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Un deflectómetro de caída de peso (FWD) es un dispositivo de prueba utilizado por ingenieros civiles para evaluar las propiedades físicas del pavimento en carreteras, caminos locales, pavimentos de aeropuertos, áreas portuarias, vías de ferrocarril y otros lugares. Los datos adquiridos de los FWD se utilizan principalmente para estimar la capacidad estructural del pavimento, para facilitar el diseño de superposición o determinar si un pavimento está sobrecargado. Dependiendo de su diseño, un FWD puede estar contenido dentro de un remolque remolcable o puede estar integrado en un vehículo autopropulsado, como un camión o una camioneta. Los vehículos de inspección vial integral suelen consistir en un FWD montado en un camión pesado junto con un radar de penetración terrestre y un atenuador de impacto .
Durante la prueba, un FWD somete la superficie del pavimento a un pulso de carga que simula la carga producida por la rueda de un vehículo en movimiento. El pulso de carga se produce dejando caer un peso grande sobre un "amortiguador" que da forma al pulso y luego se transmite al pavimento a través de una placa de carga circular. Los datos se adquieren de varios sensores para su uso en el análisis posterior a la prueba de las propiedades del pavimento. Los sensores de deflexión se utilizan para medir la deformación del pavimento en respuesta al pulso de carga. En algunos FWD, la magnitud del pulso de carga aplicado es un valor constante supuesto determinado por el diseño del sistema; en otros, la fuerza se mide mediante células de carga.
La placa de carga puede ser sólida o segmentada. Las placas de carga segmentadas se adaptan a la forma del pavimento para distribuir más uniformemente la carga en superficies irregulares. El diámetro de la placa de carga suele ser de 300 mm en carreteras y de 450 mm en aeropuertos, y la carga para pruebas en carretera es de aproximadamente 40 kN, lo que produce aproximadamente 567 kPa de presión debajo de la placa de carga (50 kN/707 kPa según la norma europea).
Hay dos tipos diferentes de sistemas de impacto de carga; monomasa y bimasa. [1] [2]
En un sistema de una sola masa, se deja caer un peso sobre un único amortiguador [ se necesita aclaración ] conectado a una placa de carga, que a su vez descansa sobre la superficie que se está probando. Los FWD de masa única suelen ser más pequeños, más rápidos y menos costosos pero, cuando se usan en suelos blandos, pueden sobreestimar la capacidad de los pavimentos debido a la inercia de masa del material del pavimento. [3]
En un sistema de doble masa, el peso cae sobre un conjunto que consta de un primer amortiguador, un segundo peso y un segundo amortiguador. [nota 1] Esto produce una duración de carga más larga que simula con mayor precisión una carga de rueda y produce una mayor reproducibilidad y un resultado más preciso en pavimentos construidos sobre suelos blandos. [4] [5]
También hay sistemas combinados de masa simple/doble donde el peso que cae y el peso medio se pueden bloquear entre sí dando un impulso corto de 150 kN. En modo desbloqueado, el FWD funciona como un sistema de doble masa que genera un impulso de 50 kN de longitud.
En todos los sistemas, la forma del pulso de carga y el tiempo de subida son importantes porque pueden afectar los valores máximos de deflexión central hasta entre un 10% y un 20%. [6]
Los sensores de deflexión se utilizan para medir la deformación del pavimento en respuesta al pulso de carga. Los sensores se montan radialmente desde el centro de la placa de carga con desplazamientos típicos de 0, 200, 300, 450, 600, 900, 1200 y 1500 mm (las deflexiones medidas en estos desplazamientos se denominan D0, D200, D300, etc.) .
Se utilizan dos tipos de sensores de deflexión: geófonos y sismómetros de equilibrio de fuerzas . Los sismómetros tienen dispositivos de calibración incorporados y rangos de medición de deflexión más altos (5 mm frente a 2 mm). Los geófonos carecen de dispositivos de calibración incorporados y son más sensibles a las perturbaciones inmediatamente antes del impacto, ya que el error inicial está integrado [ se necesita aclaración ] , pero son mucho menos costosos que los sismómetros.
Los datos FWD se utilizan con mayor frecuencia para calcular parámetros relacionados con la rigidez de una estructura de pavimento. El proceso de calcular los módulos elásticos de capas individuales en un sistema multicapa (por ejemplo, hormigón asfáltico sobre una capa de base encima de la subrasante ) basándose en las deflexiones de la superficie se conoce como "cálculo retroactivo", ya que no existe una forma cerrada. solución. En lugar de ello, se asumen módulos iniciales, se calculan las deflexiones de la superficie y luego los módulos se ajustan de forma iterativa para converger en las deflexiones medidas. Este proceso es computacionalmente intensivo aunque rápido en las computadoras modernas. Puede dar resultados bastante engañosos y requiere un analista experimentado. Los software de cálculo retroactivo más utilizados son:
Muchos analistas utilizan métodos simplificados para calcular parámetros relacionados que son de naturaleza empírica. La más común es la deflexión máxima debajo del centro de la placa de carga (D0), que está relacionada con medidas empíricas como la deflexión de la viga Benkelman (después de un ajuste menor para las diferencias entre los dos dispositivos). Históricamente, algunos usaban el radio de curvatura (D0-D200), pero ahora está en desuso porque está claro que la placa de carga de acero de 300 mm de diámetro afecta la forma del recipiente de desviación entre el centro (D0) y el sensor D200 a 200 mm. . Sin embargo, esto significa que se desperdicia mucha información útil sobre la forma del cuenco desviado. Horak y Emery han publicado índices que utilizan esta información: BLI=D0-D300 y da una indicación del rendimiento de la base, MLI = D300-D600 y da una indicación del rendimiento de la subbase, y LLI=D600-D900 y da una indicación de rendimiento de la subrasante. Estos y otros índices similares se conocen como factores de forma. Los datos FWD también pueden ser muy útiles para ayudar al ingeniero a dividir la longitud del pavimento en secciones homogéneas.
Los datos FWD también se pueden utilizar para calcular el grado de transferencia de carga entre losas de hormigón adyacentes y para detectar huecos debajo de las losas.
Dynatest fue la primera empresa en desarrollar el deflectómetro de peso ligero (LWD). El deflectómetro de peso ligero es un deflectómetro de peso descendente portátil que se utiliza principalmente para probar los módulos de base y subrasante in situ durante la construcción. La medición LWD es más rápida que el método de medición de isótopos y no requiere mediciones de referencia. El equipo no tiene fuentes radiactivas y puede ser operado por una sola persona, lo que permite el análisis de datos in situ y la impresión de informes. [7] Algunos LWD no tienen celda de carga y asumen un valor de carga nominal, mientras que otros emplean una celda de carga para medir la carga real. Dependiendo del sistema, un LWD puede tener un solo geófono ubicado en el centro o puede tener dos geófonos, generalmente ubicados en posiciones de 300 y 600 mm.
Un deflectómetro de caída rápida de peso (FFWD) es un FWD con actuadores neumáticos o eléctricos en lugar de hidráulicos, lo que hace que la mecánica sea varias veces más rápida.
Un deflectómetro de peso pesado (HWD) es un deflectómetro de peso descendente que tiene cargas más altas (normalmente de 300 kN a 600 kN), utilizado principalmente para probar pavimentos de aeropuertos. Un error común es que se necesitan cargas más altas para probar la capacidad de un aeropuerto para manejar aviones pesados, pero, de hecho, los métodos de prueba no están diseñados para probar la resistencia de la construcción sino para encontrar las propiedades del material de la construcción.
Un deflectómetro de peso rodante (RWD) es un deflectómetro que puede recopilar datos a una velocidad mucho más alta (hasta 55 mph) que el FWD, lo que permite que los datos se recopilen sin control de tráfico ni cierre de carril. [8] Se implementa como un camión con remolque con dispositivos de medición láser montados en una viga debajo del remolque. A diferencia del FWD, que se detiene para realizar mediciones, un RWD recopila datos de deflexión mientras viaja. [9]
Los materiales de prueba se describen en ASTM D 4694 y el método de prueba se define en ASTM D 4695.140.