pavimento deformado ante la aplicación de una

carga, mientras que el otro está en contacto sensible con un deformimetro de precisión, con

dial de lecturas graduado en centésimas de mm. Dependiendo de la relación de brazos del

equipo y de la factibilidad que el dial proporcione la verdadera magnitud de las medidas, en

forma automática, se establece si es necesario corregir o no las lecturas.

La carga de ensayos, del orden de 18,000 libras (8,200 kg), las proporciona el eje posterior

simple de llanta doble de un camión. La presión de inflado de las llantas debe verificarse en

80 psi (5.6 kg/cm2). Eventualmente la carga usada en los ensayos puede tener una variación

en el orden de +/- 1%.

1. La rueda dual externa deberá ser colocada sobre el punto seleccionado, quedando

éste ubicado entre ambas llantas. Para la correcta ubicación de la misma es

conveniente colocar en la parte trasera externa del camión una guía vertical en

correspondencia con el eje de carga; desplazando suavemente el camión, se hace

coincidir la guía vertical con la línea transversal indicada en 1), de modo que

simultáneamente el punto quede entre ambas llantas de la rueda dual y que coincida

aproximadamente con el eje vertical del centro de gravedad del conjunto (Ver figura





02). Para toda esta operación es aceptable una tolerancia en el rango de 3" alrededor

del punto.

La viga coincide con el centro de las llantas

2.-Se coloca la viga sobre el pavimento, detrás del camión, perpendicularmente al eje

de carga, de modo que la punta de prueba del brazo, para que coincida con el punto

de ensayo y la viga no roce contra las cubiertas de las llantas de la rueda dual. Dado

que esto último se dificulta por la inaccesibilidad tanto visual como manual, se

realizará previamente la siguiente operación : Se coloca la viga en la posición como

estuviera entre las llantas pero en la parte exterior de las mismas, haciendo coincidir

igualmente, haciendo uso de una plomada, el extremo del brazo móvil con el eje

vertical del centro de gravedad. Tomando como punto de referencia la plomada a la

parte trasera del camión (Ver figura 03), se efectúa una marca en la viga de manera

tal que, en adelante, basta con hacerlas coincidir, para asegurarse que el extremo

de la viga coincide con el centro de las llantas, en el momento de iniciar las

mediciones.





Configuracion geometrica del sistema de carga

Una vez instalada la viga en el punto de medición haciendo coincidir con la guía

vertical y la marca inicial (Ver Figura ), se verificará que esta se encuentre alineada

longitudinalmente con la dirección del movimiento del camión.

4.- Establecida la lectura inicial en cero, se hace avanzar suave y lentamente el camión

procediéndose a tomar las lecturas conforme la varilla vertical vaya coincidiendo con

la primera, segunda y demás marcas adicionales (Ver Figura

04b), y una lectura final cuando el camión se haya alejado lo suficiente del punto de

ensayo hasta una distancia de 4 a 5 m aproximadamente en que el indicador del dial

ya no tenga movimiento, registro que corresponde al punto de referencia con

deflexión cero





Posicion a 50 cm

Posicion a 100 cm

Posicion a 150 cm

Posicion final a 200 cm





CÁLCULO DE LAS DEFLEXIONES

Una vez tomados los datos de campo, el cálculo de las deflexiones para cada sección consiste

en sustraer la lectura final (punto de referencia de deflexión cero) a cada una de las otras,

representando las respectivas diferencias la deformación en dichos puntos, las cuales en

conjunto definen la curva de deflexión de superficie de pavimento.

Ensayo No1

DISTANCIA LECTURA DEFORMACIÓN 0,50 m 1,6 1,6x10-2

1,00 m 2,0 2,0x10-2

1,50 m 2,1 2,1x10-2

2,00 m 2,1 2,1x10-2





Ensayo No 2

DISTANCIA LECTURA DEFORMACIÓN 0,50 m 1,5 1,5x10-2

1,00 m 1,8 1,8x10-2

1,50 m 1,8 1,8x10-2

2,00 m 2,0 2,0x10-2

Cuadro comparativo





DETERMINACION DE LOS PARAMETROS ESTADISTICOS PARA LA

EVALUACION ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

8.1.1 DEFLEXION CARACTERISTICA

La Deflexión Característica es un parámetro estadístico empleado para la

caracterización representativa de la magnitud de deformación de pavimentos. Para su

determinación es necesario contar con una base de datos de deflexiones máximas, del

tramo que se requiere evaluar, y establecer los parámetros estadísticos de dichos

datos.

Se define mediante la siguiente expresión :

Dc= Dp + txσ

Dc = Deflexión Característica.

Dp = Deflexión promedio de los valores individuales de D0 corregidos

por temperatura y estacionalidad.

σ= Desviación Estándar.

t = Coeficiente que representa el porcentaje del área total con

Probabilidad de presentar deflexiones superiores a la deflexión

característica Dc.





Para el método CONREVIAL se utiliza un valor t = 1.645, lo que equivale a

considerar que, sólo un 5% del área total del pavimento, tendrá deflexiones mayores

a Dc.

DEFLEXION ADMISIBLE

La deflexión admisible es un parámetro definido en función al tráfico de diseño, que

establece un límite para la deflexión característica por encima del cual no se garantiza

un comportamiento satisfactorio de la estructura durante el periodo considerado. La

expresión analítica que define este parámetro es :

Da = (1.15 / N18)1/4

Donde :

Da = Deflexión Admisible inicial (mm).

N18 = Numero total de ejes equivalentes de 8.2 Ton.Expresado en millones.

DEFLEXION CRITICA

La metodología del estudio de Rehabilitación de carreteras en el Perú, MTC propone

también una Deflexión Crítica, definida como aquella que alcanza el pavimento al

término del periodo de servicio, luego de soportar el transito proyectado. La siguiente

fórmula para determinar la Deflexión Crítica es :

Dcr = (1.90 / N18)1/5.3





Donde :

Dcr = Deflexión Característica del pavimento al llegar a su condición crítica, al

término de su vida útil (mm).

N18 = Numero total de ejes equivalentes de 8.2 Ton.

Es importante determinar este valor, ya que cuando el pavimento llegue a esta fase,

el deterioro aumentará rápidamente y requerirá una mayor inversión para su

rehabilitación.

JUICIO DE LA CAPACIDAD ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

Se considera que el pavimento sujeto de evaluación tiene la capacidad estructural

adecuada para resistir los esfuerzos del tráfico de diseño, para las condiciones de

resistencia del suelo, si se cumple que la deflexión característica es menor que la

deflexión admisible ( Dc < Da)

El comportamiento actual del pavimento se podrá calificar como satisfactorio, si se

cumple que :

a. Los valores de radio de curvatura calculados son mayores de 100 m (Rci > 100 m)

b. El radio de curvatura promedio está comprendido entre 300-500 m (300<Rc<500).





MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COUNICACIONE indica:

DEFLECTOMETRÍA SOBRE LA SUBRASANTE TERMINADA. Una vez

terminada la explanación se hará deflectometría cada 25 metros alternados en ambos

sentidos, es decir, en cada uno de los carriles, mediante el empleo de la viga

Benkelman el FWD o cualquier equipo de alta confiabilidad, antes de cubrir la

subrasante con la subbase. Se analizará la deformada o curvatura de la deflexión

obtenida de por lo menos tres mediciones por punto. Los puntos de medición estarán

referenciados con el estacado del proyecto, de tal manera que exista una coincidencia

con relación a las mediciones que se efectúen a nivel de carpeta. Se requiere un

estricto control de calidad tanto de los materiales como de los equipos,

procedimientos constructivos y en general de todos los elementos involucrados en la

puesta en obra de la subrasante. De dicho control forman parte la medición de las

deflexiones que se menciona en el primer párrafo. Un propósito específico de la

medición de deflexiones sobre la subrasante, es la determinación de problemas

puntuales de baja resistencia que puedan presentarse durante el proceso constructivo,

su análisis y la oportuna aplicación de los correctivos a que hubiere lugar. Los trabajos

e investigaciones antes descritos, serán ejecutados por el Contratista. El Contratista

deberá cumplir con lo indicado en la especificación MANTENIMIENTO DE

TRANSITO TEMPORAL Y SEGURIDAD VIAL, para la protección del equipo de

trabajo y el control de tránsito. Para el caso de la viga Benkelman el Contratista

proveerá un volquete operado con las siguientes características:





• Clasificación del vehículo : C2

• Peso con carga en el eje posterior : 8 200 kilogramos

• Llantas del eje posterior : Dimensión 10 x 20, doce lonas. Presión de inflado: 552

Kpa (5.6 kg f/cm 2 o 80 psi). Excelente estado.

El vehículo estará a disposición hasta que sean concluidas todas las evaluaciones de

deflectometría. El Contratista garantizará que el radio de curvatura de la deformada

de la Subrasante que determine en obra sea preciso, para lo cual hará la provisión del

equipo idóneo para la medición de las deflexiones.

Así mismo, para la ejecución de. los ensayos deflectométricos, el Contratista hará la

provisión del personal técnico, papelería, equipo de viga Benkelman doble o simples,

equipo FWD u otro aprobado por la Supervisión, acompañante y en general, de todos

los elementos que sean requeridos para llevar a efecto satisfactoriamente los trabajos

antes descritos. De cada tramo que el Contratista entregue a la Supervisión

completamente terminado para su aprobación, deberá enviar un documento técnico

con la información de deflectometría, procesada y analizada. La Supervisión tendrá

veinticuatro (24) horas hábiles para responder, informando las medidas correctivas

que sean necesarias. Se requiere realizar el procedimiento indicado, para colocar la

capa estructural siguiente.

MTC provias





CONCLUSIONES

La medición de las deflexiones, como respuesta de un pavimento flexible ante

la aplicación de una carga sobre el pavimento, es la base para la evaluación

estructural.

La metodología de la Viga de Benkelman, tiene mayor uso en los trabajos de

rehabilitación, mantenimiento y mejoramiento de pavimentos por su bajo

costo de aplicación.

Las deflexiones en la superficie de un pavimento reflejan una repuesta global

del sistema pavimento - subrasante (Estructura del Pavimento) bajo una carga

dada y su medición es simple y rápida.





BIBLIOGRAFIA

Del Águila, Pablo, 1985 "La Medición de Deflexiones aplicada al

Oiseño, Evaluación, Construcción y Control de Calidad de Pavimentos".

Lima-Perú.

Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2000 "Especificaciones

Generales del MTC (EG-2000)".





SUMARIO

CARATULA

INTRODUCCION

OBJETIVO

MARCO TEORICO

VIGA DE BENKELMAN

DEFLECTOMETRIA

EVALUCACIÓN ESTRUCTURAL

MEDICIÓN DE DEFLEXIONES

VIGA BENKELMAN como instrumento

EQUIPO REQUERIDO

PROCEDIMIENTO DE CAMPO

CÁLCULO DE LAS DEFLEXIONES

DETERMINACION DE LOS PARAMETROS ESTADISTICOS PARA LA

EVALUACION ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

DEFLECTOMETRÍA SOBRE LA SUBRASANTE TERMINADA

CONCLUSIONES

SUMARIO

ANEXOS





ANEXOS

Formato de toma de datos

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