Trabajo de Iri

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TEMA

CURSO

PROFESOR

CICLO

: 

Diseño de Pavimento



Diseño Moderno de Pavimento.



Ing. Hugo Casso.



IX Noveno.

:

:

:

INTEGRANTES :   

Guevara Vargas, A. Luis. Pardave Camacho, Carmen R. De La Cruz Diaz, Victor Jose.

2012

Índice Internacional de Rugosidad

Pág. INTRODUCION.

3-4

OBJETIVOS.

5

1.1 ANTECEDENTES.

6-7

1.2 IMPORTANCIA DEL INDICE INTERNACIONAL DE RUGOSIDAD ( IRI ).

7-8

1.3 DEFINICION DEL INDICE INTERNACIONAL DE RUGOSIDAD ( IRI ).

9

1.4 FACTORES QUE AFECTAN LA RUGOSIDAD DEL PAVIMENTO.

10 - 11

1.5 BENEFICIOS DE LOS PAVIMENTOS SIN IRREGULARIDADES SUPERFICIALES.

11

CARGAS DINAMICAS EN LOS PAVIMENTOS 1.5.1 EFECTO DE LA RUGOSIDAD INICIAL EN LA RUGOSIDAD FUTURA Y EN LA VIDA

12

DE SERVICIOS DE LOS PAVIMENTOS. 1.5.2 EFECTO DE LA RUGOSIDAD EN EL CONSUMO DE COMBUSTIBLES Y

12 - 13

LOS COSTOS DE MANTENIMIENTOS DE LOS VEHICULOS 1.5.3 EQUIPOS PARA LA MEDICION DE LA RUGOSIDAD SUPERCIAL. 1.6 EQUIPOS PARA LA MEDICION DE LA RUGOSIDAD SUPERCIAL.

13 13 -14

1.6.1 EL MODELO DE CUARTO DE CARRO O MODELO MATEMATICO.

15 -18

1.6.2 PERFILOGRAFOS (PROFILOGRAPHS ).

18 - 19

1.6.3 EQUIPO DE REPUESTA RAPIDA ( RTRRM ).

19 - 20

1.6.4 NIVEL TOPOGRAFICO Y MIRA.

21

1.6.5 DIPSTICK

22

1.6.6 PERFILOMETRO INERCIAL (INERTE PROFILOMETER )

23 - 24

1.7 CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS PARA MEDICION DE LA

25

RUGOSIDAD SUPERFICIAL. 1.8 FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICION DEL IRI VALORES DEL IRI Y ESPECIFICACIONES INTERNACIONALES. 1.8.1 ESCALA DEL BANCO MUNDIAL

26 - 27 27 27 - 29

1.10 DETERIORO DEL PAVIMENTO EN EL TIEMPO

30

CONCLUSIONES

31

BIBLIOGRAFIA

32

Página 2

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Pág. INTRODUCION.

3-4

OBJETIVOS.

5

1.1 ANTECEDENTES.

6-7

1.2 IMPORTANCIA DEL INDICE INTERNACIONAL DE RUGOSIDAD ( IRI ).

7-8

1.3 DEFINICION DEL INDICE INTERNACIONAL DE RUGOSIDAD ( IRI ).

9

1.4 FACTORES QUE AFECTAN LA RUGOSIDAD DEL PAVIMENTO.

10 - 11

1.5 BENEFICIOS DE LOS PAVIMENTOS SIN IRREGULARIDADES SUPERFICIALES.

11

CARGAS DINAMICAS EN LOS PAVIMENTOS 1.5.1 EFECTO DE LA RUGOSIDAD INICIAL EN LA RUGOSIDAD FUTURA Y EN LA VIDA

12

DE SERVICIOS DE LOS PAVIMENTOS. 1.5.2 EFECTO DE LA RUGOSIDAD EN EL CONSUMO DE COMBUSTIBLES Y

12 - 13

LOS COSTOS DE MANTENIMIENTOS DE LOS VEHICULOS 1.5.3 EQUIPOS PARA LA MEDICION DE LA RUGOSIDAD SUPERCIAL. 1.6 EQUIPOS PARA LA MEDICION DE LA RUGOSIDAD SUPERCIAL.

13 13 -14

1.6.1 EL MODELO DE CUARTO DE CARRO O MODELO MATEMATICO.

15 -18

1.6.2 PERFILOGRAFOS (PROFILOGRAPHS ).

18 - 19

1.6.3 EQUIPO DE REPUESTA RAPIDA ( RTRRM ).

19 - 20

1.6.4 NIVEL TOPOGRAFICO Y MIRA.

21

1.6.5 DIPSTICK

22

1.6.6 PERFILOMETRO INERCIAL (INERTE PROFILOMETER )

23 - 24

1.7 CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS PARA MEDICION DE LA

25

RUGOSIDAD SUPERFICIAL. 1.8 FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICION DEL IRI VALORES DEL IRI Y ESPECIFICACIONES INTERNACIONALES. 1.8.1 ESCALA DEL BANCO MUNDIAL

26 - 27 27 27 - 29

1.10 DETERIORO DEL PAVIMENTO EN EL TIEMPO

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CONCLUSIONES

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BIBLIOGRAFIA

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El transporte por carretera en nuestro país es el de mayor contribución a la actividad nacional en sus aspectos comercial, industrial y de movimiento de pasajeros y de carga, por lo que la red nacional de carreteras se convierte en la columna vertebral en la vida económica, social y política de México. EI mantenimiento de esta red es uno de los problemas más relevantes y uno de los más importantes a resolver. En nuestro país, la expansión y mejora de la red carretera no se ha visto acompañada por un aumento proporcional de los presupuestos de mantenimiento. En cambio, el crecimiento del tránsito ha sido en muchos casos mayor que el esperado y las cargas de los vehículos pesados han excedido la capacidad de soporte de muchos de los pavimentos. La combinación de estos factores ha producido un aumento en el deterioro de las carreteras. Para realizar desde el punto de vista técnico un adecuado programa de conservación, se requiere disponer de buena información de campo, obtenida mediante un sistema de recolección de datos que debe actualizarse regularmente para permitir la medición de los cambios de la condición de la red y que reflejen las inversiones que se han realizado. Los datos se pueden obtener de tramos representativos de la red para evitar un costo excesivo, pero deben garantizar una representatividad estadística de los elementos del sistema de información elegido; debe también permitir comparar el estado de las carreteras en el tiempo y entre las diferentes áreas del país. La información obtenida en una carretera es muy variada, la recolección, procesamiento y actualización de todos los datos necesarios puede ser muy compleja y tener un costo elevado, y debe evitar obtener datos redundantes o adquirir costosos equipos automatizados de dudosa necesidad. Pero la información que se requiere para preparar un programa de mantenimiento es solo una fracción de toda la información que se puede producir, por lo que se debe revisar constantemente para medir solo aquellos datos que realmente influyan en las decisiones que se tomen para el mantenimiento de la red o para la elaboración de un proyecto detallado de rehabilitación de un tramo específico. También es fundamental para la evaluación del comportamiento de un camino, el establecimiento de medidas o parámetros seleccionados de manera que exista uniformidad de los datos recogidos en campo y procesados a través del sistema sis tema de información. Página 3

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La superficie de un camino es la parte que ve y que siente el operador de un vehículo al circular y refleja de alguna manera las características estructurales de las capas que conforman el pavimento; esto originó que se buscara la forma de medir o calificar la condición superficial surgiendo así algunos equipos y métodos para realizar esta tarea. Se realizaron estudios para conocer cuáles eran los factores de un camino que influían de manera directa en los costos de operación de los vehículos, demostrando que uno de los principales es el estado superficial, por lo cual se procedió a buscar una escala que permitiera correlacionar un valor índice con la variedad de escalas que manejan los diversos equipos de medición de la rugosidad. El Índice Internacional de Rugosidad mejor conocido por IRI, fue aceptado como estándar de medida de regularidad superficial de las carreteras por el Banco Mundial en 1986. Permite evaluar con cualquier equipo de medición de la rugosidad de un pavimento e indicarla en valores de IRI, permitiendo referirse a una sola escala de medición que puede identificar en qué condiciones superficiales se encuentra la red nacional y detectar anomalías en algunos de sus tramos. El Índice Internacional de Rugosidad permite especificar rangos o niveles de tolerancia para la aceptación de tramos nuevos de autopistas y carreteras, sirviendo como un parámetro de control de calidad superficial. Para carreteras ya en servicio, el Índice Internacional de Rugosidad es una herramienta para monitorear el comportamiento del camino a través del tiempo y permite fijar umbrales de alerta para proceder a un estudio de los daños o para realizar las labores de mantenimiento de acuerdo a la importancia del camino.

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OBJETIVOS



Dar conocer la importancia del Índice de Rugosidad Internacional en el desarrollo de un País.



Estudiar los principales equipos de medición de la rugosidad superficial.



Establecer los principales detalles, cuidados y procedimiento de cálculo del Índice de Regularidad Internacional (IRI).



Estimar los valores medios de serviciabilidad y rugosidad inicial y finales para los pavimentos de asfalto y hormigón.



Fomentar la interconexión de la infraestructura carretera con los diferentes modos de transporte, para lograr un sistema integral de enlace en el territorio nacional.



Mejorar la operación de la red carretera, eliminando las condiciones que inhiben el uso óptimo de la capacidad instalada.

.

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EL Banco Mundial patrocinó varios programas de investigación en los años setentas para conocer los problemas en los países en vías de desarrollo. Algunos de ellos arrojaron que los caminos con poca inversión en infraestructura resultan costosos a estos países, debido a los costos que los usuarios pagan al circular por esos caminos. La rugosidad de las carreteras fue identificada como un factor primario en los análisis que involucran la calidad del camino, en función de los costos de los usuarios. Se vió que los datos de la rugosidad de las diferentes partes del mundo no podían ser comparados, debido a que los datos, aun de un mismo país, eran poco confiables, ya que las mediciones estaban basadas en métodos diferentes. La gran variedad de equipos utilizados para medir la regularidad superficial y los numerosos índices y escalas existentes para establecer los criterios de aceptación de la funcionalidad de una carretera, llevaron a considerar la conveniencia de adoptar un "índice único". Debido a que cada país contaba con un equipo propio, no se podía imponer un solo equipo a todos y tampoco se podía coartar las futuras mejoras de los equipos existentes o el desarrollo de nuevas equipos. En 1982, el Banco Mundial inició un experimento en Brasil para establecer correlaciones y un estándar de calibración para las mediciones de rugosidad. Se observó que los valores de los equipos de medición de la rugosidad superficial existentes eran correlacionables. Una vez establecido este punto, uno de los objetivos de las investigaciones fue encontrar un índice de referencia al que posteriormente se denominó Índice Internacional de Rugosidad". EL Índice Internacional de Rugosidad es el primer índice de perfil ampliamente utilizado, donde el método de análisis está adaptado para trabajar con diferentes tipos de equipos de medición de rugosidad y se puede decir que es una propiedad del perfil de un camino. Las ecuaciones de análisis fueron desarrolladas y ensayadas para minimizar los efectos de algunos parámetros de mediciones de perfil, tales como el intervalo de muestreo. El cálculo del Índice Internacional de Rugosidad se basa en un modelo matemático llamado Cuarto de Carro (Quarter-Car). El sistema del Cuarto de Carro calcula la deflexión de la suspensión de un sistema mecánico simulado como una respuesta similar a la que tuviera el pasajero, Los

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desplazamientos de la suspensión del modelo son acumulados y divididos entre la distancia recorrida para dar el Índice Internacional de Rugosidad, en unidades de m/km., mm/m, in/mi, etc.

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 2, 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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Para la medición del ÍRI, existen diferentes tipos de equipos, los cuales han venido evolucionando en el tiempo, variando unos de otros en la precisión y rapidez para la obtención de los resultados. Así mismo, a partir del estudio realizado por el Banco Mundial en 1982 (IRRE), se propuso una escala de requerimientos de IRI para diferentes tipos de vías. Una vía con rugosidad perfecta tendría un valor del IRI de cero, vías con rugosidad moderadas tienen valores de IRI alrededor de 6 m/km y en los casos extremos, como en carreteras no pavimentadas presentarían valores por encima de 20 m/km.

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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.

Así, el IRI es la medición de la respuesta de un vehículo a las condiciones de un camino. El IRI sirve como estándar para calibrar los equipos de medición de la regularidad superficial de un camino.

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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 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.

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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 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.

Los usuarios de las vías juzgan la calidad de los pavimentos por su comodidad al transitar (ausencia de rugosidad), lo que lleva a que las entidades públicas, encargadas de las carreteras, realicen un esfuerzo importante en lograr pavimentos sin irregularidades superficiales tanto en proyectos nuevos como en los de rehabilitación. Investigaciones recientes como la publicada por Perera & Kohn (2001), han mostrado que cuando se comparan pavimentos con rugosidades considerables con vías regulares se presentan las siguientes características:



Incremento en las cargas dinámicas en los pavimentos.



La rugosidad tiende a aumentar más con el tiempo.



La vida de servicio disminuye.



Se presenta un aumento en el consumo de combustible y los costos de mantenimiento del vehículo y del pavimento.

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Las cargas dinámicas que los vehículos transmiten al pavimento .causan ondulaciones indeseables. Podría decirse que el fenómeno real es una fluctuación entre cargas estáticas y dinámicas. Los estudios han mostrado que la magnitud de las cargas dinámicas inducidas a los pavimentos sin irregularidades es menor que las inducidas a pavimentos rugosos o irregulares. Un incremento en las cargas dinámicas puede resultar en el deterioro de los pavimentos y el desarrollo de irregularidades superficiales tal como lo muestra la Figura

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 otro 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 Página 12

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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.

Perera y Kohn (2001) reportan que investigaciones realizadas en Nevada, Estados Unidos, muestran que pavimentos con bajas rugosidades mejoran la eficiencia del combustible y reducen los costos de mantenimiento de los vehículos. Para llevar a cabo este estudio se realizó un seguimiento a los camiones que viajaban por carreteras que presentaban condiciones de rugosidad alta con fallas por fatiga y por vías en excelentes condiciones. Esto mostró que las vías con irregularidades superficiales incrementaron los daños en los vehículos y sus componentes.

Una variedad de equipos han sido desarrollados a través de los años para la medición de la rugosidad de los pavimentos. Estas mediciones en las vías son realizadas para monitorear las condiciones de las mallas viales para el uso en sistemas de administración de pavimentos o para evaluar la calidad de los viajes en proyectos nuevos o de rehabilitación de vías. Existen diferentes equipos para determinar la regularidad superficial de los pavimentos, los cuales han venido evolucionando en el tiempo, variando unos de otros en la precisión y rapidez para la obtención de los resultados. En la Tabla 2 se presentan algunos de los equipos desarrollados para determinar la regularidad superficial de los pavimentos: Página 13

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Tabla 2. Equipos para la medición de los perfiles de los pavimentos (Modificado de FHWA, 2006).

EQUIPO

Perfilógrafos (Profitographs)

Tipo Respuesta para medir la regularidad de las carreteras (Response-Type Road Roughness Measuring Systems, RTRRMS)

Nivel y Estadía

Dipstick

Perfilómetro inercial (Inertial profilometer)

GRADO DE PRECISIÓN

IMPLEMENTACIÓN

COMPLEJIDAD DEL EQUIPO

Media

Control de calidad y recepción de obras

Simple

Media

Monitores de red vial

Muy alta

Mediciones de perfil del pavimento y calibraciones

Muy alta

Mediciones de perfil del pavimento y calibraciones

Muy alta

Monitores recepción proyectos viales.

y de

OBSERVACIONES

Estos equipos no son prácticos para evaluar la condición de redes viales

Compleja

Los resultados obtenidos entre estos equipo no son comparables, ya que dependen de la dinámica particular del movimiento del vehículo no son estables en el tiempo

Simple

El uso de estos equipos para proyectos largos es impráctico y los costos son elevados

Muy simple

Se utiliza para mediciones del perfil de pavimentos en longitudes pequeñas.

Muy compleja

Equipos con alta precisión, permiten la comparación de Resultados son estables en el tiempo. Pueden ser utilizados para la calibración de los equipos tipo respuesta.

La descripción de los equipos mostrados en la tabla anterior se presenta a continuación.

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1.6.2 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 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.

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L= Longitud de cálculo del IRI v= Velocidad de circulación del vehículo m1= Masa inferior m2= Masa superior o suspendida K1= constante de rigidez de la suspensión primaria

(entre el pavimento y la masa inferior), es

decir del neumático

K2= constante de rigidez de la suspensión secundaria (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 carretera, a una velocidad estándar de 80 Km/h. Las unidades en las que se mide este valor son m/Km o dm/Hm.

Al avanzar, pues, el modelo por una carretera a una velocidad constante de 80 km/h e ir siguiendo sus irregularidades, las masas se mueven verticalmente, y para una combinación estándar de valores de las constantes de los muelles, masas y amortiguador (las de la tabla), el movimiento vertical relativo acumulado de la masa superior (que simula el asiento del conductor), al recorrer el modelo una longitud determinada de carretera, es lo que se conoce como IRI.

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Cálculo de IRI

En la norma de ensayo ASTM E 867-06,[1] se define el concepto de Roughness como: “desviación de una determinada superficie respecto a una superficie plana teórica, con

dimensiones que afectan la dinámica del vehículo, la calidad de manejo, cargas dinámicas y el drenaje, por ejemplo, el perfil longitudinal, perfil transversal.”La norma que hace

referencia a la naturaleza y medición del IRI es la NLT-330/98. Para el cálculo del valor del IRI, en grandes líneas, se procede en dos pasos: Inicialmente se miden las cotas del terreno, lo que nos permite elaborar un perfil longitudinal de la carretera. Los datos de este perfil se someten a un primer filtro, que mediante adecuaciones matemáticas (media móvil), genera un nuevo perfil corregido. A este perfil corregido se le aplica un segundo filtro, consistente en la aplicación del modelo de cuarto de coche desarrollado anteriormente. Finalmente, se define el IRI como el sumatorio de distancias medidas , en módulo sobre la horizontal, para la distancia considerada.

En módulo quiere decir que computan tanto los aumentos como disminuciones de cota sobre la horizontal → al fin y al cabo ambos desplazamientos suponen una variación en la vertical

de la masa suspendida.

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En definitiva, hemos llegado a la conclusión de que el IRI no es más que el valor del movimiento vertical acumulado del asiento del conductor del vehículo a lo largo de una distancia dada. Resulta, por ello, instintivo, pensar que a mayor irregularidad en el firme, los desplazamientos verticales sobre la horizontal teórica, y, consecuentemente, el valor del IRI, serán mayores → el valor del IRI será mejor cuanto más nos acerquemos a la superficie plana

teórica, teniendo en cuenta que este concepto es utópico, ya que se necesita un mínimo de rugosidad para garantizar la adherencia rueda-pavimento.

1.6.2 Perfilógrafos (Profilographs).

Numerosos modelos de perfilógrafos han sido usados desde 1900 y han existido en una variedad de formas, configuraciones, y marcas. Debido a su diseño estos no son prácticos. Un perfilógrafos consiste en una viga o cercha (marco) con un sistema de soporte de ruedas al principio y al final, y una rueda en el centro, que sirve para medir las desviaciones. En la actualidad es utilizado el Perfilógrafo de California, en el cual su uso más común es para la inspección de construcciones de pavimentos rígidos, control de calidad, y aceptación de proyectos. Existen diferencias entre perfilógrafos, los cuales están relacionados con la configuración de las ruedas, el funcionamiento y procedimientos de medida de los dispositivos. Los perfilógrafos tienen una rueda sensible, montada al centro del marco para mantener el movimiento vertical libre tal como se muestra en la Figura. La desviación de un plano de la referencia, establecido por el mareo del perfilógrafo, se registra (automáticamente en algunos modelos) en papel según el movimiento de la hieda sensible. Los perfilógrafos pueden calcular desviaciones muy ligeras de la superficie y ondulaciones en aproximadamente 6.0 m (20 pies) en longitud.

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1.6.3 Equipos tipo respuesta (RTRRM).

La recolección de datos de regularidad, también es realizada a través de equipos Tipo Respuesta (Response Type Road Roughness Meters, RTRR.M), comúnmente llamados “Medidores de camino”. Los sistemas RTRRM son adecuados para el monitoreo rutinario de

una red pavimentada y para proporcionar una visión global de la condición y el mantenimiento necesario. Los equipos RTRRM miden los movimientos verticales del eje trasero de un automóvil o el eje de un remolque relativo al mareo del vehículo. Los medidores se instalan en los vehículos con un transductor de desplazamiento localizado entre la mitad del eje y el cuerpo del automóvil o remolque corno se muestra en la Figura 7. El transductor detecta pequeños incrementos del movimiento relativos entre el eje y el cuerpo del vehículo. La ASTM en la norma E 1082 “Standard test method for measurement of vehicule response to traveled surface roughness” especifica los

procedimientos para la medición de la rugosidad con

equipo tipo respuesta.



La desventaja de un RTRRM es que el movimiento del eje del vehículo vs tiempo depende de la dinámica de un vehículo particular, lo que produce efectos no deseados (Sayers & Karamihas, 1998) tales como:

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

Las medidas de regularidad no son estables con el tiempo. Las medidas realizadas recientemente con un RTRRM, no pueden ser comparadas con aquellas mediciones realizadas en años anteriores.



Las medidas de regularidad no son transportables. Las mediciones realizadas por un RTRRM que utiliza un determinado sistema son raramente reproducibles por otro aún si el vehículo es estandarizado.



La velocidad del viaje afecta las mediciones. La velocidad de viaje del vehículo afecta la respuesta del sistema. Si en la misma sección se toman medidas de rugosidad con el mismo equipo y diferentes velocidades, los resultados obtenidos serán diferentes.

Aunque existen problemas como los descritos anteriormente acerca de la reproducibilidad y transportabilidad de los datos tomados con estos equipos, ellos han sido 1liuy populares ya que proveen una forma económica de obtener datos de rugosidad en las vías.

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1.6.4 Nivel Topografico y Mira

Es conocido como perfilómetro manual y es quizás el método más preciso para obtener las elevaciones reales de la superficie del pavimento, es considerado de bajo rendimiento debido a que el proceso de recolección de datos es relativamente lento en comparación con otros equipos. Se considera que para la evaluación de la regularidad de la superficie de rodadura de proyectos de gran magnitud es impráctico y de alto costo, Sin embargo, este tipo de equipo tiene una gran precisión y puede obtener una medida exacta del perfil del pavimento (Sayers et al. 1986b). La Figura muestra un esquema del perfilómetro manual. La especificación E1364 de la ASTM “Test method

for measuring road roughness by static

level method” presenta una guía para la medición el perfil de las vías con este equipo.

El parámetro más importante para la toma de datos por este método es que la resolución del nivel cumpla con los requerimientos dados por la ASTM. En esta línea, sería posible determinar el IRI a partir de equipamiento tan sencillo como una mira y un nivel → E l

nivel establece la horizontal, y con la mira obtenemos los puntos del

perfil longitudinal. El inconveniente es que para grandes distancias, el trabajo puede hacerse largo y tedioso

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1.6.5 Dipstick.

Los equipos Dipstick pueden usarse para obtener una cantidad relativamente pequeña de medidas del perfil de pavimento. El Dipstick mostrado en la Figura

consiste en un

inclinómet.ro soportado en dos apoyos separados por 305 mm (12”), los cuales registran

la

elevación de un apoyo relativo a la elevación del otro. El operador conduce el Dipstick sobre una sección de pavimento premarcada, rotando el instrumento alternadamente sobre cada apoyo (ver Figura ). Se registran las lecturas secuencialmente mientras el operador recorre la sección. El dispositivo registra 10 a 15 lecturas por minuto.. El software de análisis es capaz de proporcionar un perfil exacto a ± 0.127 mm (± 0.005”).

El Dipstick comúnmente es usado para medir un perfil para la calibración de instrumentos más complejos, tal como el RTRRM, así mismo para la verificación de resultados obtenidos con los Perfilómetros Inerciales.

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1.6.6 Perfilómetro inercial (Inertial profilometer).

Los equipos de referencia inercial son equipos que producen medidas automáticas y de alta calidad del perfil de la carretera. Estos equipos producen medidas continuas del perfil longitudinal a altas velocidades a través de una creación de una referencia inercial integrada por acelerómetros colocados en un vehículo para obtener el movimiento vertical del mismo (aceleración vertical) y sensores que no son de contacto, tipo láser, que miden el desplazamiento relativo entre el vehículo y la superficie del pavimento como se muestra en la Figura.

Generalmente son llamados perfilómetros de alto rendimiento ya que son muy precisos y generan el perfil longitudinal de la vía en tiempo real. Sus principales componentes son: Sensores de altura, acelerómetros, sistema medidor de distancia, y un computador con su respectivo software para el cómputo del perfil de la calzada. Algunos de estos sistemas están equipados con cámaras de video que pueden grabar diferentes perspectivas de la vía y pueden ser usados para determinar otras condiciones como el nivel de daños, señales de piso y otros elementos que componen su infraestructura.

Son equipos de alto rendimiento, que basados en dispositivos como los giróscopos y los acelerómetros, producen medidas automáticas y de alta calidad del perfil del camino.

Los más extendidos son los perfilómetros láser, que disponen de dispositivos láser para obtener la medición del perfil, y que combinados con este sistema de giróscopos y acelerómetros, permiten obtener medidas de altísima precisión a velocidades estándar de circulación (80-100 Km/ h).

A día de hoy son los más utilizados para determinar el valor del IRI, así como de otros parámetros, tales como la macrotextura. Página 23

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1.7 Clasificación de los equipos para l a medición de la rugosidad superficial.

Los equipos utilizados para la medición de la regularidad de las vías son clasificados de acuerdo con el intervalo de almacenamiento de datos y la resolución de la medida. Esta clasificación es presentada por Banco Mundial en su documento técnico N° 46 “Guidelines for conducting and

calibraling road roughness measuremenís” (Sayers et al, 1986b) y la norma ASTM E -950-98. Una comparación de estas clasificaciones se muestra en la Tabla

Tabla 2. Clasificación de los equipos para la medición de los perfiles longitudinales (Sayers et al., 1986b y ASTM E-950-98).

Clasificación del equipo

Clase 1

Clase 2

Clase 3

Clase 4

Clasificación según el Banco Mundial Documento técnico Nº46 (Sayers et al. 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 vía para calcular el IRI. Esta medida no debe sobrepasar los 0.25 m y la precisión de 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 precisión en la medida de elevación de 1 mm para IRI entre 1 y 3 m/km y 6 mm para valores de IRI entre 10 y 20 m/km. IRI estimado mediante ecuaciones de correlación. La obtención del perfil longitudinal se hace mediante equipo tipo respuesta (RTRRM), los cuales han sido previamente calibrados con perfilómetros de precisión mediante ecuaciones de correlación Estimaciones subjetivas y mediciones no calibradas. Incluyen mediciones realizadas con equipos no calibrados, estimaciones subjetivas con base en la experiencia en la calidad del viaje o inspecciones visuales a las vías

Clasificación según ASTM E-950-98 Intervalos de Resolución de las almacenamiento medidas verticales

Menor o igual a 25 mm

Mayor que 150 mm hasta 300 mm

Mayor que 25mm hasta 150 mm Mayor que 300

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Menor o igual a 0.1 mm

Mayor que 0.1mm hasta 0.2mm

Mayor que 0.2mm hasta 0.5mm Mayor 0.5mm

que

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Un elemento esencial en los sistemas de administración de pavimentos es el monitoreo permanente de la rugosidad, las fallas y otras propiedades. Muchas entidades municipales a nivel mundial tienen equipos para la medición de los perfiles longitudinales de las vías cuyos datos son manipulados matemáticamente para ser reducidos en un sólo índice, el IRI es el más usado alrededor del inundo, sin embargo la información de este índice es buena siempre y cuando las mediciones del perfil sean de sobresaliente calidad. Los equipos de medición de las regularidades superficiales del pavimento han evolucionado considerablemente pero aún falta desarrollo. Errores y 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. Perera & Kohn (2002) presentan la descripción de las variables que afectan las mediciones dividiéndolas en cinco categorías: diseño del equipo, la forma del pavimento, el medio ambiente, la operación del equipo y la habilidad del operador. Los aspectos del diseño del equipo que afectan la calidad de los datos son la altura de los sensores, los tipos de acelerómetros y las distancias de medidas del sistema. Un factor importante que contribuye a obtener perfiles precisos es la manera como se toman los datos. Menores distancias son requeridas para cálculos precisos del IRI. Para la forma del pavimento se tiene que las medidas de los perfiles usualmente se realizan a través de dos líneas de la superficie del pavimento en una longitud dada. La posición lateral de las medidas tiene una fuerte influencia en el perfil ya que la forma y superficie del pavimento cambian a lo largo de la longitud; el tiempo y fecha de medición de los datos puede influenciar los resultados en muchos casos por los cambios cíclicos en la rugosidad debidos a factores ambientales. También es importante tener en cuenta las fallas en los pavimentos las cuales tienen un efecto considerable en la rugosidad de los pavimentos y en la evolución y progresión de la misma. Página 26

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La mayoría de los tipos de fallas que son capturadas en las medidas de un perfil aparecen como características severas que incrementan el valor del IR!. Para pavimentos con daños, el intervalo de toma de mediciones tiene un impacto importante en los resultados. Las mediciones de los perfiles pueden verse afectadas por el ambiente en el que se realizan las mediciones. Algunos aspectos a tener en cuenta son los altos contenidos de humedad en períodos lluviosos y las superficies contaminadas. La operación de los equipos influencia fuertemente la repetibilidad de las medidas sobre todo en la posición lateral. El camino que el equipo toma sobre una sección tiene una alta influencia en las medidas de rugosidad por las variaciones transversales en el perfil. Dos medidas que siguen diferentes líneas pueden producir resultados igualmente válidos pero diferentes. Conducir el vehículo con velocidades fuera de las especificadas por el equipo puede producir resultados inadecuados (Perera & Kohn, 2001). El conductor y el operador del equipo pueden tener una tremenda influencia en la calidad de los datos del perfil ya que ellos son los que controlan la velocidad, la posición latera! del vehículo y la permanencia en la línea correcta.

A continuación se presentan las diferentes escalas y especificaciones adoptadas en diferentes países para el índice de rugosidad internacional.

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 roughness rneasurements” en la Figura

, las cuales son adaptadas y mostradas a

continuación.

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1.10 Deterioro del Pavimento en el tiempo

El comportamiento típico de la condición superficial respecto al tiempo se puede representar en la Figura 5, en la que se observa que a partir de un cierto nivel de rugosidad del camino, los factores que afectan al mismo son el tránsito, el medio ambiente, etc., que ocasionan la disminución de la calidad superficial. Esta disminución no es lineal sino que se puede dividir en tres etapas, donde la primera tiene un deterioro poco significativo en los primeros años; la segunda presenta un deterioro mas acusado que en la primera, y requiere comenzar a programar un mantenimiento para no dejar avanzar el deterioro, la tercera significa una etapa de deterioro acelerado, ya que en pocos años el nivel de servicio cae de forma Importante, con lo que va a llegar a un costo significativa de mantenimiento del camino y, como límite, puede ser necesaria una reconstrucción total del mismo.

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La conservación de carreteras ocupa un lugar muy importante entre las preocupaciones de los responsables de la infraestructura carretera. Los usuarios ya no se conforman actualmente con disponer de vías de comunicación, sino que demandan que éstas les permitan desplazamientos rápidos, cómodos, económicos y seguros. EI buen estado de la infraestructura carretera resulta vital para la eficiencia del transporte, el cual tiene una influencia preponderante en el estado general de la economía del país.

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La rugosidad de un camino se ha convertido en uno de los factores que influyen de manera directa en los costos de operación de los vehículos, por ello fue necesario contar con una escala que permitiera correlacionar los valores dados por los diversos equipos existentes en el mundo para medición de rugosidad, por lo que se estableció el Índice Internacional de Rugosidad.

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En nuestro país es necesario implantar el Índice Internacional de Rugosidad para una mejor evaluación del estado superficial de los pavimentos. Conviene dejar de evaluar subjetivamente las carreteras con el Índice de Servicio Actual para ello en nuestro país se cuenta con el equipo automatizado necesario para empezar a obtener el Índice Internacional de Rugosidad en la red nacional de carreteras.

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Es importante evaluar la condición superficial mediante el monitoreo periódico y permanente de la red nacional de carreteras. Se recomienda que sea de manera anual. Los equipos de evaluación de la rugosidad del tipo respuesta se calibran periódicamente de acuerdo a las características de cada equipo y al uso del mismo.

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Los sistemas de gestión de pavimentos son una herramienta importante para realizar una adecuada estrategia de conservación, para lo cual es necesario implementar un modelo conceptual del mantenimiento carretero que permita racionalizar y sistematizar las acciones con la óptima aplicación de los recursos.

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Para tramos ya existentes es necesario contar con umbrales de alerta para identificar tramos que requieren un mantenimiento urgente y los que se encuentran en ese momento en condiciones adecuadas de servicio.

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Trabajo de Iri

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