Informe de Rugosidad

UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ

FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS Escuela Profesional de Ingeniería Civil VIII – “C”

INDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) CURSO: LAB. DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Docente: TEORIA: MGTR. MGTR. Reyner Paredes Tinajeros PRACTICA: Ing. Mary Luz Apaza Apaza HORARIO: jueves de 8:00 am – 12:00 12:00 pm

FECHA DE PRACTICA: 19 de abril del 2018 FECHA DE ENTREGA: 12 de julio del 2018

JULIACA

PUNO

–

LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

PERU

–

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INTEGRANTES DEL GRUPO          

APAZA HUAMAN Edson Jhon (21902322) APAZA LERMA Albert (142022078) CHURATA RODRIGUEZ Juan Carlos (21207148) CONDORI TICONA Emiliano (21902212) HUANCA MAYORGA Ronal Darwin (15202180) HUAMAN CASILLA Walter (26102030) MAMANI MOYA Nelson (21902212) LOPEZ QUISPE Kriss Natsumi (21302122) POMALEQUE LUQUE Alexandra (21902520) SUAÑA APAZA JhonDeyvis (21902111)


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1.- INTRODUCCION Es fundamental la evaluación del comportamiento de la superficie de rodadura de una carretera, para verificar que esta cumpla con los requerimientos de servicio para la cual fue diseñada; estudios han demostrado que uno de los factores que representan mayor influencia en los costos de operación de un vehículo, comodidad y seguridad para el usuario, es el estado superficial en el que se muestra la capa de rodadura. La medida estándar aceptada para medir las deformaciones superficiales en las carreteras es el Índice Internacional de Rugosidad “IRI” que determina las condiciones en la que se encuentra la capa de rodadura del pavimento. Observando el estado actual de la carretera existente, correspondiente a la “Autopista Juliaca - Puno” se consideró necesaria la evaluación de la rugosidad de dicho tramo, para la consideración de un reemplazo total de la carpeta asfáltica. En nuestro caso, considerando que con fines académicos y su fácil utilización, se utilizó el rugosímetro MERLIN como método de evaluación para medir la Rugosidad, cuyo nombre proviene de las iníciales de la terminología inglesa “Machine for Evaluating Roughness using low- cost Instrumentation”, desarrollado por el laboratorio Británico de Investigación de Transportes y Caminos TRRL. Este es un instrumento de bajo costo que se ha introducido en los países en vías de desarrollo; su concepto está basado en las desviaciones de la superficie de acuerdo a una cuerda promedio, siendo de fácil operación para los usuarios y obteniendo resultados versátiles.


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2.- INDICE

1.- INTRODUCCION .......................................................................................... 3 2.- INDICE .......................................................................................................... 4 3.-OBJETIVOS ................................................................................................... 5 4.- MARCO TEORICO ....................................................................................... 5 Efecto de la rugosidad inicial en la rugosidad futura y en la vida de

servicio

de los pavimentos. ........................................................................................ 10 El modelo de Cuarto de Carro o Modelo Matemático ................................... 10 Clasificación de los equipos para la medición de los perfiles longitudinales (Sayers et al., 1986b y ASTM E-950-98). ..................................................... 12 Factores que afectan la medición del IRI. ..................................................... 12 Valores del IRl y especificaciones internacionales. ...................................... 13 Escala del Banco Mundial............................................................................. 13 5.- MATERIALES ............................................................................................. 13 6.- EQUIPOS Y/O HERRAMIENTAS ............................................................... 13 7.- PROCEDIMIENTO ...................................................................................... 14 8.- PRESENTACION DE DATOS ..................................................................... 18 9.- CALCULOS ................................................................................................. 19 10.- ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS ............................... 19 11.- CONCLUSIONES ..................................................................................... 20 12.- RECOMENDACIONES ............................................................................. 20 13.- BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 20 14.- ANEXOS ................................................................................................... 20


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3.-OBJETIVOS 

Determinar la rugosidad de los pavimentos utilizando el rugosimetro de MERLIN



Determinar el grado de servicialidad

Verificar si se encuentra dentro de los parámetros de rugosidad



requeridos

4.- MARCO TEORICO Las características funcionales de una vía son de gran importancia, ya que determinan las condiciones de seguridad y comodidad de los usuarios, y repercuten en el aspecto económico relacionado con los costos de operación de los vehículos y el mantenimiento de las carreteras. Diferentes investigaciones realizadas al respecto, revelan que los costos de operación de los vehículos dependen de la magnitud de las irregularidades superficiales del pavimento, afectando las velocidades de circulación, el desgaste de las llantas y el consumo de combustible. Es importante mencionar que las irregularidades de las vías tal como se muestra en la Figura, no sólo provocan efectos dinámicos nocivos en los vehículos; sino también en el pavimento, modificando el estado de esfuerzos y deformaciones en su estructura, lo que produce también incrementos en las actividades de conservación y rehabilitación. Por lo anterior, es de suma importancia conocer el estado de la regularidad superficial del pavimento a través del tiempo, desde el inicio de su operación y en cualquier momento en que sea necesario, para definir las correspondientes acciones preventivas y/o correctivas. Uno de los parámetros utilizados para la evaluación de la regularidad de los pavimentos, es el índice de Rugosidad Internacional (IRI), el cual refleja el nivel de comodidad al transitar. Este índice es un indicador estadístico de la regularidad superficial y representa la diferencia entre el perfil longitudinal teórico (recta o parábola continua perfecta, IRI igual a cero) y el perfil longitudinal real existente en el instante de la medida.


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En la década de los 70´s, el Banco Mundial financió diferentes programas de investigación a gran escala, entre los cuales se encontraba un proyecto relacionado con la calidad de las vías y los costos a los usuarios, a través del cual se detectó que los datos de regularidad superficial de diferentes partes del mundo no podían ser comparados. Aún datos de un mismo país no eran confiables, debido a que las mediciones fueron realizadas con equipos y métodos que no eran estables en el tiempo. Con el objetivo de relacionar y unificar los parámetros que se utilizaban en ese entonces en diferentes países para determinar la regularidad superficial de las carreteras, se realizó en Brasil en 1982, el proyecto International Road Roughness Experiment (IRRE), promocionado por el Banco Mundial; en el cual participaron equipos de investigación de Brasil, Inglaterra, Francia, Estados Unidos y Bélgica. En este proyecto se realizó la medición controlada de la regularidad superficial de pavimentos para vías bajo diferentes condiciones y con una variedad de instrumentos y métodos. A partir de dicho proyecto, se seleccionó un parámetro de medición de la regularidad superficial denominado Índice de Regularidad Internacional (IRI, International Rough Ness Índex).


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El grado de rugosidad de un pavimento, refleja de forma adecuada el grado de comodidad del usuario al manejar en la vía. Al respecto, la especificación ASTM E867 “Terminology Relating to Traveled Surface Characteristics”, define la rugosidad como la desviación de una determinada superficie de pavimento respecto a una superficie plana teórica, con dimensiones que afectan la dinámica del vehículo y la calidad al manejar. Considerando que la rugosidad superficial de un pavimento es un factor importante para la comodidad, seguridad y economía del usuario, la American Association of State Highway Officials (AASHO), en el desarrollo del proyecto AASHO Road Test en 1962, introdujo el concepto de serviciabilidad, definido como la capacidad de un pavimento para proporcionar un recorrido seguro y confortable a los usuarios. En el ensayo de AASHO, la serviciabilidad se cuantificó inicialmente a través del “Present Serviciability Rating” (PSR), el cual es obtenido mediante la evaluación de un grupo de conductores que manejaban en el pavimento y clasificaban su condición en una escala de 0 a 5, de “muy mala a muy buena”, Esta clasificación es presentada a continuación:

Grado de serviciavilidad LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

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UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Definición IRI

Para establecer criterios de calidad y comportamiento de los pavimentos que indicaran las condiciones actuales y futuras del estado superficial de un camino, surgió la necesidad de establecer un índice que permitiera evaluar las deformaciones verticales de un camino, que afectan la dinámica de los vehículos que transitan sobre él. Se trató de unificar los criterios de evaluación con los equipos de medición de rugosidad a nivel mundial, tales como los perfilómetros o los equipos de tipo respuesta, y que de alguna manera sustituyera el método de la AASHO, ahora AASHTO, que permite calificar la condición superficial de un camino solo en forma subjetiva. El Índice Internacional de Rugosidad, mejor conocido como IRI (International Roughness Index), fue propuesto por el Banco Mundial en 1986 como un estándar estadístico de la rugosidad y sirve como parámetro de referencia en la medición de la calidad de rodadura de un camino. El Índice Internacional de Rugosidad tiene sus orígenes en un programa Norteamericano llamado Nacional Cooperative Highway Reseach Program (NCHRP) Y está basado en un modelo llamado "Golden Car" descrito en el reporte 228 del NCHRP. El cálculo matemático del Índice Internacional de Rugosidad está basado en la acumulación de desplazamientos en valor absoluto, de la masa superior con respecto a la masa inferior (en milímetros, metros o pulgadas) de un modelo de vehículo (cuarto de carro, Figura 3), dividido entre la distancia recorrida sobre un camino (en m, km. o millas) que se produce por los movimientos al vehículo, cuando éste viaja a una velocidad de 80 km/hr. El IRI se expresa en unidades de mm/m, m/km, in/mi, etc. Factores que afectan la rugosidad de los pavimentos

Konh (2002) presenta una investigación detallada en la cual analiza los factores que afectan la rugosidad de los pavimentos con el fin de poder desarrollar


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UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL modelos que permitan su predicción. Los parámetros estudiados en su relación con el IRI fueron los siguientes: 

Edad del pavimento.



Niveles de tráfico.



Espesores del pavimento.



El número estructural.



Propiedades del concreto asfáltico tales como: vacíos con aire, gravedad específica, y contenido de asfalto.



Parámetros ambientales como días de lluvia, temperatura media, días con temperatura superior a 32°C, índice de congelamiento.



Propiedades de la base granular como el contenido de humedad y el porcentaje de material que pasa la malla 200.



Propiedades de la subrasante como el índice de plasticidad, contenido de humedad, contenido de limos y arcillas, y porcentaje de material que pasa la malla 200.



Extensión y severidad de las fallas en el pavimento.

Los resultados mostraron que para pavimentos asfálticos sobre bases granulares, condición general en Medellín, el porcentaje que pasa la malla 200 en el material de base, y el índice de plasticidad en la subrasante tienen una fuerte incidencia en el IRI; altos valores de estos parámetros resultan en grandes valores de la rugosidad. En zonas muy calientes y secas los días con temperatura superior a 32°C, el IP, el contenido de humedad y de finos en la subrasante tienen la mayor incidencia. Para pavimentos asfálticos repavimentados con carpeta asfáltica se encontró que capas delgadas de repavimentación reducen considerablemente la rugosidad. Los factores que contribuyen al incremento en el IRI para vías repavimentadas fueron: valores altos del IRI antes de la repavimentación, altos valores del contenido de humedad e índice de plasticidad de la subrasante así como también el contenido de finos, y bajos valores del número estructural y la gravedad específica del concreto asfáltico. En términos generales los 10 factores que fueron identificados que tienen mayor influencia en el desarrollo de la rugosidad de los pavimentos son: El tráfico, la LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

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UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL viscosidad del asfalto, días con temperatura superior a 32°C, espesor de la carpeta asfáltica, espesor de la base granular, el índice de congelamiento, material de la subrasante menor a 0.075 mm, vacíos con aire en la carpeta asfáltica, la compactación de la base y la precipitación anual. Altos valores del espesor de la carpeta y la base granular y días con temperaturas mayores a 32 grados resultaron con bajos valores del IRI, mientras que altos valores de los otros parámetros resultaron en altos valores del IRI. Efecto de la rugosidad inicial en la rugosidad futura y en la vida de servicio de los pavimentos.

La rugosidad inicial de los pavimentos es un indicador de la calidad de construcción de las vías. Si el pavimento es construido sin regularidades superficiales se espera que la vida del pavimento sea mayor que ot ro que tenga mayores deformaciones considerando los otros factores iguales. Aunque la rugosidad inicial tiene un efecto en las irregularidades futuras de los pavimentos, existen otros parámetros a tener en cuenta que pueden influenciar el rendimiento de los mismos desde su construcción: la variabilidad de los materiales de construcción, los asentamiento en la subrasante, variaciones en la topografía, presencia de puentes, cámaras de inspección de alcantarillado y otras estructuras presentes en las vías. Un análisis realizado por la ASSHTO indicó que en las secciones con menores irregularidades superficiales el incremento en el IRI era menor en el tiempo que para vías con rugosidades iniciales altas. El modelo de Cuarto de Carro o Modelo Matemático

Utilizado en el algoritmo del IRI debe su nombre a que implica la cuarta parte de un vehículo. El modelo se muestra en la Figura; que incluye una rueda representada por un resorte vertical, la masa del eje soportada por la llanta, un resorte de la suspensión, un amortiguador, y la masa del vehículo soportada por la suspensión de dicha rueda. EL modelo Cuarto de Carro fue ajustado para poder establecer una correlación con los sistemas de medición de rugosidad del tipo respuesta. El programa que propone el Banco Mundial (Ref. 1) para el cálculo del Índice Internacional de


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UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Rugosidad a partir del levantamiento topográfico de un tramo carretero y representa la simulación del paso del Cuarto de Carro sobre el perfil del camino.

L= Longitud de cálculo del IRI v= Velocidad de circulación del vehículo m1= Masa inferior m2= Masa superior o suspendida K 1= constante de rigidez de la suspensión primaria (entre el pavimento y la masa inferior), es decir del neumático

K 2= constante de rigidez de la suspensión secundari a (entre la masa inferior y la masa superior) es decir la suspensión del vehículo

C1= constante de amortiguación de la suspensión primaria C2= constante de amortiguación de la suspensión secundaria Los valores de estos parámetros, para el “Golden Car”, han de ser los que se muestran en la tabla:

Con este modelo definido, el concepto de IRI se materializa como la representación de un modelo matemático, que simula el movimiento de la suspensión acumulada por un vehículo (modelo de cuarto de coche Golden Car), al circular por una determinada longitud del perfil de


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UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Clasificación de los equipos para la medición de los perfiles longitudinales (Sayers et al., 1986b y ASTM E-950-98). Clasificación según ASTM E-950-98 Clasificación

Clasificación según el Banco Mundial

Intervalos de

Resolución de las

del equipo

Documento técnico Nº46 (Sayers et al.

almacenamiento

medidas verticales

vía para calcular el IRI. Esta medida no debe

Menor o igual a

Menor o igual a

sobrepasar los 0.25 m y la precisión de

25 mm

0.1 mm

1986) Perfilómetros de precisión. Requiere que el perfil longitudinal sea medido como una serie de puntos de elevación equidistantes a través de la huella de la

Clase 1

medición de la elevación debe ser superior 0.5 mm para pavimentos con IRI entre 1 y 3 m/km y de 3 mm para valores del IRI entre 10 y 20 m/km Otros métodos. Requieren una frecuencia de puntos del perfil no superior a 0.5 m y una Clase 2

Mayor que

precisión en la medida de elevación de 1 mm

Mayor que 150

0.1mm hasta

para IRI entre 1 y 3 m/km y 6 mm para valores

mm hasta 300

0.2mm

de IRI entre 10 y 20 m/km. IRI

estimado

correlación.

mediante La

mm ecuaciones

obtención

del

de

perfil

longitudinal se hace mediante equipo tipo Clase 3

respuesta (RTRRM), los cuales han sido

Mayor que

Mayor que

previamente calibrados con perfilómetros de

25mm hasta 150

0.2mm hasta

mm

0.5mm

precisión mediante ecuaciones de correlación Estimaciones subjetivas y mediciones no calibradas. Incluyen mediciones realizadas con equipos Clase 4

Mayor que 300

no calibrados, estimaciones subjetivas con

Mayor 0.5mm

base en la experiencia en la calidad del viaje o inspecciones visuales a las vías

Factores que afectan la medición del IRI.

Los equipos de medición de las regularidades superficiales del pavimento han evolucionado considerablemente pero aún falta desarrollo. Errores y


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que

UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL discrepancias en las medidas del perfil se presentan debido a las variaciones de los equipos, procedimientos de operación inadecuados, y aspectos de la superficie del pavimento y el ambiente circundante. Por ejemplo, los operadores de los equipos de medición no pueden tornar siempre la misma posición o seguir la misma línea, lo que afecta la medida así se utilicen excelentes equipos. Valores del IRl y especificaciones internacionales. Escala del Banco Mundial.

A partir del estudio realizado por e! Banco Mundial en 1982 (Sayers et al. 1 986a) se propuso la escala presentada en la Figura 12 para la medición del índice de rugosidad internacional en diferentes tipos vías. Otras escalas son presentadas por la especificación ASTM E 1926 “Standard practice for computing international roughness index of roads frorn longitudinal profile measurements” en la Figura 13, y por el Banco Mundial en el documento técnico N° 46 “Road roughnes s rneasurements” en la Figura , las cuales son adaptadas y mostradas a continuación.

5.- MATERIALES se uso el pavimento flexible, este ensayo fue realizado en la via que esta al costado de la ciudad universitaria

6.- EQUIPOS Y/O HERRAMIENTAS FOTOGRAFIA: 01

DESCRIPCION:

USO EN ENSAYO:

MERLIN:

Permite determinar la rugosidad de un a vía

Equipo de acero con y una

llanta

el

grado

de

de servicibilidad.

circulación y apoyo de

un

tubo

correctamente calibrado

con

la

pastilla.


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DESCRIPCION:

USO EN ENSAYO:

fleometro: Se utiliza para medir Molde metálico con las distancias dimensiones

determinar.

a Dada

exactas y marerial de dos metros. plástico.

AUTOR: Nelson Mamani Moya FOTOGRAFIA: 03

DESCRIPCION:

USO EN ENSAYO:

VERNIER:

Para

Herramienta

diámetro interior y

la

medir

el

metálica usado para altura del molde. la

medición

de

objetos a usar en laboratorio.

AUTOR:

Condori

ticona

emiliano

7.- PROCEDIMIENTO PRIMERA ETAPA. Personal requerido 

Un (01) Operador del Equipo.



Un (01) Ayudante (para anotar lecturas).



Personal de Seguridad.


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UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Calibración del equipo de MERLIN. 

Se determina el espesor de la pastilla en milímetros utilizando para ello vernier que permita una aproximación al décimo de mm. El espesor se calculara como valor promedio considerando 4 medidas diametralmente opuestas.



Se coloca el rugosimetro sobre una superficie plana y se efectúa la lectura que corresponde a la posición que adopta el puntero cuando el patín móvil se encuentra sobre el piso. Se levanta el patín y se coloca la pastilla de calibración debajo de él, apoyándola sobre el piso.



Esta acción hará que el puntero sobre el tablero se desplace una distancia igual al espesor de la pastilla, si no sucede esto se deberá encontrar un factor de corrección (FC).

SEGUNDA ETAPA. Para la ejecución de los ensayos se debe seleccionar un tramo de aproximadamente 400m de longitud, sobre el determinado canal de la vía. Se debe efectuar 200 mediciones estacionando el equipo a intervalos regulares, generalmente cada 2 m. de separación. En esta práctica esto se realiza tomando como referencia la circunferencia de la rueda del MERLIN, que es aproximadamente esa dimensión, es decir, cada ensayo se realiza al concluir una vuelta de la rueda.


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Para ello se coloca una señal o marca llamativa sobre la rueda, la cual debe quedar siempre en contacto con el piso. Ello facilita la labor del operador quien, una vez hecha la lectura, levanta el equipo y controla que la llanta gire una vuelta haciendo coincidir nuevamente la marca sobre el piso.

La prueba empieza estacionando el equipo al inicio del trecho de ensayo, el operador espera que el puntero se estabilice y observa la posición que adopta respecto a la escala colocada sobre el tablero, realizando así la lectura. Paso seguido, el operador toma el instrumento por las manijas, elevándolo y


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UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL desplazándolo la distancia constante seleccionada para usarse entre un ensayo y otro (un vuelta de la rueda). En la nueva ubicación se repite la operación y asi sucesivamente hasta completar las 200 lecturas. El espacio entre los ensayos no es un factor critico, pero es recomendable que las lecturas se realicen siempre estacionando la rueda en una misma posición.


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8.- PRESENTACION DE DATOS


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9.- CALCULOS

10.- ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS


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11.- CONCLUSIONES 

Se Determino la rugosidad del pavimento luego de haber utilizado el rugosimetro de MERLIN



Se Determino el grado de servicialidad



Se Verifico si se encuentra dentro de los parámetros de rugosidad y se llego a la conclusión de que

12.- RECOMENDACIONES 

se recomienda que las personas encargadas de las distintas labores cumplan su deber de manera correcta y sin interrupciones dando seguridad y precisión para así poder obtener valores mas exactos

13.- BIBLIOGRAFIA http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/992/1/cardenas_cc.pdf http://ri.ues.edu.sv/4385/1/Determinaci%C3%B3n%20del%20indice% 20de%20rugosidad%20internacional%20de%20pavimentos%20usan do%20el%20perfilometro%20ROMDAS%20Z-250.pdf

www.romdas.com www.umtri.umich.edu/erd/roughness/index.htlm www.aepo.es/ausc

14.- ANEXOS


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