Investigación de Enmacosa dentro del proyecto "APLICACIÓN DE SENSORES RADAR PARA DETECTAR Y EVALUAR EL ESTADO DEL PAVIMENTO Y LA RED DE TUBERÍAS Y SERVICIOS EN EL SUBSUELO URBANO", cofinanciado por la Xunta de Galicia (2001-2004).
Capítulo 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS
1.1 Leyes de Maxwell
1.2 Parámetros electromagnéticos de un medio
1.2.1 Conductividad (σ)
1.2.2 Permitividad dieléctrica (ε)
1.2.3 Permeabilidad magnética ( μ )
1.3 Propagación de una onda electromagnética
1.4 Parámetros efectivos
1.5 Impedancia de un medio
1.6 Profundidad nominal de penetración (skin depth)
1.7 Reflexión y transmisión de ondas electromagnéticas
1.8 Pérdidas de energía por procesos internos al medio
1.8.1 Dispersión geométrica del frente de ondas
1.8.2 Absorción
1.8.3 Dispersión de la energía (“scattering”)
1.9 Capacidad de penetración. Ecuación radar
1.10 Capacidad de resolución y zona de influencia
Capítulo 2: CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS GPR
2.1 Origen y desarrollo del GPR
2.2 Características de los equipos
2.2.1 Unidad de control
2.2.2 Parámetros de un registro
2.2.3 Antenas
2.2.4 Accesorios
2.2.5 Equipos complementarios
2.4 Equipos del mercado
2.4.1 Equipos de propósito general
2.4.2 Equipos adaptados al estudio de carreteras
2.4.3 Equipos exclusivamente destinados a la detección de tubos y tuberías
2.5 Presentación de resultados
Capítulo 3: DETECCIÓN DE REDES DE SERVICIOS EN ENTORNOS URBANOS
3.1 Consideraciones sobre tipos de servicios, tipos de suelos y antenas utilizadas
3.2 Aparición de eventos hiperbólicos en los registros
3.3 Otros factores relacionados con la naturaleza y tamaño de los reflectores
3.4 Consideraciones sobre la polaridad de la señal recibida
3.5 Determinación de la velocidad de propagación de la onda
3.6 Ejemplos de estudios realizados
Capítulo 4: EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS
4.1 Aplicaciones
4.1.1 Medición del espesor del pavimento
4.1.2 Control de calidad en nuevas construcciones
4.1.3 Estudio de daños
4.2 Diseño del remolque
4.2.1 Introducción
4.2.2 Descripción técnica
4.3 Ejemplos de registros obtenidos
Conclusiones
Bibliografía
4.1.3 Estudio de daños. / Damage assessments.
En Finlandia la aplicación más popular del GPR se centra en la exploración de daños en carreteras. En estos estudios, el cliente suele ser un supervisor local del mantenimiento de las carreteras que precisa información sobre los defectos que han aparecido repentinamente y que requieren ser reparados inmediatamente. La capacidad para identificar de una manera precisa los límites del problema permitirá economizar los costes de la reparación lo que cubrirá los costes del estudio GPR.
En USA los estudios de daños han sido realizados principalmente en investigación sobre puentes como la condición del concreto protectivo y selladura de agua o el estado de la cubierta (deck) del puente, aunque hay una gran cantidad de daños en carreteras que pueden ser detectados con la tecnología GPR.
In Finland the most popular application of GPR focuses on the exploration of damaged roads. In these studies, the client is usually a local supervisor of road maintenance that accurate information on defects that have suddenly appeared and need to be repaired immediately. The ability to accurately identify a problem limits enable saving of the repair costs will cover the costs of the GPR study.
In USA the damage surveys have been conducted mainly in research on the condition of bridges and concrete protective and sealing of water or the condition of the deck (deck) bridge, although there is a lot of damage to roads that can be detected with PIM technology.
Daños por helada / Frost damages
En las investigaciones sobre daños por helada el objetivo del estudio es localizar con precisión las zonas dañadas y descubrir las razones de los daños. Los daños más importantes se producen por la existencia de un subsuelo muy subceptible a heladas. Otros factores que pueden contribuir son compactaciones pobres, malos drenajes...
En Finlandia las razones más habituales de los levantamientos por congelación (frost heave) incluyen: el tipo de subsuelo soporte y las regiones de transición húmedas, la presencia de capas de rocas y piedras grandes. Sin embargo, en muchos casos los propios elementos estructurales que constituyen la carretera provocan también los daños, incluyendo las cuñas con una transición demasiado abrupta que intentan distribuir los movimientos del frost heave sobre un área muy grande y la presencia de antiguos conductos. Todos estos elementos pueden ser identificados a partir de los datos GPR y en la mayoría de los casos las recomendaciones preliminares sobre los métodos para repararlos, pueden ser facilitados en el propio campo de trabajo.
In research on frost damage the objective of the study is to accurately locate the damaged areas and discover the reasons for the damage. The major damage occurs by the existence of a ground frost subceptible. Other factors that may contribute include poor compaction, poor drainage ...
In Finland the most common reasons for frost heave (frost heave) include: the type of ground support and humid regions of transition, the presence of layers of rocks and boulders. However, in many cases, the structural elements that constitute the road themselves also cause damage, including wedges with a too abrupt transition distribute attempting frost heave movements over a large area and the presence of old pipes. All these elements can be identified from the GPR data and in most cases the preliminary recommendations on methods to repair, can be provided in the field of work itself.
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Grietas y propagaciones de grietas / Cracks and crack propagation
Localizar grietas subterráneas y encontrar las razones de su propagación es un campo de creciente interés. En estos proyectos el contratista quiere saber si las grietas existentes en el pavimento son simplemente grietas superficiales o por el contrario son debidas a defectos estructurales importantes, en este caso estas grietas reaparecerán en la superficie de la carretera poco después de que se rellenen. Por lo que conociendo la causa de las mismas es posible elegir una estrategia de rehabilitación alternativa en estas zonas, como mejorar la estabilización de la base o emplear geotextiles para prevenir el crecimiento de las grietas.
Ha habido bastante experimentación para determinar si los métodos GPR pueden ser empleados para localizar grietas especialmente en puentes (Momayez et al. 1994), y algunos tests también han sido realizados en autopistas (Maser y Scullion, 1992b). La mayoría de los resultados no han sido tan esclarecedores como se esperaba. Sin embargo, estos tests han sido realizados a velocidades elevadas y con pocas trazas por metro con antenas de bocina. Por lo que este procedimiento no presenta la resolución óptima para identificar defectos verticales de este tipo. Los resultados positivos solo han sido logrados para grietas de gran tamaño (Maser y Scullion, 1991).
Locate underground cracks and find the reasons for its spread is a field of growing interest. In these projects the contractor wants to know if the cracks in the pavement are just surface cracks or otherwise are due to major structural defects, in this case these cracks will reappear on the surface of the road shortly after they are completed. So knowing the reason thereof may choose alternative rehabilitation strategy in these zones to improve the stabilization of the base or geotextiles used to prevent growth of the cracks.
There has been considerable experimentation to determine if GPR methods can be used to locate cracks especially on bridges (Momayez et al., 1994), and some tests have also been conducted on motorways (Maser and Scullion, 1992b). Most of the results have not been as enlightening as expected. However, these tests were performed at elevated and with few traces per meter with horn antennas speeds. As this procedure does not have the resolution to identify optimal vertical defects of this type. Positive results have been achieved only for large cracks (Maser and Scullion, 1991).
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En Finlandia las grietas en el asfalto han sido detectadas utilizando antenas ground coupled de 1GHz con una densidad de muestreo elevada (10-20 muestras/m). En estos casos ha sido posible seguir la propagación de las grietas y también identificar la causa de las mismas, lo que nos proporciona una información muy útil a la hora de predecir el estado del pavimento. Este tipo de test no se puede hacer a velocidades elevadas (autopista).
Otros investigadores también han realizado estudios para determinar si el GPR puede aportar información sobre la fatiga del pavimento (que está estrechamente relacionado con la propagación de grietas). Los resultados tampoco han sido muy alentadores.
In Finland the cracks in the asphalt have been detected using ground coupled antennas 1GHz with a high sampling density (10-20 samples / m). In these cases it has been possible to follow the crack propagation and identify the cause of the same, which gives us a very useful in predicting pavement condition information. This type of test can not be done at high speeds (highway).
Other researchers have also conducted studies to determine whether GPR can provide information on pavement fatigue (which is closely related to crack propagation). The results have not been very encouraging.
Stripping
En Texas, en varias mezclas de asfalto antiguas construidas con grava de río se ha descubierto su tendencia al stripping, y la mayoría han sido enterradas bajo otras capas de asfalto. El stripping es un mecanismo relacionado con la humedad por el cúal la unión del asfalto y el conglomerado se rompe provocando una capa inestable de baja densidad. Si es posible, las capas stripped deben ser detectadas y eliminadas antes de aplicar un nuevo revestimiento. El Instituto de Transporte de Texas ha dirigido varios estudios para identificar la presencia de stripping dentro del pavimento existente. Si la capa de asfalto es homogénea (sin stripping), en los registros
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| Figura 8 Grieta producida por stripping. Figure 8 Crevice produced by stripping. |
GPR aparecerá una reflexión fuerte en la superficie y otra en la interfase asfalto/base. En cambio si hay presencia de stripping, un pico adicional aparecerá entre las reflexiones de la superficie y la base.
En los estudios realizados hasta ahora las capas stripped producen este pico negativo en la forma de onda GPR, indicando la presencia de esta capa de baja densidad. Estos trabajos son más eficientes con antenas de bocina de 1GHz (air-launched). Se necesitan más estudios para relacionar los niveles de stripping con su impacto en la onda GPR.
In Texas, several mixtures of old asphalt built with river gravel has been found to trend stripping, and most have been buried under other layers of asphalt. The stripping is a moisture-related mechanism by which the binding of the asphalt and the conglomerate has ruptured, causing an unstable layer of low density. If possible, stripped layers must be detected and removed before applying a new coating. The Texas Transportation Institute has conducted several studies to identify the presence of stripping within the existing pavement. If the asphalt layer is homogeneous (no stripping), records
GPR strong reflection appears on the surface at the interface and other asphalt / base. However if stripping is present, an additional peak appears between the reflections from the surface and the base.
In studies so far stripped layers produce this negative peak in the form of GPR wave, indicating the presence of this layer of low density. These jobs are more efficient with 1GHz horn antennas (air-launched). Further studies are needed to relate the levels of stripping to their impact on the GPR wave.
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Detección de oquedades / Detection of voids
La formación de huecos bajo el pavimento es un problema muy serio. Este fenómeno está particularmente asociado a pavimentos de hormigón construidos con bases estabilizadas. Con el paso del tiempo las bases se socavan y el material de soporte frecuentemente se viene abajo cuando es sometido a grandes cargas (camiones de gran tonelaje). La tecnología GPR permite detectar huecos con humedad bajo los bloques de hormigón. Un claro ejemplo de ello lo constituyen los estudios realizados en la US59 del norte de Houston, Texas. Si la estructura estuviera en buenas condiciones muy poca energía GPR debería reflejarse en la interfase bloque hormigón / base cementada ya que las propiedades eléctricas de ambos materiales suelen ser similares. Sin embargo, si aparecen huecos con humedad entonces una reflexión más importante deberá aparecer.
Se necesitan más estudios para ver si el GPR puede detectar la presencia de huecos llenos de aire bajo los bloques de hormigón y distinguir entre los huecos con humedad y las capas de base saturadas.
The formation of voids under the pavement is a very serious problem. This phenomenon is particularly associated with concrete pavements constructed with stabilized bases. With the passage of time will undermine the foundations and support material often falls apart when subjected to heavy loads (HGVs). The GPR technology can detect moisture low hollow concrete blocks. A clear example of this are the studies in the US59 north of Houston, Texas. If the structure was in good condition GPR little energy to be reflected at the interface concrete block / base cemented because the electrical properties of the two materials are generally similar. However, if moisture gaps with a larger reflection then must appear appear.
Further studies are needed to see if the GPR can detect the presence of air-filled voids under the concrete blocks and hollow distinguish between wet and saturated underlayments.
Asentamientos y corrimientos de suelo / Landslides and ground settlements
En estudios realizados en Finlandia para tratar de determinar las causas de asentamientos, la tecnología GPR ha resultado especialmente eficaz donde había asentamientos irregulares en perfiles transversales. En este caso, para elegir la estrategia de reparación óptima, los topógrafos deben saber la forma tridimensional de la estructura de la carretera y el estado del suelo sobre el que descansa. GPR localiza las causas de las irregularidades de desnivel que son comunes en áreas montañosas con carreteras construidas en desniveles pronunciados. Situando las áreas de humedad que producen estas irregularidades. En USA el método tiene un gran potencial para estudios de daños provocados por áreas arcillosas de gran extensión, porque estos suelos, altamente absorbentes, deben ser identificados fácilmente con GPR.
In studies conducted in Finland to try to determine the causes of settlements, the GPR technology has been particularly effective where there were settlements in cross sections. In this case, to choose the optimal repair strategy, surveyors must know the three-dimensional shape of the road structure and condition of the ground on which it rests. GPR locates the causes of slope irregularities that are common in mountainous areas with roads built on steep slopes. Locating areas of moisture produced by these irregularities. In USA the method has great potential for studies of clay damage large areas because these soils, highly absorbent, must be easily identified with GPR.
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4.2 Diseño del remolque / Trailer design
Continúa en: Continued on: GPR (Geo-radar) Pavement evaluation with GPR (XIII)
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