Use of impact delectometry as a validation method of a structural model applied to an articulated concrete pavement using hyson type geocells, for area solicited of high load

Abstract

En Chile se han utilizado pavimentos flexibles, rígidos y articulados, en instalaciones con altas solicitaciones de carga. El uso y selección de estos pavimentos requiere el conocimiento de las condiciones del terreno, las solicitaciones de cargas a las cuales será sometido y su de comportamiento estructural.

Dentro de este contexto, la Universidad Técnica Federico Santa María y TSP Chile S.A. desarrollaron un contrato tecnológico de innovación (InnovaChile), el cual propone a los pavimentos articulados de hormigón con geoceldas tipo Hyson (pavimentos Hyson Cells), como una alternativa costo-efectiva a los pavimentos tradicionalmente utilizados en instalaciones industriales en Chile. Dado a su reciente implementación, son escasos los estudios que analizan el comportamiento estructural de los pavimentos Hyson Cells. Es por ello que la presente investigación busca verificar, a través de un modelo estructural existente, el comportamiento estructural de los pavimentos Hyson Cells bajo altas solicitaciones de carga. Adicionalmente, dada la sismicidad presente en Chile, la investigación también busca analizar, conceptualmente, la vulnerabilidad sísmica de estos pavimentos.

El modelo estructural seleccionado corresponde al lineal elástico multicapas, utilizado para analizar el comportamiento estructural de pavimentos flexibles. Su verificación (validación) se llevó a cabo por medio de la comparación de esfuerzos verticales en la base granular y deflexiones superficiales medidos en 3 tramos de prueba vs los estimados por el modelo, utilizando el programa MnLayer, para diferentes niveles de carga que simularon las altas solicitaciones a la que son sometidos los pavimentos industriales chilenos.

Se utilizó un deflectómetro de impacto para simular la carga actuante sobre los tramos de prueba. Este, además, registró simultáneamente, las deflexiones superficiales a distintas distancias con respecto al centro del plato de carga del deflectómetro. Por otro lado, para el registro de los esfuerzos verticales, se utilizó una celda de presión, instalada en 2 de los 3 tramos de prueba, a diferentes profundidades.

Se comprobó que el modelo estructural lineal elástico multicapas, simulaba de buena manera los esfuerzos verticales en la base, pero no así las deflexiones superficiales. Sin embargo, los resultados presentaron diferentes sesgos según el tramo de prueba, los que son atribuibles a: diferencia en el periodo de vida y tránsito acumulado de los tramos de prueba con respecto a la fecha en que se realizaron los ensayos, comportamiento del pavimento no perfectamente flexible; selección del módulo elástico de la capa superficial del pavimento conservador (EHC = 1500 [MPa]); influencia del espesor de los bloques de hormigón; capas del pavimento no completamente homogéneas e influencia del tamaño de la celda de presión.

Se encontró que el ajuste del modelo, para el caso de los esfuerzos verticales, se obtiene manteniendo módulo elástico EHC = 1500 [MPa] cuando el patrón de agrietamiento del pavimento se haya formado completamente y de 2500 [MPa] cuando exista un patrón de agrietamiento parcial.

Para todos los tipos de pavimentos, la estructura de un pavimento será afectada por cargas sísmicas, solo si su fundación (subrasante o terraplén) sufren deformaciones permanentes significantes. En el caso de presentarse un evento sísmico leve, los pavimentos articulados de hormigón utilizando geoceldas tipo Hyson, dada a su naturaleza semirrígida, reflejarán la deformación sufrida en la base o subrasante del pavimento en su superficie. El modelo lineal elástico multicapas no permite analizar el efecto de las cargas sísmicas sobre cualquier pavimento, dada a la naturaleza de estas últimas cargas con respecto a las cargas móviles.

In Chile, flexible, rigid and articulated pavements have been used in facilities with high load requirements. The use and selection of these pavements requires knowledge of the terrain conditions, the load requests to which they will be at some point and their structural behavior. Within this context, the Federico Santa María Technical University and TSP Chile SA developed a technological innovation contract (InnovaChile), which proposes articulated concrete pavements with Hyson-type geocells (Hyson Cells pavements), as a cost-effective alternative to pavements traditionally used in industrial facilities in Chile. Given its recent implementation, there are few studies that analyze the structural behavior of Hyson Cells pavements. That is why this research seeks to verify, through an existing structural model, the structural behavior of Hyson Cells pavements under high load requirements. In addition, given the seismicity present in Chile, the research also seeks to analyze, conceptually, the seismic vulnerability of these pavements. The selected structural model corresponds to the linear elastic multilayer, used to analyze the structural behavior of flexible pavements. Its verification (validation) was carried out through the comparison of vertical forces in the granular base and surface deflections measured in 3 test sections vs those estimated by the model, using the MnLayer program, for different load levels that simulated the high stresses to which Chilean industrial floors are subjected. An impact deflectometer was used to simulate the load acting on the test sections. This, in addition, simultaneously registered, the surface deflections at different distances with respect to the center of the deflectometer load plate. On the other hand, to record vertical stresses, a pressure cell was used, installed in 2 of the 3 test sections, at different depths. It was found that the multilayer elastic linear structural model simulated well the vertical forces at the base, but not the surface deflections. However, the results presented different biases according to the test section, which are attributable to: difference in the life span and accumulated traffic of the test sections with respect to the date on which the tests were performed, pavement behavior not perfectly flexible; selection of the elastic modulus of the surface layer of the conservative pavement (EHC = 1500 [MPa]); influence of the thickness of concrete blocks; Pavement layers not completely homogeneous and influence of the pressure cell size. t was found that the fit of the model, for the case of vertical stresses, is obtained by maintaining elastic modulus EHC = 1500 [MPa] when the pavement cracking pattern has been completely formed and 2500 [MPa] when there is a cracking pattern partial. For all types of pavements, the structure of a pavement will be affected by seismic loads, only if its foundation (subgrade or embankment) undergoes significant permanent deformation. In the event of a mild seismic event, articulated concrete pavements using Hyson-type geocells, given their semi-rigid nature, will reflect the deformation suffered at the base or subgrade of the pavement on its surface. The multilayer elastic linear model does not allow to analyze the effect of seismic loads on any pavement, given the nature of these latter loads with respect to mobile loads.