INFORME DE VISITA CAMPO DE:MEDICIN DE DEFLEXIONES CON LA VIGA BENKELMANINTRODUCCIONLas deflexiones producidas en la superficie de un pavimento flexible, por accin de cargas vehiculares, pueden ser determinadas haciendo uso de deflectmetros tales como el denominado "Viga Benkelman". Llamado as en honor al Ing. A.C. Benkelman, quin la desarrollo en 1953 como parte del programa de ensayos viales de la ASSHO Road Test. Desde entonces su uso se ha difundido ampliamente en proyectos de evaluacin estructural de pavimentos flexibles, tanto por su practicidad como por la naturaleza directa y objetiva de los resultados que proporciona.Este documento contiene el mtodo utilizado para la evaluacin del deterioro del pavimento, mediante el ensayo no destructivo, con un aparato denominado Viga Benkelman, y los resultados del mismo realizado al pavimento flexible de las calles de la ciudad de Juliaca en la avenida Venezuela a la cual acud con los implementos de seguridad requeridos con mis utensilios personales para recopilacin de informacin, video y fotos. Para la elaboracin del presente informe, de la cual Sal conforme y habiendo adquirido conocimientos bsicos de prctica.OBJETIVOSOBJETIVO GENERALConocer la metodologa para el uso de la Viga Benkelman para controlar deflexiones en pavimentosOBJETIVOS ESPECFICOS Medir deflexiones en pavimentos. Estudiar los factores ambientales en la medicin de deflexiones. Analizar la deflexin y radio de curvatura.MARCO TERICOVIGA BENKELMANInstrumento mecnico de diseo simple utilizado para medir la deformacin elstica de un pavimento ante la aplicacin de una carga esttica o de lenta aplicacin.La utilizacin de la Viga Benkelman sirve bsicamente a la determinacin: Determinar la vida til remanente de un pavimento. Evaluar estructuralmente pavimentos, analizando todas las condiciones localizadas, como drenaje, calidad de los materiales, espesores de diseo anteriores etc. Evaluar los mtodos de diseo de pavimentos y control de ejecucin de obras. Determinar la condicin de un pavimento con miras a su conservacin. En determinadas regiones, seleccionar la carga por rueda permitida en periodos crticos (generalmente deshielo).DEFLECTOMETRIAEs el estudio de las deformaciones verticales de la superficie de un pavimento, debido a la accin de una carga dinmica o esttica, las cuales provocan fallas estructurales que dependen de la magnitud y frecuencia de las deformaciones recuperables y de la acumulacin de las deformaciones permanentes en la estructura.As que la deflexin de un pavimento es un indicador del comportamiento de la estructura pavimento-subrasante, frente a una determinada carga.La determinacin de la capacidad estructural por este mtodo cumple en el diseo de refuerzos un rol en cierta forma semejante a la determinacin del C.B.R. de suelos de subrasante en el diseo de estructuras nuevas.EVALUACION ESTRUCTURALConsiste 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 mtodos destructivos y mtodos no destructivos las cuales pueden ser evaluados en su etapa constructiva para su mayor control de la calidad del pavimento y as obtener su estado de servicio y aprovechar su capacidad estructural hasta donde sea posible.MEDICION DE DEFLEXIONESLas deflexiones producidas en la superficie de un pavimento flexible, por accin de cargas vehiculares, pueden ser determinadas haciendo uso de deflectmetros tales como el denominado "Viga Benkelman". Llamado as en honor a Daniel Benkelman, quien la desarroll en el ao 1952 como parte de ensayos viales de la WASHO (WASHO Road Test). Desde entonces su uso se ha difundido ampliamente en proyectos de evaluacin estructural de pavimentos flexibles, tanto por su practicidad como por la naturaleza directa y objetiva de los resultados que proporciona.1.1 VIGA BENKELMANEl deflectmetro Benkelman funciona segn el principio de la palanca. Es un instrumento completamente mecnico y de diseo simple. Segn se esquematiza en la (figura 01.a) , la viga consta esencialmente de 2 partes : (1) un cuerpo de sostn que se sita directamente sobre el terreno, mediante 3 apoyos (dos delanteros fijos "A" y uno trasero regulable "B") y (2) un brazo regulable mvil acoplado al cuerpo fijo mediante una articulacin 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 vstago de un extensmetro de movimiento vertical (punto E). Adicionalmente el equipo posee un vibrador incorporado que al ser accionado, durante la realizacin 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 camin cargado. Por el peso aplicado se produce una deformacin del pavimento, consecuencia de lo cual la punta baja una cierta cantidad, con respecto al nivel descargado de la superficie. Como efecto de dicha accin 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 vstago del extensmetro apoyado en el, generando asi una lectura en el dial indicador. Si se retiran luego las llantas cargadas, el punto "D" se recupera en lo que la deformacin elstica se refiere y por el mismo mecanismo anterior se genera otra lectura en el dial del extensmetro.La operacin expuesta representa el "principio de medicin" con la Viga Benkelman. Lo que se hace despus son solo clculos en base a los datos recogidos. As, con las dos lecturas obtenidas es posible determinar cuanto deflect 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 recuperacin del punto "D" al remover la carga " Rebote elstico" y no la deformacin al colocar esta. Para calcular la deflexin deber considerarse la geometra de la viga, toda vez que los valores dados por el extensmetro (EE') no estn en escala real sino que dependen de la relacin de brazos existente. (ver figura 01 .b).

Figura 01. a: Esquematizacin de la viga Benkelman.

Figura 01. b: Principio de operacin de la viga Benkelman.1.2 EQUIPO REQUERIDOEl equipo mnimo requerido para la realizacin de ensayos de medicin de deflexiones es el siguiente:a) Una Viga Benkelman con su respectivo flexmetro o extensmetro con dial indicador de divisiones cada 0.01 mm, con una relacin de brazos 1:1, 1:2 o 1:4 siendo las ms comerciales y usadas. Como por ejemplo , una viga de relacin de brazos 1:2 tendr las siguientes dimensiones: Longitud de brazo de ensayo, desde el pivote a la punta de prueba es 2.438 mts. Longitud de brazo de ensayo desde el pivote al punto de apoyo del vstago del dial indicador es 1.219 mts.Longitudes no estandarizadas, pudiendo variar, dependiendo de la marca del equipo.b) Un camin para el ensayo con las siguientes caractersticas: El eje trasero simple trasmitir una carga de 18,000 libras, igualmente distribuidas en sus dos ruedas duales y estar equipado con cmaras neumticas. La presin de inflado de las llantas deber ser de 5.6 kilogramos por centmetro cuadrado (80 libras por pulgada cuadrada, recomendada) dentro del rango de 75 a 85 psi. Donde las cubiertas de la llanta deber ser de 10" x 20" de 12 telas, infladas a la presin indicada. La distancia entre los puntos medios de la banda de rodamiento de ambos neumticos de cada rueda dual debe ser de 32 cm.c) Balanza porttil para pesaje de camin, con capacidad de 10 toneladas.d) Medidor de presin de llanta.

e) Un termmetro de 0 a 100C con divisiones cada grado.f) Un barreno para ejecutar orificios en el pavimento de 4 cm. de profundidad y 1 de dimetro.g) Una cinta mtrica de 2 25 metrosh) Vehiculo auxiliar (camioneta), para transportar al personal y equipo miscelneo (cintas, barrenos, termmetro, aceite, plomada, destornillador, alicates, hojas de campo, seales de seguridad, varillas de metal o madera de 2 m. , alambre de amarre , etc).1.3 PROCEDIMIENTO DE CAMPOPara medir las deflexiones en la superficie del pavimento, se usar el deflectmetro conocido como la Viga Benkelman, el cual es un instrumento que funciona segn el principio de una palanca, uno de sus extremos se apoya en el pavimento deformado ante la aplicacin de una carga, mientras que el otro est en contacto sensible con un fleximetro o deformimetro de precisin, con dial de lecturas graduado en centsimas de mm. Dependiendo de la relacin de brazos del equipo y de la factibilidad que el dial proporcione la verdadera magnitud de las medidas, en forma automtica, 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 camin. La presin de inflado de las llantas debe verificarse en 80 psi (5.6 kg/cm2). Eventualmente la carga usada en los ensayos puede tener una variacin en el orden de +/- 1%.1) El punto del pavimento a ser ensayado, deber ser marcado convenientemente con una lnea transversal al camino. Sobre dicha lnea ser localizado el punto de ensayo a una distancia prefijada del borde. Se recomienda utilizar las distancias indicadas en la siguiente tabla.DISTANCIA DEL PUNTO DEL

ANCHO DEL CARRILENSAYO DESDE EL BORDE DEL

PAVIMENTO (m.)

2.70 m.0.45

3.00 m.0.60

3.30 m.0.75

3.60 m. o ms0.90

2) La rueda dual externa deber ser colocada sobre el punto seleccionado, quedando ste ubicado entre ambas llantas. Para la correcta ubicacin de la misma es conveniente colocar en la parte trasera externa del camin una gua vertical en correspondencia con el eje de carga; desplazando suavemente el camin, se hace coincidir la gua vertical con la lnea transversal indicada en 1), de modo que simultneamente 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 operacin es aceptable una tolerancia en el rango de 3" alrededor del punto.

Figura 02: Viga coincide con el centro de las llantas3) Se coloca la viga sobre el pavimento, detrs del camin, perpendicularmente al eje de carga, de modo que la punta de prueba del brazo mvil (del primer brazo de mayor longitud, el caso sea doble) coincida con el punto de ensayo y la viga no roce contra las cubiertas de las llantas de la rueda dual. Dado que esto ltimo se dificulta por la inaccesibilidad tanto visual como manual, se realizar previamente la siguiente operacin : Se coloca la viga en la posicin 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 mvil con el eje vertical del centro de gravedad. Tomando como punto de referencia la varilla vertical adosada a la parte trasera del camin (Ver figura 03), se efecta una marca en la viga de manera tal que, en adelante, basta con hacerlas coincidir (la marca con la varilla vertical) para asegurarse que el extremo de la viga coincide con el centro de las llantas, en el momento de iniciar las mediciones.

Figura 03: Configuracin geomtrica del sistema de cargaDe igual forma se puede efectuar, a partir de la primera, sucesivas marcas a distancias elegidas a las cuales se desee medir deflexiones adicionales (puede ser a 25, 50, 75 y 100 cm) o por lo menos 3 lecturas , pero se pueden obtener ms, con fines de verificacin, lo cual es recomendable, o si es que se desea obtener una idea grfica del tipo de curva de deflexiones que se producen.Como norma se realiza marca adicional a una distancia de 25 cm. para la deflexin que servir para el clculo del radio de curvatura. Seguidamente se realiza a los 50, 75 y 100 pudiendo variar estas ltimas, los cuales ayudaran a un mejor anlisis.

4) Una vez instalada la viga en el punto de medicin haciendo coincidir con la gua vertical y la marca inicial (Ver Figura 04 a), se verificar que esta se encuentre alineada longitudinalmente con la direccin del movimiento del camin.5) Se retira o liberan los seguros del o brazos mviles y se ajusta la base de la viga por medio del tornillo trasero, de manera que el o los brazos mviles de medicin quede en contacto con el vstago del diales.6) Se ajusta el dial de modo que su vstago tenga un recorrido libre entre 4 y 6 mm (4 6 vueltas ).Se gira la esfera del dial del extensmetro, hasta que la aguja quede en cero y se verificar la lectura golpeando suavemente con un lpiz y poniendo en marcha el vibrador de la viga . Girar la esfera si es necesario y repetir la operacin hasta obtener la posicin cero (0).El ensayo comenzar cuando se compruebe que dicha lectura permanece constante, asegurando el equilibrio del pavimento bajo carga. Se da por estabilizada la deformacin producida por la carga, cuando la lectura inicial vara en 0.01 mm/ minuto o menos.7) Establecida la lectura inicial en cero, se hace avanzar suave y lentamente el camin procedindose a tomar las lecturas conforme la varilla vertical vaya coincidiendo con la primera, segunda y dems marcas adicionales (Ver Figura 04b), y una lectura final cuando el camin se haya alejado lo suficiente del punto de ensayo hasta una distancia de 4 a 5 mt aproximadamente en que el indicador del dial ya no tenga movimiento, registro que corresponde al punto de referencia con deflexin cero.

a) Posicin inicial (Do = Deflexin mxima)

b) Posicin a 25 cm (D25)

c) Posicin a 50 cm (D50)

d) Posicin a 100 cm (D100)

e) Posicin final (deflexin cero)8) Con el fin de medir la temperatura del pavimento se practica un orificio (antes de comenzar el ensayo y simultneamente con el trazado de la lnea) cuyas dimensiones sern: 4 cm de profundidad y 10 mm de dimetro, aproximadamente, emplazado sobre la lnea demarcada entre el punto de medicin y el borde del pavimento (a no menos de 25 cm del mismo).Se llena con (agua, glicerina, aceite o asfalto) el orificio y, una vez pasada el tiempo prudencial para que el lquido adquiera la temperatura del pavimento (no menos de 10 minutos), se inserta el termmetro y se lee la temperatura antes del desplazamiento del camin.El rango e temperaturas de trabajo, en el que se pueden llevar a cabo las mediciones, queda definido en la siguiente forma:Lmite inferior: 5C Limite superior: Concreto asfltico que presenta la superficie libre de deformaciones, sellados, u otros tratamientos superficiales : 30C Mezclas de baja estabilidad o no convencionales, o concretos asflticos no incluidos en el caso anterior: mxima temperatura para la cual no se detecta deformacin plstica entre ambas cubiertas de la rueda dual, menor o igual a 30C. Tratamientos superficiales bituminosos: 38C.9) Para detectar deformacin plstica entre los neumticos de la rueda dual del camin o verificacin del descenso de las patas de la viga se procede segn lo dispuesto en la norma o especificacin MTC E 1002-2000, el cual se adjunta en los anexos.Para la realizacin de esta rutina de medicin en campo ser necesario del concurso de tres operadores: un tcnico calificado que lea y dicte las lecturas, un operador que anote las mediciones y un ayudante que coordine con el conductor del camin y a la vez de aviso cuando las varillas adosada al camin vaya coincidiendo con las marcas hechas en la viga.Todo el trabajo ser supervisado por un ingeniero de campo quien verificar los valores que se hayan obtenido as como tomar anotacin de cualquier factor que a su juicio pueda explicar los resultados (corte, relleno, tipo de material, presencia de alcantarillas, napa fretica, estado de pavimento, etc).1.4 CALCULO DE LAS DEFLEXIONESUna vez tomados los datos de campo, el clculo de las deflexiones para cada seccin consiste en sustraer la lectura final (punto de referencia de deflexin cero) a cada una de las otras, representando las respectivas diferencias la deformacin en dichos puntos, las cuales en conjunto definen la curva de deflexin de superficie de pavimento.Como las lecturas que se toman en el dial corresponden a componentes de deformacin en un proceso de descarga, el valor o lectura final ser menor que el inicial. Tal como se puede mostrar en el formato de clculo de deflexiones que se adjunta en el anexo.FACTORES AMBIENTALES EN LA MEDICION DE DEFLEXIONESLas deflexiones debern ser corregidos previamente por temperatura y por estacionalidad, debido a la accin climtica donde se realizan las mediciones de deflexin, siendo, est la ms preponderante en cuanto a las variables ambientales que influencian en las propiedades fsicas y mecnicas de los pavimentos, como son: condiciones climticas, condiciones de drenaje y condiciones geolgicas.Los dos factores que mejor representan la accin climtica sobre los pavimentos son la temperatura y las precipitaciones.1.5 FACTOR DE CORRECCION POR TEMPERATURAEs de vital importancia tomar en cuenta la temperatura de la carpeta asfltica al momento de realizar la prueba, ya que sta tiene una influencia directa sobre las Deflexiones registradas.Otros factores que influyen en la temperatura del pavimento son : la temperatura del aire, el grado de insolacin, radiacin, lluvia, viento y la profundidad a la que se registra la temperatura, cuanto mayor es la profundidad, mayor es el tiempo necesario para llegar a la temperatura real del pavimento, generalmente se considera a 4 cm de la superficie. A mayores temperaturas la rigidez de las mezclas asflticas disminuir, por lo que el valor de la deflexin depender del espesor y rigidez de capas subyacentes, para poder realizar comparaciones entre diferentes tramos, mediante la siguiente frmula:Donde:D20 =Deflexin recuperable a la temperatura Standard 20C.Dt =Deflexin en centsimas de milmetro a la temperatura t.K =Coeficiente igual a 1 x 10-3 ( 1/cm x C).T =Temperatura del asfalto medida para cada ensayo.e =Espesor de la carpeta asfltica en cm. DEFLECTOGRAMAEl deflectograma constituye un elemento fundamental para el analisis de la variabilidad de la capacidad estructural, ya que las deflexiones permiten revelar la desuniformidad de su capacidad estructural.La primera desuniformidad, en el sentido transversal se revela en muchos casos por las mayores deflexiones de la huella externa con respecto a la interna de un mismo carril, atribuidas principalmente a una reduccin del confinamiento lateral asociada a la terminacin del pavimento, y a condiciones mas adversas del suelo, principalmente en lo que hace a su contenido de humedad y grado de densificacin.Por este motivo, las determinaciones se han conducido a la huella externa del carril, considerado critico a una distancia del borde variable en funcin del ancho de la calzada.La desuniformidad en el sentido longitudinal se revela en la gran dispersin de valores individuales, aun para determinaciones muy prximas entre s, debido a la variabilidad de las propiedades de los materiales y del proceso constructivo.Para interpretar los resultados no se puede considerar los valores individuales, surge la necesidad de establecer una deflexin que represente adecuadamente cada seccin, y por ende, de una evaluacin estadstica.Con este propsito, los resultados obtenidos se vuelcan en un grfico en funcin de las progresivas, que se denomina deflectograma, en el que se incluyen todos los datos de inters, obtenidos: deflexiones corregidas y radios de curvatura, como del relevamiento de condicin son presentados en correspondencia con las progresivas de medicin, permitiendo una visin global del conjunto de datos obtenidos. en el campo.El principal objetivo de la medicin de deflexiones radica en poder diferenciar secciones de distinta capacidad estructural en un mismo tramo. Por lo tanto, es en base al deflectograma que se procede a: Diferenciar secciones de distinta capacidad estructural y/o comportamiento, considerando deflexiones, fallas observadas y estructura del pavimento, las que son procesadas estadsticamente luego. Eliminar valores extremos aislados, no representativos y que distorsionan los resultados. Obtenidos los parmetros estadsticos, ubicar las perforaciones requeridas para interpretar los resultados, en zonas representativas de buen y mal comportamiento. Delimitar secciones en las que se requiere intensificar los estudios o realizar estudios especiales.El deflectograma es empleado para juzgar la capacidad portante del pavimento.CONCLUSIONES La medicin de las deflexiones, como respuesta de un pavimento flexible ante la aplicacin de una carga sobre el pavimento, es la base para la evaluacin estructural. Las deflexiones en la superficie de un pavimento reflejan una respuesta global del sistema pavimento-subrasante (estructura del pavimento) bajo una carga dada. Su medicin es simple, rpida, econmica y "no destructiva", es decir no se alteran el equilibrio ni la integridad del sistema. La metodologa con la viga benkelman tiene mayor uso o relevancia en los trabajos a nivel de rehabilitacin, mantenimiento y mejoramiento de pavimentos por su bajo costo de aplicacin. Para la evaluacin estructural de pavimentos se utiliza la deflexin caracterstica.RECOMENDACIONES Despertar el inters del alumnado de la facultad de ingeniera civil de la universidad Alas Peruanas, en la aplicacin de la deflectometra con la utilizacin de la Viga Benkelman y su importancia en la deformacin de pavimentos. El sistema con la Viga Benkelman deber adaptarse a un sistema digital mediante el uso de una Laptop de tal manera de procesar la informacin de campo en forma rpida para una oportuna toma de decisiones.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Del Aguila, Pablo, 1985 "La Medicin de Deflexiones aplicada al Diseo, Evaluacin, Construccin y Control de Calidad de Pavimentos". Lima-Per. Ministerio de transportes y Comunicaciones, 2000 "Manual de Ensayo de Materiales (EM-2000)". Pag. Web: www.mtc.gob.pe/portal/transportes/caminos_ferro/manual/EM- 2000/index.htm Ministerio de transportes y Comunicaciones, 2000 "Especificaciones generales del MTC (EG-2000)". Pag. Web: http://www.mtc.gob.pe/portal/transportes/caminos_ferro/manual /EG-2000/index.htm

ANEXOS

PUENTES Y OBRAS DE ARTE2