Download - 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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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Índice Internacional de Rugosidad
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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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BIBLIOGRAFIA
1. Arriaga M., Rico A., Indice Internacional de Rugosidad en la Red Carretera de México.Publicación Técnica No. 108. San Fandila, Qro. Instituto Mexicano del Transporte. 1998.
2. ASTM, Standard Practices for Simulating Vehicular Response in Longitudinal Profiles of a Vehicular Traveled Surface. American Society for Testing and Materials ASTM E1170-92, 1995.
3. De Solminihac H., Gestión de Infraestructura Vial. 2a. ed., Santiago, Chile. Ediciones Universidad Católica de Chile, 2001.
4. Kraemer C, Rocci S, Ingeniería de carreteras. Vol.2, 1ª ed., Editorial McGraw Hill, 2004.
5. MOP, Manual de Carreteras. Volumen 7: Mantenimiento Vial. 2002
6. MOP, Manual de Carreteras. Volumen 8: Especificaciones y Método de Muestreo , Ensaye y Control. 2003
7. Paterson, W. Road Deterioration and Maintenance Effects: Models for Planning and Management. Highway Design and Maintenance Standars Series. World Bank Transpor tation Depar tment, Washington D.C., 1987.
8. Pradena M., Wolf E., Ejecución y Control de la Conservación en Caminos sin PavimentoMediante Nivel de Servicio. Revista de la Construcción Volumen 5 – Nº 1. 2006
9. Sayers, M. On the calculation of IRI from Longitudinal Road Profile. The University of Michigan Transpor tation Research Institute , Transpor tation Research Board, Washington D.C., 1995
10. Ventura J., Alvarenga E., Determinación del Índice de Regularidad Internacional IRI.Ministerio de Transporte, Obras Públicas, Vivienda y Desarrollo Urbano. El Salvador,2005
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