Trabajo de Iri

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TEMA :

Diseño de Pavimento

CURSO :

Diseño Moderno de Pavimento.

PROFESOR :

Ing. Hugo Casso.

CICLO :

IX Noveno.

INTEGRANTES :

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

2012

Índice Internacional de Rugosidad

INDICE

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. 13

1.6 EQUIPOS PARA LA MEDICION DE LA RUGOSIDAD SUPERCIAL. 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 26 - 27

VALORES DEL IRI Y ESPECIFICACIONES INTERNACIONALES. 27

1.8.1 ESCALA DEL BANCO MUNDIAL 27 - 29

1.10 DETERIORO DEL PAVIMENTO EN EL TIEMPO 30

CONCLUSIONES 31

BIBLIOGRAFIA 32

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INTRODUCION

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 de información.

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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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I. Índice Internacional de Rugosidad (IRI)

1.1 Antecedentes

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.

1.2 Importancia del Índice Internacional de Rugosidad (IRI)

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.

1.3 Definición IRI

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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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1.4 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 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.

1.5 Beneficios de los pavimentos sin irregularidades superficiales.

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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1.5.1 Cargas dinámicas en los pavimentos.

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

1.5.2 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 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

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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.

1.5.3 Efecto de la rugosidad en el consumo de combustible y los costos de mantenimiento de los vehículos.

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.

1.6 Equipos para la medición de la rugosidad superficial.

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:

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

EQUIPO GRADO DE PRECISIÓN

IMPLEMENTACIÓN COMPLEJIDAD DEL EQUIPO

OBSERVACIONES

Perfilógrafos(Profitographs) Media Control de calidad y

recepción de obrasSimple

Estos equipos no sonprácticos para evaluar lacondición de redes viales

Tipo Respuesta para medir la regularidad de las carreteras (Response-TypeRoad Roughness MeasuringSystems, RTRRMS)

Media Monitores de red vial Compleja

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

Nivel y Estadía Muy altaMediciones de perfil del pavimento y calibraciones

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

Dipstick Muy altaMediciones de perfil del pavimento y calibraciones

Muy simpleSe utiliza para mediciones del perfil de pavimentos en longitudes pequeñas.

Perfilómetro inercial (Inertial profilometer) Muy alta

Monitores y recepción de proyectos viales.

Muy compleja

Equipos con alta precisión, permiten la comparación deResultados 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.

1.6.4 Nivel Topografico y Mira

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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 → El 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

1.6.5 Dipstick.

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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.

1.6.6 Perfilómetro inercial (Inertial profilometer).

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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.

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1.7 Clasificación de los equipos para la 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

Clasificación según el Banco Mundial Documento técnico Nº46 (Sayers et al.

1986)

Clasificación según ASTM E-950-98Intervalos de

almacenamientoResolución de las

medidas verticales

Clase 1

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

Menor o igual a 25 mm

Menor o igual a 0.1 mm

Clase 2

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.

Mayor que 150 mm hasta 300

mm

Mayor que 0.1mm hasta

0.2mm

Clase 3

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

Mayor que 25mm hasta 150

mm

Mayor que 0.2mm hasta

0.5mm

Clase 4

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

Mayor que 300 Mayor que 0.5mm

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1.8 Factores que afectan la medición del IRI.

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.

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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.

1.9 Valores del IRl y especificaciones internacionales.

A continuación se presentan las diferentes escalas y especificaciones adoptadas en diferentes países

para el índice de rugosidad internacional.

1.9.1 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 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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CONCLUSONES

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.

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.

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.

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.

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.

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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