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
Capítulo 4: EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS
4.1 Aplicaciones
La aplicación de los sistemas de
radar para evaluar el estado del pavimento en fimes rígidos y flexibles
constituyen un campo de gran interés para el ámbito de la ingeniería civil, la
construcción de infraestructuras y el mantenimiento de éstas. La detección de
cavidades y áreas de subsidencia en el subsuelo supone una preocupación
continua para el ingeniero civil, tanto como estudio previo a la ejecución de
una obra, como por las posibles consecuencias en la propia obra en sí o
simplemente por el efecto que causa su aparición en construcciones ya
ejecutadas.
Este efecto depende en gran medida del tipo de superficie
situado sobre la cavidad. En general, si la superficie está constituida por un
pavimento flexible, cabe esperar
algún tipo de “aviso” en forma de ondulación superficial. De distinta
naturaleza son los problemas que se producen por la aparición de cavidades bajo
firmes o estructuras rígidas, tales como losas de hormigón; en este caso el
colapso se puede producir de forma inesperada. Un estudio pormenorizado de
estos fenómenos ha sido llevado a cabo en nuestro país utilizando el primer
sistema de radar que llegó a España en el año 1990, adquirido por el
Laboratorio de Geotécnia del CEDEX y financiado por la Dirección General de
Carreteras (Prospección geofísica de alta resolución con geo-radar.
Aplicación a obras civiles. Serie Monografías Científicas, Servicio
Publicaciones Ministerio de Fomento, 198 p, Madrid, 1996. ISBN 84-7790-256-9)
Deterioros como grietas, fisuras y oquedades que suelen
ser generados por causas mecánicas, es decir, por esfuerzos sobre elementos de
la estructura que generan unas tensiones que acaban produciendo la ruptura
cuando el esfuerzo mecánico generado es superior al previsto durante la
construcción. Los daños producidos pueden ser grietas, fisuras o
desprendimientos, entendiendo como grietas, las aperturas de un elemento
constructivo que afectan a su totalidad, como fisuras, aquellas que afectan
únicamente a su superficie o a los elementos de recubrimiento de la estructura,
y como desprendimiento, la separación de parte del acabado de una estructura
del soporte sobre el que se había aplicado. A menudo, este último tipo de
defecto es consecuencia de la evolución de fisuras y grietas (Monjo, 1991).
Estos daños se pueden ocasionar por todo tipo de sobrecarga producida en un
elemento estructural, dilataciones térmicas, deformaciones o problemas
constructivos.
The application of radar systems to evaluate the pavement condition on rigid and flexible FIMES is a field of great interest to the field of civil engineering, infrastructure construction and maintenance of these. Detection of cavities and areas of subsidence in the ground is a continuing concern for civil engineering, as well as prior to the execution of a work study, and the possible consequences in the work itself itself or simply the effect of their appearance and executed buildings.
This effect depends largely on the type placed on the cavity surface. In general, if the surface is composed of a flexible pavement, expect some kind of "warning" in the form of buckling. Of different types are the problems which occur by the appearance of cavities under firm or rigid, such as slabs of concrete structures; in this case, collapse may occur unexpectedly. A detailed study of these phenomena has been carried out in our country using the radar system first came to Spain in 1990, acquired by the Geotechnical Laboratory CEDEX and funded by the Directorate General of Highways (Geophysical Prospecting high resolution geo-radar. Application to civil works. Scientific Monograph Series, Ministry of Public Service Publications, 198 p, Madrid, 1996 ISBN 84-7790-256-9)
Impairments as cracks and voids that are usually generated by mechanical causes, ie, strain on structural members generating voltages ends up causing rupture when mechanical stress is higher than expected generated during construction. The damage may be cracks, fissures or tears, meaning cracks, openings constructive element affecting its entirety, as cracks, those that affect only the surface or covering elements of the structure, and as a detachment, separation of the finishing of a support structure on which it was applied. Often, the latter type of defect is the result of the evolution of cracks and (Monjo, 1991) cracks. This damage can cause all kinds of overhead incurred in structural members, thermal expansion, deformation or construction problems.
4.1.1 Medición del espesor del pavimento / Measuring the thickness of the pavement
La mayor parte de los trabajos de GPR en USA se han basado en el estudio de las medidas del espesor del pavimento. Esta información ha sido recogida tanto para estudios del estado de la red donde el espesor es necesario para las bases de datos PMS como para propósitos generales relacionados con el diseño de pavimentos. La antena de 1GHz es la más idónea para este tipo de estudios.
Uno de los principales problemas de los PMS (Pavement Management Systems) es la falta de una buena documentación de espesores de capas. Las bases de datos basadas en viejos planes son por lo general difíciles de implementar y su precisión es más que cuestionable. GPR está siendo utilizado como una de las herramientas necesarias para construir estas bases de datos de capas de pavimento, minimizando el número de corers que deben ser recogidos. Con está técnica se pueden identificar las secciones homogéneas de pavimento y estimar de esta manera el espesor de la capa superior. En la mayoría de los casos la reflexión de la parte inferior de la base es relativamente fácil de localizar, pero las grandes variaciones en las propiedades dieléctricas de los materiales que componen la base, a veces provocan problemas a la hora de calcular de manera precisa el espesor. Aunque por otro lado, estos cambios en las constantes dieléctricas de los materiales de la base aportan una información sobre las propiedades mecánicas de esta capa. En el futuro habrá que trabajar más en el desarrollo de modelos dieléctricos para los diferentes tipos de materiales de pavimento, lo que permitirá conseguir una mayor precisión en el cálculo del espesor. Con pavimentos muy antiguos es a veces complicado obtener el espesor a partir de los datos GPR porque los materiales de la base y los subyacentes están mezclados y no aparece una reflexión clara entre las dos capas. En países como Finlandia, la información relacionada con los espesores de pavimento obtenidos mediante estudios GPR, está siendo almacenada en una base de datos GIS basada en PMS.
Most of the works of GPR in USA have been based on the study of the measurements of the thickness of the pavement. This information was collected for both studies the state of the network where the thickness is required for PMS data bases as for general purposes related to pavement design. 1GHz antenna is most suitable for such studies.
One of the main problems of PMS (Pavement Management Systems) is the lack of good documentation layer thickness. Databases based on old plans are usually difficult to implement and their accuracy is questionable. GPR is being used as one of the tools to build these databases pavement layers, minimizing the number of cores to be collected tools. This technique can identify the uniform sections of pavement and thus estimate the thickness of the top layer. In most cases the reflection of the bottom of the base is relatively easy to locate, but the large variations in the dielectric properties of the materials making up the base, sometimes cause problems in accurately calculating the thickness. While on the other hand, these changes in the dielectric constants of the base materials provide information on the mechanical properties of this layer. In the future there will be more work in the development of dielectrics for different types of pavement materials models, allowing greater precision in calculating the thickness. With very old pavements is sometimes difficult to obtain the thickness from the GPR data because the base material and the underlying are mixed and no clear reflection occurs between the two layers. In countries such as Finland, the information related to the thickness of pavement in studies GPR is being stored in a GIS database based PMS.
4.1.2 Control de calidad en nuevas construcciones / Quality control in new constructions
GPR también puede utilizarse como una herramienta de control de calidad en los proyectos de asfaltado. Los pavimentos construidos más recientemente son relativamente fáciles de evaluar con GPR. Las interfases de la parte superior de la base y la parte superior de la subrasante son normalmente bastante claras. La precisión en las predicciones GPR para los espesores de pavimentos nuevos tienen un error generalmente menor del 3%. Además, como las reflexiones en los nuevos pavimentos suelen ser más uniformes, la tecnología GPR puede obtener mejores resultados a la hora de localizar defectos de construcción. Las aplicaciones más comunes para pavimentos recientes son:
GPR can also be used as a tool for quality control in asphalt projects. The most recently constructed pavements are relatively easy to evaluate GPR. The interfaces of the top of the base and the top of the subgrade are usually quite clear. The accuracy of the GPR predictions for new pavement thicknesses are generally less error of 3%. In addition, as reflections on the new pavement generally more uniform, the GPR technology can get better results when locating construction defects. The most common applications for new pavements are:
Verificación de espesores / Thickness verification
La técnica GPR se puede utilizar para identificar en que zonas se deben tomar más corers, aquellas donde se detecta que las capas son más finas. La verificación de espesores solo es recomendada para pavimentos de asfalto, no para pavimentos de hormigón ya que la señal GPR se atenúa substancialmente en las capas de hormigón construidas recientemente. Otro problema con estas capas es que habitualmente están colocadas encima de capas base de cemento estabilizadas. Estos materiales tienen propiedades dieléctricas muy parecidas por lo que en ocasiones no se aprecian reflexiones destacables por debajo del bloque de hormigón.
The GPR technique can be used to identify areas that should be taken more corers, those where it is detected that the layers are thinner. Thickness verification is recommended only for asphalt pavements, not for concrete as the GPR signal is attenuated substantially in newly constructed concrete layers. Another problem is that these layers are typically positioned above stabilized cementitious layers. These materials have very similar dielectric properties so sometimes unremarkable reflections are seen below the concrete slab.
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Detección de defectos / Defect detection
Los registros obtenidos para las capas de asfalto recientemente construidas se caracterizan por dos reflexiones típicas, la primera debida a la capa superficial de asfalto y la segunda a la parte superior de la base. El intervalo de tiempo entre estas dos reflexiones es empleado para estimar el espesor de la capa de asfalto. Teniendo en cuenta la supuesta homogeneidad de esta capa pueden ser detectados defectos de construcción si se observan reflexiones intermedias significantes en este intervalo.
Records obtained for layers of newly constructed asphalt typically are characterized by two reflections, the first due to the surface layer of asphalt and the second to the top of the base. The time interval between the two reflections is used to estimate the thickness of the asphalt layer. Given the homogeneity of this layer assumed can be detected if significant construction defects intermediate reflections are observed in this range.
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Detección de segregación / Detection segregation
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| Figura 3 Típico agrietamiento producido por segregación. Figure 3 Typical cracking caused by segregation. |
Un problema relacionado con la mayoría de las capas de asfalto densamente escalonadas es la segregación de la "carga final". Estas pequeñas zonas de segregación son muy difíciles de detectar durante los procesos de fijación y compactación y normalmente se hacen visibles después de unos meses de servicio. Esta segregación provoca generalmente zonas porosas espaciadas lo que puede desembocar con el tiempo en la formación de baches y agrietamientos.
Algunos estudios realizados han constatado una variación de la permitividad superficial detectada por el GPR en pavimentos que presentan problemas de segregación, mientras que para pavimentos en buen estado la permitividad se mantiene aproximadamente constante.
A problem with most densely graded asphalt layers is the segregation of the "final charge". These small areas of segregation are very difficult to detect during the process of setting and compaction and usually become visible after a few months of service. This usually causes segregation spaced porous zones which can lead eventually to the formation of potholes and cracks.
Some studies have found a variation of the surface detected by the GPR permittivity in pavements which have problems of segregation, while paving in good permittivity remains approximately constant.
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4.1.3 Estudio de daños. / Damage assessments.
Continúa en: Continued on: GPR (Geo-radar) Pavement evaluation with GPR (XII
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