Uso de los Deflectógrafos de Alta Velocidad para la Gestión de Pavimentos de Última Generación Gerardo W. Flintsch, P.E., Ph.D. Director del Centro de Infraestructura Sostenible de Transportes y Profesor, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Virginia Tech Vice Presidente and Director Técnico, FM Consultants Advancing Transportation Through Innovation

Contenidos Introducción Estudio SHRP 2 Exactitud y Precisión Aplicaciones Conclusiones

Introducción Gestión de pavimentos Proceso de negocio importante de la gestión de activos Activo de más valor del patrimonio vial Impacta seguridad, costos de operación, ruido, etc. Evaluación y seguimiento de la evaluación estructural Bloque fundamental de un sistema de gestión de pavimentos eficiente This slide needs work

Gestión de Activos o Gestión del Patrimonio Vial GUIs SQLs Manejo de Datos ANÁLISIS ESTRATÉGICO PRODUCTOS Metas y Políticas Presupuesto Disponible REPORTES A NIVEL DE RED Evaluación de la condición Necesidades Evaluación Económica Programa de Obras optimizado … BASE DE DATOS INVENTARIO CONDICIÓN TRÁNSITO ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO RETRO-ALIMENTACIÓN ANÁLISIS A NIVEL DE RED PREDICCIÓN DE DETERIORO PRIORIZACIÓN / OPTIMIZACIÓN ANÁLISIS DE NECESIDADES PROGRAMACIÓN GRAFICAS ANÁLISIS A NIVEL DE PROYECTO SEGUIMIENTO Documentos, Especificaciones, etc. DISEÑO EJECUCIÓN DEL PROGRAMA

¿Por que gestionamos nuestros pavimentos? Para conservar el valor de nuestra infraestructura Importante componente de la gestión de activos Para desarrollar programas de conservación y renovación “óptimos” Mejor uso de los recursos disponible Brindar un nivel de servicio que los u usuarios consideran apropiados Mantener un buen “State of Good Repair”

Indicadores de Desempeño y Medidas de Calidad para Pavimentos Servicio/ Percepción del usuario Condición Física Integridad Estructural Seguridad y Suficiencia “Polución Ambiental” Rugosidad Fallos Deflexión Fricción/ Macrotextura Ruido Nivel de Red Nivel de Proyecto

Desempeño Funcional y Estructural Pavimento con una capacidad estructural mayor a la requerida Condición Funcional – asociada con la calidad de circulación → Desempeño Funcional = condición a lo largo del tiempo Condición Estructural - asociada con la habilidad del pavimento para soportar las cargas a un nivel de servicio apropiado por un determinado periodo de tiempo → impacta el desempeño funcional Condición Tiempo Deterioro “esperado” Pavimento “débil”

¿Por que usar Mediciones de Deflexiones Continuas y a velocidad de Circulación? Con el FWD se realizan mediciones puntuales Problemas de seguridad, control de tránsito y baja productividad Deflectógrafos continuos que operan a velocidad de circulación permite una mejor cobertura con menor impacto en el flujo vehicular

Advancing Transportation Through Innovation SHRP 2 R06F: Assessment of Continuous Pavement Deflection Measuring Technologies (R06F) & Implementation Activities Advancing Transportation Through Innovation

Selección Mediciones sin contacto y en movimiento Estáticos Con el vehículo moviéndose pero con un aparato de medición estático Mediciones sin contacto y en movimiento

Equipos Estudiados Rolling Weight Deflectometer (RWD) Traffic Speed Deflectometer (TSD)

Rolling Wheel Deflectometer (RWD) Aplica un carga de 40 kN (9 kips) en una rueda dual Mide a 80 km/h (50 mph). Recolección de datos a 2 kHz, cada 11 mm (0.5 in.) a 80 km/h Reporta valores medios en longitudes largas típicamente 160 m (0.1 mi) Need to make the description of RWD and TSD more technical

RWD

Ejemplo de Perfil de Deflexiones RWD

Secciones con Distintos Niveles de Capacidad Estructural http://www.fhwa.dot.gov/pavement/management/rwd/

Traffic Speed Deflectometer 2/17/16 Traffic Speed Deflectometer Source:ftp://ftp.greenwood.dk/tsd/pdf/tsd.pdf

Traffic Speed Deflectometer (TSD) Camión articulado con una carga de hasta 100 kN (22 kips) Usa láseres Doppler (hasta 7) montados en una biga con suspensión servo-hidráulica para medir la velocidad de deformación del pavimento Sensor adicional de referencia Típicamente opera a 70 km/h (45 mph) a 1000 Hz, recolectando cada 20 mm (0.8 in.)

TSD Slope = Vv/Vh

Cálculo del Cuenco de Deflexiones Driving velocity [m/s] Deflection velocity [m/s] Axle Load Velocidad de Deflección [m/s] Pendiente de la Defleccción [m/m] = velocidad de deflección / velocidad de circulación Defleción [m] Deflection slope GREENWOOD ENGINEERING

Cálculo del Cuenco de Deflexiones (cont.) 2/17/16 Cálculo del Cuenco de Deflexiones (cont.) Cálculo de la pendiente: Where, VV = Vertical Pavement Deflection Velocity Vh = Vehicle Horizontal Velocity Cuenco de deflexiones Where, s(y) = slope at location y from the load applied d(x) = deflection at location x measured from the applied load

Cálculo de Índices SCI (Surface Curvature Index) SCI300 = d(0) – d(300) DSI (Deflection Slope Index) DSI4-12 = d(100) – d(300) Area Under Pavement Profile (AUPP) AUPP = 5d(0)− 2d(300)−2d(600)−d(900) 2

SCI vs. Deformaciones Unitarias en CA From: Thyagarajan et al. (2011), 8th International Conference on Managing Pavement Assets

Conclusiones del Proyecto SHRP 2 R06(F) Al menos uno de los dispositivos de medición de deflexión continua puede: Proporcionar la repetitividad necesaria para aplicaciones de gestión de pavimentos a nivel de red Medir deflexión y/o índices comparables a los obtenidos con el FWD Proporcionar mediciones útiles para apoyar aplicaciones críticas a nivel de red y posiblemente pueda también ayudar a las operaciones a nivel de proyecto Sin embargo, la tecnología está apenas madurando y se necesita más investigación

Advancing Transportation Through Innovation Exactitud y Precisión Advancing Transportation Through Innovation

RWD vs. FWD

Comparación TSD vs. FWD

Ensayos en MnROAD TSD, Curviameter & RWD Wright County, MnROAD Facility Wright County, MN 18-mile loop June 8, 2017 Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Sensors Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Overall RWD Accuracy Results June 8, 2017 Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Overall TSD Accuracy Results June 8, 2017 Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Precisión Incluyendo la mayoría de las celdas de MnROAD y el loop de Wright County Varias velocidades Promedio y desviación estándar de cada sensor June 8, 2017 Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Precisión (cont.) RWD TSD Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Advancing Transportation Through Innovation Aplicaciones Advancing Transportation Through Innovation

Índice de Condición Estructural ¿Como nos pueden ayudar los datos de deflexiones tomar mejores decisiones de gestión de pavimentos? Comprender mejor el deterioro de nuestros pavimentos Pavimentos más débiles se deteriorarán más rápidamente Datos complementarios utilizados para la selección de proyectos a nivel de red Los pavimentos estructuralmente inadecuados pueden requerir tratamientos más extensos Segmentación en secciones homogéneas Índice de Condición Estructural

Uso de los Defelctógrafos Continuos (TSDDs) Identificación : Secciones fuertes vs. débiles Conservación vs. rehabilitación Problemas que justifican un evaluación detallada Diseños preliminares: “Salud” general Índice Estructural para gestionar pavimentos Cálculo de vida remante de servicio Distribución de recursos Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

2/17/16 Ajustes de los Árboles de Decisión del Departamento de Transporte de Virginia VDOT, (2008) Virginia Department of Transportation. Supporting Document for the Development and Enhancement of the Pavement Maintenance Decision Matrices Used in the Needs Based Analysis. Richmond, 2008. Virginia Department of Transportation. Supporting Document for the Development and Enhancement of the Pavement Maintenance Decision Matrices Used in the Needs Based Analysis. Richmond, 2008.

Correlación entre la Condición Estructural y Funcional Distress Spearman Rank Coefficient Center Deflection LDR -0.1444 NDR -0.1285 CCI -0.1254 IRI 0.0597 Rut Depth 0.0319 Total Alligator Cracking 0.1382

Impacto de la Capacidad Estructural

Incorporando la Condición Estructural Método de diseño AASHTO SNrequired Deterioro → SNeffective Puede obtenerse del FWD Índice de condición estructural, ej., SNeffective/SNrequired (Rohde, 1994)

Ejemplo: I-81

Efecto del MSI en el Deterioro

Extensión del MSI con el TSD Where: D0 = peak deflection under the 9,000 lb load (microns) D1.5Hp = deflection at 1.5 times the pavement depth (microns)

Secciones con Distintas Capacidades Estructurales Sección Relativamente Fuerte Sección Débil Número Estructural Efectivo

Secciones con Distintas Capacidades Estructurales (cont Secciones con Distintas Capacidades Estructurales (cont.) Impacto del MSI en los costos de mantenimiento Costo se multiplica por 5

Transportation Pooled Fund TPF-5(282) Demonstration of Network Level Pavement Structural Evaluation with Traffic Speed Deflectometer Definió un marco para ayudar a las agencias viales para incorporar le capacidad estructural proporciona por TSDDs en el proceso de toma de decisiones Se probaron varios índices y límites Demostró como la información obtenida puede ser incorporada en el proceso de gestión de pavimentos Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Alcance Demostración Las agencias seleccionaron los circuitos State Miles California 980 Georgia 646 Idaho 1,040 Illinois 400 Nevada 352 New York 595 Pennsylvania 567 South Carolina 726 Virginia 622 Total 5,928 Alcance Demostración Dos ciclos Dos días en cada ciclo 9 Agencias Las agencias seleccionaron los circuitos

Recolección y Procesamiento de Datos Pavement deflection velocity Laser Doppler Pavement deflection slope Vv / Vh Pavement deflection Integration of deflection slopes Temperature corr. deflections Strain-based procedure Deflection Indices SCI300, DSI, SNeff,

Índices Estructurales SCI12 (SCI300): D0 – D12 DSI4-12: D4 – D12 SNeff: SIP = D0 – D1.5Hp SNeff = k1 * SIPk2 * (Hp)k3 June 8, 2017 Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Definición de Niveles de Intervención Tensile Strain Fatigue Equation Nevada Strain Threshold Index Threshold June 8, 2017 Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Ejemplo de Resultados June 8, 2017 Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Repetitividad de Corto Plazo: New York June 8, 2017 Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Repetitividad de Largo Plazo : Pennsylvania Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Comparación con FWD: I-81 Virginia Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Comparación con FWD: I-81 Virginia (cont.) Heavy Rehabilitation (Recycling) Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

SCI300 vs. Condición del Pavimento (CCI) Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

SCI12 vs Fisuración Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Ejemplo: Proceso de Selección de Proyectos usado en Virginia Pavement Surface Distresses Fatigue Cracking Transverse Cracking Rutting Patching ……. Fair Structural Condition Augmented Decision Process Structural Condition Final Treatment Selection Do Nothing Preventive Maintenance Corrective Maintenance Rehabilitation Reconstruction Condition Index Treatment Selection Decision Process (Matrices) Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Cálculo de Vida de Fatiga TSD Index DSI 4-12= D4 –D12 Pavement Distress Strain et Remaining Structural Life Pavement Fatigue Life June 8, 2017 Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Cálculo de la Vida Estructural Remanente Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Tratamientos con y sin Deflexiones June 8, 2017 Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Productos Enfoque para clasificar la condición estructural Mecanismo basado en la tensión en la fibras inferiores de las capas de asfalto Percentil de la distribución acumulativa de SCI300 SNeff derivado de datos TSD Marco para incorporar la condición estructural medida por TSDDs a la gestión de pavimentos La condición estructural puede usarse para mejorar la selección del tratamiento e identificación de áreas débiles

Advancing Transportation Through Innovation Conclusiones Advancing Transportation Through Innovation

Conclusiones La evaluación de las TSDDs mostró que los dispositivos miden la capacidad estructural del pavimento con un nivel de repetitividad y reproducibilidad que es apropiado para la gestión de pavimentos a nivel de red Los índices de condición estructural basados en las medidas de TSDDs proveen información útil que complementa los datos de defectos y rugosidad utilizados generalmente a nivel de red La incorporación de estos índices estructurales en el proceso de apoyo a la toma de decisiones como parte de la gestión de pavimento puede ayudar a tomar mejores decisiones Use of Traffic-Speed Deflection Devices in Network-Level PMS Applications

Gerardo W. Flintsch, P.E., Ph.D. flintsch@vt.edu Uso de los Deflectógrafos de Alta Velocidad para la Gestión de Pavimentos de Última Generación Gerardo W. Flintsch, P.E., Ph.D. flintsch@vt.edu Advancing Transportation Through Innovation