Deflectometría

1
DEFLECTOMETRÍA
RENÉ ARTIGAS CONTRERASRENÉ ARTIGAS CONTRERASRENÉ ARTIGAS CONTRERASRENÉ ARTIGAS CONTRERAS
Subdepartamento de Auscultacionesy Prospecciones
10/06/2015
1
MOP - Dirección de Vialidad - Laboratorio Nacional
CONTENIDOSCONTENIDOSCONTENIDOSCONTENIDOS
- Marco conceptual
- Equipos para medir Deflexiones
- Deflectómetro de Impacto
- Tipos de Ensayos
- Retroanálisis
- Ejemplos

2
DESCRIPCIÓN DEL DEFLECTÓMETRO
El Deflectómetro de Impacto (FWD) es un equipo que
aplica una carga de impacto a la
superficie del pavimento, determinando los
desplazamientos verticales (cuenco de
deflexiones) producidas en él. Se trata de un ensayo no
destructivo, que simula el
comportamiento del pavimento ante el paso de los
vehículos pesados. Puede ser utilizado
en pavimentos de asfalto, hormigón o una composición
de ambos, o bien, sobre cualquier
capa de un pavimento en construcción.
DESCRIPCIÓN DEL DEFLECTÓMETRO
A través del análisis de este cuenco se obtiene
información de la rigidez de la estructura de
pavimentos y su suelo de fundación, siendo
ella muy importante para definir la condición
de la estructura a lo largo de un proyecto. Lo
anterior es fundamental para evaluar
actividades relacionadas con la rehabilitación,
mantención o control de Calidad.

3
D0 LA DEFLEXIÓN MAXIMA
D0 @ 50 kN (20ºC) : Deflexión máxima
normalizada a una carga de 50 kN (a una
temperatura de 20ºC en el caso de los
pavimentos asfálticos) representa la deflexión
vertical de la superficie del pavimento, bajo el
punto donde se aplica la carga. Este
parámetro es un indicador general de la
condición estructural de los pavimentos, cuyo
principal uso es definir tramos que presenten
diferentes características estructurales.
K CONSTANTE DE BALASTO
k : módulo de reacción de la subrasante.
Representa la razón entre la carga
aplicada y
la deflexión debido a ella. Este parámetro
se emplea para caracterizar el suelo de
la
subrasante en un pavimento de
hormigón.

4
MR MÓDULO RESILIENTE
MR : Módulo resiliente de la subrasante.
Representa el módulo elástico del suelo
luego de aplicar cargas cíclicas sobre él. Este
parámetro se emplea para caracterizar el
suelo de la sobrasarte en un pavimento asfáltico
y se utiliza en los diseños de
pavimentos asfálticos y de recapado asfáltico
sobre hormigón.
NEEF NUMERO ESTRUCTURAL
NEef : Número estructural efectivo, se
obtiene del retroanálisis de los pavimentos
asfálticos y considera tanto las capas asfálticas
como las granulares. El número
estructural es un concepto introducido en la
prueba AASHTO para caracterizar la
capacidad estructural de los pavimentos
asfálticos y utilizado por el método
AASHTO para el diseño de pavimentos de
asfalto.

5
EFECTOS DE LAS CARGAS DINÁMICAS EN LOS
PAVIMENTOS
Capas Asfálticas
Capas Granulares
P
Suelo de Fundación
Marco teórico - Equipos - Deflectómetro de Impacto - Ensayos – Retroanálisis - Ejemplos
¿QUÉ ES LA DEFLEXIÓN?
P P V
La deflexión es el valor del desplazamiento en la superficie del pavimento
al aplicarle una carga.
El valor de la deflexión depende de una serie de factores , entre los que
se destacan: la rigidez y espesor del pavimento ,su temperatura ,
además del soporte del suelo de fundación.

6
PAVIMENTOS FLEXIBLES. PERMITE UTILIZAR LOS RESULTADOS EN
EL MÉTODO DE DISEÑO DE PAVIMENTOS AASHTO
PAVIMENTOS RÍGIDOS. LAS DEFLEXIONES MEDIDAS EN EL CENTRO
DE LA LOSA PERMITEN, MEDIANTE MÉTODOS ELÁSTICOS DE
RETROANÁLISIS, EVALUAR LAS CARACTERÍSTICAS ELÁSTICAS DEL
PAVIMENTO Y DEL SUELO DE FUNDACIÓN.
¿PARA QUÉ SIRVE CONOCER LA DEFLEXIÓN?
Pavimentos Flexibles Pavimentos Rígidos
Módulo Resiliente
Número Estructural
Módulo del Pavimento
Deflexiones Máximas
Traspaso de carga
Existencia de vacíos
K reacción
¿PARA QUÉ SIRVE CONOCER LA DEFLEXIÓN?

7
¿ Para qué sirve conocer la Deflexión ?
Esto nos permite variadas aplicaciones:
•Evaluar la capacidad de soporte de calles, carreteras, aeropuertos y
otras superficies, sean flexibles , rígidas o semirígidas.
•Evaluación de la transferencia de carga en pavimentos de hormigón.
•Detección de vacíos en pavimentos de hormigón (estabilidad de
losas).
•Control de calidad.
•Análisis de tramos de prueba.
•Sectorización de zonas dañadas.
•Dimensionamiento de refuerzos.
•Incorporación a Sistemas de Gestión de Pavimentos.
Técnicas de análisis de Deflexiones

8
El pulso de carga generado permite simular, con
buena aproximación, el efecto del paso de una
carga vial dinámica. La interpretación de las
deformaciones es realizada en oficinas o estudios
especializados, con el uso de software específico,
permitiendo la evaluación de los módulos
resilientes para las condiciones reales de campo,
subsidiando la división en segmentos de
comportamiento homogéneo, el
dimensionamiento de refuerzos y la evaluación de
las condiciones estructurales

10
Tipos de Estructuras
Pavimento Fuerte
Subrasante Fuerte
Pavimento Fuerte
Subrasante Débil
Pavimento Débil
Subrasante Fuerte
Pavimento Débil
Subrasante Débil
RETROANÁLISIS
Mediante la técnica del retroanálisis, es posible determinar los
módulos de cada una de las capas que conforman la
estructura. Aplicando el modelo AASHTO, para estructuras
flexibles, entrega también el número estructural efectivo del
pavimento existente y el Módulo Resiliente del suelo de
fundación.
Para el retroanálisis de las deflexiones se utiliza un modelo
simplificado de dos capas ; una superior (capas aglomeradas y
granulares) y una inferior (suelo de fundación).

11
ANÁLISIS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES. RETROANÁLISIS
M
P
d r
RR
r
=
×2 4,
a a D
E
M
e
p
RR
= +








2
3
2
r>=o.7 ae
d pa
M
D
a
E
M
D
a
E
R
p
RR
p
0
3
2
2
15
1
1
1
1
1
=
+








+
−
+
















































, NE D Ee p= 0 02364 3,
• Medición de deflexión con carga Móvil
– Viga Benkelman
– Deflectómetro Transitivo
• Medición de deflexión con carga Fija
– Deflectómetro de Impacto
EQUIPOS PARA MEDIR DEFLEXIONES

12
Viga Benkelman
Equipo de ensaye no destructivo que se posiciona sobre la
superficie del pavimento y que cuenta con un brazo articulado
cuyo punto de contacto con el pavimento (palpador) detecta la
deformación elástica vertical ante la aproximación de una rueda
doble cargada con 40 KN.
Deflectómetro Transitivo (Lacroix)
Equipo autopropulsado no destructivo que
utiliza una Viga Benkelman automatizada
para medir la deflexión del pavimento ante
la presencia de una carga móvil
proporcionada por el mismo vehículo.

13
DEFLECTÓMETRO TRANSITIVO (LACROIX)
Fabricantes WDM
Inglaterra
Velocidad de operación 2.5 Km/h
Llegó a Chile en 1985
Dispone de un mecanismo computacional que
registra las deflexiones y mueve automáticamente la
viga a su siguiente posición de lectura sin detenerse.
Deflectómetro de Impacto F.W.D.
Peso total: 1300 kg. Largo 4.5 m, ancho 1.9 m, alto 2.4 m

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DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO
La característica principal de la Deflectometría de Impacto es
realizar un ensaye, no destructivo, rápido y económico que
permite evaluar objetivamente, in situ, tanto el valor de soporte
de la subrasante, como la capacidad estructural del pavimento
existente.
Se aplica para medir deflexiones en superficies con pavimentos
flexibles, pavimentos de hormigón, pavimentos compuestos
(recapados), capas granulares y suelos de fundación.
Para diferentes niveles de evaluación : reconocimiento general de la
estructura de un pavimento, reconocimiento rutinario utilizado para los
diseños de proyectos de construcción, refuerzo o rehabilitación,
análisis específicos de la estructura de un pavimento y controles de
tipo receptivo.
- Simula mediante un impacto vertical la carga de un vehículo
pesado sobre un pavimento
-Mide la deflexión elástica dinámica (deflexión de una masa en
movimiento).
-La fuerza del impulso dos masas desde diferentes alturas
sobre una placa de carga de diámetro dado
-Variando la altura de caída y las masas, se puede crear una
fuerza de impulso en el rango de 20 a 70 kN.
-Se simulan cargas de tránsito reales hasta 50 kN, lo que
corresponde a un eje de 10 Ton.
-El resultado de la deflexión sensores cuenco de deflexiones

15
CONJUNTO DE DEFLEXIONES ES REGISTRADA POR TODOS LOS
SENSORES DEL FWD EN EL MOMENTO DEL ENSAYO.
LAS DEFLEXIONES MÁXIMAS EN CADA LUGAR DE MEDICIÓN,
RESULTANTES DE LA APLICACIÓN DE LA CARGA DE IMPACTO, SE
DEBERÁN REGISTRAR EN MICRÓMETROS (UM).
UN DISPOSITIVO MEDIDOR DE CARGA DETERMINA LA FUERZA
MÁXIMA APLICADA POR LA MASA EN EL IMPACTO. EL VALOR LEÍDO
ES EN KN.
EN TODOS LOS CONTROLES SE DEBE REGISTRAR LA TEMPERATURA
DEL PAVIMENTO Y AMBIENTAL. ESTA INFORMACIÓN ES
INDISPENSABLE PARA LA POSTERIOR NORMALIZACIÓN DE LAS
DEFLEXIONES A 20ºC Y 50 KN.
Deflectómetro de Impacto
El equipo está montado en un remolque. El remolque es
tirado por un vehículo. Inmediatamente después de un
ensaye el equipo está listo para su transporte al próximo
punto a la velocidad normal tránsito.
Durante el transporte las masas son bloqueadas en una
posición elevada mediante un sistema automático.
Durante las mediciones el FWD se apoya sobre patas de
soporte.
El FWD está equipado con una bomba de acción manual
para elevar el FWD en caso de una falla en el funcionamiento
del motor u otro problema.

16
DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO (FWD)
Interior del vehículo
computador, rack,
monitor, panel del
odómetro.
Mediciones en
detención
SISMÓMETRO DEL DEFLECTOMETRO DE IMPACTO
Las deflexiones son medidas por lectores de deflexión absoluta,
denominados sismómetros. Su rango es de hasta 5 mm., con una
resolución de un micrómetro. Cada sismómetro posee un tornillo
micrométrico. Son 7 sensores de deflexión, los cuales pueden ser
ubicados en las posiciones: 0-20-30-45-60-90-120 cm. desde el
centro de la carga.

17
POSICIÓN DE LOS SENSORES RESPECTO AL
PLATO DE CARGA
DESIGUALDAD PERMITIDA DE LA SUPERFICIE

18
NÚMERO DE SISMÓMETROS
Sismómetro 6
Sismómetro 5
Sismómetro 4
Sismómetro3
Sismómetro 2
Sismómetro 1
Sismómetro 0
Masa Intermedia
Masa en caída
Estructura de apoyo
Goma de apoyo superior
Goma de apoyo inferior
Pie
Plato de carga
Plato de goma
Pierna de soporte
El pulso de carga es generado por una masa en caída
libre, dispuesto en un sistema llamado de dos masas
SISTEMA DE DOS MASAS

19
SISTEMA DE DOS MASAS
Carga
Tiempo
Con el sistema de dos masas el pulso de carga
es siempre suave , y la carga máxima y tiempo
de incremento en aplicación del pulso de carga
son reproducibles.
Sistema de dos Masas

20
RANGO DE CARGA V/S INCREMENTO DE
TIEMPO
TIPOS DE PLATO DE CARGA

21
PLATO DE CARGA SEGMENTADO
PLATO DE CARGA Y SISMÓMETRO EN CONTACTO
CON LA SUPERFICIE

22
FASE INTERCOMUNICADOR
CÁMARA DE VIDEO Y MONITOR INCORPORADO

23
Motor a Explosión ( Suministro de Energía )
TERMÓMETRO DE AIRE Y SENSOR INFRARROJO

24
ODÓMETRO
EL PLATO DE CALIBRACIÓN SE POSICIONA
DEBAJO DEL PLATO DEL FWD
Plato
Calibrador
Plato de la
Carga

25
EN CONDICIONES NORMALES EL EQUIPO FWD PUEDE
RECOGER APROXIMADAMENTE 150 PUNTOS DE
ENSAYE POR DÍA, AÚN CUANDO ELLO DEPENDE DE
LOS TRASLADOS QUE SE DEBAN REALIZAR Y DE LAS
LIMITACIONES QUE PRESENTE EL TRÁNSITO Y SIN
CONSIDERAR EVENTUALES FALLAS DEL EQUIPO.
EL TIEMPO QUE TOMA EFECTUAR UN ENSAYO
ESTÁNDAR CONSISTIENDO ÉSTE DE 2 IMPACTOS CON
50 KN ES ALREDEDOR DE 35 SEGUNDOS.
Rendimiento
ARCHIVO DE SALIDA FWD

26
CARGA : EN KILONEWTON(KN)
DMX : DEFLEXIÓN MÁXIMA SE MIDE EN MICRONES
EP : MÓDULO ELÁSTICO DEL PAVIMENTO SE MIDE EN MEGAPASCAL
(MPA)(CAPAS ASFÁLTICAS Y GRANULARES ) ES UN MÓDULO COMPUESTO.
EPC : MÓDULO ELÁSTICO DEL PAVIMENTO DE HORMIGÓN SE MIDE EN
MEGAPASCAL (MPA)
ES : MÓDULO ELÁSTICO DEL SUELO DE FUNDACIÓN SE MIDE EN
MEGAPASCAL (MPA)
K : MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE(CONSTANTE DE
BALASTO) SE MIDE EN MEGAPASCAL/METRO
TC : TRANSFERENCIA DE CARGA
MR : MÓDULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE ES UN MÓDULO ELÁSTICO
DE UN SUELO SE MIDE MEGAPASCAL (MPA)
NEEF : NÚMERO ESTRUCTURAL EFECTIVO SE MIDE EN CM.
Definición de Parámetros
Los resultados de las auscultaciones con deflectómetro de
impacto requieren dos tipos de análisis: en primer lugar un
tratamiento estadístico, que permita identificar y agrupar tramos
con igual comportamiento estructural , y un segundo tipo de
análisis que se realiza para cada tramo homogéneo , y que tiene
el objetivo de evaluar los módulos elásticos de las capas de
pavimento y su fundación. El procedimiento de mayor difusión
internacional para el análisis de las deflexiones se conoce con el
nombre de “Retroanálisis” o ”Backcalculation” que consiste en
ajustar las deflexiones medidas a las deflexiones teóricas que se
obtendrían con un modelo de estructura de pavimento (definido
por espesores conocidos y módulos por determinar).
Tipos de Ensayos del FWD

27
Tipos de Ensayos del FWD
Existen tres tipos de ensayo FWD:
- El ensayo base: Sirve para evaluar la capacidad estructural
de un pavimento , siendo también utilizado en materiales de
base y subrasante.
- El ensayo de junta: Para evaluar la capacidad de
transferencia de carga en juntas y grietas, como también
evaluar la presencia de huecos bajo pavimentos de hormigón.
- El ensayo de esquina: Tiene por objeto evaluar la condición
de las esquinas de una losa , y la presencia de huecos bajo
ésta , esta zona es la que está sometida a la mayor
solicitación de tensiones. (los dos últimos sólo en pavimentos
de hormigón ).
TRANSFERENCIA DE CARGA
D2
D0

28
LA TRANSFERENCIA DE CARGA SE DETERMINA MEDIANTE LA
SIGUIENTE FÓRMULA:
%TC=100*DSC/ DC(*B) ; CON B=D0/D30
DONDE:
%TC :% DE TRANSFERENCIA DE CARGA
DSC :DEFLEXIÓN EN LADO NO CARGADO
DC :DEFLEXIÓN EN LADO CARGADO
B :FACTOR DE CORRECCIÓN
D0; D3 :DEFLEXIONES A 0 Y 30 CM, MEDIDO EN EL CENTRO DE LA LOSA.
CONSERVADORAMENTE, EL FACTOR DE CORRECCIÓN B SE CONSIDERA IGUAL A 1.
Análisis de Transferencia de Carga.
TRANSFERENCIA DE CARGA EN JUNTAS.
KM PISTA D0 D30 TC T PAV.
Nº UM UM % ºC
42.92 2 303 185 61% 13.8
42.96 2 338 191 57% 13.0
TRANSFERENCIA DE CARGA EN GRIETAS
KM PISTA D0 D30 TC T PAV.
Nº UM UM % ºC
42.99 2 391 365 93% 12.7
43.07 2 451 139 31% 12.4
Análisis de Transferencia de Carga.

29
TABLA DE CÁLCULO DE TC
EXISTENCIA DE VACÍOS
D0
3 niveles de caída
20, 30, 50 kN
30, 50, 70 kN

30
TABLA DE ESTIMACIÓN DE VACÍOS
RETROANÁLISIS
Macro de Microsoft Excel

31
DATOS RETROCALCULADOS
Pavimento: Asfalto
DATOS RETROCALCULADOS
Pavimento: Hormigón

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Ventajas de la Deflectometría de Impacto
• Ampliamente usado en el mundo
• Mejor simulación de carga real
• Puede medir el cuenco de deflexión
• Rápida adquisición de datos.
• Requiere poca preparación del pavimento.
• No requiere de puntos de referencia fijos
Característica Metodología de calicatas Metodología Deflectometría
Lugar de ensaye
Muestras tomadas en los
bordes del camino
Los ensayes se hacen sobre la
plataforma del camino
Frecuencia
Normalmente 4 calicatas /km
(sin considerar que se
pueden agrupar muestras
para realizar menos ensayes
de CBR)
Mínimo 8 deflexiones/ km
Representativida
d
Normalmente en una calicata
se utiliza la capa con el peor
CBR
Caracteriza al suelo por su
comportamiento en conjunto ante
una carga normal de tránsito.
Comportamiento de
laboratorio.
Comportamiento de terreno.
Correlación con MR Directamente MR
Rendimiento
(Proy. de 20km)
45 a 60 días
7 días (Mayor frecuencia
prácticamente no aumenta el
plazo de desarrollo del estudio)
Costo
(Proy. de 20km)
± 360 UF ± 130 UF
Reconocimiento
Muy conocido y fácil
ejecución
Lo recomienda la misma Guía
AASHTO, señalando la
metodología para su uso
Ventajas de la Deflectometría de Impacto

33
Lo Orozco - Quilpué
Deflexión Máxima P1
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400 15.500
kilometraje
Dmax
2001 2002
RANURADO TEXTURADO
Ejemplos
Módulo Resiliente P1
0
50
100
150
200
250
300
350
400
14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400 15.500
kilometraje
Mr
2001 2002
RANURADO TEXTURADO
Ejemplos

34
Número Estructural P1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400 15.500
kilometraje
N°E
2001 2002
RANURADO TEXTURADO
Ejemplos
Deflexiones máximas P2
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400
kilometraje
Dmax
2001 2002
RANURADO TEXTURADO
Ejemplos

35
Módulo Resiliente P2
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400
Kilometraje
Mr
2001 2002
RANURADO TEXTURADO
Ejemplos
Número Estructural P2
0
2
4
6
8
10
12
14.300 14.400 14.500 14.600 14.700 14.800 14.900 15.000 15.100 15.200 15.300 15.400
Kilometraje
N°E
2001 2002
RANURADO TEXTURADO
Ejemplos

36
Temuco - Río Bueno Número Estructural
12
13
14
15
16
17
18
19
727 728 729 730 731 732 733 734
Kilometraje
NE
2002
Ejemplos
Temuco - Río Bueno Deflexiones Máximas
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
727 728 729 730 731 732 733 734
kilometraje
Dmax
2002
Ejemplos

37
Temuco - Río Bueno Módulo Resiliente
50
100
150
200
250
300
350
727 728 729 730 731 732 733 734
kilometraje
Mr
2002
Ejemplos
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