Deflectómetro de impacto ligero

 Historia

Desde el año 2017 la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), estableció una metodología estandarizada para conocer el grado de compactación en términos de módulo de rigidez. El procedimiento se divide en dos partes, la norma AASHTO TP 123-01, que se enfoca en la determinación del módulo objetivo utilizando caídas del LWD sobre el molde Proctor compactado y la norma AASHTO TP 456-01 que describe el procedimiento de control de calidad de compactación mediante el uso del LWD en campo.  Hasta el año 2020, se publicó en México el manual M-MMP-1-16/20, con el uso de esta metodología, por parte de la Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes (SICT), siendo este manual el primero en América Latina.

¿Qué es el LWD?

Se designa como LWD por sus siglas en inglés Light Weight Deflectometer, es decir, Deflectómetro de Impacto Ligero. Es un dispositivo de carga de placa dinámico y portátil que se diseñó para determinar la deflexión en capas no ligadas del pavimento; posteriormente, se amplió su uso de aplicación con una metodología de validación del grado de compactación a través de la relación de rigideces.

Propósito del LWD

• Es una herramienta que se puede utilizar para el control de calidad in situ mediante el grado de compactación, entendiendo éste como la relación del módulo de rigidez de campo entre el módulo de rigidez objetivo que se determina en laboratorio.
• El funcionamiento del equipo permite determinar deflexiones del suelo en sitio para conocer el comportamiento dinámico del suelo. 
• El equipo permite conocer las capacidades de reacción del suelo conformado y estimar el grado de compactación sin realizar alteraciones físicas por lo que lo hace un proceso más eficiente. 

¿Cómo funciona?

El fundamento por el cual fue creado el LWD es para replicar el esfuerzo del eje de un camión sobre la superficie, en amplitud y relación de carga a una velocidad de operación de 80 kph, en el que el eje recibe una carga de 10.2 ton/m2. 

La configuración básica para replicar ese esfuerzo es con una masa contrapeso de 10 kg, una placa de 300 mm, a la altura máxima que varía dependiendo la marca del equipo, con esto se genera una fuerza de 7.060 kN y el pulso oscila entre 15 y 30 ms, que es lo que simula el movimiento del tránsito del vehículo.

En Geotest se realizó una investigación en la que se buscó comparar a través de una correlación lineal dos metodologías: una basada en el módulo de rigidez superficial medido con LWD (Light Weight Deflectometer) y otra basada en el grado de compactación medido con un densímetro nuclear, con la finalidad de disminuir la incertidumbre que genera la implementación de nuevos métodos. Se concluyó que existe una asociación lineal fuerte entre las variables estudiadas. Sin embargo, el criterio de aceptación del tramo de estudio a través de ambas metodologías es diferente: 

• Caso 1-Densímetro nuclear: Se considera que el tramo evaluado es aceptable y cumple con el grado de compactación.
• Caso 2-LWD con criterio de aceptación del manual de la SICT: El tramo no cumple, al ser la relación de rigidez en todos los puntos evaluados menor a 1.
• Caso 3- LWD con metodología AASHTO: El tramo cumple debido a que el 96% de los datos se encuentran dentro del límite de aceptación.

Por otro lado, con la finalidad de comprobar la influencia de la humedad en los resultados de las muestras, se reprodujeron especímenes con variación en el contenido de humedad, manteniendo la masa volumétrica seca y se encontró que no hay diferencias estadísticamente significativas en los módulos de rigidez obtenidos en la reproducción de especímenes, sin embargo, si lo hubo en la masa volumétrica seca, por los que se requiere realizar más pruebas para ampliar el campo de estudio para entender más esta variable.   

Beneficios 

Uno de los beneficios más estudiados con el uso del LWD es el ahorro en los tiempos en el control de calidad de la compactación de capas no ligadas, ya que los tiempos promedios para ejecutar una prueba con el LWD en campo es de 5 minutos, comparado con los métodos convencionales de trompa y arena o cono y arena, en el que se invierte aproximadamente 30 minutos en ejecutar un ensayo en sitio para dar un resultado preliminar, sin embargo este tiempo es mayor porque es necesario determinar el porcentaje de humedad y recalcular el resultado final de la prueba. 

LWD en Geotest

Nuestro equipo es de la marca Dynatest, el cual cuenta con celda de carga, mide la deflexión por la velocidad que se propaga mediante geófono y tiene un sistema de amortiguación a base de buffers de capa de goma ajustable.

La importancia de su empleo es que al ser un método no destructivo y de fácil transporte, se requiere solo una persona para la ejecución de la prueba, así como el aumento de la productividad al requerir menor tiempo para la obtención de resultados y por lo tanto, se reducen los costos de operación en el proyecto. 

La ejecución del ensayo para medir las deflexiones con un LWD es muy sencilla. En resumen, con base a la norma ASTM E2583, primero se debe asegurar que la superficie de ensayo esté lo más limpia y lisa posible, en caso de que la superficie sea de grava, se recomienda colocar una capa delgada de arena fina, se continúa colocando la placa de carga y los sensores para asegurarse de que se esté descansando sobre una superficie de prueba firme y estable. Posteriormente, se eleva el peso de caída a la altura deseada y se permite la caída libremente y se registran las deflexiones de la superficie resultantes de la carga aplicada, el procedimiento se realiza al menos dos secuencias de peso descendentes y se comparan los resultados, buscando que la diferencia de los resultados no sea mayor del ±3%.

Referencias: 

• American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). (2017). Standard Method of test for Laboratory Determination of Target Modulus Using Light – Weight Deflectometer (LWD) Drops on Compacted Proctor Mold (TP 123-01).
• American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). (2017). Standard Method of test for Compaction Quality Control Using Light – Weight Deflectometer (LWD). (Shallow Depth) (TP 456-01).
• American Society for Testing and Materials (ASTM). (2020) Standard Test Method for Measuring Deflections with a Ligh Weight Deflectometer (LWD) (E2583-07(Reapproved 2020)).
• Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes (2021). Uso del Deflectómetro de Impacto Ligero (LWD) en el control de compactación en campo. Boletín técnico DGST No. 2/2021.