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TÍTULO DE PROYECTO: INDICADORES DE CALIDAD EN CARRETERAS. ÍNDICE DE

REGULARIDAD INTERNACIONAL (I.R.I) Y EL ANÁLISIS DE SU EVOLUCIÓN EN UN GRUPO

DE CARRETERAS DE LA RED BÁSICA DE CATALUÑA

CÓDIGO DEL PROYECTO: 722-TRE-OP-4713

AUTORA: MIREIA CIRERA BERNAL

TUTORA: ADRIANA MARTÍNEZ REGUERO

DEPARTAMENTO: INFRAESTRUCTURA DEL TRANSPORTE Y TERRITORIO

FECHA: JULIO 2010

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RESUMEN

La sociedad actual de los países desarrollados exige cada día un grado de calidad mayor en la red de carreteras, quiere un trayecto cómodo, seguro, con unos niveles de servicio elevados. Es por ese motivo que existen unos indicadores de calidad que nos permiten conocer el estado de dicha red y poder actuar de manera óptima y en el momento idóneo con el fin de mejorarla. Estos indicadores acostumbran a englobarse dentro de un sistema de gestión de firmes, un programa que nos ayuda a controlar mejor el estado de las carreteras y a tomar las medidas oportunas en el momento más oportuno y con el coste menor.

Existe una disciplina llamada auscultación que abarca al conjunto de procedimientos y equipos que nos permiten evaluar el estado del firme de una carretera, tanto desde el punto de vista funcional, como estructural.

Esta tesina se centra en un indicador funcional llamado I.R.I. (Índice de Regularidad Internacional) que mide el grado de comodidad con el que el conductor circula por una carretera. Sin embargo, es un parámetro del que no se conoce a ciencia cierta su evolución en el tiempo, al depender de una gran variedad de variables, algunas de ellas difíciles de cuantificar. Se pueden resumir en: los ejes pesados que circulan por la carretera, los factores climáticos como la lluvia, la nieve, las variaciones de temperatura experimentadas y la zona climática en la que se encuentra, el tipo y estructura de firme (rígido, semirrígido, flexible, semiflexible), el porcentaje de fisuras que presenta y la profundidad que abarcan (tanto a nivel longitudinal como transversal), la presencia de roderas u otras degradaciones, las condiciones de puesta en obra de las diferentes capas del firme, el propio tiempo en servicio de la carretera, las actuaciones de mantenimiento y de refuerzo que se han realizado. Todos estos condicionantes influyen en mayor o menor medida en la regularidad y en su variación con el tiempo.

Existen algunas teorías de carácter semiempírico, teórico o puramente práctico, la mayor parte de ellas no demasiado cómodas a la hora de aplicar en casos reales. Es una tarea bastante compleja el hecho de crear un modelo que exprese claramente la evolución de este indicador para toda carretera. Debería hacerse con una base de datos extensa, fiable, de calidad, con unos ingenieros y técnicos bien formados y experimentados, un buen soporte informático y un software que permita gestionar toda esa base de datos de manera eficiente.

Por todo lo anterior, este estudio pretende modelizar mediante ecuaciones algo más simplificadas que otros casos dando respuesta a estos interrogantes, además de analizar la normativa actual y proponer una serie de recomendaciones para evaluar el parámetro en cuestión de forma adecuada. Por otro lado, persigue dar una visión general del IRI, que pasa bastante desapercibido, a pesar de estar contemplado a nivel de normativa española e internacional y resultar ser uno de los parámetros de auscultación más importantes.

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RESUM

La societat actual dels països desenvolupats exigeix cada dia un grau de qualitat major a la xarxa de carreteres, vol un trajecte còmode, segur, amb uns nivells de servei elevats. Per aquesta raó existeixen uns indicadors de qualitat que ens permeten conèixer l’estat de l’ esmentada xarxa i poder actuar per consegüent de la manera òptima i en el moment idoni amb la finalitat de millorar-la. Aquests indicadors acostumen a englobarse dins d’un sistema de gestió de ferms, un programa que ens ajuda a controlar millor l’estat de les carreteres i a prendre les mesures escaients en el moment ideal i amb el menor cost.

Existeix una disciplina anomenada auscultació, que recull al conjunt de procediments i equips que ens permeten avaluar l’estat del ferm d’una carretera, ja sigui a nivell funcional o estructural.

Aquesta tesina gira entorn un indicador anomenat I.R.I (Índex de Regularitat Internacional) que mesura el grau de comoditat amb el qual el conductor circula per una carretera. No obstant, és un paràmetre del que no es coneix a ciència certa la seva evolució en el temps, ja que depèn d’una gran diversitat de variables, algunes de les quals difícils d’estimar quantitativament. Es poden resumir en: els eixos pesants que circulen per una carretera, els factors climàtics com la pluja, la neu, les variacions de temperatura experimentades i la zona climàtica a la qual es troba, la tipologia i estructura del ferm (rígid, semirrígid, flexible, semiflexible), el percentatge de fissures que presenta i la profunditat que assoleixen (a nivell longitudinal i transversal), la presència de roderes i altres degradacions, les condicions de la posada en obra de les diferents capes que configuren el ferm, el propi temps en servei de la carretera, les actuacions de manteniment i de reforç que s’ha realitzat. Tots aquests condicionants influeixen amb més o menys mesura en la regularitat i en la seva variació amb el temps.

Existeixen algunes teories de caràcter semiempíric, teòric o purament pràctic, la majoria de les quals no massa pràctiques alhora d’aplicar-les a casos reals. És una tasca bastant complexa el fet de crear un model que expressi clarament l’evolució d’aquest indicador per a qualsevol carretera. Hauria de realitzar-se amb una base de dades extensa, fiable, de qualitat, amb uns enginyers i tècnics ben formats i experimentats, un bon suport informàtic i un software que permeti gestionar tota aquesta base de dades de manera eficient.

Per consegüent, aquest estudi pretén modelar mitjançant equacions una mica més simplificades que en altres casos responent a aquests interrogants, a més d’analitzar la normativa actual i proposar una sèrie de recomanacions per avaluar el paràmetre en qüestió de forma adequada. D’una banda, persegueix donar una visió general de l’ IRI, que passa bastant desapercebut, malgrat que el citat indicador estigui contemplat a nivell de normativa espanyola i internacional i resultar ser un els paràmetres d’auscultació més importants.

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ABSTRACT

People of the developed countries are every day demanding a higher quality level in their road network. They want a comfortable secure ride, with high service levels. For this reason, there are some quality indicators that allow us to know the condition of the above mentioned network and to be able to act in an ideal way and in the most suitable moment to act in order to improve it.

There's a discipline called auscultation that covers all the procedures and equipment that allow us to assess the condition of a road, both from the functional and structural standpoint.

This project focuses on an functional indicator called I.R.I.(International Roughness Index), which measures the degree of comfort that the driver feels while driving along the road. However, the evolution of this parameter is not known for sure over time, depending on a variety of variables, some of them difficult to quantify. It can be summarized as follows: heavy axle driven on the road, climatic factors such as rain, snow, temperature variations and climate zone in which located, the type and structure of pavement (rigid or semirigid flexible, semi-flexible), the percentage of existing cracks that presents and depth covering (both longitudinal and transversal), the presence of ruts or other distresses, conditions for laying of different layers of the pavement's own time service roads, maintenance activities and reinforcement that have been made. All these conditions influence to a greater or lesser extent in the road roughness and its evolution over time.

There are some theories from different nature: semi-empirical, theoretical and practical, but most of them are not too easy to apply to real cases. It is a fairly complex the act of creating a model that clearly shows the evolution of this indicator for the whole road. An extensive reliable, high quality database, with some engineers and technicians well trained and experienced, a good computer and software support for handling all the database efficiently should be necessary to meet that objective.

Consequently, this study attempts to more simplified model equations than other cases in response to these questions, in addition to analyze the current standards and propose a set of recommendations for evaluating properly the parameter in question. On the other hand, it is intended to give an overview of the IRI, which passes quite unnoticed, despite being set at the level of Spanish and international standards and prove to be one of the most important auscultation parameters.

INDICE

AGRADECIMIENTOS…………………………………………………………………………4

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN………………………………………………………………6

1.1. Prólogo…………………………………………………………………………6

1.2. Planteamiento del problema………………………………………………..6

1.3. Objetivos generales y particulares………………………………………..8

1.4. Contenido de la tesina……………………………………………………….9

CAPÍTULO II: ESTADO DEL ARTE……………………………………………………….10

2.1. Introducción. Sistemas de gestión de firmes……………………...…..10

2.2. La auscultación de carreteras. Definición……………………………...11

2.2.1. Parámetros y características funcionales………………...12

2.2.2. Parámetros estructurales…………………………………….15

2.3. Regularidad superficial…………………………………………………….18

2.4. Evolución de los equipos medidores de regularidad………………...20

2.5. Evolución de los índices de regularidad hasta el IRI…………………25

2.6. Definición del Índice de Regularidad Internacional

(modelo de cuarto coche)………………………………………………………27

2.7. Equipos de medida de la regularidad superficial……………………..30

2.7.1. Clasificación de Washington Department of Transport 30

2.7.2. Comparativa entre Banco Mundial y ASTM……………….30

2.7.3. Clasificación de la autora……………………………….……32

2.8. Valores de IRI propuestos y especificaciones internacionales…….44

2.8.1. Banco Mundial………………………………………………….44

2.8.2. Especificaciones internacionales en relación con el

procedimiento general de toma de datos de IRI y según el

tipo de pavimento……………………………………………………..45

2.8.3. Agencias Públicas……………………………………………..45

2.8.4. Normativa americana (ASTM)……………………………….48

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CAPÍTULO III: MODELOS DE EVOLUCIÓN……………………………………………..50

3.1. Introducción………………………………………………………………….50

3.2. Banco Mundial……………………………………………………………….50

3.3. Modelo para la red de carreteras de Australia…………………………51

3.4. Análisis de fallo por pérdida de regularidad (IRI). Método AASHTO

2002…………………………………………………………………………………55

3.5. Modelo neuronal de predicción del IRI………………………………….57

3.6. Conclusiones de los modelos…………………………………………… 59

CAPÍTULO IV: ESTUDIO DEL IRI…………………………………………………………60

4.1. Datos de partida…………………………………………………………….60

4.2. Características del equipo de medición………………………………..60

4.3. Condicionantes de la medición…………………………………………..61

4.4. Tratamiento de los datos. Procedimiento a seguir…………………...61

4.5. Variables a considerar en el estudio…………………………………….63

4.5.1. Tráfico…………………………………………………………...63

4.5.2. Pluviometría…………………………………………………….64

4.5.3. Tipo de firme……………………………………………………65

4.6. Ejemplo de análisis…………………………………………………………66

4.7. Hipótesis de partida………………………………………………………...67

4.8. Dificultades a elaborar un modelo de evolución……………………...68

4.9. Factores que condicionan el IRI………………………………………….69

4.9.1. Factores en fase de proyecto………………………………..69

4.9.2. Factores en fase de ejecución……………………………....69

4.9.3. Factores en fase de servicio o de explotación…………...70

4.9.4. Factores relacionados con la toma de medidas

en campo……………………………………………………………….73

4.9.5. Factores en la etapa de análisis de los datos…………….73

4.10. Rehabilitación superficial………………………………………………..75

4.10.1. Descripción……………………………………………………75

2

4.10.2. Microfresado…………………………………………………..75

4.10.3. Capas delgadas………………………………………………76

4.10.4. Termo-perfilado………………………………………………76

CAPÍTULO V: PRESENTACIÓN DE RESULTADOS……………………………………78

5.1. Introducción………………………………………………………………….78

5.2. Relación de IRI con la naturaleza del firme…………………………….78

5.3. Relación del IRI con la precipitación acumulada……………………..80

5.4. Relación del IRI con el número de ejes pesados……………………...81

CAPÍTULO VI: COMENTARIOS DE LA NORMATIVA ACTUAL Y

CONCLUSIONES……………………..……………………………………………………...91

6.1. Críticas y comentarios de la normativa actual y

propuestas de mejora…………………………………………………………...91

6.2. Conclusiones………………………………………………………………...96

6.2.1. Conclusiones particulares relativas al estudio

en la red de carreteras catalana……………………………………96

6.2.2. Conclusiones generales relativas al Índice de

Regularidad Internacional………………………………………...…97

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………….………99

ANEJOS…………………………………………………………………………………...…101

Anejo A: PG-3………………………………………………………………………101

Anejo B: Normativa NLT-330/98………………………………………………...103

Anejo C: Normativa NLT-331/98………………………………………………...107

Anejo D: Normativa NLT-334/98………………………………………………...111

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AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer a la empresa Applus la información aportada para la realización de este proyecto, en especial por los datos de auscultación del Índice de Regularidad Internacional (IRI) de un conjunto de carreteras de los diferentes servicios territoriales de Barcelona, Tarragona, Lleida y Girona, ya que sin ellos me hubiera estado imposible poder haber realizado este proyecto. De la misma manera quiero agradecer la colaboración del Departamento de Política Territorial y Obra Pública por facilitarme la información necesaria de aforos, características estructurales que me han permitido adentrarme en el modelo de evolución.

Por otro lado, quiero agradecer a Adriana Martínez, mi tutora de proyecto, por todo el apoyo y la ayuda que me ha brindado durante este curso, además de permitirme realizar esta tesina.

Dar las gracias a mi familia y en especial a mis hermanos mayores, por estar ahí y guiarme en todo momento.

Por otro lado, también quiero agradecer a mis amigos por confiar en mí, que sin ellos no habría sido capaz de llegar hasta aquí. En especial, a mis niñas Anna, Marta y Evelyn, Carmen, Espelt, Ester y a mis queridos amigos: Lluís-Pere, Christian, Dani y un largo etcétera de gente que siempre me ayuda.

¡Gracias!

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CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

1.1. Prólogo

Como ingeniera que pretendo ser, he sido siempre una persona muy curiosa por las ciencias y la tecnología. Cuando me planteé seriamente escoger un proyecto quería realizar uno que me permitiera profundizar en un ámbito específico de la Ingeniería Civil. Quería que fuera poco conocido, que no se hubiera estudiado demasiado, pero que fuera relevante para las personas y de actualidad. A la vez, pretendía que fuera original y que despertara la curiosidad del tribunal evaluador y de todo lector, y asimismo que no los dejara indiferentes.

En particular, el control de calidad de las carreteras era un ámbito desconocido para mí que se me planteó como tema general de proyecto. Quise acotarlo a uno de los indicadores de calidad superficiales más importantes por muchos autores llamado: Índice de Regularidad Internacional.

1.2. Planteamiento del problema

Las carreteras son vías que nos llevan a lugares, cercanos o lejanos, las cuáles permiten comunicar a las personas. No sólo es importante la infraestructura en cuestión por el hecho de crear una unión entre países, pueblos, continentes…sino que también es necesario hacer hincapié en la calidad de la conducción y del mantenimiento de las propiedades de la vía para las que fue creada. Es por ese motivo que existen unos indicadores que nos definen las características funcionales y estructurales de los firmes de carretera. Cada vez, se da una mayor importancia a ellos, ya sea porque unos atienden a la seguridad de la conducción y otros al grado de confort de los usuarios.

Figura1.1. Vista de una carretera.

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Capítulo I: Introducción

Fenómenos peligrosos como el hidroplaneo pueden evitarse si conservamos unas buenas condiciones de drenaje en la carretera, conllevando a una reducción de la accidentalidad. Por otro lado, las lesiones en las zonas lumbares de los conductores debidas a las imperfecciones del perfil longitudinal y transversal de la carretera pueden erradicarse manteniendo una buena regularidad superficial. Estos fenómenos están relacionados en mayor medida con las características funcionales de la carretera, aunque también influyen los aspectos relativos a su estructura del propio firme y de la explanada.

Figura.1.2. Fenómeno de hidroplaneo.

Para analizar todos estos aspectos disponemos de indicadores de calidad, los cuales tienen que medirse periódicamente mediante campañas de auscultación. La frecuencia de medida oscila en función de la estabilidad del parámetro a lo largo del tiempo. Tiene que establecerse una buena base de datos con todas estas mediciones, englobada en lo que se llama un sistema de gestión de firmes. Como su nombre indica, este sistema nos permite gestionar los parámetros de estado auscultados, tratar dichos datos con un análisis exhaustivo y en base a este análisis, poder tomar decisiones de intervención sobre el firme de la carretera en función de rangos establecidos y posibilidades económicas.

Aunque parezca una tarea fácil de concepto, aún no existe un modelo perfecto que permita predecir, por ejemplo, la evolución de la regularidad en una carretera hasta el final de su vida útil y conocer en qué momento se debe intervenir optando por opciones de refuerzo, de saneo, entre otras, optimizando los recursos y el capital disponibles. La principal dificultad para elaborar un modelo de regularidad radica en la gran cantidad de variables o factores que influyen en el parámetro y en la complejidad y en el modo en que lo hacen.

El problema de las ecuaciones desarrolladas por muchos autores para intentar predecir la regularidad es que quizás sirven para una zona concreta, para un país con unas condiciones propias (climáticas, de tráfico, de puesta en obra, entre otras), que las invalida para otra región que quiera adoptarlas.

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Otra dificultad a añadir, es que muchas veces la información necesaria para un análisis minucioso no existe o no nos otorga un grado de confiabilidad y precisión aceptable para ajustar nuestro modelo. Por ejemplo, si queremos conocer los espesores de las capas que configuran el firme, o saber el número de vehículos pesados que circulan cada día, pueden tratarse de meras estimaciones y que, por consiguiente, nos haga plantear hipótesis que desvirtúen los resultados obtenidos.

1.3. Objetivos generales y particulares

El objetivo general de esta tesina es el estudio en profundidad de un indicador funcional llamado Índice de Regularidad Internacional, más comúnmente conocido por sus siglas: I.R.I., que según muchos expertos en la temática, es uno de los indicadores de calidad de carreteras más significativos.

En particular, este proyecto tiene como finalidad analizar las auscultaciones de I.R.I. realizadas en un conjunto de carreteras de la Red Básica de Cataluña entre los años 2003 y 2009, para observar la tendencia que tiene el parámetro en cuestión y ver las variables de las que depende, tanto a nivel cualitativo como poder cuantificar dicho grado de dependencia en alguna ecuación simplificada.

Además, se pretenden analizar los modelos planteados a nivel mundial que existen, desde los que son bastante más complejos basados en los sistemas de redes neuronales, hasta otros mucho más sencillos que relacionan el I.R.I. de final de proyecto, con los ejes pesados que han pasado por la carretera o el grado de fisuración que presenta ésta.

En nuestro caso y entorno a todos los existentes intentaremos idear uno que satisfaga los condicionantes propios del área de Cataluña y que sea un modelo simplificado y fácil de usar.

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1.4. Contenido de la tesina

El tema central de la tesina, como se ha explicado anteriormente, es el estudio del Índice de Regularidad Internacional. En el segundo capítulo, se explica a rasgos generales la definición de este parámetro, las normativas existentes que lo contemplan (tanto a nivel español, como a nivel mundial), los equipos de medición que permiten medir este indicador, pasando también por los diferentes indicadores a lo largo del tiempo que se han creado con el fin de cuantificar finalmente la comodidad del usuario y el estado superficial del firme.

En el tercer capítulo se hace una recopilación de teorías que se han ido desarrollando a lo largo del tiempo para establecer un modelo evolutivo del IRI, los factores que se tienen en cuenta estas, la zona en la que son de aplicación, la dispersión de los datos, entre otros.

En el cuarto capítulo, se hace una síntesis de la investigación que se ha llevado a cabo del IRI con datos de un conjunto de auscultaciones sistemáticas en carreteras de la red de Catalunya, el procedimiento que se ha llevado a cabo y la metodología usada en la medición y en el análisis.

En el quinto capítulo, se muestran los resultados de la investigación llevada a cabo considerando los factores detallados en el capítulo anterior para a través de ellos, poder encontrar el modelo en cada situación.

Finalmente, en el capítulo de conclusiones se establecen unas propuestas de mejora de la normativa actual, unas recomendaciones tanto a la hora de medir este parámetro como en su posterior análisis en gabinete.

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CAPÍTULO II: ESTADO DEL ARTE

2.1. Introducción. Sistemas de gestión de firmes

Un firme de una carretera está constituido por un conjunto de capas horizontales superpuestas cuya función es la de transmitir a la explanada las solicitaciones del tráfico suficientemente amortiguadas para que puedan ser soportadas por ésta de forma homogénea. Además, tiene que proporcionar una superficie de rodadura cómoda y segura para la circulación de los vehículos.

En el fondo y como explica �1� en el artículo una carretera es un capital que va perdiendo valor con el uso y con el paso del tiempo. Por ello se debe, cada cierto tiempo reinvertir dinero en la carretera, en forma de actuaciones de conservación para conseguir que ella no se descapitalice.

Hace unos años, en el territorio español no se llevaba una gestión de la red de carreteras. Hasta que la carretera no presentaba fisuración significativa u otra alteración, no se planteaba la opción de intervenir en ella y, tras un largo periodo de tiempo transcurrido entre la petición de orden de estudio hasta el final de las obras, la carretera no presentaba el estado adecuado para la que fue diseñada.

Por ese motivo, se idearon los sistemas de gestión de firmes, unos programas bastante complejos para llevar un control del estado de la red.

La sistemática de la gestión de firmes debe seguir unos pasos básicos. En primer lugar, se tiene que conocer el elemento a inventariar. Si se trata de una red de carreteras se deberá tramificar dicha red, describir cada tramo acuradamente, con todos los elementos que se pretenda controlar en el programa. En segundo término, se deberán definir los parámetros de estado de la red, es decir, las variables que modificarán la red. Se establecerá una auscultación sistemática de estos parámetros de estado, que en el siguiente apartado se definirá en detalle. A continuación y tras varios análisis será conveniente obtener unos modelos de evolución de dichos parámetros que nos “predigan” el estado de nuestra red en un futuro acotado. Finalmente, se deberán decidir qué posibilidades económicas existen para optimizar al máximo los recursos y el estado de la propia red.

En la figura 2.1 se muestra una vista de un inventario visual de carreteras, donde puede verse la imagen de la carretera referenciada en cuanto a puntos quilométricos y situada en un mapa cartográfico, con una serie de indicadores que se han auscultado en ella.

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Capítulo II: Estado del arte

Figura. 2.1: Figura del VISOR. Fuente: Empresa Applus.

2.2. La auscultación de carreteras. Definición

Existe una disciplina llamada auscultación, básica en la etapa de la gestión de una red de carreteras, que engloba al conjunto de procedimientos y equipos que nos permiten evaluar el estado del firme de una carretera, tanto desde el punto de vista funcional, como estructural.

Como parámetros funcionales más significativos destacan la regularidad superficial y el rozamiento transversal. En cuanto a los parámetros estructurales, se pueden resumir en: deflexiones y degradaciones superficiales.

A continuación se va a tratar más a fondo estas dos tipologías de parámetros. Entre ellas, y como se verá, existe una íntima relación de dependencia.

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2.2.1. Parámetros y características funcionales

Las características funcionales de los pavimentos, abreviadas bajo las siglas CSP según el libro �2�, dependen de la naturaleza y del acabado de la capa de rodadura y determinan las condiciones de seguridad y de comodidad de los usuarios, como también repercuten en el aspecto económico tanto por lo que concierne al mantenimiento del vehículo como el de la vía. En el medio urbano, las CSP también interesan mucho a los vecinos y peatones.

Las características o cualidades funcionales residen en la superficie del pavimento. A modo de resumen se puede detallar un conjunto de aspectos preocupantes e importantes para los conductores y peatones que es el siguiente: adherencia neumático-pavimento, proyecciones de agua en tiempo de lluvia, desgaste de los neumáticos, ruido en el exterior y en el interior del vehículo, comodidad y estabilidad en marcha, cargas dinámicas del tráfico, resistencia a la rodadura (consumo de carburante), deterioro de los vehículos, propiedades ópticas.

Estos aspectos funcionales se asocian a una textura y regularidad superficial del pavimento. En la Tabla 2.1 se muestra la incidencia de dichas características sobre las cualidades funcionales del firme. En ella, se establece una gama de irregularidades, que separa diferentes tipos de textura (megatextura, macrotextura, microtextura y mala irregularidad) en función de las longitudes de onda que comprende y los efectos en los que influye.

Tabla 2.1. Incidencia de las características superficiales sobre las cualidades funcionales del firme según textura y lonigtud de onda. �3�

10 -3 10 -2 10 010 -1 10 1 10 2 10 3

HUELLA DEL NEUMATICO

10 4 10 5LONGITUDES DEONDA (mm)

MICROTEXTURA

ADHERENCIA

RESISTENCIA A LA RODADURA

MACROTEXTURAMALA

IRREGULARIDADMEGA-

TEXTURA

DRENAJE

RESISTENCIA AL DELIZAMIENTO COMODIDAD DE RODADURA

ESTABILIDAD DE MARCHAPROP. ÓPITCAS

PROYEC. DE AGUA CARGAS DINÁMICAS

DESGASTE VEH.

EXTERIORREDUCCIÓN

DESGASTE NEUMÁTICOS

INDESEABLENECESARIA

INFLUYE EN

EVALUACIÓN

RUIDO (CONTAC.NEUM./PAV.)

INT. oEXT.PRODUCCIÓN

GAMA DE IRREGULARIDADES

10 -3 10 -2 10 010 -1 10 1 10 2 10 3



10 -3 10 -2 10 010 -1 10 1 10 2 10 3



MICROTEXTURA

ADHERENCIA

RESISTENCIA A LA RODADURA

MACROTEXTURAMALA

IRREGULARIDADMEGA-

TEXTURA

DRENAJE

RESISTENCIA AL DELIZAMIENTO COMODIDAD DE RODADURA

ESTABILIDAD DE MARCHAPROP. ÓPITCAS

PROYEC. DE AGUA CARGAS DINÁMICAS

DESGASTE VEH.

EXTERIORREDUCCIÓN

DESGASTE NEUMÁTICOS

INDESEABLENECESARIA

INFLUYE EN

EVALUACIÓN

RUIDO (CONTAC.NEUM./PAV.)

INT. oEXT.PRODUCCIÓN

GAMA DE IRREGULARIDADES

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En el XVIII Congreso Mundial de Carreteras (Bruselas, 1987), el Comité Técnico de Características Superficiales de la Asociación Mundial de Carreteras (AIPCR-PIARC) propuso una clasificación de las características geométricas superficiales basadas en las longitudes de onda y en las amplitudes de las irregularidades en el sentido de la marcha (Tabla.2.2.). Las características superficiales que más interesan hacen referencia a las dimensiones de estas irregularidades.

Dominio Rango de dimensiones (aproximado)

Longitudes de onda (horizontal) Amplitudes (vertical)

Microtextura 0-0,5 mm 0-0,2 mm

Macrotextura 0,5-50mm 0,2-10 mm

Megatextura 50-500 mm 1-50 mm

Regularidad superficial

Ondas cortas 0,5-5 m 1-20 mm

Ondas medias 5-15 m 5-50 mm

Ondas largas 15-50 m 10-200 mm

Tabla 2.2. Clasificación de los tipos de textura, longitudes de onda y amplitudes. �2� Así pues, se establecen cuatro grupos de textura en base al rango que abarcan, que se describen a continuación:

La microtextura o aspereza comprende las longitudes de onda menores a 0.5 mm. Depende de la textura superficial de los áridos y del mortero bituminoso (mezcla bituminosa) o de cemento (hormigones). Es muy importante para la adherencia entre el neumático y pavimento y, por tanto, para la resistencia al deslizamiento, tanto en pavimento seco como en mojado. Influye en la fricción, en el desgaste de los neumáticos y algo en el ruido en altas frecuencias del espectro acústico. Normalmente es tan pequeña, que no puede observarse a simple vista. Esta tipología de textura es siempre necesaria.

La macrotextura o rugosidad comprende las longitudes de onda entre 0.5 mm y 50 mm. Depende de la granulometría, y en especial, del tamaño máximo del árido de la mezcla, riego o lechada bituminosos o de la terminación del hormigón (estriado, engravillado, etc.). Es la que hace referencia a la capacidad de evacuar rápidamente el agua, impidiendo o dificultando los fenómenos de hidroplaneo, lo que también ayuda a mejorar la fricción, sobre todo a altas velocidades. Mejora también la visibilidad en situaciones de pavimento mojado, eliminando fenómenos de reflexión de la luz y mejora la percepción de las marcas viales. Como contrapartida, con una macrotextura rugosa se aumenta el consumo de combustible.

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En la figura siguiente se observa a modo de croquis la microtextura y la macrotextura de un pavimento para situar las partes del firme a las que hace referencia cada tipo de textura.

Figura. 2.2. Microtextura y macrotextura. �3� Por el contrario, la megatextura comprende longitudes de onda que oscilan entre 50 y 100 mm, y está asociada con la puesta en obra y con diversos tipos de fallos o de degradaciones y con sus reparaciones (bacheos, sellados de grietas) si no están bien realizadas. Por tanto, este tipo de irregularidades son indeseables y hay que evitarlas, ya que inciden negativamente sobre la comodidad y aumentan el ruido de rodadura, incrementándose los gastos de mantenimiento en vehículos y en la propia vía.

Los defectos de la regularidad superficial se manifiestan mediante ondas de mayor longitud debidas a la puesta en obra (extensión, compactación, etc.), a deformaciones del firme bajo el tráfico o deformaciones de la explanada. Estas irregularidades afectan a la comodidad de la rodadura por las oscilaciones que producen, aumentan el consumo de combustible e influyen en la estabilidad de los vehículos. Serán estudiadas con mayor profundidad en el apartado 2.3 de este capítulo.

Es prácticamente imposible crear un firme “perfecto”, que posea todas las cualidades que deseamos y evite las indeseables. Por ejemplo, si incrementamos la macrotextura para mejorar la seguridad, incrementaremos como contrapartida el ruido producido.

Por ese motivo, cada día los ingenieros y las personas que se dedican al ámbito de la carretera investigan y prueban con nuevas fórmulas para optimizar al máximo los materiales y ofrecer la mayor calidad de rodadura.

El Comité AICPCR anteriormente citado elaboró un manual a título orientativo correlacionando las diferentes cualidades funcionales que puede llegar a tener el firme, en función del tipo de mezcla y el ámbito de aplicación. Cada pavimento presentará, pues, aptitudes distintas desde el punto de vista de sus CSP.

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Tabla 2.3. Aptitud y ámbito de aplicación de los diferentes pavimentos �3�

2.2.2. Parámetros estructurales

Los parámetros estructurales nos permiten definir la capacidad portante y estructural de las diferentes capas que componen el firme, su estado interno. Se pueden resumir en: deflexiones y degradaciones superficiales, como pueden ser baches, fisuras o roderas. En España, el fenómeno de las roderas se ha erradicado prácticamente en su totalidad, debido a las características de los betunes usados actualmente.

Según el artículo �4� , la formación de pequeñas fisuras en la cara inferior de la capa de mezcla bituminosa indica la fatiga de la capa, mientras que, según otros autores, también se debe incluir un factor adicional que permite la propagación de la fisura a la superficie del asfalto, momento en que se estima que se ha llegado a la rotura por fatiga de la capa. La microfisuración produce una variación del área que contribuye a la capacidad portante de la capa, y por tanto, su efecto es como si se redujese el módulo de elasticidad de ésta. Al mismo tiempo, el envejecimiento del asfalto produce cambios de las características portantes de la capa que, en conjunto con lo anterior, puede llevar a daños estructurales incluso en secciones donde exista poca solicitación de tráfico. La pérdida de capacidad portante a lo largo del tiempo se asocia tanto a las capas de mezcla asfáltica como a las capas granulares. Éstas últimas sufren un deterioro debido a la trituración, por las tensiones, el árido grueso, descompactación de las capas y penetración de elementos finos o de humedad. La interacción de los efectos de la fisuración con la lluvia puede acelerar el proceso de forma importante.

Cuando la fisuración se hace visible en la superficie de la carretera, una gran parte de la capacidad portante de la capa superficial se puede haber perdido. En otras palabras, casi todo el deterioro de la mezcla bituminosa tiene lugar antes que la fisura aparezca en superficie. Para verificar pues el estado interno antes que se observe la

V. LENTA V.RÁPIDA SECO MOJADO

T. TEXTURA GRUESA (1)CARRETERAS CAMPO ABIERTO

GRANDES VELOCIDADES

S. ESPECIALES CON TEXTURA FINA

(1) CARRETERAS CAMPO ABIERTO PAVIMENTOS URBANOS

MUY BUENO

NORMALES TODO PAVIMENTO BUENO

DRNEATESTODO PAVIMENTO

GRANDES VELOCIDADESMEDIOCRE

INCRUSTACIÓN DE GRAVILLA (3)

TODO PAVIMENTO GRANDES VELOCIDADES

MALO

FINAS + MORTEROS (1) PAVIMENTOS URBANOS TRÁFICO LENTO Y LIGERO

SIN TRATAMIENTO SUPERFICIAL

PAVIMENTOS URBANOS

ESTRIAS TRANSVERSALES

CARRETERAS CAMPO ABIERTO (1) DEPENDE DEL SOPORTE

ESTRIAS LONGITUDINALES

CARRETERAS CAMPO ABIERTO (2)POR EJEMPLO: LECHADAS CON RESINAS

INCRUSTACIÓN DE GRAVILLA

CARRETERAS CAMPO ABIERTO (3)

DESCARNADO CARRETERAS CAMPO ABIERTO

LEYENDA

RECHAZABLE EN LO QUE SE REFIERE A ESTA PROPIEDAD

MUY BUENO, SI INCRUSTACIÓN CON GRAVILLAS DE COLOR CLARO

M.

B.

H.

H.

APLICACIÓN PREFERENTEPROPIEDADES

TÉCNICASADHERENCIA

PROPIEDADES ÓPTICAS

REGULA-RIDAD INICIAL

RUIDO

15


fisura en superficie será conveniente realizar auscultaciones y determinar, por ejemplo, las deflexiones y el radio de curvatura. Existe una gran variedad de equipos para controlarlas, como el curviámetro, el deflectómetro de impacto y el deflectógrafo Lacroix. Éste último puede verse a continuación:

Fig. 2.3. Deflectógrafo Lacroix. Fuente: Applus.

Por lo que concierne al tema de la degradación superficial, existen equipos multifuncionales de gran complejidad, como el ARAN, los cuáles hacen uso de softwares para realizar un estudio de la fisuración superficial. La siguiente figura muestra el equipo ARAN, uno de los que el gobierno de Maine (EEUU) hace servir para la auscultación de estas características.

Figura 2.4. Equipo ARAN.

16


En la figura 2.5 puede observarse un ejemplo de programa que estudia las degradaciones superficiales tomadas por un equipo del estilo ARAN, a partir de las imágenes de la carretera tomadas por dicho equipo. El análisis de estas fisuras tiene que ser bastante minucioso, requiere algo de experiencia para definir el grado de afectación real en la zona de estudio y en base a ello poder tomar las medidas oportunas.

Figura. 2.5. Ejemplo de software para tratar la fisuración superficial. Fuente: http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/main_pictures/wisecrax.gif

17


2.3. Regularidad superficial

La regularidad de un pavimento puede definirse como la separación vertical existente entre la superficie teórica y real del pavimento. Este proyecto gira en torno al concepto de regularidad y es tal vez uno de los indicadores funcionales más importantes que existen del firme. Por ese motivo, la mayoría de los sistemas de gestión se han basado principalmente en él y relacionándolos con otros. Forma parte de los parámetros funcionales del firme, tal y como se ha comentado en el apartado 2.2.1 de este mismo capítulo. El estudio de esta característica se verifica por simplicidad a través del perfil longitudinal y del transversal de la carretera, aunque en realidad se trate de un problema tridimensional.

Este parámetro determina la calidad de rodadura de los vehículos sobre el firme, de manera que éstos puedan transitar de una manera cómoda, sin vibraciones, cabeceos, u oscilaciones. Diferentes investigaciones realizadas revelan que los costes de operación de los vehículos dependen de la magnitud de las irregularidades superficiales del pavimento, afectando a las velocidades de circulación, desgaste de las llantas y el consumo de combustible. Las irregularidades no sólo provocan efectos dinámicos nocivos en los vehículos y en sus ocupantes, sino que también modifican el estado de deformaciones y esfuerzos sobre la estructura.

Según la frecuencia y la intensidad de las ondulaciones que se producen, el conductor percibirá estos efectos causándole molestias e incluso riesgo. Las frecuencias que más afectan están comprendidas entre 1 y 10 Hz (debido a fenómenos de resonancia tanto para la masa suspendida del vehículo, como para el pasajero sentado sobre su asiento). Las frecuencias más bajas pueden producir mareos y las más elevadas pueden afectar a órganos internos y a la columna vertebral. Por el contrario, los movimientos oscilatorios comprendidos fuera de estas frecuencias resultan muy amortiguadas por el efecto de la suspensión.

Si se tiene en cuenta la expresión f = v l, donde “f” es la frecuencia, “v” es la velocidad y “l” la longitud de onda se observa que cuanto mayor es la velocidad del vehículo, más afectan a sus ocupantes las longitudes de onda. Las ondas cortas y medias producen una oscilación de las cargas sobre las ruedas, dando lugar a sobrecargas dinámicas y una variación del rozamiento. Las ondas largas aumentan el cansancio de la conducción y pueden llegar a producir sueño. En definitiva, la falta de regularidad afecta tanto a la comodidad como a la seguridad.

Por otro lado, el grado de comodidad de una vía es un aspecto muy relativo dentro del análisis de los datos a nivel cualitativo, puesto que cada usuario lo aprecia de forma distinta, condicionado a su vez por: la tipología de vehículo que utiliza, la suspensión de dicho vehículo y la velocidad y aceleración que circula y la duración del viaje.

18


Para estudiar el efecto que las irregularidades del perfil longitudinal tienen sobre la comodidad suele considerarse por separado la contribución de las diferentes ondas que lo componen. Existen programas que permiten filtrar y separar dichas ondas para detectar el origen de las irregularidades y poder actuar sobre la carretera, determinando, por ejemplo, las zonas que deberían regularizarse, mediante fresado, saneo u otra intervención. Un ejemplo de esta tipología de programas es el PROVAL, el cual se ha convertido en unos de los más difundidos y empleados. Se puede descargar gratuitamente y está promocionado por el Departamento de Transporte de los Estados Unidos, la Administración Federal de Carreteras (FHWA) y el programa de desempeño de pavimentos a largo plazo (LTPP). Proval (Profile Viewing and AnaLysis) es un software de ingeniería que permite visualizar y analizar perfiles de pavimentos de diversas maneras y de manera muy sencilla. Con esta herramienta es posible optimizar las operaciones de fresado (diamond grinding) para cumplir con el IRI especificado.

Figura.2.6. Imagen del PROVAL.

Por consiguiente, es importante conocer el estado de la regularidad superficial del pavimento a través del tiempo, desde el final de obra y en cualquier momento, para poder tomar las correspondientes medidas preventivas o correctivas. De esta manera mantendremos un firme con buena regularidad, sin ondulaciones, baches, peladuras u otros deterioros.

En España, al igual que en otros países, para evaluar la regularidad de un pavimento se usa el Índice de Regularidad Internacional (I.R.I.). No obstante, antes de explicar qué es exactamente el IRI, estableceremos los antecedentes que llevaron a su creación, para entender un poco mejor el parámetro.

19


2.4. Evolución de los equipos medidores de regularidad

Desde que se han construido caminos pavimentados y carreteras se ha dado bastante importancia al grado de comodidad experimentado en la circulación por sus usuarios. Sin ir más lejos, el Imperio Romano creó una red extensa de vías pavimentadas por toda España para la circulación de carros y peatones, de las cuales se conservan bastantes tramos en buen estado, gracias a las técnicas y los materiales usados en aquel entonces, según el artículo �5�.

Figura.2.7. Imagen de un tramo de la vía romana que aún se conserva (España).

Con la introducción de vehículos de gasolina en el siglo XIX, más personas tuvieron acceso a esta nueva manera rápida de viajar. Se produjo un aumento considerable de la velocidad de circulación, en comparación con la velocidad alcanzada con caballos u otros animales para el transporte hasta entonces. Este hecho planteó la necesidad de realizar nuevas vías de comunicación y rehabilitar las ya existentes, mediante nuevas técnicas de construcción, para adaptar el contacto del neumático con el pavimento, y generar una superficie regular.

Para la determinación de las propiedades de la carretera que atendían a la regularidad se idearon unos instrumentos algo rudimentarios. Uno de los primeros fue el viágrafo (Viagraph), tal y como muestra la figura 2.8. Estaba constituido por una base consistente con un orificio en la zona central, que contenía una regla que contabilizaba la desviación vertical. La base tenía que ser empujada para ir registrando los desplazamientos verticales en relación al punto central de referencia. Las ondas largas no se percibían con este equipo, mientras que las cortas estaban limitadas a la anchura de la base del equipo. La regularidad medida con este mecanismo se expresaba en pies de desviación por milla (15 feet/mile=180 inches/mile) recomendado como el estándar para la construcción en aquel entonces, según �6�.

20


Otra desventaja del método era que se tenía que hacer un gran esfuerzo para mover el mecanismo, cosa que lo hacía poco práctico y manejable.

Figura.2.8. Ilustración de uno de los primeros Viágrafos. Fuente�6�. Por ese motivo, esta versión fue mejorada dotándole de tres ruedas (Fig 2.9a), además de adoptar otra mejora: registraba tres veces un mismo bache (un registro de un punto cuando pasaban cada una de las ruedas por éste). El problema del equipo en cuestión era que al tener un contacto de tres puntos con la carretera no detectaba todas las irregularidades, es decir, pasaba por alto muchas imperfecciones.

Para solucionar el problema se añadieron más ruedas para establecer un plano de referencia más preciso desde el cuál poder medir la elevación de los puntos (figura 2.9b). Éste fue conocido como perfilógrafo.

Figura. 2.9a. Viágrafo. Fuente: �6� Figura. 2.9b. Perfilógrafo. Fuente: �6�

Debido a todas estas variantes de sistemas, no se llegó a un consenso universal para establecer una medición estándar de la regularidad superficial, ya que cada uno medía un tipo de ondulaciones y omitía otras.

En los años 1920 los ingenieros civiles americanos reconocieron que la regularidad de una carretera era la propiedad más importante responsable de vibraciones en los vehículos a motor. El Via Long, un nuevo equipo desarrollado por el estado de Nueva York, evidenció esa teoría midiendo la suspensión de un conductor de un coche como indicativo de nivel de regularidad. Los primeros mecanismos grababan el movimiento de la suspensión, pero fueron rápidamente modificados para acabar en un contador mecánico de movimiento medido en pulgadas/milla.

21


A lo largo de las décadas la dificultad de obtener una medida consistente con este método llevó a variaciones en la dinámica de los motores de los vehículos, hasta estandarizar un vehículo tipo. La Agencia de carreteras Pública (BPR) de EEUU. creó el Roughometer en 1940 (adaptado más tarde en una forma similar al Bump Integrator por el Road Research Laboratory en Inglaterra). El Roughometer consistía en un tráiler formado por una rueda simple, como puede observarse en la figura 2.10. Todas las dimensiones, la masa, la suspensión y los demás accesorios estaban estandarizados para llegar a poder comparar los equipos entre sí.

Figura 2.10: Ilustración del BPR Roughometer. Fuente: �6� Uno de los importantes sistemas de medida de la regularidad superficial desarrollado en la época del AASHO Road Test Test fue el CHLOE �7� (un acrónimo formado por las primeras letras de los nombres de los inventores). El CHLOE (ver figura 2.11.) consistía en un tráiler remolcado a baja velocidad donde estaban instaladas dos ruedas con la instrumentación para medir y grabar la pendiente de la carretera localmente. La señal grabada era la desviación de la pendiente expresada estadísticamente en pulgadas/milla. Este equipo ya no se utiliza actualmente, aunque ha sido significativo para los ingenieros de hoy, ya que es la referencia histórica de la regularidad para cuando se creó el concepto de Serviciabilidad �8�.

Figura 2.11. Ilustración del CHLOE. Fuente:�6�

22


En los años 60 se desarrollaron “roadmeters” en U.S.A. a veces llamados “ridemeters”) para medir la regularidad en forma de Mays Meters �9�., los PCA Meter �10�., y otros artefactos comparables. Los roadmeters resultaban baratos y podían ser montados en cualquier vehículo, como ilustra la figura 2.12, y medían el desplazamiento del eje en el paso del vehículo por una sección transversal. La mayoría de los roadmeters medían el desplazamiento axial acumulado mediante la desviación de la superficie de la carretera expresada en pulgadas/milla, debida al movimiento del vehículo. (El PCA Meter se diferencia que tiene más consistencia para largas distancias, pero también podría ser usado para simplemente acumular desplazamientos como los otros métodos). Esta clase general de equipos se conocen actualmente como Response-Type Road Roughness Measurement Systems (RTRRMS).

Figura 2.12. Ilustración de un RTRRTMS. Fuente: �6� Debido a su simplicidad y bajo coste, los equipos tipo respuesta (RTRRTMS) fueron adquiridos por el Departamento de Carreteras de aproximadamente la mitad de los Estados Unidos a finales de los años 70. No obstante, no eran lo suficientemente precisos para muchas aplicaciones ingenieriles y, además, no daban medidas idénticas por las diferencias en la dinámica de los vehículos que tenían acoplado el sistema. Acciones como llevar más ocupantes en el vehículo, llenar el depósito de gasolina, la variación de presión de las ruedas, entre otros, hacían variar la calibración del equipo. Por eso, era difícil desarrollar y mantener una buena base de datos de regularidad superficial sin caros esfuerzos de control y compensación de los cambios del vehículo mediante ejercicios de calibración.

Este problema fue asignado a The National Cooperative Highway Research Program en 1978 en el Proyecto 1-18 �11� “Calibration and Correlation of Response-Type Road Roughness Measuring Systems, “ en el cual se empezó a trabajar en el desarrollo del Índice de Regularidad Interncaional (IRI).

El proyecto NCHRP examinó los orígenes de la variabilidad en las medidas de regularidad con los equipos tipo respuesta (RTRRMS) e identificó procedimientos de calibración para compensar para éstos, de tal forma que las mediciones fueran consistentes y correlacionables entre diferentes sistemas. Aunque los RTRRMS eran usados en muchos de estos países, para obtener mediciones consistentes se tomaron métodos rigurosos de calibración. Al mismo tiempo, el Banco Mundial hizo algo similar, como se explica a continuación.

23


En el siglo XX, en la década de los años 70, el Banco Mundial financió diferentes programas de investigación a gran escala, entre los cuales se encuentra un proyecto relacionado con la calidad de las vías y los costes de los usuarios, a través del cual se detectó que los datos de regularidad superficial no podían ser comparados, aunque fueran datos del mismo país, ya que se habían medido con equipos diferentes y los métodos usados no eran estables en el tiempo.

La existencia de esta situación motivó al Banco Mundial a desarrollar el proyecto Internacional Road Roughness Experiment (IRRE) en Brasil en el año 1982 Participaron equipos de investigación de Brasil, Inglaterra, Francia, Estados Unidos y Bélgica. Se realizó la medición controlada de la regularidad superficial de pavimentos para un número de vías expuestas a diferentes condiciones (tráfico, climáticas) y con distintos equipos y métodos.

Tanto del proyecto NCHRP como de las tareas realizadas por el Banco Mundial se buscaba una escala estándar de regularidad que fuera estable en el tiempo y totalmente aplicable en cualquier parte del mundo, cosa que se consiguió en Brasil en 1982 �12�. Los resultados de esos esfuerzos fueron la identificación de una escala estándar de regularidad, conocida actualmente como IRI (International Roughness Index). Muchos factores fueron considerados en esa selección:

- El índice tenía que estar relacionado con la vibración del motor de los vehículos, como que muchos índices tenían relación directa o indirecta con la función del motor del vehículo.

- La escala tenía que estar matemáticamente relacionada con el perfil de la carretera para ser estable en el tiempo (todos estos objetivos para estandarizar un software no han tenido éxito).

- Tenía que ser medido por un amplio abanico de hardware (profilometers, RTRRMS, rod and level).

- Tenía que ser transportable con facilidad (los procedimientos y el hardware requeridos tenían que ser definidos para que pudieran ser fiables en cuanto a su reproducción alrededor del mundo).

24


2.5. Evolución de los índices de regularidad hasta el IRI

Como se ha explicado, siempre se ha dado importancia a la comodidad con la que se circula por una vía y en el punto anterior se ha explicado la evolución de los mecanismos y sistemas para poder analizar la regularidad superficial. En este apartado se analizarán las diferentes maneras para cuantificar y cualificar la regularidad hasta llegar al IRI.

La especificación ASTM E 867 “Terminology Relating to Traveled Surface Characteristics” relativa al apartado 2.6 de la normativa americana, define la regularidad como la desviación de una determinada superficie de pavimento respecto a una superficie plana teórica, con dimensiones que afectan a la dinámica del vehículo y a la calidad del conductor.

En el proyecto de desarrollo AASHO Road Test (American Association of State Highway Officials) en los años 50 se introdujo el concepto de Serviciabilidad , definido como la capacidad de un pavimento para proporcionar una conducción segura y confortable para los usuarios. El Test se llevó a cabo con la presencia de técnicos expertos mediante: una inspección de las diferentes secciones del pavimento, la conducción sobre ellas y la toma de medidas en base a equipos de la época. El capital invertido en el proyecto de AASHO Road Test alcanzó los 27 millones de dólares (dólares de 1960) y se estudiaron carreteras de hormigón, de mezclas asfálticas y algunos tramos con puentes.

Se fijaron unos intervalos donde se establecía la condición superficial del pavimento, de muy mala a muy buena. El término Serviciabilidad fue definido como PSR (Present Serviceability Rating).

PSR Condición

(0-1) muy mala

(1-2) mala

(2-3) regular

(3-4) buena

(4-5) muy buena

Tabla 2.4. Condición superficial del pavimento. Fuente. Adaptación de �13� Este parámetro era muy subjetivo y variable en función de la persona que lo cuantificaba, en contraste con la objetividad del análisis de los datos de un perfil. Por ese motivo y en el mismo proyecto de AASHO, se realizaron correlaciones entre el PSR y mediciones objetivas de la condición de pavimento, en las que se consideraban características de regularidad, agrietamiento, baches y ahuellamiento, englobadas en un nuevo término: el PSI (Index Serveabiability Index).

25


Para pavimentos flexibles la ecuación resultante era la siguiente:

�� = 5,03 − 1,91 · ��1 + �� − 1,38�� − 0,01�� + �� ,!, donde:

� = Á#$% &%#'ℎ$%)% * &+$�1000&+$,�-

�� = �#�./0)+)%) )$ %ℎ/$��%1+$02� �&/��%)%,� �� = Á#$% .+,/#%, &+$� )$ '�'�)#+��

�� = 3%#+%04% )$� &$#.+� )$ �% ,$''+ó0 )$ $,2/)+� �&/��%)%,/&+$�� La determinación de la regularidad longitudinal se realizó mediante el cálculo de la varianza de la pendiente longitudinal (SV), la cual corresponde a la varianza de las medidas de desnivel del perfil longitudinal medido con un perfilómetro.

Existe una correlación entre el IRI y el PSI en forma de ecuación exponencial, llamada expresión de Sayers:

�� = 5 · $7898:,: Fuente: �14�

Como se ha explicado anteriormente, el Banco Mundial desarrolló diferentes programas de investigación a gran escala relacionados con la calidad de las vías y los costes de los usuarios y detectó que los datos de regularidad superficial de diferentes partes del mundo no podían ser comparados, ni si quiera dentro del propio país por haber realizado las mediciones con equipos diferentes. Por ese motivo se creó el IRRE (Road Roughness Experiment) en Brasil en 1982 y se definió el IRI como parámetro estable en el tiempo, transferible y relevante. Este indicador es el de referencia a nivel internacional en la actualidad, como se explica en detalle en sucesivos apartados de este capítulo.

26


2.6. Definición de Índice de Regularidad Internacional (modelo de cuarto coche)

La definición de IRI (Índice de Regularidad Internacional) se estableció a partir de los conceptos asociados a la mecánica vibratoria de los sistemas dinámicos, todo ello, en base a un modelo que simuló el movimiento de la suspensión acumulada por el vehículo (modelo de cuarto coche) al circular por una carretera a 80 Km/h (por convenio).

Este modelo se desarrolló a través de un conjunto de masas ligadas entre sí, las cuales generan un movimiento vertical al ser desplazadas por el camino, de esta forma se permite reducir el análisis de una superficie al análisis de una línea que representa el perfil longitudinal, es decir, desde un análisis bidimensional a un estudio unidimensional.

Figura 2.13. Modelo de cuarto coche. Fuente: Adaptación de �8�

Recibe el nombre de cuarto de coche ya que representa sólo un cuarto del vehículo (aparentemente el neumático izquierdo del eje anterior). La figura anterior muestra el sistema simplificado que consta de una masa suspendida (la masa de un cuarto de coche “ideal”), conectada a una masa “no suspendida” (el eje y el neumático) a través de un muelle y un amortiguador lineal (la suspensión): el neumático se representa como otro muelle ideal.

27


Las ecuaciones dinámicas de estos elementos forman un sistema que utiliza como dato de entrada el perfil de la entrada de la carretera (en la parte inferior del “muelle del neumático”). El movimiento vertical del eje respecto a la masa suspendida se calcula y acumula. El valor en m/Km (metros verticales acumulados por la suspensión por kilómetro recorrido) es la medida final de la regularidad.

El sistema es un sencillo modelo dinámico de dos grados de libertad (los desplazamientos z1 y z2 de las masas que representan el vehículo). El sistema dinámico está excitado por una “fuerza” exterior que es el perfil de la carretera”. Las ecuaciones diferenciales del sistema son las siguientes:

( ) ( )ykzkzmzm

zzkzzczm

1111122

12212222 0

=++=−+−+

&&&&

&&&&

Figura 2.14. Modelo de cuarto coche.

La resolución numérica de las ecuaciones diferenciales anteriores permite conocer el

desplazamiento vertical de la masa superior respecto a la masa inferior 12 zz − (que

es el mismo que el movimiento del usuario respecto a la carretera). Acumulando ese desplazamiento y dividiéndolo por la distancia horizontal recorrida se obtiene el IRI, si se aplican las condiciones que se señalan en el parágrafo siguiente.

28


A finales de los años 70, formando parte del programa de investigación “National Coordinated Highway Research Program” NCHRP en U.S.A, se estableció un método de calibración de los equipos de medida mediante modelo de cuarto coche de referencia estandarizado (Golden Quarter Car). Cuando se usan parámetros normalizados para el vehículo, las únicas variables que quedan son:

(a) la elección de la velocidad.

(b) si la simulación se genera del perfil de la carretera en una o en ambas de las huellas de las ruedas.

El valor del Índice de Regularidad Internacional se puede expresar en unidades de m/Km, mm/m, in/mi, no existiendo límite superior en su valor. Sin embargo, es importante indicar que en una carretera con valores de IRI mayores a 8 m/Km es difícil de transitar, excepto a velocidades menores, tal y como se explica en el libro�13�. Algunas de las propiedades del análisis del IRI son:

- El IRI es un indicador independiente del equipo de medida. Lo que depende del equipo de medida son los datos de entrada o cotas de perfil.

- La escala del IRI es linealmente proporcional con la regularidad.

La regularidad se mide longitudinalmente por carril mediante un sistema perfilométrico de precisión, midiendo cotas del perfil al milímetro y con una frecuencia igual o superior a cuatro puntos por metro, es decir cada 250 mm como máximo.

29


2.7. Equipos de medida de la regularidad superficial

2.7.1. Clasificación de Washington Department of Tra nsport

Para medir la regularidad superficial existen diferentes tipologías de equipo. Se distinguen unos de otros por el grado de precisión y en la rapidez de medida. Los avances han permitido mejorar las técnicas y el rendimiento notablemente.

En la siguiente tabla y a modo de resumen se detallan los diferentes equipos de auscultación del IRI, clasificación adaptada de Washington Department of Transport.

Equipo Grado de precisión Implementación Complejidad

equipo Observaciones

Perfilógrafos Media Control de calidad y recepción de obras Simple

Estos equipos no son prácticos para evaluar las

condiciones de redes viales.

Tipo respuesta para medir la regularidad de

las carreteras (Response Type-Road, Roughness

Measuring System, RTRRMS)

Media Monitoreos de red vial Compleja

Los resultados obtenidos entre estos equipos no son

comparables, ya que dependen de la dinámica

particular del movimiento del vehículo y no son estables en

el tiempo.

Nivel y estadia (Rod and level) Muy alta

Mediciones del perfil de pavimento y calibraciones Simple

No es rentable para proyectos muy grandes, costes muy

elevados y poco rendimiento.

Dipstick Muy alta Mediciones del perfil de pavimento y calibraciones Muy simple Bajo rendimiento, usado para

cortas longitudes.

Perfilómetro inercial (Inertial Profilometer) Muy alta Monitoreos y recepción de

proyectos viales Muy compleja

Alta precisión. Permite comparar resultados. Son

estables en el tiempo. Pueden ser usados en la calibración de equipos de

Tipo respuesta.

Tabla.2.5 Equipos para medir la regularidad superficial de los pavimentos. Fuente: : �15�.

2.7.2. Comparativa entre Banco Mundial y ASTM

Por otro lado, el Banco Mundial en el informe técnico nº46 “Guidelines for conducting and calibrating Road Roughness Measurements”y la norma ASTM E-950-98 presentan una clasificación para los diferentes métodos perfilométricos, de acuerdo con el intervalo de almacenamiento de datos y la resolución de la medición vertical, los cuales se agrupan en 4 clases (Tabla 2.6).

30

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2.7.3. Clasificación de la autora

A continuación se establece una clasificación de los sistemas actuales para medir la regularidad superficial a criterio de la autora. En algunos casos, el resultado del ensayo no nos da el IRI, que es parámetro internacional. Sin embargo, existen ecuaciones que correlacionan ambos indicadores para unificar internacionalmente el concepto.

A) Perfilógrafos o viágrafos

Estos equipos han estado disponibles durante muchos años y han existido en una variedad de formas, configuraciones y marcas. Debido a su diseño no son muy prácticos. Basados en la medida de la superficie empleando referencias estrictamente geométricas. En ellos, se registra el desplazamiento vertical de una rueda con respecto a un bastidor horizontal de 3 a 10 metros de longitud. Tienen bajo rendimiento en comparación con los otros equipos.

Figura 2.15. Esquema de parte de un perfilógrafo.

Actualmente, se utilizan muy poco, aunque en ciertos países latinoamericanos todavía se usa por ejemplo el perfilógrafo California, para la inspección de pavimentos rígidos, control de calidad y aceptación de proyectos.

Figura 2.16. Perfilógrafo California. Fuente: Final report approach to measuring the ride quality of highway bridges, p.3.

32


Las diferencias entre perfilógrafos radican en 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. La desviación de un plano de referencia, establecido por el marco del perfilógrafo, se registra (automáticamente en algunos modelos) en papel según una rueda sensible. Los perfilógrafos pueden calcular las desviaciones muy ligeras de la superficie y ondulaciones en aproximadamente 6 m (20 pies en longitud).

El siguiente viágrafo, algo más moderno que los anteriores y adaptado a un vehículo, consta de ocho ruedas alineadas, unidas entre sí por medio de balancines, y una rueda libre vertical colocada en posición central y alineada con las otras ocho. La velocidad de ensayo es de 2-8 km/h, y el registro de datos se realiza mediante ordenador. Permite definir el perfil longitudinal.

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Fig.2.17.Viágrafo. Fuente: CEDEX

Además de tener un bajo rendimiento, es necesario realizar cortes de carril para su medición y requieren, por consiguiente, de un equipo de señalización. Aunque aún se utilizan los viágrafos o perfilógrafos, se quedan algo obsoletos con la infinidad de aplicaciones que tienen equipos muy complejos y de alto rendimiento que se verán a más adelante.

33


B). Rugosímetro Merlin

El uso del término rugosidad se aplica en países latinoamericanos como sinónimo de regularidad, aunque parezca que tenga una connotación distinta.

MERLIN es la denominación abreviada procedente del inglés Machine for Evaluating Roughness using Low Cost Instrumentation. Este equipo se desarrolló en la época de los años 80 y se dio a conocer en los años 90 por el laboratorio Británico de Investigación de Transportes y Carreteras (TRRL). Es un equipo de tecnología intermedia diseñado para los países en vías en desarrollo, de bajo coste y que permite estimar un valor en unidades MERLIN del grado de comodidad que presenta la vía.

El principio básico del MERLIN consiste en asumir que existe un perfil relativo de pavimento ideal, para el cual la regularidad es 0 (a efectos prácticos se toma una línea recta que pasa por dos puntos ubicados a una distancia constante, por ejemplo tal y como se observa en la siguiente figura, entre los puntos A y B) y comparar este perfil con el que encontramos en la carretera.

Figura. 2.18. Principio de funcionamiento del Merlin. Fuente: �16�.

La superficie real de los pavimentos presenta ciertas irregularidades o imperfecciones, que cuanto menores sean éstas, más cerca se encontrará de la condición ideal (regularidad tenderá a cero) y viceversa. Se efectúa un número fijo de mediciones sucesivas, a lo largo de un tramo de longitud conocida, con las cuales se determina una distribución de frecuencias cuyo ancho “D” calculado es el indicador de regularidad del tramo evaluado.

34


Figura. 2.19. Esquema del equipo Merlin. Fuente: �17�.

Se han desarrollado ecuaciones que permiten correlacionarlo con el IRI. Sin embargo, éstas presentan ciertas limitaciones. Por un lado la ecuación que se presenta a continuación elaborada por el Laboratorio Británico de Investigación de Transporte y Caminos (TRRL) para la medición de la regularidad mediante equipo Merlin no es aplicable a pavimentos con una regularidad en unidades IRI de 2,4 o inferior, tal y como se presenta en el informe �17�.

DIRI 0471,0593,0 += , donde D= regularidad en unidades MERLIN (mm)

En el artículo de �16� se propone otra ecuación de correlación entre IRI y Merlin para valores inferiores de IRI de 2,4, con un coeficiente de correlación (R2) de 0,98, según un estudio llevado a cabo en varias carreteras de Perú que se muestra a continuación:

DIRI 0485,0= , donde: D= regularidad en unidades MERLIN (mm), con D<50 mm

Otras fuentes indican la siguiente ecuación como válida para este rango de valores de IRI.

kDIRI ⋅⋅= 00570432,0 , donde k=constante del Merlin después de calibrar con mira y nivel.

En conclusión, no se observa ningún consenso por lo que respecta a una ecuación universal de correlación entre IRI y el equipo Merlin. Existe bastante variabilidad en los resultados en parte, debido a la simplicidad del equipo, válido para valores elevados de IRI pero menos fiable e impreciso en pavimentos de nueva construcción, donde se acostumbran a encontrar valores bastante más bajos que 2.

35


C) Nivel y estadia (Rod and Level)

Es conocido como perfilómetro manual, considerado de bajo rendimiento, debido a la lentitud en la captura de datos en comparación con otros equipos (ver figura). Se considera que para la evaluación de la regularidad de una superficie de rodadura extensa no es nada práctico, muy caro y con poco rendimiento. Sin embargo, esta tipología de equipo tiene gran precisión y puede obtener una medida exacta de un perfil de un pavimento.

Figura.2.20. Nivel y estadia. Fuente: �12�.

36


D) Perfilómetro pivotante. Dipstick.

El Dipstick (Digital Incremental Profiler) es un equipo electrónico de alta precisión, para la evaluación de la regularidad superficial de los pavimentos. Mide y graba, automáticamente, en la memoria de un microordenador incorporado, la diferencia de cotas entre puntos separados secuencialmente 250 mm. El operador conduce el Dipstick sobre una sección de pavimento premarcada, pivotando alternativamente alrededor de sus dos patas de apoyo. Los datos de elevación registrados se utilizan mediante un programa preparado al efecto, para la obtención del perfil y de la regularidad superficial (IRI). El empleo es manual y por un solo operador, y el rendimiento del equipo es de 200 m/día.

El Dipstick comúnmente es usado para medir un perfil para la calibración de instrumentos más complejos, tal como el RTRRM, así como para la verificación de resultados obtenidos por los perfilómetros inerciales.

En el anejo C se plasma la normativa NLT-331-98, la cual hace referencia toda ella a esta tipología de equipo.

Fig.2.21 Modelo de Dipstick DS-2000 Fuente: CEDEX

Figura.2.22 Ilustración del funcionamiento del Dipstick.

37


E) Equipos tipo respuesta (RTRRM)

La recogida de datos de regularidad también es realizada a través de equipos tipo Respuesta (Response Type Road Roughness Meters, RTRRM), comúnmente llamados en países latinoamericanos como “Medidores de camino”. Los sistemas RTRRM son adecuados para el control rutinario de una red pavimentada y para proporcionar una visión global del estado 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 marco 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 (ver figura). El transductor detecta pequeños incrementos del movimiento relativos entre el eje y el cuerpo del vehículo.

La desventaja de un RTRRM es que el movimiento del eje del vehículo versus el tiempo depende de la dinámica del vehículo particular, lo que tiene dos consecuencias:

- Medida de la regularidad no estable 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, es decir, las mediciones efectuadas por un RTRRM que utiliza un determinado sistema son raramente reproducibles por otro.

Debido a estos inconvenientes este equipo ya no se utiliza tanto como otros más precisos que no dependen del propio equipo de medida y que pueden ser comparadas con otros equipos fácilmente.

Figura 2.23. Equipo Tipo Respuesta (Bump Integrator, BI) Fuente: ROMDAS, Manual Roughness Counter User’s Guide, version 1.0.

38


F). Analizadores de tipo dinámico

Poseen mayores rendimientos que los anteriores al incorporar acelerómetros para realizar las medidas de regularidad superficial, alcanzando velocidades de entre 20 y 70 Km/h, más próximas a las características de los vehículos.

Destacan los regularímetros, el analizador del perfil longitudinal (APL) francés, o el analizador de regularidad (ARS) español.

F.1) Analizador de regularidad superficial ARS (CEDE X)

Es un equipo constituido por un vehículo tractor y un remolque compuesto por dos brazos rígidos apoyados en ruedas que recorren la calzada. Un péndulo inercial situado en uno de los brazos constituye la referencia fija para medir los movimientos angulares del brazo rígido, mediante un captador angular de inducción.

La velocidad de ensayo oscila entre 22 y 90 km/h y las lecturas se toman cada 25 cm. El proceso de captación de datos se basa en un microprocesador que trabaja en tiempo real. El equipo es capaz de medir las ondulaciones correspondientes a longitudes de onda entre 0,6 y 30 m. La amplitud máxima de los movimientos relativos medibles del brazo: ± 10 cm. El equipo permite la obtención del Índice de Regularidad Internacional (IRI) y llevar un control de la evolución de los firmes.

Fig.2.24.Analizador de regularidad superficial. Fuente: CEDEX.

39


F.2) Perfilómetro Inercial (Inertial Prophilometer)

Esta tipología de equipos son los que producen medidas automáticas y de alta calidad del perfil de la carretera. Producen medidas continuas del perfil longitudinal a altas velocidades a través de la creación de una referencia inercial, integrada por acelerómetros colocados en el vehículo usados para obtener el movimiento vertical del mismo y sensores láser utilizados para medir el desplazamiento relativo entre el vehículo y la superficie del pavimento (ver figura).

Figura.2.25 Componentes del Perfilómetro Inercial.

Generalmente son llamados perfilómetros de alto rendimiento, ya que son muy precisos. Generan un perfil longitudinal de la carretera en tiempo real y a alta velocidad.

Este tipo de equipos permiten caracterizar la regularidad superficial del pavimento a través de otro tipo de indicadores diferentes al IRI, que es por ejemplo la regla de 3 o 5 metros, muy útil para firmes rígidos. Este tipo de pavimentos, tal y como explica �18� en su artículo, disponen de juntas transversales cada 5 o 6 metros, la presencia de las cuales provoca que cuando realizamos el cálculo del IRI mediante perfilómetro láser de alto rendimiento la acumulación de las pequeñas irregularidades debidas a las juntas hacen aumentar de forma considerable el valor de IRI hectométrico (el habitual para caracterizar la regularidad superficial). Este hecho puede provocar que el valor de IRI obtenido no refleje de manera fiable la comodidad percibida por un conductor circulando por la superficie de la carretera, que al fin y al cabo, es el objetivo buscado cuando se realizan las medidas del IRI.

40


G) Equipos de medida integral

Estos equipos integran diversos sistemas para la medición de diversas características superficiales a parte de la regularidad superficial, por lo que su rendimiento se multiplica bastante. Los equipos de medida van integrados en furgonetas cuyas velocidades superan los 70 Km/h pudiendo determinarse la regularidad superficial, la textura superficial, la resistencia al deslizamiento, la fisuración de la superficie, y la profundidad de las roderas. Estos vehículos multifuncionales son muy usados en la auscultación actual de carreteras y podemos destacar dos ejemplos españoles.

G.1) Perfilógrafo láser de alto rendimiento

El perfilógrafo es un equipo preparado para registrar los perfiles longitudinales y transversales de las carreteras, así como la textura de las mismas. Está montado en un vehículo Volkswagen modelo Transporter Kombi.

La parte frontal consta de una barra provista de 15 cámaras láser para medida de la regularidad superficial. En dicha barra va también situada otra cámara láser para medida de la textura. Los extremos de la barra de medida son retráctiles con el fin de que el ancho no supere el del propio vehículo durante el transporte. En el interior del vehículo se encuentran la fuente de alimentación eléctrica y los sistemas de adquisición de datos. El operador dispone de un panel de control, un teclado y una pantalla de tipo LCD. Dada la elevada velocidad de medida (entre 25 y 120 km/h, dependiendo de la separación entre perfiles consecutivos), el ensayo se puede realizar sin que la medición afecte al desarrollo normal del tráfico. Tiene sistema de posición GPS.

Como aplicaciones que destacar permite medir y registrar el perfil longitudinal en 15 líneas de perfil, así como perfiles transversales, la textura del pavimento y calcular índices de regularidad superficial como IRI, APL, PSI.

Figura.2.26. Perfilógrafo de alto rendimiento. Fuente: CEDEX.

41


G.2) Equipo Vídeo Láser RST (Road Surface Tester)

Se trata de un equipo de gran rendimiento, repetitibilidad y precisión que permite obtener mediante una aplicación de técnicas especiales los siguientes parámetros del pavimento: regularidad superficial, textura, roderas y fisuración. Simultáneamente se adquieren las siguientes medidas de la geometría de la carretera: radio de curvatura en planta, perfil transversal, pendiente longitudinal y peralte.

El sistema de medición de este equipo se basa en la proyección de rayos láser, el registro de los rayos refractados al interactuar con el pavimento.

Además consta de 15 cámaras láser colocadas en una viga montada en la parte delantera del vehículo. Las dos cámaras delanteras están giradas un ángulo de 45 grados de forma que el ancho de ensayo alcanza 3,65 metros, sin que la viga frontal supere los 2.5 metros de gálibo legal. El principio de medida de la regularidad superficial se mide en cada rodada del vehículo por un láser y un acelerómetro. La configuración estándar de este tipo de equipos proporciona resultados del valor medio del IRI y la media cuadrática (RMS*) de las amplitudes correspondiente a las longitudes de onda s cortas (0.5-3m), medias (3-13 m) y largas (13-40 m), para cada rodada, cosa que permite profundizar en el estudio de las características del perfil longitudinal.

*La medida básica del perfil longitudinal es el valor de la medida cuadrática (RMS: Root Mean Square) del desplazamiento vertical (irregularidad) de la carretera. Es un parámetro estadístico resumen de los datos del perfil que no analiza los efectos dinámicos de los vehículos necesarios para una medida de la calidad de rodadura. Sin embargo, es útil en la determinación de la calidad del pavimento cuando los valores de RMS se obtienen clasificados por bandas de varias longitudes de onda.

Figura 2.27 Equipo Video Láser RST. Fuente: AEPO.

42


A partir de los datos obtenidos en campo por esta tipología de vehículos y después de pasarlos por un programa podremos realizar un análisis detallado en gabinete y analizar, por ejemplo, el estado del perfil en 3 dimensiones, tal y como ilustra la figura siguiente.

Figura 2.28: Programa de análisis del perfil longitudinal y transversal. Fuente: Greenwood.

43


2.8. Valores de IRI propuestos y especificaciones internacionales

2.8.1.Banco Mundial

A partir del estudio del Banco Mundial en 1982 (IRRE) se propuso una escala de medición de la regularidad superficial para diferentes tipos de vías, la cual se presenta a continuación.

Figura 2.29. Escala de regularidad de pavimentos. Fuente. �19�.

44


2.8.2. Especificaciones internacionales en relación con el procedimiento general de toma de datos del IRI y según el tipo de pavimento:

En la siguiente tabla se presenta el procedimiento para analizar el Índice de Regularidad Internacional, y en función del tipo de firme. La norma SIECA 2004 es el Manual Centroamericano para carreteras. Y el FP-2003 son las especificaciones del Departamento de Transportes de los Estados Unidos para la construcción de puentes y carreteras en autopistas.

Especificación REQUERIMIENTOS DE IRI SEGÚN TIPO DE PAVIMENTO O SUPERFICIE

Procedimiento general Asfáltico Hidráulico Tratamientos superficiales

SIECA-2004 IRI obtenido por hectómetros No especifica

ASTM E 1926-98 No especifica

Presenta dos escalas de valores IRI con descripción verbal, una para pavimentos asfálticos o tratamiento superficial y una para vías no pavimentadas. Dichas

escalas han sido tomadas de la ASTM E 1926 "Standard Practice for Computing International Roughness Index of

Roads from Longitudinal Profile Measurements"

AASHTO-PP 37-02 Regularidad: Promedio de los

valores de IRI determinados en cada rodera por hectómetros.

No especifica

FP-2003 La regularidad del pavimento se expresa en términos de Índice de Perfil (PrI=Profile Road Index)

-

Tabla 2.7. Especificaciones internacionales en relación con el procedimiento general de toma de datos de IRI según el tipo de pavimento. Fuente: �15�.

2.8.3. Agencias Públicas

Las diferentes Instituciones Públicas, por su lado, también establecen una clasificación de los diferentes métodos de análisis del IRI para cada una de las diferentes tipologías de pavimento. En la siguiente tabla se muestran unos ejemplos de diversos países:

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46


En España, de acuerdo con la normativa del Ministerio de Fomento y tal y como se muestra en la tabla anterior, el IRI se interpreta por hectómetros. Los requerimientos exigidos hacen referencia a capas de rodadura en carreteras de nueva construcción. La especificación viene a equivaler, mediante una sencilla transformación y suponiendo una distribución normal a un criterio de exigir un valor medio inferior a 1,5 mm/m y a una desviación típica inferior a 0,60mm/m.

Figura 2.30. Distribución de valores de IRI según criterios exigidos del Ministerio de Fomento.

Fuente: �20�. Según el artículo de �20� esta especificación no invita o permite al usuario calificar de excelente la calidad de rodadura de ese tramo de nueva construcción y se considera que son bajos estos límites requeridos, al menos aplicados a las vías de alta capacidad (como autopistas, autovías y carreteras con una IMD superior a 5000 vehículos/día).

Existen otras especificaciones recogidas en pliegos de prescripciones técnicas de comunidades autónomas, donde se recurre a una caracterización de la regularidad mediante unos límites en un tramo tanto de la media como de la desviación típica de los valores obtenidos.

Debido a que es fácil llegar a los valores exigidos por el Ministerio en rodadura para carreteras de nueva construcción existen determinadas administraciones que utilizan otra longitud de referencia por debajo del propio hectómetro. Por ejemplo una determinada Concesionaria de Autopistas analiza su red obteniendo e interpretando el IRI cada 10 metros, ya que eso les permite un análisis más fino y preciso de la regularidad superficial de una red de carreteras.

47


2.8.4. Normativa americana (ASTM)

A continuación se detallan algunas de las especificaciones relacionadas con la determinación de la regularidad de los pavimentos en los Estados Unidos:

a) ASTM E 1170, “Standard Practices for Simulating Vehicular Response to Longitudinal Profiles of Traveled Surfaces”.

b) ASTM E 950, “Standard Test Method for Measuring the Longitudinal Profile of Traveled Surfaces with an Accelerometer Established Inertial Profiling Reference”.

c) ASTM E 1364, “Standard Test Method for Measuring Road Roughness by Static Level Method”

d) ASTM E 1364, “Standard Test Method for Computing International Roughness Index of Roads from Longitudinal Profile Measurements”

e) ASTM E 1082-90 (2002) “Standard Test Method for Measurement of Vehicular Response to Traveled Surface Roughness”.

Además de las normas ASTM existen las especificaciones AASHTO. Como puede verse, en los Estados Unidos existe una gran regulación en cuanto al tema de la regularidad superficial, la cual está muy al abasto de la población, la cual puede consultar la norma fácilmente y tiene acceso a los datos de auscultación para poder investigar en el ámbito.

En la figura 2.31 se observa un mapa de los Estados Unidos en el que puede apreciarse el índice de regularidad usado según el estado que se analice. Como puede verse, se observa un fuerte predominio del color amarillo, que engloba al IRI, al MRI como al HRI para la auscultación de pavimentos asfálticos. El verde hace referencia a un índice llamado Prl, que no es tan frecuente para pavimentos asfálticos, a diferencia que en el caso de pavimentos de hormigón se utiliza mucho. N/A significa que dicho estado carece de una normativa de regularidad superficial. Aún así algún tipo de regla debe aparecer en las especificaciones para regular las características superficiales de sus carreteras. Como puede observarse sólo existe un estado que se encuentre en este caso: (Dakota del Norte). Por último, el término Otros engloba a aquellos índices de regularidad que no son ni IRI ni PrI.

Figura 2.31. Categorías de índices de regularidad para pavimentos asfálticos. Fuente: http://www.smoothpavements.com/content.aspx?id=7

48


En la figura se observan una gran variedad de indicadores utilizados en cada uno de los estados para pavimentos asfálticos.

- CSI: Cumulative Straightedge Index (usado en Carolina del Norte, para pavimentos asfálticos).

- HRI: Half-car Roughness Index. - IRI: International Roughness Index. - MRI: Mean Roughness Index (usado sólo en California del sur y Arizona) - Prl: Profilograph Index. - RN: Ride Number (usado en Florida y en New Hamshire).

Tanto el IRI como el HRI se basan en el registro del perfil de la carretera. La diferencia básica es que el IRI se basa en el perfil generado por una rodera a partir del modelo de cuarto coche y en cambio el HRI utiliza el perfil de las dos roderas para el algoritmo que se usa en el IRI.

Figura 2.32.: Uso de los diferentes indicadores de regularidad detallados según estado. Fuente: http://www.smoothpavements.com/content.aspx?id=7

Destacar que la clasificación de indicadores cambia en el caso de pavimentos de hormigón (rígidos). Aún así en este proyecto nos centraremos en pavimentos asfálticos, que son los más usados a nivel de red de carreteras de Cataluña.

49

CAPÍTULO III: MODELOS DE

EVOLUCIÓN

3.1. Introducción

Para poder predecir lo que va a suceder en una red de carreteras en un futuro es necesario desarrollar curvas o modelos de evolución de los parámetros que permitan predecir la evolución de los indicadores que definen los elementos gestionados. En nuestro caso el indicador que analizaremos será el IRI.

La mayoría de modelos utilizados en la actualidad en los sistemas de gestión de firmes son teórico-empíricos. No obstante, también existen otros que se basan en la experimentación y otros que son completamente teóricos. Todos ellos buscan todas las variables que afectan a la regularidad, el grado de afectación de esta variable sobre el IRI y finalmente se establecen un modelo que permite obtener el incremento experimentado en ese período ∆��(�)o directamente el IRI para un tiempo determinado ��(�).

A continuación se muestran unos ejemplos de modelos de evolución de nuestro indicador en el caso de firmes flexibles:

3.2. Banco Mundial

Esta institución estableció un modelo teórico-empírico para la regularidad superficial que tiene la forma siguiente y resulta algo complejo, ya que depende de una gran cantidad de variables algunas de las cuáles difícilmente cuantificables. Además, resulta ser poco práctica si queremos conocer rápidamente el incremento que experimentará una carretera en 10 años, de la que no conocemos, por ejemplo, el grado de fisuración que presenta por el mero hecho que no se han realizado inspecciones visuales o auscultaciones sistemáticas en ella.

∆�� = 134 ��.�∆�� + 0.114∆�� + 0.0066∆�� + 0.003��∆ !" +0.16∆# $" + %��∆� (3.1)

50

Capítulo III: Modelos de evolución

∆��: Aumento del valor del IRI en el periodo estudiado.

��: Regularidad a la edad t del firme en valores de IRI.

%: Coeficiente medio ambiental donde intervienen factores climáticos (lluvia, helada).

� : Edad del firme o del último refuerzo.

�� = 1 + �� − 0.0000758 � �� (3.2)

��: Número estructural modificado de la capacidad portante del firme.

∆��: Aumento del número de ejes equivalentes en el periodo de estudio ∆�

∆��: Aumento de la desviación estándar de la profundidad de las roderas en ambas rodadas.

∆��: Aumento en porcentaje del área fisurada del tramo en el periodo de estudio

��: Media de las protuberancias de los parches reparados en mm.

∆ !": Aumento del área de superficie reparada en tanto por ciento.

∆# $": Aumento del porcentaje de baches en el tramo estudiado.

3.3. Modelo para la red de carreteras de Australia

En la tesis de *21, podemos encontrar una ecuación inspirada en la del Banco Mundial, pero de una forma más simplificada.

51


Los modelos siguientes de propagación en Australia fueron desarrollados tanto para autopistas como para carreteras secundarias. Estos modelos pueden predecir el nivel de regularidad en cualquier momento o datos de entrada relacionados con IRI�, SNS, tráfico o el mantenimiento. El modelo toma la siguiente forma:

Para autopistas:

Para carreteras secundarias:

Tabla 3.1. Valores de los coeficientes en Australia para ambos casos. Fuente: *21,

52


En la tesis de *21, también se puede observar un modelo simplificado para el IRI que utiliza únicamente una variable independiente que llama AGE (edad). Esta variable está determinada por: el tráfico, el clima y la interacción entre tráfico y clima. Hace una distinción entre carril lento y carril rápido que en cierta manera es lógica: por el carril lento circularán fundamentalmente todos los vehículos pesados y ese hecho conllevará a un deterioro en la carretera heterogéneo. Es decir, el carril lento se deteriorará antes que el rápido.

Se han considerado dos tipos de ecuación, la polinómica y la exponencial, para ambos casos, tal y como se muestran a continuación:

- Para el carril rápido (fast lane):

��/ = 0,0028 · !2�3 + 0,0121 · !2� + 0,744 (3.6) �3 = 0,7701

��/ = 0,7442 · �,��4·567 (3.7) �3 = 0,8563

- Para el carril lento (slow lane):

��8 = 0,0035 · !2�3 + 0,0215 · !2� + 0,769 (3.8) �3 = 0,8257

��: = 0,7691 · �,��;·567 (3.9) �3 = 0,939

El modelo que mejor se ajusta es el exponencial, como se observa a continuación en las siguientes gráficas, tanto para el caso del carril lento como el del rápido.

Gráfica 3.1. Representación del IRI para el carril rápido en función de la variable AGE. Fuente: *21,

53


Gráfica 3.2. Representación del IRI para el carril lento en función de la variable AGE. Fuente: *21,

54


3.4. Análisis de fallo por pérdida de regularidad (IRI). Método AASHTO 2002

La guía de diseño de firmes *22, nos detalla un modelo para el Índice de Regularidad Internacional. Se basa en diversas investigaciones de *23, , *24, , *25, ,las cuales afianzan la idea que la variación de la regularidad para firmes flexibles está íntimamente relacionada con la variación de profundidad de las roderas, el fallo por fatiga y un factor propio del lugar, entre otros aspectos.

El modelo utilizado por el programa para el cálculo del índice de Regularidad Internacional (I.R.I) de la estructura del firme lo calcula para las diferentes subcapas. Se parte de la regularidad inicial de firme (información subministrada por el usuario) y de su deterioro, que está en función de las roderas (COV), de la fatiga de la mezcla (FC y BC) y de las grietas térmicas (TC). En el caso de bases granulares y subbases se emplea la ecuación siguiente:

�� = �� + 0,0463 · <�= · > ?@ABCDE − 1FG + 0,00119 · ("�H)I + 0,1834 · (�$#JK) +

0,00736 · (=�)I + 0,00736 · (L�)I + 0,00115 · (M�8NOP)QR (3.10)

�� = STUVW X UT W YZUTW[XTX \TWT ]ZTU^Z[ W XTX X U _[W%

�� = W YZUTW[XTX [`[][TU X U _[W%

�$#JK= ]V _[][ `� X STW[T][ó` X \WV_Z`X[XTX X WVX WTb, \VW] `�TY ( b�[%TXV TU 20%) ("�H)I= UV`Y[�ZX �V�TU X _[bZWTb �éW%[]Tb (`[S U b eTfVb X YWTS XTX, % X[Vb g TU�Vb)

%/�% (=�)I = =[bZWTb \VW _T�[YT i\W bTXTb ]V%V \VW] `�Tf X áW T \VW ]TWW[U (L�)I = TW T X _[bZWT][ó` ` eUV^Z i\W bTXV ]V%V \VW] `�Tf X áW T \VW ]TWW[U

(M�8NOP)QR = UV`Y[�ZX X _[bZWTb b UUTXTb UV`Y[�ZX[`TU b X �[\V %VX WTXV V b S WV

<> Q7Kk53� − 1FG = "éW%[`V X XTX ( i\W bTXV ` TñVb)

Destacar que los parámetros: (=�)I , (L�)I,(M�8NOP)QR son introducidos por el propio usuario.

�= = b[� _T]�VW = _T]�VW X U UZYTW (S W UT ]ZT][ó` b[YZ[ `� )

�= = m(JnA)(PEopqr)(Pk)3·r�s t + m(uv (/kqr)(P�3qr)(Hw(J�qr))

r� t(3.11)

55


�8K = � bS[T][ó` b�á`XTW X UT \W ][\[�T][ó` % `bZTU �4� = VW] `�Tf ^Z \TbT \VW U �T%[x X 0,75 %%

� = VW] `�Tf X U Í`X[] X UTb�[][XTX X U bZ UV

=� = �`X[] X ℎ UTXTb T`ZTU , ℃ − XTgb

�3 = VW] `�Tf ^Z \TbT \VW U �T%[x 0,02 %%

�� = W ][\[�T][ó` T`ZTU, %%

El modelo estadístico de la ecuación (3.10) en base a 353 observaciones es el siguiente:

�3 = 0,62 �|�� = 0,387 %/�%

Por otro lado, existe otro modelo predictivo para firmes asfálticos sobre bases granulares y subbases en un nivel de confianza se obtiene con la siguiente ecuación:

��P = �� + �"�kJk · }P (3.12)

��P ≤ 100%

��P = �� \W X[]�[SV ` Z` `[S U X _[Te[U[XTX , %/�%

�� = �� \W X[]�[SV eTbTXV ` XT�Vb X `�WTXT _[TeU b ( 50% X _[Te[U[XTX), %/�%

�"�kJk = � bS[T][ó` b�á`XTW X U �� ` Z` `[S U \W X[]�[SV X U �� W TU }P = X bS[T][ó` b�á`XTW

56


3.5. Modelo neuronal de predicción del IRI

El modelo neuronal, como se explica detalladamente en el artículo *26,, predice la regularidad de forma incremental y es de gran complejidad. Se basa en un modelo de red AAN (Artificial Neural Networks).

Para encontrar el modelo en cuestión se usaron los datos facilitados por el Departamento de Transporte, FHWA (Federal Highway Administration of Washington), de un histórico de más de 12 años de carreteras de los condados de Georgia, Maine, Maryland, Minnesota, Missouri, New Jersey, Alberta y Manitoba, regiones consideradas de clima frío y húmedo. Todos estos datos fueron introducidos en un programa diseñado en MATLAB, donde los datos de entrada eran 19 variables que se consideraron a priori y luego se encontró significado estadístico en 7 de ellas, que son: IRI inicial, tiempo transcurrido desde rehabilitación, tiempo transcurrido entre IRI previo, Índice anual de heladas, espesor del refuerzo, espesor total del firme flexible, y el porcentaje de finos. A partir de estos valores de entrada el programa nos da el valor de IRI.

Los valores predichos de IRI sobre la muestra de datos analizada presenta un error mínimo y gran similitud entre la tendencia del IRI futuro y la interpretación del pasado para varios tipos de intervención. La siguiente figura relaciona el IRI real con el IRI predicho por el modelo y puede verse presenta un ajuste muy bueno.

Gráfico 3.3. IRI real relacionado con el IRI de la predicción del modelo neuronal. Fuente: *26,

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Este modelo se engloba en un sistema de gestión de firmes para predecir y comparar la variación de la regularidad tras varias intervenciones de rehabilitación. A la vez permite determinar el momento más idóneo para intervenir en la carretera y cuál va a ser la mejora que se experimentará tras la rehabilitación, considerando el coste que conllevará. En la figura 3.2 se muestran diferentes actuaciones de rehabilitación a lo largo del tiempo que conllevan a una reducción del IRI debido a ella y permiten mantener la carretera en un nivel de servicio adecuado.

Gráfico 3.4. Análisis de diferentes escenarios de rehabilitación. Fuente: *26,

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3.6. Conclusiones de los modelos

En todos estos modelos se necesita una gran cantidad de información, sobretodo hace falta una gran variedad de datos relativos al deterioro (roderas, fisuración, baches). Estos datos deben ser robustos y fiables.

Por otro lado, algunas de las ecuaciones ya se han adaptado a una región (como es la del caso australiano del apartado 3.3) y resulta complejo extrapolarlas al caso catalán.

El software y los medios usados en la investigación son bastante simples en comparación con los que se ha usado para crear los modelos vistos en este apartado. Los técnicos e ingenieros que han estado trabajando para conseguir modelar estas ecuaciones se han pasado muchos años y aquí se ha dispuesto de poco tiempo.

La investigación que se ha llevado a cabo, ha partido de un programa simple para comparar las diferentes variables como es el Excel. La falta de datos relacionados con los deterioros en el firme ha hecho centrar las diferentes variables en unas de las que dispongamos de datos. En nuestro caso, se han usado unos datos de auscultación sistemática en la red de Cataluña, datos de aforos de vehículos que circulan por ellas, tipo de estructuras del firme y emplazamiento de la carretera según la zona de precipitación. En el siguiente capítulo se explica con detalle la investigación llevada a cabo.

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CAPÍTULO IV: ESTUDIO DEL IRI

4.1. Datos de partida

Este estudio tiene su origen en el año 2003, en que se empezaron a tomar medidas de IRI en diferentes tramos de carretera en firmes flexibles y semiflexibles pertenecientes a los diferentes Servicios Territoriales de Cataluña (Barcelona, Tarragona, Lleida, Girona y Terres de l’Ebre) por parte de la empresa Applus. En verano de 2008 se planteó a la autora la recopilación de estos datos de auscultación, junto con otras auscultaciones realizadas a posteriori (hasta finales de 2009), con el fin de analizar el comportamiento del Índice de Regularidad Internacional. A partir de todos esos datos se procedió a tratarlos y analizarlos. Más adelante, se pidieron datos a la Generalitat acerca de la naturaleza del firme que configuraba el pavimento y otros datos relativos a aforos de tráfico, con el fin de determinar los ejes pesados que circulaban por las carreteras objeto del estudio. En sucesivos apartados y en el siguiente capítulo se podrá observar lo que se ha conseguido.

4.2. Características del equipo de medición

El equipo usado en la auscultación de las carreteras antes citadas se realizó con un equipo de alto rendimiento, llamado perfilómetro láser de Greenwood, el cual circula sin obstaculizar el tráfico. Permite levantar perfiles longitudinales y a partir de ellos realizar toda una serie de cálculos relacionados con la regularidad superficial, ya sea el índice IRI o la regla de 3 o 5 metros, por ejemplo.

El equipo consta de un sensor láser que mide la distancia entre el vehículo y la superficie del pavimento y cumple los requerimientos ASTM E950 para ser clasificado como clase 1 (máxima precisión). Lleva además un acelerómetro destinado a calcular el movimiento vertical del vehículo. Así pues, el perfil es calculado mediante la diferencia entre la distancia del vehículo a la superficie del pavimento y el movimiento vertical del mismo. Posee, además, un odómetro electrónico que calcula tanto la distancia a origen que lleva recorrido como la velocidad en todo momento. Los citados elementos están conectados a un ordenador que almacena toda esta información con el fin de calcular los perfiles de la superficie del firme y los índices de regularidad.

60

Capítulo VI: Estudio del IRI

Figura 4.1. Imagen del perfilómetro láser Greenwood. Fuente: Applus.

Las medidas realizadas son independientes de cualquier variación en el peso y velocidad del vehículo, temperatura, color o textura del pavimento. El ordenador de a bordo es capaz de calcular en tiempo real el Índice de Regularidad Internacional. Los datos del perfil longitudinal se pueden tomar con una separación mínima de 1 mm, aunque es corriente tomarlos cada 10 cm. para contener el tamaño de los ficheros.

4.3. Condicionantes de la medición

Para la medición de la regularidad se ha considerado lo establecido en el Apéndice E del Highway Performance Monitoring System Fiel Manual (“Measuring Pavement Roughness”) del Office of Highway Policy Information de la FHWA, el cuál menciona que los valores de IRI deben obtenerse sólo cuando existan buenas condiciones climáticas, preferiblemente cuando la superficie de la carretera se encuentre seca.

Por lo que se refiere al fabricante del perfilómetro usado en la investigación, éste desaconseja la auscultación en condiciones de lluvia, nieve o tormenta, ya que los láseres darán valores erróneos debido a la reflexión.

4.4. Tratamiento de los datos. Procedimiento a seguir.

Una vez en gabinete, los ficheros del ordenador pasan por un programa llamado Profilograph, tal y como ilustra la Figura 4.2, que permite exportar los valores de IRI para cualquier tramo de análisis que sea igual o superior a la frecuencia de muestreo. Es decir, podemos obtener el IRI de 0,25 metros, cada metro, cada hectómetro o de un tramo de gran distancia. Nosotros exportaremos los valores cada metro y cada hectómetro por cada una de las dos rodadas en formato Excel. A partir de estos datos promediando entre ambas rodadas obtendremos el IRI medio de cada hectómetro y el IRI total del tramo de estudio.

61


Figura 4.2. Imagen del programa Profilograf. Fuente: Greenwood.

Se ha elaborado una plantilla en Excel para tratar estos datos y hacer los gráficos que permitan ver la regularidad de la carretera, comparando ésta a edades diferentes en función de la fecha de la auscultación y poder ver el incremento de la irregularidad.

Hay veces que a los datos se les tiene que aplicar un coeficiente corrector para que el valor final de IRI encontrado sea comparable con el del equipo patrón (mayorando o minorando éste). Según el informe técnico para el Ministerio y la Dirección General de Carreteras a fecha de diciembre de 2009 el equipo que se ha usado en la auscultación coincide con el equipo patrón, y por consiguiente no se le deberá aplicar ningún coeficiente corrector. Es por ese motivo que a efectos de esta investigación no se le ha aplicado ninguno.

Una vez tenemos los gráficos comparativos, procedemos a separar cada unos de los tramos en subtramos homogéneos. Es decir, escogemos tramos de carretera superiores a los 100 metros que tengan un perfil que oscile alrededor de un mínimo y un máximo valor de IRI. Posteriormente, se consideran únicamente los tramos no intersecados por puentes, líneas férreas, cruces, obstáculos, con radios de curvatura pequeños, en los que se desvirtuarían los resultados y en caso de que durante la medición aparezca alguna de estas incidencias se excluyen de la estadística los tramos afectados.

El análisis del IRI se ha realizado partiendo de todos los datos, tanto de la rodada derecha como de la izquierda, y se ha hecho un promedio entre ambas. Este estudio se podría haber realizado excluyendo el 15% de valores (7,5 % más bajos y el 7,5% de valores más altos si consideramos una distribución de Gauss) u otro porcentaje. De igual modo, se podría haber considerado la rodada más desfavorable, es decir, la rodada que nos diera un valor de IRI más alto en cada tramo, y a partir de ahí haber realizado la estadística de valores.

Destacar que para evaluar la variable IRI y poder compararla con las diferentes variables se ha procedido al trabajo con incrementos experimentados anualmente. Es

62


decir, partiendo de dos o más auscultaciones realizadas en una carretera y en base a la diferencia de IRI medio experimentada se ha obtenido ∆�� entre ellas para un período de tiempo determinado. Como las carreteras se han medido a edades diferentes y el período entre las auscultaciones realizadas es diferente (quizás entre dos auscultaciones de la carretera A ha pasado 2,3 años mientras que en la carretera B han transcurrido 5,4 años) dividimos el incremento de IRI medio entre el período transcurrido entre auscultaciones y lo multiplicamos por 365 días para obtener el incremento de IRI anual. El procedimiento seguido se muestra a continuación:

1) �� ,� = �� = 1 (�

�)

2) �� , = �� = 2 (�

�)

3) ∆�� ,�" = �� , − �� ,� =

$��ó� �� (�

�)

4) � �" = � − �� = ��&� �� (�í��)

5) ∆��()*(+ =∆,-,./012,345

6 345· 365 �í��

4.5. Variables a considerar en el estudio

4.5.1. Tráfico

Para cualificar la carretera según el tráfico que circula debemos recurrir a los aforos que se realizan. Como hemos visto en otras teorías, el paso de ejes de gran tonelaje sobre la estructura de la carretera genera tensiones que acaban desgastando el firme y por tanto, es un factor sumamente influyente en la evolución del IRI. En cambio, los turismos causan un efecto mucho menor. Gracias a los datos de Intensidad Media Diaria de los vehículos (IMD) que circulan por esa sección de un año determinado y al porcentaje de ejes pesados (%VP) se puede obtener la Intensidad Media Diaria de vehículos pesados de ese día (IMDp).

La normativa de instrucción de firmes 6.1-IC “Secciones de Firme“ (Orden FOM/3460/2003) nos indica un método en caso de que no se disponga de datos concretos sobre la asignación por carriles, se podrá considerar lo siguiente:

- En calzadas de dos carriles y doble sentido de circulación incide sobre cada carril la mitad de los vehículos pesados.

- En calzadas de dos carriles por sentido de circulación incide sobre el carril exterior (carril lento) todos los vehículos pesados que circulen por ese sentido.

- En calzadas de tres o más carriles por sentido de circulación incide sobre el exterior el 85% de los vehículos pesados que circulen en ese sentido.

63


A efectos de esta investigación y ajustándonos a la normativa citada anteriormente, se considerará un incremento de tráfico del 4% de año en año en caso de que sólo se tengan datos de aforo de un año concreto, con el fin de poder considerar que cada vez circulan más vehículos por esa sección de carretera. En caso de que dispongamos de dos o más aforos utilizaremos éstos como datos de partida.

Una vez tenemos la IMDp nos remitimos a la normativa de instrucción de firmes 6.1-IC “Secciones de Firme “(Orden FOM/3460/2003) para definir nuestra categoría de tráfico.

intervalo de la categoría de tráfico

T00 >4000

T0 3999 2000

T1 1999 800

T2 799 200

T31 199 100

T32 99 50

T41 49 25

T42 <25 Tabla 4.1: Valores de la intensidad media diaria de vehículos pesados en el carril de proyecto.

Una vez tenemos nuestra IMDp en la fecha de auscultación más actual procedemos a transformar dicha variable a ejes pesados. Contabilizamos el período de tiempo transcurrido entre las mediciones y analizamos el número de ejes pesados que han pasado por esa sección. No obstante, como estamos comparando carreteras a edades distintas y con un período de tiempo transcurrido entre auscultaciones diferente, unificamos la variable de ejes pesados a ejes pesados por año. El procedimiento ha consistido en:

1) Consultar IMD y %vehículos pesados en plan de aforos (de un año intermedio entre las dos auscultaciones que se han realizado sobre aquella carretera).

2) A partir de la IMDp multiplicar por 365 y obtener la IMAnual de vehículos pesados que circulan. Debido a que se desconoce el número de ejes simples que presenta cada vehículo pesado, se ha considerado tan sólo un eje por vehículo pesado. Esta hipótesis no es del todo real, aún así, se ha tomado como válida.

4.5.2. Pluviometría

Por otro lado, hemos realizado una clasificación de cada carretera según la precipitación de la zona en la que está situada ayudándonos por el mapa siguiente, a partir del cual hemos creado una frontera aproximada separando Catalunya en 4 zonas diferenciadas según la intensidad de lluvia de la zona. La zona 1 es la más seca y se encuentra básicamente en la parte sur-occidental, mientras que la 4 es la más lluviosa y se encuentra en la zona más septentrional.

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Figura 4.3: Mapa de precipitación.

4.5.3. Tipo de firme

A continuación hemos solicitado los datos estructurales de los firmes de la carretera a los diferentes servicios territoriales, ya que como primera suposición se considera que la variación del índice de Regularidad Internacional depende de la naturaleza de sus capas, de si se trata de un firme semirrígido, semiflexible o flexible. Estos términos se definen a continuación:

o Firme flexible: Firme constituido por capas granulares no tratadas y por un pavimento bituminoso de espesor inferior a 15 cm (puede ser un tratamiento superficial).

o Firme semiflexible: Firme constituido por capas de mezcla bituminosa, de espesor total igual o superior a 15 cm, sobre capas granulares no tratadas.

o Firme semirrígido: Firme constituido por un pavimento bituminoso de cualquier espesor sobre una o más capas tratadas con conglomerantes hidráulicos, con espesor conjunto de éstas igual o superior a 20 cm.

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4.6. Ejemplo de análisis

La siguiente figura muestra un ejemplo de comparativo realizado en una carretera que a efectos de este análisis llamaremos “A”.auscultaciones para determinar el estado en que se encontraba: la primerdiciembre de 2005 (curva naranja)observa, la carretera ha experimentado un incremento dvalores cada metro acumulados. Las irregularidades se hay un ligero pico en la primera medición.

Figura 4.4. Gráfico de ejemplo para el análisis.

Si analizamos los valores de cada hectómetro incremento de IRI medio de todo el tramo (datos se mantiene constante prácticamente.que se produce en la carretera A para usar posteriormen

Valores de IRI cada 100 m Medición 2009

distancia a origen 0

100 200 300 400 500 600

Medición 2009Mediana

Desviación

Tablas 4.2 y 4.3. Estadística del tramo de ejemplo.

0

1

2

3

4

5

6

0 100 200

Capítulo

. Ejemplo de análisis

La siguiente figura muestra un ejemplo de comparativo realizado en una carretera que a efectos de este análisis llamaremos “A”. Sobre la carretera A se realizaron dos auscultaciones para determinar el estado en que se encontraba: la primerdiciembre de 2005 (curva naranja) y la segunda en febrero 2009 (curva gris). Como se observa, la carretera ha experimentado un incremento del IRI si nos fijamos en los valores cada metro acumulados. Las irregularidades se agudizan en las zonas donde hay un ligero pico en la primera medición.

Figura 4.4. Gráfico de ejemplo para el análisis.

Si analizamos los valores de cada hectómetro vemos que se produce un ligero incremento de IRI medio de todo el tramo (∆�� 0,15) y la desviación de los datos se mantiene constante prácticamente. Calculamos el incremento de IRI anual que se produce en la carretera A para usar posteriormente este dato.

IRI cada 100 m

Medición 2005

IRI Distancia a origen 1,16 0 1,081,24 100 1,011,41 200 1,191,04 300 0,871,05 400 0,911,40 500 1,281,46 600 1,35

Medición 2009 Medición 2005 1,25 1,10 0,17 0,18

Tablas 4.2 y 4.3. Estadística del tramo de ejemplo.

300 400 500 600 700 800 900


La siguiente figura muestra un ejemplo de comparativo realizado en una carretera que Sobre la carretera A se realizaron dos

auscultaciones para determinar el estado en que se encontraba: la primera en y la segunda en febrero 2009 (curva gris). Como se

el IRI si nos fijamos en los agudizan en las zonas donde

vemos que se produce un ligero ) y la desviación de los

Calculamos el incremento de IRI anual

IRI 1,08 1,01 1,19 0,87 0,91 1,28 1,35

900 1000

66


Una vez tenemos los valores de IRI del tramo y de cada hectómetro, cogemos el catálogo de aforos del año 2009 y del 2005 y calculamos la IMDp del año 2005 y del 2009, teniendo en cuenta el número de carriles por calzada y sentido. En este caso, se trata de una calzada de dos carriles con dos sentidos de circulación así que cogemos el 50% de la intensidad de tráfico que nos aporta el catálogo. Una vez tenemos la IMDp calculamos el número de ejes pesados que han circulado por la carretera, tanto anualmente como en el período de tiempo de estudio (tiempo comprendido entre las dos mediciones).

A continuación analizamos la zona pluviométrica a la que se encuentra y observamos que estamos en zona 2 (bastante seca).

Por lo que concierne al tipo de firme vemos que se trata de un firme flexible, como en la mayoría de los casos de estudio.

Una vez hemos realizado todos estos pasos con la carretera A, continuamos con otro tramo distinto.

4.7. Hipótesis de partida

- El Índice de Regularidad Internacional, a diferencia de otros, es un indicador que no varía significativamente a lo largo del tiempo. Los incrementos anuales de IRImedio serán bastante pequeños (entre 0,2 y 0,01), a no ser que la carretera haya fisurado considerablemente y se alcance la fatiga, momento en que el IRI aumenta considerablemente.

- La velocidad del incremento de la irregularidad vendrá determinada por las actuaciones de conservación y mantenimiento que se lleven a cabo sobre la carretera y por el momento en que se produzcan.

- El incremento de este parámetro está fuertemente condicionado por el IRI obtenido al final de obra. Cuando partimos de valores de IRI elevados (por ejemplo de 2), dicho incremento es mayor que si partimos de valores por debajo de la unidad. Esta teoría se afianza en el apartado anterior en el que se detallan algunos modelos de evolución, en los cuales se toma el IRI de final de obra como una variable dependiente y de gran trascendencia.

- Otros factores influyentes son los relativos a la pluviometría de la zona y el drenaje de la propia carretera, además del paso de vehículos pesados (ejes de gran tonelaje) que producen deformaciones sobre el firme.

- A efectos de esta investigación, no se han tenido en cuenta los tramos en que la pasada posterior se encontraba por debajo de la anterior, partiendo de la

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base que el IRI aumenta a lo largo del tiempo debido al deterioro de la carretera. Es decir, todo tramo de carretera que haya experimentado un incremento de IRI medio negativo se elimina del estudio. Los motivos que pueden haber hecho reducir el IRI han sido: cambio de trazado de la carretera, refuerzo o mejora del firme entre una medición y la otra, intervención con algún tratamiento superficial, fallo en la medición, entre otros.

4.8. Dificultades para elaborar un modelo de evolución

La principal dificultad que se presenta a la hora de elaborar un modelo de evolución de la regularidad estriba en la gran cantidad de factores que pueden influir en el mismo y en la complejidad del modo en que lo hacen. El poder determinar cuáles serán esos factores y en qué medida afectarán a la regularidad ya es una tarea muy ardua que requiere de mucha información, que debería ser lo más precisa posible para ajustar el modelo con un grado de confiabilidad aceptable.

Lamentablemente, cuando se intenta acceder a toda esta información, muchas veces uno se encuentra con que está incompleta o que el grado de detalle y certeza de la misma no es el deseable y hay que recurrir a hipótesis o simplificaciones que pueden alterar significativamente el resultado del estudio.

En el caso del presente estudio se ha partido de los valores de IRI auscultados, de la zona pluviométrica de la zona de estudio, del tipo de firme (rígido, flexible, semiflexible…) y de la categoría de tráfico. Dicha información ha sido facilitada por Applus y por el Departamento de Política Territorial y Obras Públicas de la Generalitat de Catalunya. Se ha visto que el grado de detalle y de fiabilidad que posee no es lo suficiente para poder ajustar el modelo de evolución que se pretende hacer. Por tanto, se han tomado una serie de hipótesis simplificativas que han podido alterar el resultado final.

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4.9. Factores que condicionan el IRI

Existen una serie de factores que condicionan la regularidad de una carretera, cada uno de los cuales afecta en mayor o menor proporción a la evolución del Índice de Regularidad Internacional. En el estudio que se ha llevado a cabo, no se han tenido en cuenta todos los que se citarán a continuación debido, en parte, a que no se disponen de todos esos datos (algunos de ellos resulta imposible encontrarlos) o simplemente es sumamente complejo cuantificarlos con un grado de confiabilidad aceptable. Sin embargo, se explican a continuación, clasificados según la autora, y a modo de reflexión para el lector.

4.9.1. Factores en fase de proyecto

En primer lugar tenemos los factores relacionados con la fase de realización del proyecto de una carretera. Un buen proyecto de dimensionamiento de la explanada y del firme nos permitirá hacer una buena obra, de acuerdo con las necesidades, el presupuesto requerido, etc. Es muy importante esta etapa, cara al mantenimiento y a la rehabilitación que necesitaremos en un futuro. La elección, por ejemplo, de un firme flexible (con base granular) o uno de rígido (pavimento de hormigón) nos aportará unas propiedades funcionales distintas y, a su vez, un comportamiento diferente ante los agentes de deterioro de la carretera.

4.9.2. Factores en fase de ejecución:

Una buena puesta en obra permitirá obtener un IRI inicial bajo, cosa que influirá positivamente en el grado de comodidad y una inversión menor en mantenimiento. En particular, la selección de los equipos de extendido de la mezcla y el control de la ejecución de los operarios serán actividades sumamente importantes que marcarán considerablemente la vida útil de la carretera. Habrá que tener en cuenta la homogeneidad de la mezcla al extenderla, tanto en composición como en temperatura. Los puntos que presenten un diferencial de temperatura considerable en comparación con los puntos colindantes serán zonas más susceptibles y por consiguiente más propensas a deteriorarse, que conllevarán a la generación de irregularidades por dichos puntos.

Otro aspecto a considerar en esta etapa es el propio valor de IRI obtenido a finales de obra ��<(� � 0). La siguiente figura muestra la variación de pendientes que se producen en función de éste.

69


Figura: 4.5. Relación de dependencia entre regularidad inicial y regularidad a una edad concreta.

��= � a< + a� · IRI< + a · t

��= � ��C�� &� �

�<, ��, � = ��D�� C��ó�

IRI< = ��C��

� = ��&� , �ñ�� D��

4.9.3.Factores en fase de servicio o de explotación

Los factores en fase de servicio hacen referencia a los condicionantes que marcan la evolución del IRI en la vida útil de la carretera, en su fase de explotación.

A) Tiempo

El paso del tiempo genera un incremento en las irregularidades que puede tener una carretera, aunque no pase ni un vehículo y es por tanto un factor que influirá directamente en la evolución del IRI.

Figura 4.6. Ejemplo de ilustración de tres modelos de evolución de tres secciones de una carretera en que se relaciona la regularidad con el tiempo o el tráfico. Fuente:

http://books.nap.edu/catalog.php?record_id=6337

70


B) Vehículos pesados

El paso de vehículos pesados por una carretera genera un deterioro o desgaste significativo sobre el firme. Comparando dos carreteras dimensionadas de una manera similar, se desgastará más rápidamente la que tenga una intensidad media diaria de vehículos pesados mayor.

Las administraciones realizan aforos en las carreteras de la red para poder analizar mejor el desgaste que sufren y poder considerar el efecto de los vehículos pesados en la regularidad de los firmes.

Figura 4.5..Conjunto de camiones. Figura 4.6. Tractor sobre camión.

La figura 4.7 muestra la evolución de tres secciones de carretera en las que se observa la relación entre tráfico o la variable tiempo y el IRI y se observa que la pendiente es creciente, a más tráfico o más período de tiempo transcurrido, más aumentan las irregularidades (IRI se incrementa).

Figura 4.7. Relación entre tráfico o tiempo y IRI. Fuente: http://books.nap.edu/catalog.php?record_id=6337

71


C) Agentes climatológicos

Un firme también está expuesto a agresiones causadas por efectos meteorológicos y climatológicos. Por un lado, si la carretera se encuentra en una zona árida el firme estará sometido a elevadísimas temperaturas durante el día y una variación térmica considerable entre día y noche, cosa que podrá acelerar el proceso de deterioro a nivel superficial, que conlleve a un incremento de la irregularidad. Por otro lado, las lluvias y las heladas generarán filtraciones a través de posibles fisuras en el firme o el desprendimiento de áridos en superficie. Así pues, fenómenos como la lluvia, el hielo, el aire, la radiación solar, entre otros deteriorarán la carretera haciendo que ésta experimente un incremento en el IRI. Con la contribución de los agentes climatológicos e, incluso sin la presencia de tráfico pesado, se puede deteriorar el firme considerablemente o se puede potenciar la acción del tráfico si ambos factores trabajan conjuntamente.

72


4.9.4. Factores relacionados con la toma de medidas en campo

A) Velocidad de proyecto

Es evidente que a mayor velocidad existe una percepción mayor de las imperfecciones superficiales de las carreteras. La velocidad de paso por las irregularidades superficiales del pavimento influye, además de sobre las aceleraciones verticales que sufren los vehículos, sobre la suspensión y, por tanto, en el valor de IRI. Éste parámetro es mayor cuando se circula a mayor velocidad.

B) Conductor

Cada persona conduce de una manera distinta, haciendo curvas más o menos grandes de acuerdo al trazado y los márgenes de la carretera. Es por eso que debemos tener en cuenta la traza que tiene el conductor a la hora de medir el IRI. Por esta razón, es recomendable que todo el análisis parta de un mismo operador, para que éstas sean lo más homogéneas posibles.

C) Suciedad

La presencia de suciedad altera los resultados obtenidos a través de los láseres del perfilómetro y hace que aparezcan valores mucho más elevados que los que en teoría tiene la carretera, debido a la sensibilidad de éstos. Por este motivo, es importante limpiar bien la carretera antes de pasar el ensayo del IRI, para evitar falsear resultados de IRI.

4.9.5. Factores en la etapa de análisis de los datos :

A) Velocidad real en la medición

Por normativa, se ha establecido a la velocidad de 80Km /h pero hay muchas veces que la velocidad varía debido a que la velocidad de la propia vía es inferior a ésta por el trazado o por proyecto. En principio, el valor de IRI no va a cambiar, según el fabricante del equipo. Aún así intentaremos mantener una velocidad constante, ya que las variaciones en ella, las aceleraciones y frenadas repentinas pueden alterar el valor de IRI.

B) Variación del IRI según la longitud de evaluación

Normalmente se habla del valor de IRI de un tramo analizado de carretera, entendido como el valor medio de los IRI unitarios o puntuales que se obtienen. Para ser precisos debe tenerse en cuenta cada qué longitud se determina dicho valor.

73


A nivel de normativa española, se toma como longitud de referencia el hectómetro (NLT-330/98), pero sería interesante hacer un estudio más detallado cada 10 o 20 metros por ejemplo.

La normativa de recepción de pavimentos de nueva construcción del Ministerio de Fomento establece unos umbrales para los percentiles del 50%, 80% y 100% de los hectómetros de un tramo de análisis para definir el estado de este parámetro (consultar Anejo).

Otra forma de valorarlo sería mediante la media y la desviación típica de la serie numérica que representa los valores de IRI. Esta última forma constituye una interpretación más representativa y adecuada estadísticamente, tal y como destaca en su artículo F27H. En la siguiente gráfica se puede observar el análisis de los datos de dicho estudio tomados cada 5, 20 y 100 metros de un tramo de autopista. En ella, se observa que los valores se suavizan como consecuencia del efecto de promediar y se comprueba cómo la media se mantiene constante y la desviación típica disminuye según se va Incrementando la longitud de evaluación.

Figura 4.8.Gráfica que representa el IRI evaluado cada 5,20,100 y 1000 metros. Fuente: F27H

74


4.10. Rehabilitación superficial

4.10.1. Descripción

Una vez explicados los factores que condicionan la regularidad se detallan a continuación un conjunto de opciones o soluciones para mejorarla, en caso de poseer un firme existente con mala regularidad. En caso de no ser viables estas soluciones debido al estado de degradación o por otros factotes se llevarán a cabo medidas económicamente más costosas, como el saneo y nueva extensión o el refuerzo estructural, entre otros.

La rehabilitación superficial tiene como objetivo mejorar la resistencia al deslizamiento a la vez que mejorar su regularidad superficial y su adherencia. Nos centraremos en el caso de los tratamientos o actuaciones que supongan una mejora de las características funcionales, y en concreto, de la regularidad.

4.10.2. Microfresado

El microfresado es una técnica de escarificado fino del pavimento que consiste en el fresado del firme mediante un tambor de corte especial. Hablamos de tambores especiales de microfresado cuando la separación de las herramientas de corte (picas) es de 8 mm o inferior.

Figura 4.9.Diferentes tipos de tambores de corte. Fuente: http://www.gladstone.com.es/

Estos equipos disponen de multitud de configuraciones según el espaciado y número de picas, siendo éste muy superior a los tambores convencionales de fresado.

Las principales aplicaciones del microfresado son:

- Corrección del I.R.I. (Índice de Regularidad Internacional) - Mejora del C.R.T. (Coeficiente de Rozamiento Transversal) - Eliminación de las roderas en carretera por tráfico pesado. - Preparación de superficies para adherencia de extendido de capas de

microaglomerado. - Borrado de marcas viales o eliminación de bandas sonoras entre otras.

75


A mayor valor de I.R.I. mayor es la necesidad de corrección del mismo, por tanto, es requerida la utilización de microfresado para solucionar el problema de una manera rápida y económica. Las microfresadoras incorporan un sistema electrónico de nivelación para realizar estos trabajos, a través de múltiples sensores ultrasónicos dispuestos longitudinalmente y con un sensor de pendiente para realizar una lectura del perfil longitudinal de la vía, planificando las cotas más altas respecto a la referencia media captada por los sensores de nivelación ultrasónicos.

Figura 4.10: Resultado una vez realizado el microfresado. Fuente: http://www.gladstone.com.es/

4.10.3. Capas delgadas

Las capas delgadas se utilizan para firmes degradados superficialmente y que no necesitan ser reforzados estructuralmente, o en el caso de firmes en buen estado en los que se pretendan mejorar las características funcionales o que presenten algún fallo. Su empleo permite:

- Mejorar las características funcionales del pavimento (rodadura más cómoda).

- Corregir ciertas deficiencias de regularidad superficial. - Asegurar una buena estanqueidad. - Mejorar el aspecto general de la carretera.

4.10.4. Termo-perfilado

El termoperfilado, tal y como se explica en F3H, consiste en la escarificación en caliente de la superficie del pavimento, su perfilado y compactación con el fin de conseguir una mejor textura y regularidad del firme. No hay ninguna aportación de material en este caso, ni se consiguen mejorar sus propiedades, al contrario, se corre el peligro de que por atricción aumente el porcentaje de finos y disminuya la estabilidad y propiedades mecánicas de la nueva capa.

76


4.10.5. Termo-regeneración

En este tipo de rehabilitación, como se explica en F3H, se procede al escarificado en caliente, en una profundidad que oscila entre los 3 y los 5 cm, a retirar parte o no del material levantado, y a su reperfilado. A continuación se extiende una nueva capa y se compactan conjuntamente las dos.

En este caso, al añadir material nuevo, pueden mejorarse no sólo la regularidad sino también la textura y características superficiales del firme. No obstante, la cantidad de material añadido, el tamaño máximo del árido usado no deben ser grandes. Por otro lado a veces pueden haber problemas en la interface entre la nueva capa y el firme antiguo.

77

CAPÍTULO V: PRESENTACIÓN DE

RESULTADOS

5.1. Introducción

En este capítulo se recogen una serie de gráficos que pretenden definir las relaciones existentes entre las diferentes variables involucradas en el estudio en base a los datos facilitados por: la empresa Applus+ y por El Departament de Política Territorial i Obra Pública (DPTOP) de la Generalitat de Catalunya.

5.2. Relación del IRI con la naturaleza del firme

Como hemos comentado en el capítulo 4, en base a los datos facilitados se ha visto que el tipo de firme que se ha utilizado en la construcción de las carreteras seleccionadas es de tres naturalezas diferentes, cuyas definiciones se muestran a continuación.

Firme flexible: Firme constituido por capas granulares no tratadas y por un pavimento bituminoso de espesor inferior a 15 cm (puede ser un tratamiento superficial).

Firme semiflexible: Firme constituido por capas de mezcla bituminosa, de espesor total igual o superior a 15 cm, sobre capas granulares no tratadas.

Firme semirrígido: Firme constituido por un pavimento bituminoso de cualquier espesor sobre una o más capas tratadas con conglomerantes hidráulicos, con espesor conjunto de éstas igual o superior a 20 cm.

La muestra de los 150 tramos de carretera seleccionados tiene un predominio de firmes flexibles, que aparentemente son los más utilizados. Por el contrario, no tenemos ningún firme rígido, el estado de regularidad (IRI) del cual evolucionaría de manera distinta. Los firmes semiflexibles y semirrígidos corresponden a casos intermedios a los anteriores.

Destacar que para evaluar la variable IRI y poder compararla con las diferentes variables se ha procedido al trabajo con incrementos experimentados anualmente. Es decir, partiendo de dos o más auscultaciones realizadas en una carretera y en base a la diferencia de IRI medio experimentada se ha obtenido ∆�� entre ellas para un período de tiempo determinado. Como las carreteras se han medido a edades diferentes y el período entre las auscultaciones realizadas es diferente (quizás entre dos auscultaciones de la carretera A ha pasado 2,3 años mientras que en la carretera

78

Capítulo V: Presentación de resultados

B han transcurrido 5,4 años) dividimos el incremento de IRI medio entre el período transcurrido entre auscultaciones y lo multiplicamos por 365 días para obtener el incremento de IRI anual. El procedimiento seguido se muestra a continuación:

1) �� ,� = �� = 1 (�

�)

2) �� , = �� = 2 (�

�)

3) ∆�� ,�" = �� , − �� ,� =

$��ó� �� (�

�)

4) � �" = � − �� = ��&� �� (�í��)

5) ∆��()*(+ =∆,-,./012,345

6 345· 365 �í��

A continuación se pueden observar los resultados del incremento de IRI anual para 150 tramos de carreteras analizadas y separadas según el tipo de firme, recogidos en el gráfico 5.1.

Gráfico 5.1. Representación del incremento de IRI anual en función de la naturaleza del firme.

Se observa, que dentro de la muestra hay pocos casos en los que se haya usado un firme semirrígido en la realización de dicha sección de carretera y por lo tanto los resultados obtenidos en este caso son poco representativos. Por lo que se refiere a firmes semiflexibles se detecta un mayor incremento de IRI anual que en el caso de firmes flexibles. Este resultado va en contra de lo que se pensaba a priori. La carretera con menor espesor de pavimento bituminoso debería mostrar un mayor incremento de IRI anual debido a que resistirá menos las tensiones transmitidas por el tráfico, que generarán deformaciones permanentes conllevando a una pérdida de capacidad portante y aumento de irregularidad. Sin embargo, hay que hacer hincapié en el hecho

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

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0,45

0,5

1 11 21 31 41 51 61 71

ΔIR

I an

ual

(d

m/h

m)

carreteras

Tipo de Firme-ΔIRI anual

FLEXIBLE SEMIFLEXIBLE SEMIRRÍGIDO

79


de que cada carretera de nuestro estudio está sometida al paso de número de ejes pesados diferente, es decir, las condiciones de tráfico son distintas.

Existe una gran incertidumbre con los datos encontrados de estructura del firme y se considera que un buen grupo de carreteras consideradas como flexibles pueden ser semirrígidas.

5.3. Relación del IRI con la precipitación acumulada

En la figura 5.2 podemos ver el análisis del incremento de IRI anual en relación a la clasificación de zonas pluviométricas de 150 tramos de carretera. Para entender cómo se ha desarrollado esta clasificación es conveniente volver al apartado 4.5.2 del capítulo anterior. Tal y como nos pasaba en el caso de la estructura del firme en que teníamos un predominio de estructura flexible, en el caso de la precipitación observamos algo similar para la zona de precipitación intermedia (zona 3), la cual es la más abundante para nuestra muestra de datos y la más extensa si observamos el mapa de la figura 4.3.

Gráfico 5.2: Análisis de la variable precipitación según incremento IRI medio anual experimentado.

Para poder comparar la zona intermedia con las otras zonas más minoritarias de precipitación hacemos una ampliación en el primer tramo de gráfica anterior tal y como se observa en el Gráfico 5.3. En él, no detectamos una tendencia clara en cuanto a variación de la regularidad si nos limitamos a comparar la variación de IRI experimentada con las zonas pluviométricas. Quizás sería más adecuado disponer de datos cuantitativos de la precipitación caída anualmente en esa sección de carretera y en base a estos milímetros caídos como media anual poder ajustar el modelo IRI en base a la precipitación acumulada, ya que con la clasificación orientativa es insuficiente, como se observa en el gráfico.

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0,05

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0 20 40 60 80 100

ΔIR

I an

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hm

/ a

ño

)

carreteras

zonas pluviométricas-ΔIRI anualzona 1 (muy seca) zona 2 (seca) zona 3 (intermedia) zona 4 (húmeda)

80


Gráfico 5.3: Análisis de la variable precipitación según incremento IRI medio anual experimentado en una selección de carreteras de la muestra.

5.4. Relación del IRI con el número de ejes acumulados

Los camiones y los ejes de gran tonelaje son los que producen grandes tensiones sobre el firme. A mayor deformación (o deflexión) mayores serán las tensiones transmitidas a las capas granulares y por consiguiente mayor será la deformación permanente acumulada en la estructura de la carretera. Esta deformación generará variaciones en la transmisión de las tensiones: ciertas zonas experimentarán una solicitación mayor, mientras que otras no trabajarán prácticamente en la absorción de éstas. Todo ello y si no se toman medidas oportunas conllevará a una pérdida de capacidad portante y también de regularidad. Es por ese motivo que el paso de vehículos pesados influye bastante en la evolución del índice de Regularidad Internacional.

Como estamos comparando carreteras a edades distintas y con un período de tiempo transcurrido entre auscultaciones diferente, unificamos la variable de ejes pesados a ejes pesados por año. El procedimiento ha consistido en:

1) Consultar IMD y %vehículos pesados en plan de aforos (de un año intermedio entre las dos auscultaciones que se han realizado sobre aquella carretera).

2) A partir de la IMDp multiplicar por 365 y obtener la IManual de vehículos pesados que circulan. Debido a que se desconoce el número de ejes simples que presenta cada vehículo pesado, se ha considerado tan sólo un eje por vehículo pesado. Esta hipótesis no es del todo real, aún así, se ha tomado como válida. A continuación se muestran una serie de gráficos en los cuales se ha representado el incremento de IRI anual (en el eje de ordenadas) y el número aproximado de ejes que ha circulado por esa carretera (en el eje de abscisas). Dicha información se ha obtenido en base a las diferentes auscultaciones realizadas a nivel temporal,

0

0,05

0,1

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0,2

0,25

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0 5 10 15 20

ΔIR

I an

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m /

hm

/ a

ño

)

carreteras

zonas pluviométricas-ΔIRI anualzona 1 (muy seca) zona 2 (seca) zona 3 (intermedia) zona 4 (húmeda)

81


y a los datos de aforos. Se ha elaborado un gráfico para cada una de las categorías de tráfico (T00, T0, T1, T2, T3 y T4). Dado que la muestra de categorías de tráfico mayor es escasa, se han juntado las categorías T00 y T0. Por otro lado, las subcategorías T31, T32 al igual que para el caso de T41 y T42 se han considerado como T3 y T4, respectivamente. En todos los casos se ha pretendido uniformizar las variables a nivel temporal, para que puedan ser comparadas. Es decir, se ha tomado la variación experimentada en un año del indicador (como se ha explicado en el apartado 5.2) y a la vez el número de ejes que han circulado en un año.

Para ajustar los datos a una recta/curva de tendencia se han considerado las siguientes opciones de ecuación:

- Exponencial - Lineal - Logarítmica - Polinómica - Potencial

A primera vista la intuición nos dice que la curva de evolución para cada una de las categorías debería ser cóncava, tal y como ilustra el gráfico 5.4, ya que a medida que aumentan los ejes pesados, el IRI se incrementa cada vez más (la pendiente se hace más acusada). Por lo tanto, los modelos logarítmicos y lineales quedarían excluidos. Aún así se analizará su resultado y se tomará como válida la expresión que tenga un R2 más cercano a 1.

Gráfico 5.4. Ilustración de la hipótesis de tendencia.

82


En el gráfico 5.5 podemos observar carreteras con un tráfico de vehículos pesados elevado. Se observa que a más ejes, más incremento de IRI se produce anualmente, idea que coincide con la que nos marca el sentido común. Se ha establecido una curva de regresión de tipología exponencial, la cual tiene un ajuste muy bueno. Los incrementos de IRI anual son relativamente bajos: van de 0,03 a 0,12 aproximadamente. Destacar también que todas estas carreteras están situadas en la zona 3 (precipitación intermedia) y que el IRI de la primera auscultación se encuentra entre 1,00 y 1,30. La ecuación potencial que resulta tiene la forma siguiente:

Línea de tendencia exponencial: ∆;<;(=>>, =>) = >, >>?@AB"C·BDBE

<F = >, GG

Gráfico 5.5: Evolución del IRI anualmente en función del número de ejes pesados para una categoría T0 y T00.

y = 0,0089e1E-06xR² = 0,88

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

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1000000 2000000

ΔIR

I an

ual

(d

m /

hm

/ a

ño

)

nº de ejes pesados / año

CATEGORÍA T0, T00

categoría T0,T00

Exponencial (categoría T0,T00)

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En el caso de la categoría de tráfico T1, se plasma la misma representación en el gráfico 5.6. La tendencia de que a mayor número de ejes pesados, más se incrementa el IRI se mantiene. Aún así, en este caso existe una gran dispersión de resultados, y todas las líneas de tendencia tienen un R2 cercano a 0,5. Escogemos la que mejor se ajusta que es de tipo exponencial. Las carreteras escogidas pertenecen a diferentes zonas pluviométricas. Concretamente: 2,3 y 4. Tres del total de carreteras analizadas de esta categoría son semiflexibles (cantidad pequeña si consideramos el tráfico pesado que circula por la carretera), mientras que la gran mayoría son flexibles. Sin embargo, las tratamos como si tuvieran un comportamiento similar. Se han excluido de la nube de puntos las carreteras que partían con un IRIinicial cercano a 2, ya que se considera que éstas experimentarán un deterioro más rápido en cuanto a regularidad que las que parten de un IRI cercano a 1.

Línea de tendencia exponencial: ∆;<;(=A) = >, >>H · @IB"C(BDBE)

<F = >, IA

Gráfico 5.6: Evolución del IRI anualmente en función del número de ejes pesados para una categoría T1.

y = 0,0068e5E-06x

R² = 0,51

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000

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ual

(d

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/ a

ño

)


CATEGORÍA T1

categoría T1

Exponencial (categoría T1)

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Si nos vamos a una categoría menor, observamos que existen varias tendencias dentro de la nube de puntos con bastante dispersión, tal y como observamos en el gráfico 5.7.


Para filtrar los datos hemos separado en dos series, una con una tendencia más vertical que la otra. Se han quitado valores que tenían un IRIinicial de 2 o superior y algún valor grosero

Ambos ajustes tienen la forma exponencial y el que tiene una pendiente mayor es el que se ajusta mejor. Aún así, persiste una gran dispersión y eso nos dificulta el hecho de poder ajustar más el modelo.

El hecho de que existan dos tendencias nos induce a pensar que existe alguna otra variable que condiciona este diferente comportamiento, como podría ser el tipo de firme. Existe una gran incertidumbre en los datos facilitados que definían la naturaleza del firme (semirrígido, flexible, semiflexible…). Si tuviéramos datos de las degradaciones que se han producido y el grado de fisuración existente o de sus deflexiones podríamos hacer un mejor análisis. Como no es el caso, no se puede evaluar el motivo real que hace que tengamos dos naturalezas.

Línea de tendencia exponencial para comportamiento 1:

∆;<; (=F, JKLMA) = >, >A?@AB"I(BDBE)

<F = >, I>

85


Gráfico 5.8: Evolución del IRI anualmente en función del número de ejes pesados para una categoría T2 (comportamiento 1).

En el segundo comportamiento de la nube de puntos existe un R2 próximo a 0,4. Es un ajuste algo bajo debido a la gran dispersión que existe todavía.

Línea de tendencia exponencial:

∆;<;(=F, JKLMF) = >, >>N@GB"C(BDBE)

<F = >, N>

Gráfico 5.9: Evolución del IRI anualmente en función del número de ejes pesados para una categoría T2 (comportamiento 2)

y = 0,0188e1E-05x

R² = 0,50

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

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0 50000 100000 150000 200000 250000

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ual

(d

m /

hm

/ a

ño

)


CATEGORÍA T2 (comportamiento 1)

categoría T2


y = 0,0039e8E-06x

R² = 0,40

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000

ΔIR

I an

ual

(d

m /

hm

/ a

ño

)


CATEGORÍA T2 (comportamiento 2)

categoría T2


86

Para categorías de tráfico T3separado en dos series, tal y como ilustran las siguientes gráficas.algunos valores groseros considerando que ha habido algún error en el ensayo o en la determinación del aforo. Las curvas resultantes también son de naturaleza exponencial.

∆;<;�=O, JKLMKPQRLS@TQK

∆;<;�=O, JKLMKPQRLS@TQK

Gráfico 5.10: Evolución del IRI anualmente en función del número de ejes pesados para una categoría T3, comportamiento 1.

Gráfico 5.11: Evolución del IRI anualmente en función del número de ejes pesados para uncomportamiento 2.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

15000 25000 35000

ΔIR

I an

ual

(d

m /

hm

/ a

ño

)


0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

15000 35000

ΔIR

I an

ual

(d

m /

hm

/ a

ño

)


T3 también existe una gran dispersión de resultados y se ha separado en dos series, tal y como ilustran las siguientes gráficas. Se han despreciado algunos valores groseros considerando que ha habido algún error en el ensayo o en la

Las curvas resultantes también son de naturaleza

JKLMKPQRLS@TQK A� � >, >>>G 7 @>,>>>F�BDBE� <F � >, IO

JKLMKPQRLS@TQK F� � >, >>OO 7 @IB�">I7BDBE� <F � >, IA

Evolución del IRI anualmente en función del número de ejes pesados para una categoría T3,

Evolución del IRI anualmente en función del número de ejes pesados para un

y = 0,0008eR² = 0,53

35000 45000 55000 65000 75000


CATEGORIA T3 (comportamiento 1)

categoría T3


y = 0,0033e

35000 55000 75000


CATEGORIA T3 (comportamiento 2)

categoría T3


Presentación de resultados

también existe una gran dispersión de resultados y se ha Se han despreciado

algunos valores groseros considerando que ha habido algún error en el ensayo o en la Las curvas resultantes también son de naturaleza



y = 0,0008e0,0002x

R² = 0,53

categoría T3


y = 0,0033e5E-05x

R² = 0,51

categoría T3


87


En el caso de la categoría T4 no observamos un buen ajuste de ningún tipo de curva de tendencia, debido a la gran dispersión existente. Nos resulta extraño ver que hay un buen número de carreteras de esta categoría que están dimensionadas con estructura de firme semirrígido.


Si hacemos una representación de todas las categorías bajo un mismo gráfico (ver gráfico 5.13) observamos que existen unos intervalos de variación para el IRI anual según las categorías que consideramos. En el caso de T00 y de T0 el valor de ∆��()*(+ oscila entre 0 y 0,15 dm / hm / año, igual que en el caso de la categoría inmediatamente superior. En el caso de T2 casi se llega a valores de 0,4 dm / hm / año, aunque se ha visto que hay mucha dispersión y la nube de puntos en el comportamiento 2 no supera los 0,07. En el caso de T3 también se observa una gran dispersión en los datos, y como valor máximo se obtiene 0,28 dm / hm / año. Como puede observarse, excepto para el caso de la categoría T4, se ha conseguido una curva de tendencia de tipo exponencial, con un R2 mejor o peor, pero dentro de unos márgenes aceptables. Del mismo gráfico también podemos ver la inclinación de las exponenciales: para el caso de T00 la pendiente es mucho menor, que si lo comparamos con las series T2 y T3 (comportamiento 2). En otras palabras, las carreteras con tráfico menor presentan un incremento de la irregularidad antes que en categorías superiores.

Todos estos resultados se han obtenido en base una selección de 150 tramos de carretera. Al tratarse de ecuaciones de carácter empírico, la pendiente de las ecuaciones de regresión variará en función de ellos. No obstante, nos da una clara idea que la circulación de vehículos pesados genera efectos en la regularidad.

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0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

ΔIR

I an

ual

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m /

hm

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ño

)


CATEGORÍA T4

categoría T4

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Cap

ítulo

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)

90

CAPÍTULO VI: COMENTARIOS DE

LA NORMATIVA ACTUAL Y

CONCLUSIONES

6.1. Críticas y comentarios de la normativa actual y propuestas de mejora

Las tres normativas relacionadas con la regularidad de un pavimento son: la NLT-330_98 (cálculo del índice de Regularidad Internacional para firmes de carreteras), la NLT-331_98 (medida de la regularidad superficial con un perfilómetro pivotante de alta precisión) y la NLT-334_98 (medida de la irregularidad superficial de un pavimento mediante la regla de 3 metros, estática y rodante). Todas ellas se detallan en los anejos, en los cuales se hace una descripción de los diferentes equipos de medida, el campo de aplicación, del procedimiento de medida, de los condicionantes, entre otros.

Por otro lado, en el anejo A se han seleccionado unos artículos del PG-3 (Pliego de prescripciones Técnicas Generales para obras de carreteras y puentes) que están relacionados con el índice de Regularidad Internacional, en los que podemos encontrar los criterios de aceptación y rechazo de este indicador para cada una de las capas de estudio (zahorra, suelo cemento, rodadura), para cada tipología de vía (autopistas, autovías) y según caso del firme (rehabilitados estructuralmente, nueva construcción).

Como comentarios de todas estas normas, me gustaría destacar lo siguiente:

Considero que la actual definición de los límites requeridos de la orden circular del Ministerio de Fomento para la recepción definitiva de obras de carreteras plantea dos dificultades. En primer lugar, se define un límite superior en el valor de IRI (el 100% de los valores debe ser inferior a 2,5 mm/m). Este hecho y desde un punto de vista estadístico no parece una solución conveniente, ya que una carretera en rodadura con niveles de IRI cercanos a 2 y superiores presenta ciertas incomodidades para el usuario. Como alternativa, se plantea la posibilidad de pasar de un sistema de definición de límite superior a definir valores máximos aceptables para la regularidad superficial, en función de dos parámetros estadísticos, como son la media y la desviación típica.

91

Capítulo VI: Comentarios de la normativa actual y con clusiones

El segundo aspecto sobre la normativa existente responde a que un valor medio del IRI de 1,5 mm/m (valor mínimo exigido) y una desviación típica de 0,60 mm/m no implican un confort excelente del usuario. Considero más adecuado para definir un valor de IRI que garantice el confort de los usuarios, tomar como valor medio 1,25 mm/m y una desviación típica de 0.30 mm/m. En el artículo de �20� se propone aumentar los niveles de exigencia de IRI a estos valores, tal y como ilustra el gráfico 6.1. Esta determinación es algo subjetiva, ya que el grado de confort depende de cada persona, del tipo de vehículo con el que se circula, de las condiciones meteorológicas, entre otros.

Gráfico 6.1. Propuesta de valor de IRI medio exigible. Fuente: �20�

Otro aspecto a destacar es que la norma no hace mención a la ubicación en la calzada donde se deben realizar las mediciones ni el número de las que se tienen que considerar. Generalmente se ha venido midiendo el valor del IRI en la rodada derecha y en la rodada izquierda simulando la trayectoria de un turismo circulando normalmente por la carretera. Esto quedó regulado a partir de la nota técnica emitida por la Dirección General de Carreteras sobre la Armonización de los perfilómetros láser de alto rendimiento para la obtención del IRI, en febrero 2010. Hasta entonces no existía regulación al respecto. Dicha nota dice: “La auscultación del perfil longitudinal se realizará sobre la/s línea/s representativas de cada rodada (derecha e izquierda) y aplicando un factor de corrección recogido en la tabla siguiente”.

En la tabla siguiente se muestran los factores que deben aplicarse a los diferentes equipos que realizaron el comparativo español anteriormente citado. Como puede observarse, el equipo que se utilizó para el estudio sobre la red catalana de carreteras coincide con un equipo patrón y por consiguiente no se le debe aplicar ningún coeficiente. Esta tabla tiene validez hasta que se realice otro comparativo de harmonización de esta tipología de equipos en 2010.

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Tabla 6.1: Equipos laser de alto rendimiento que participaron en la jornada de armonización.

En la siguiente tabla, recogida en la misma nota técnica, se muestra la ubicación aproximada de las líneas representativas que representan el eje de cada rodada

Figura 6.1.: Ubicación de las líneas representativas de las rodadas

93


Otro aspecto que queda abierto a diversas interpretaciones es el hecho de considerar, como valor representativo del IRI de un hectómetro, el valor medio del IRI entre las dos rodadas calculadas o considerar el peor de los valores entre la rodada izquierda y derecha. Debido a que el IRI es un parámetro estadístico, esta interpretación haría cambiar los resultados considerablemente.

La medida mediante perfilómetros láser debe realizarse sin cambios bruscos de velocidad. Habitualmente sucede que esto no se puede asegurar durante las medidas realizadas en carreteras en servicio, bien sea por circunstancias del tráfico o por características de la vía. Considero que debería hacerse mención a este aspecto y regular la forma de proceder al análisis de resultados por parte de los técnicos encargados de los ensayos de auscultación.

Por lo que se refiere a los umbrales de aceptación o rechazo de la regularidad superficial en suelos estabilizados in situ y en capas tratadas con cemento son muy restrictivos y, en un alto porcentaje de los casos, no se llegan a cumplir en este tipo de capas. Sin embargo, el no cumplir los valores de IRI en estas capas, no impide mejorar los valores de regularidad exigidos en la capa de rodadura en muchos casos, tal y como me ha indicado la experiencia. Se debe tener en cuenta que las capas tratadas con cemento, a pesar de que se hayan ejecutado correctamente en cuanto a regularidad superficial se refiere, tienen valores de IRI altos debido a las técnicas de prefisuración aplicadas en este tipo de capas, con juntas cada pocos metros, que hacen aumentar en gran medida los valores de IRI. Resulta razonable pensar que si ya partimos de una capa con un determinado nivel de regularidad superficial, la disposición de otra nueva capa que la cubra podrá al menos igualar o incluso mejorar las condiciones iniciales. Esto debería ser así, salvo que los procedimientos de ejecución o malas prácticas empeoren la situación.

Hay una puntualización que debería hacerse respecto a las curvas y la norma no hace alusión a este aspecto. En una curva se experimenta una variación de inclinación de la rasante y del peralte que hace que los valores de IRI, basados en el desplazamiento vertical de la amortiguación acumulado, queden de alguna manera alterados en esos puntos. Es decir, cuando tenemos una carretera de muchas curvas y evaluamos el perfil longitudinal se produce un pico coincidente con cada curva más o menos alto en función del radio de curvatura que se produce por el propio trazado y no por el estado de la capa de rodadura. Podemos encontrar una carretera recién construida que tenga valores bastante elevados por el mero hecho de tener un montón de curvas. En dichos puntos no significa que se pierda el confort o la regularidad, simplemente que se debe bajar la velocidad para adaptarse al trazado. Considero que se debería matizar o poder corregir los valores de IRI obtenidos en estas zonas teniendo en cuenta el radio de curvatura y el peralte.

94


Sucede algo similar al caso de las curvas con el tema de las rotondas. Como puede observarse en la figura 6.2, existen tres rotondas en esta sección de carretera, que corresponden a estos tres picos, los cuales se han excluido de la estadística. Destacar que el hecho de que una rotonda se tome más o menos cerrada hace que el pico obtenido pueda cambiar significativamente, como se observa en la tercera curva, situada a 200 metros del origen.

Figura 6.2. Gráfica que representa el valor de IRI medio cada metro y cada hectómetro donde se observan tres picos coincidentes con tres rotondas en el trazado de la carretera.

0

1

2

3

4

5

6

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

IRI cada 1m

IRI cada 100 m

IRI anterior cada 1m

IRI anterior cada 100m

95


6.2. Conclusiones

6.2.1 Conclusiones particulares relativas al estudio en la red catalana de carreteras

La dificultad para crear un modelo que reproduzca el comportamiento del Índice de Regularidad Internacional en una carretera dada radica en el hecho de que este indicador depende de una gran variedad de factores, de los cuales se desconoce el grado de afectación que tienen sobre el IRI.

La robustez, fiabilidad y cantidad de datos disponibles nos permitirá definir el grado de dependencia y la proporción con el IRI. Son sumamente importantes estos tres aspectos para extraer unas conclusiones coherentes y correctas. Por ese motivo, es imprescindible disponer de una buena base de datos. En nuestro caso, disponíamos de un conjunto de mediciones del parámetro de estudio realizadas desde el año 2003. Se han tenido que filtrar algunos valores groseros, asociados a una mala realización del ensayo o a una falta de información en cuanto a intervenciones de refuerzo, saneo, fresado…de esa carretera.

Un buen software nos permitirá ahorrar esfuerzos humanos y tiempo a partir de una buena configuración y siguiendo una buena metodología. En nuestro caso, tan sólo se disponían de los datos de auscultación tratados con el programa Profilograph y el programa Excel, que adaptado a nuestro caso nos ha permitido analizar la información y poder finalmente analizar las diferentes variables.

Se ha podido comprobar a nivel cuantitativo la clara dependencia entre el índice de Regularidad Internacional y el paso de ejes pesados por la carretera: a mayor cantidad de ejes, mayor será el incremento de IRI experimentado (para unos mismos espesores de firme y unas condiciones climáticas similares). Analizando las curvas obtenidas para cada categoría de tráfico en el estudio, todas ellas siendo de naturaleza exponencial, coinciden con las tendencias que usan algunos autores, aunque algo simplificadas. De las curvas obtenidas se observa que las exponenciales de tráfico mayor (T00, T0, T1) son más tendidas (tienden a la horizontal) que las de categoría inferior (T2 y T3), tal vez debido al tipo de firme.

Deberían conocerse más datos con respecto a la estructura del firme, los espesores de cada una de las subcapas que lo configuran, para poder analizar mejor esta variable, poder cuantificarla y no quedarnos tan sólo en la valoración cualitativa, con cierta incertidumbre por la desconfianza en los datos. Del mismo modo, para el caso de la precipitación acumulada en aquella carretera. Sería ideal disponer de estaciones meteorológicas cercanas a las carreteras para poder determinar con exactitud la cantidad de lluvia que ha caído y la influencia que ello conlleva en el mantenimiento de la regularidad.

96


La determinación de la variable IRI en el momento en que finaliza la obra (IRI0) es esencial para saber la evolución que experimentará la regularidad. Es decir, si tenemos una carretera que tiene un IRI01 = 0,9 dm / hm / año experimentará una variación menor de este indicador a lo largo del tiempo que si la comparamos con otra que tenga un IRI02 = 2 dm / hm / año. Esta última se deteriorará antes y las irregularidades que ya se observan al final de obra se propagarán con mayor rapidez. En resumen, valores iniciales elevados de IRI a final de obra generan unos costes mayores de conservación y mantenimiento, cosa que debemos evitar con el fin de mantener unos buenos niveles de servicio para los usuarios. Una buena opción para continuar con esta investigación sería analizar otras variables que podrían ser cuantificadas con cierta facilidad, englobadas dentro de las características estructurales del firme, que se pueden resumir en degradaciones superficiales y deflexiones. Con estos datos se podría verificar naturalezas del firme, por ejemplo. Hay algunas teorías que relacionan IRI y deflexiones ya que, a pesar de que una atiende a características a nivel superficial y la otra es a nivel de estructura, existe una conexión directa entre ambas.

6.2.2. Conclusiones generales relativas al Índice de Regularidad Internacional

La regularidad superficial de un pavimento es una de las características funcionales más importantes. La falta de ella afecta a la comodidad del usuario e influye en el vehículo produciendo un desgaste mecánico anormal, un mayor consumo de combustible y, por último, afecta a la vida útil del firme y a los costes de conservación del mismo. En obras de nueva construcción es sencillo lograr los valores mínimos del IRI exigidos, pudiendo mejorarse sensiblemente, para ello es muy importante controlar la regularidad superficial de cada una de las capas que se van construyendo. En las obras de refuerzo de firmes existentes, es imprescindible medir la regularidad superficial (IRI) del firme existente y, en función del espesor a construir, establecer un valor mínimo de dicho IRI, que si no se cumple, deberán realizarse trabajos previos (microfresado, regularización, etc.) que permitan alcanzar ese valor mínimo en la capa a reforzar. La homogeneidad de la mezcla bituminosa a utilizar, tanto en su granulometría como en la temperatura, es determinante para conseguir una buena puesta en obra y regularidad superficial. Como consecuencia de los beneficios y economías que obtiene la Sociedad, por disponer de una buena regularidad superficial de los pavimentos (mayor duración, menor accidentalidad, menores costes de conservación del firme y mantenimiento de los vehículos, etc), se debería bonificar al constructor cuando se consiguen valores inferiores a los mínimos exigidos, igual que se está penalizando cuando no se alcanzan dichos valores mínimos del IRI.

97


El IRI es un parámetro estadístico que se puede calcular en base a cualquier longitud que se desee. Es importante, sin embargo, tener claro cuál ha sido la distancia acumulada para obtener el IRI medio. Para realizar un análisis adecuado es necesario establecer una longitud tal que, por ejemplo, no esconda valores de irregularidad y los suavice debido al efecto de promediar un tramo largo y heterogéneo.

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99

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�27� Crespo del Río, R. “Variación del IRI según la longitud de evaluación”. AEPO Ingenieros Consultores.

100

ANEJOS:

ANEJO A: PG3. PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TÉCNICAS GENERALESPARA OBRAS DE CARRETERAS Y PUENTES

A.1. ÍNDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL (IRI) (dm/hm) PARA FIRMES DE NUEVA CONSTRUCCIÓN:

% de hectómetros

medidos

Tipo de capa

Capa de rodadura e intermedia

Otras capas bituminosas

Tipo de vía

Calzadas de autopista y

autovía

Resto de vías

50 IRI < 1,5 IRI < 1,5 IRI < 2,0

80 IRI < 1,8 IRI < 2,0 IRI < 2,5

100 IRI < 2,0 IRI < 2,5 IRI < 3,0

Tabla 542.14 del PG-3

A.2. ÍNDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL (IRI) (dm/hm) PARA FIRMES

REHABILITADOS ESTRUCTURALMENTE:

% de hectómetros

medidos

Tipo de vía

Calzadas de autopistas Resto de vías

y autovías

Espesor de recrecimiento ( e) cm

e > 10 e ≤ 10 e > 10 e ≤ 10

50 IRI < 1,5 IRI < 1,5 IRI < 1,5 IRI < 2,0

80 IRI < 1,8 IRI < 2,0 IRI < 2,0 IRI < 2,5

100 IRI < 2,0 IRI < 2,5 IRI < 2,5 IRI < 3,0


101

Anejos

A.3. ÍNDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL (IRI) (dm/hm) PARA CAPAS DE

SUELO ESTABILIZADO IN SITU PARA LA FORMACIÓN DE LA EXPLANADA E3 EN

CATEGORÍAS DE TRÁFICO PESADO T00 A T0:

% de hectómetros

medidos IRI (dm/hm)

50 IRI < 3,0

80 IRI < 4,0

100 IRI < 5,0


A.4. ÍNDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL (IRI) (dm/hm) PARA CAPAS DE

ZAHORRA ARTIFICIAL:

% de hectómetros

medidos

Espesor total de las capas superiores (cm)

e ≥ 20 10 < e < 20 e ≤ 10

50 IRI < 3,0 IRI < 2,5 IRI < 2,5

80 IRI < 4,0 IRI < 3,5 IRI < 3,5

100 IRI < 5,0 IRI < 4,5 IRI < 4,0


A.5. ÍNDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL (IRI) (dm/hm) PARA CAPAS TRATADAS CON CEMENTO (SUELOCEMENTO Y GRAVACEMENTO):

% de hectómetros

medidos

Categoría de tráfico pesado y posición relativa de la capa

T00 a T2

T3, T4 i arcenes

1a capa bajo mezcla bituminosa

2a capa bajo mezcla bituminosa

50 IRI < 2,5 IRI < 3,0 IRI < 3,0

80 IRI < 3,0 IRI < 3,5 IRI < 3,5

100 IRI < 3,5 IRI < 4,0 IRI < 4,0


102

Anejos

ANEJO B: NORMATIVA NLT-330/98

CÁLCULO DEL ÍNDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL PARA FIRMES DE CARRETERAS

B.1. Objeto y campo de aplicación

Esta norma define el procedimiento que debe seguirse para el cálculo de regularidad internacional (IRI) en un tramo de carretera de perfil longitudinal conocido.

El IRI es un valor promedio sobre una longitud L. Los valores de IRI dependen del valor elegido para L. Para el cálculo normalizado de los valores de IRI se utilizará como longitud L el hectómetro.

El IRI se puede emplear en Sistemas de Gestión de Firmes para la conservación de pavimentos, en donde se evalúa la regularidad superficial de grandes redes de carretera, o como elemento de control de superficial de obras de pavimentación.

El método que se describe a continuación tiene aplicación cuando se conocen los perfiles longitudinales de la carretera definidos por sus cotas a intervalos de longitud constante.

B.2. Definición

Para definir el IRI se emplea un modelo matemático que simula la suspensión y masas de la cuarta parte de un vehículo tipificado que circula a 80 Km / h por el tramo de carretera que se pretende evaluar.

Los parámetros que definen las masas, las rigideces y amortiguaciones de este vehículo, se presentan en la figura 1.

Para calcular el IRI es necesario conocer el perfil longitudinal de la carretera definido por sus cotas en intervalos, ∆x, de longitud constante. El intervalo de medida no será inferior a 10 mm ni superior a 300 mm. Si el intervalo fuese inferior a 250 mm, para que represente el acoplamiento que realmente sufriría la rueda sobre el pavimento, se debe suavizar obteniendo su medida móvil por segmentos de 250 mm.

Siendo u y v los desplazamientos verticales de las masas no suspendida y suspendida respectivamente, con relación a su posición inicial, se define el IRI como:

∑ ∆−∆= vuL

IRI1

(1)

103

Anejos

Donde L es la longitud de valoración del IRI ( en todo lo que sigue se considera L=100m ). Se puede, por tanto, definir el IRI como el desplazamiento acumulado en valor absoluto de la masa superior con respecto a la inferior, dividido por la distancia recorrida.

Siendo ∆x el intervalo fijado y “n” el número de intervalos recorridos, se tiene:

xnL ∆∗=

Si se define:

x

v

x

uRS

∆∆−

∆∆= (2)

Se obtiene sustituyendo en (1):

∑= RSn

IRI1

(3)

El IRI es una unidad adimensional como se deduce en (1). Sin embargo, para facilitar su manejo y evitar números decimales extremadamente pequeños, se multiplicará por 1000 y se expresará en dm/hm.

B.3. Fundamento y cálculo

La ecuaciones diferenciales que expresan el movimiento de las masas suspendida y no suspendida son:

( ) ( )

( ) 0

0

112

222

=−++=−+−+

yukumvm

uvkuvcvm

&&&&

&&&&&& (4)

Siendo 1m , 2m , 1k , 2k y 2c las constantes del cuarto de coche de la figura anterior.

“y” es la cota del perfil recorrido según la experimenta la rueda del vehículo (perfil suavizado).

La derivadas u& , v& , u&& y v&& lo son respecto al tiempo.

Si el perfil se define por una serie de cotas e intervalos de longitud constante, una vez resulto el sistema de ecuaciones diferenciales anterior, los movimientos de las masas del cuarto de coche quedan definidos mediante el siguiente sistema de ecuaciones recurrentes:

104

Anejos

yPZSZSZSZSZ iiiii ′⋅++++= −−−− 11,4141,3131,2121,111,1



yPZSZSZSZSZ iiiii ′⋅++++= −−−− 41,4441,3431,2421,141,4 (5)

Donde:

xvZ i ∆

∆=,1 para una posición i

xvZ i ∆

∆=,1 para una posición i

( ) xyyy ii ∆−=′ − /1

ijS y iP son constantes que vienen fijadas por el tiempo necesario para que el cuarto

de coche recorra el intervalo ∆x a la velocidad de 80 Km / h.

Mediante este sistema de ecuaciones recurrentes, se conoce en cualquier punto las posiciones “u” y “v” de las masas de cuarto coche, si se conoce la posición de las masas en el punto anterior.

Si no se conocen las condiciones iniciales del sistema se tomarán las siguientes:

( ) 11/00,30,1 yyZZ −== ∗

00,40,2 == ZZ (6)

Siendo y* la cota del punto del perfil situado a 11 m del inicio e y0 la cota inicial ( punto i=0).

Conocidas las condiciones iniciales, se puede calcular para cada punto, i, del perfil, su correspondiente valor RSi.

iii ZZRS ,1,3 −=

B.4. Cálculo del IRI en un hectómetro

Conocidos los valores RSi de un tramo de carretera, el valor de IRI de un hectómetro cualquiera sería:

iRS

nIRI ∑= 1

en el que xn ∆= 100

105

Anejos

En el apartado 7 se incluye el listado de un programa que permite el cálculo de IRI. No obstante, podrían utilizarse otros programas de cálculo, siempre que los resultados no difieran de los obtenidos con el programa del apartado 7 en más de 0,05 dm / hm.

B.5. Presentación de resultados

En cada hectómetro se dará la abcisa de su punto inicial y, a continuación, el resultado del IRI expresado en dm / hm con aproximación de 1 décima.

Nota: Al ensayar un tramo de carretera se dividirá éste en hectómetros, iniciando una nueva división en cada uno de los hitos kilométricos.

Si la distancia entre los hitos es diferente de 1000 m, por lo que entre cada dos hitos existe un número entero de hectómetros y un tramo sobrante de longitud inferior a 100 m, pueden ocurrir dos casos, según que la longitud de este tramo sobrante sea:

a) Menor de 50 m.

En este caso el tramo sobrante se añadirá al hectómetro inmediato anterior, y se calculará el IRI del tramo total tal como se indica en la nota del apartado 7. Además del valor del IRI, al dar el resultado se indicará la longitud del tramo.

b) Mayor o igual a 50 m.

En este caso se calculará el IRI del tramo sobrante tal como indica la nota del apartado 7; y al expresar el resulktado, junto con el valor del IRI se indicará la longitud de este tramo.

Cuando se trate de calcular los pocentajes de tramos hectométricos cuyos valores de IRI son inferiores a ciertos umbrales dados, los tramos a) y b) se ponderarán con un factor igual a su longitud, expresada en metros, dividida por 100.

B.6. Referencias

World Bank Technical Paper Number 45. The International Roughness Experiment. Establishing Correlation and a Calibration Standard for Measurements.

World Bank Technical Paper Number 46. Guidelines for Conducting and Calibrating Road Roughness Measurements.

106

Anejos

ANEJO C: NORMATIVA NLT-331/98

MEDIDA DE LA REGULARIDAD SUPERFICIAL CON UN PERFILÓMETRO PIVOTANTE DE ALTA PRECISIÓN

C.1. Objeto y campo de aplicación

Esta norma describe la obtención de perfiles en carreteras utilizando un perfilómetro pivotante de alta precisión con una distancia fija entre los pies o puntos de contacto con la superficie.

Podrán obtenerse perfiles de líneas cuya traza haya sido previamente marcada sobre el pavimento. A partir de los perfiles pueden calcularse los distintos índices de evaluación de la regularidad superficial.

C.2. Aparato material necesario

C.2.1. Descripción

El perfilómetro pivotante de alta precisión consiste en una carcasa o caja en cuyo interior va situado un inclinómetro con su correspondiente equipo electrónico y las baterías que proporcionan energía la sistema. El aparato mide la diferencia de cotas entre dos puntos separados por una distancia fija, que es la que hay entre los pies o puntos de contacto con el pavimento. En la parte superior de la caja existen dos pantallas electrónicas, una a cada lado, que muestran la diferencia de cotas que se obtienen en cada momento.

La carcasa tiene en su parte inferior dos pies que constituyen sus puntos de apoyo sobre la superficie del pavimento. La unión de los pies a la carcasa es del tipo rótula, permitiendo el giro el giro del conjunto sobre cada uno de ellos. Estos pies consisten en una placa circular que tiene una superficie de alto rozamiento La distancia entre los pies es de 25 cm.

A la parte superior de la carcasa va sujeto un mango o bastón que permite el manejo del aparato.

Sujeta a dicho bastón, y en conexión con la carcasa, va una calculadora o un ordenador portátil que almacena los datos tomados por el equipo.

C.2.2. Precisión

C.2.2.1. Resolución: 0,1 mm

C.2.2.2. Repetibilidad: Colocado el perfilómetro sobre una superficie de control, y repetida la medida en la misma posición, la desviación típica de las medidas deberá ser menor que 0,1 mm.

C.2.2.3. Sesgo. Colocado el perfilómetro sobre una superficie de control, y repetida la medida en la misma posición, la diferencia entre el valor correcto conocido de la medida y la media de todas las medidas será menor de 0,1 mm.

107

Anejos

C.2.3. Material auxiliar

- Cinta métrica

- Cordel (para marcar líneas rectas sobre el pavimento)

- Lápiz marcador o tiza (para marcar líneas sobre el pavimento)

- Hojas de datos (para uso en modo manual).

- Registrador de cinta magnética ( opcional, para registro de voz en modo manual) .

- Ordenador para efectuar los cálculos del perfil.

- Equipo y programas informáticos para obtener un perfil a partir de las diferencias de cotas medidas por el perfilómetro.

C.3. Procedimiento de ensayo

C.3.1.Modos de actuación

Existen tres modos para efectuar un ensayo:

o Tomando los datos a lo largo de una línea abierta, es decir, cuyo punto final es distinto que el inicial. En este caso no se puede calcular el error acumulado en la medición.

o Tomando los datos a lo largo de una línea abierta, en la que se conocen las cotas de sus extremos. En este caso, sí que se puede calcular el error acumulado.

o Tomando los datos a lo largo de una línea cerrada, es decir, en la que coinciden el punto inicial y el final. En este caso también puede calcularse el error acumulado a lo largo de la línea.

Nota 1 : cuando se efectúe el ensayo a lo largo de una línea cerrada conviene disponer el tramo inicial sobre una de las rodadas y el tramo de retorno sobre la rodada contigua, para disponer así del perfil de ambas rodadas.

C.3.2. Marca de la línea sobre el pavimento

Previamente a efectuar la medición, se marcarán sobre la superficie de ensayo las líneas cuyo perfil se desea obtener. Dichas líneas podrán pintarse con tiza o lápiz marcador, o señalarse extendiendo un cordel tenso a lo largo de la línea de medida o mediante cualquier otro procedimiento.

Si se desea conocer el error acumulado en la medición, se marcarán líneas cerradas sobre la superficie del pavimento. Para conseguir que el punto final coincida exactamente con el inicial, se trazará una circunferencia con centro en el punto inicial y radio igual a la distancia fija de separación entre los pies. En el

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penúltimo paso, se hará que el pie delantero pise dicha circunferencia, con lo que en el siguiente paso se conseguirá el objetivo perseguido.

C.3.3. Puesta en marcha

Conviene que el sistema funcione durante unos cuatro minutos antes de comenzar a tomar datos o poner el equipo a cero.

C.3.4. Puesta a cero

Cada vez que vaya a utilizarse el equipo, deberá realizarse su puesta a cero. El objeto de ponerlo a cero es el de ajustarlo de manera que proporcione idénticas diferencias de cotas entre dos puntos de una determinada posición, y en otra obtenida intercambiando los dos pies mediante un giro de 180 º.

C.3.5. Toma de datos

Colocado el aparato con uno de sus pies sobre el punto inicial y el otro sobre la línea cuyo perfil se desea hallar, se obtendrá el primer dato de diferencia de cota entre los dos puntos de contacto con la superficie. A continuación, se gira el aparato 180 º alrededor del pie delantero, de tal manera que el otro pase a ser el nuevo pie delantero, y se va repitiendo el giro sucesivamente. De esta forma el aparato se va moviendo a lo largo de la línea previamente marcada sobre el pavimento.

Los datos se van almacenando en la calculadora u ordenador portátil. En el caso de carecer de este elemento, los datos se van leyendo en la ventana superior delantera de la carcasa y anotando a mano en una hoja, o grabando a través de la voz en una cinta magnética.

Los datos pueden obtenerse de dos maneras distintas:

a) Automáticamente: El propio aparato determina cúal es el momento de efectuar la lectura del dato o diferencia de cotas, sin intervención del operador.

b) Semiautomática: En esta modalidad existe un disparador que, pulsado por el operador, acelera la lectura del dato correspondiente.

C.3.6. Cálculo de las cotas del perfil

La cota del punto inicial puede ser conocida o asignársele un valor arbitrario. A continuación, se van sumando ordenadamente las diferencias de cotas tomadas por el aparato, para obtener todas las cotas del perfil correspondiente a la línea ensayada.

En los modos de actuación 2.1.2. y 3.1.3 puede calcularse el error de cierre restando la cota del punto inicial de la del punto final. Asumiendo que el error se debe a múltiples errores sistemáticos, iguales en cada paso de medida, se divide proporcionalmente el error producido en cada una de las lecturas. Restando, a continuación, éste último error de todas las cotas, exceptuando la del punto inicial, se obtienen la scotas corregidas.

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Nota 2 : Cabe señalar que, cuando se gira el perfilómetro para tomar el siguiente dato, se produce un error debido a la interacción entre los pies del perfilómetro y el pavimento. Este fenómeno se debe al hecho de que el aparato gira siempre alrededor del pie que queda en la posición atrasada cuando se toma el dato. La superficie de contacto de dicho pie se acomoda al pavimento antes de que se tome el dato, lo que no ocurre cuando el pie ocupa la posición delantera. El resultado es un error positivo en cada paso, lo cual produce un perfil situado por encima del perfil real. Dicho error es del orden de 0,025 mm a 0,05 mm en cada paso, y aunque produce un efecto acumulativo en las cotas del perfil, no incluye en el cálculo su regularidad.

C.4. Resultados

Las cotas se darán con una aproximación de 0,1 mm.

Dado que los intervalos entre puntos son constantes, e iguales a la separación de los pies del perfilómetro, para la definición del perfil bastará con dar las cotas de cada punto en su orden secuencial, empezando en el punto inicial y terminando por el final.

Se deberá especificar cúal de los modos citados en 3.1 ha sido utilizado.

Una vez obtenido el perfil deseado, aplicando los algoritmos correspondientes, pueden calcularse diferentes índices de valuación de la regularidad superficial. En el caso concreto de desear obtener el índice de regularidad Internacional (IRI), es de aplicación la Norma NLT-330/98.

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ANEJO D: NORMATIVA NLT-334/98

MEDIDA DE LA IRREGULARIDAD SUPERFICIAL DE UN PAVIMENTO MEDIANTE LA REGLA DE 3 METROS, ESTÁTICA O RODANTE

D.1. Objeto, fundamento y campo de aplicación

Esta norma de ensayo describe el procedimiento que debe seguirse para la medida de las irregularidades superficiales de los pavimentos de carreteras. La conformidad dentro de los límites especificados para la irregularidad es fundamental en la valoración de la calidad de un pavimento nuevo. Las irregularidades en una superficie pueden causar variaciones importantes en la carga dinámica de la rueda, impedir el drenaje del agua de la superficie, en detrimento de la durabilidad de la carretera, en influir adversamente en la conducción del vehículo, seguridad, gastos, circulación, y confortabilidad.

Esta norma describe dos procedimientos y dos aparatos para medir la irregularidad de la superficie de un pavimento. El primero, A, es la regla estática de 3 metros; el segundo, B, es la regla rodante de 3 metros. Ambos procedimientos son semejantes y su diferencia principal estriba en la posibilidad de realizar las medidas de forma discreta y lenta (regla estática) o continua y rápida (regla rodante).

Los valores y resultados obtenidos por cualquiera de los dos aparatos referidos, representan una característica determinada con estos procedimientos y no tienen por qué ser proporcionales o similares a los determinados con otros equipos o métodos.

Las irregularidades superficiales son por naturaleza aleatorias; consecuentemente no se especifica un método rutinario para el muestreo.

D.2. Definiciones

Para el uso de esta norma de ensayo se definen los siguientes términos:

Irregularidad: Distancia máxima desde una superficie hasta el borde de medida de la regla de tres metros, en la zona existente entre dos puntos de contacto de la rueda colocada perpendicularmente a la superficie.

Pavimento: Estructura formada por una o más capas para facilitar el tráfico de vehículos sobre el terreno.

Capa: Cada elemento estructural del pavimento colocado en una sola operación.

Superficie: Superficie de una determinada capa.

Capa de rodadura: Capa superior de un pavimento que está en contacto con el tráfico.

Detrito: Material suelto en la superficie.

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D.3. Seguridad

Cuando se realizan ensayos de campo, el equipo y el operario invaden un área de la carretera obstruyendo el tráfico. Se tomarán, por tanto, las medidas adecuadas de seguridad para conseguir una zona de trabajo segura, conforme a los reglamentos en rigor.

D.4. Aparatos y material necesario

D.4.1. Regla estática

Regla estática: Para medir la distancia a la superficie desde el plano del borde de medida de la regla. Este borde de medida será inequívocamente identificable. La regla tendrá (3000 ± 1 ��) de longitud y estará construida rígidamente de forma que, suspendida de sus extremos, su borde de medida no se desviará de su verdadero plano en más de ±0,5 �� en cualquier punto. La regla será recta también en toda su longitud y no se desviará de esta condición en más de 1,5 mm. El ancho horizontal del borde de medida será de (25 ± 1 ��).

Cuña calibrada: Para medir las irregularidades. Estará construida rígidamente y tendrá (300 ± 1 ��).de largo y (25 ± 1 ��).de ancho. Dispondrá de marcas permanentes grabadas en su plano inclinado, cada 1 mm, de forma que su altura verdadera venga definida por una tolerancia máxima de ±1 �� en cada una de las marcas.

Tanto la regla como la cuña calibrada se marcarán de forma indeleble con una misma y única referencia, para que su uso sea siempre conjunto.

D.4.2. Regla rodante de 3 metros

El aparato, como ilustra la siguiente figura, consiste en una viga rígida (flecha inferior a 200�), apoyada en dos ruedas, una en cada extremo, cuya distancia entre ejes es de (3000 ± 1 ��). En el punto medio se dispone una rueda de medida que se puede desplazar vertical y libremente y a la que se acopla un dispositivo para medir aquellos desplazamientos en un recorrido de ±30 �� con una precisión de, como mínimo, ±1 �� .El sistema de lectura podrá ser gráfico o digital. También podrá adaptarse un mecanismo provisto de unos indicadores luminosos que se enciendan cuando la medida supere unos límites que se establezcan previamente según la especificación aplicable. En el extremo posterior el aparato dispone de un manillar con dos brazos para conducirlo. Una de las ruedas extremas, preferiblemente la delantera tendrá un eje de giro vertical que permita guiar el aparato mediante un cable con mando accionado desde el manillar.

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Figura. Regla rodante de 3 metros.

D.4.3. Material auxiliar

Calibrador, cinta métrica de 25 metros, pintura y pincel, señales de tráfico adecuadas según la normativa vigente.

D.5. Procedimiento

D.5.1. Regla estática

La zona en que se va a realizar la medida se limpia de detrito o de cualquier elemento suelto ajeno a la carretera.

Se coloca la regla sobre la superficie y perpendicular a ésta. Esto se puede hacer en cualquier dirección, paralela o transversalmente al sentido de la circulación. La regla se desplaza sobre la superficie del pavimento para determinar la irregularidad máxima en la zona que se ensaya (ver Nota 1).

Nota 1: Este procedimiento se puede utilizar para medir la profundidad de las rodadas formadas en las carreteras que estén en servicio.

Situada la regla en el punto de medida se coloca la cuña calibrada sobre la superficie con un contacto firme. La cuña estará perpendicular al borde de medida de la regla. La medida se hará por ambos lados de la regla entre los dos puntos de contacto entre ésta y la superficie del pavimento.

Se determina la distancia, entre el borde de medida de la regla y la superficie, insertando la cuña en el huelgo formado por aquellas y leyendo el valor de esta distancia en la escala grabada en el plano oblicuo de la cuña. E realizan las medidas necesarias para determinar, en cada posición de la regla, la distancia mayor entre ésta y la superficie de pavimento. Esta distancia definirá la irregularidad en esa zona o punto de ensayo.

Las medidas se realizarán con aproximación de ±1 �� .

En superficies de pavimentos recién construidos los requisitos para la especificación sobre la irregularidad se entenderán para los ensayos realizados antes de la apertura al tráfico y tan pronto como sea posible después de

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colocada la capa. Si estas circunstancias no son las del ensayo se deben recoger en el informe junto con los resultados.

D.5.2. Regla rodante

Comprobación en laboratorio: En el laboratorio se sitúa el aparato sobre la superficie perfectamente plana, que puede ser una regla de más de 3 metros de longitud. Se mide con un calibrador la distancia mínima entre la parte superior de la rueda de medida y la parte inferior de la regla. Se anota ese valor. Se miden igualmente cuatro o más radios de cada rueda, simétricamente distribuidos en su circunferencia. Estas medidas deben diferir entre menos de 1 mm para cada rueda. Si las longitudes de dos cualesquiera de los radios medidos difieren en 1 mm o más, se debe corregir la periferia circular de la rueda, mecanizándola o sustituyéndola por otra que cumpla las condiciones antes referidas. Se anota el radio medio de la rueda de medida.

Se comprueba finalmente que el valor señalado por el dispositivo de lectura (gráfico, digital, etc) de la medida se corresponde justamente con los desplazamientos verticales de la rueda de medida. Para esta comprobación se utiliza el calibrador.

Preparación en campo: En la zona o área para ensayo, con el aparato en posición de medida, sobre la superficie del pavimento, se mide la mínima distancia entre la parte superior de la rueda de medida y el plano inferior de la regla, y se verifica que la diferencia entre esta medida y la anotada en el laboratorio es igual a la indicada por el dispositivo de lectura. Si estas lecturas fuesen distintas, se corregirá tal lectura mediante el ajuste que para tal fin tiene la varilla de transmisión rueda-dispositivo de lectura; si se trata de registro gráfico, se coloca la plumilla de modo que sobre el papel marque la lectura correctamente. Si la regla dispone de indicadores luminosos, se fijan sus contactos de forma que se enciendan cuando las irregularidades medidas en la superficie del pavimento sobrepasan los límites que establezca, en cada caso, El Pliego de Condiciones.

- Situación de las medidas: Se debe efectuar una inspección previa del tramo o tramos del pavimento que se va a ensayar. Si es posible se obtendrán los planos de trazado definitivo de los tramos, sobre los que se anotan en su lugar los siguientes datos o circunstancias.

- Origen y fin del tramo para ensayo; se marcan en la calzada, en el arcén o en una referencia fija muy visible.

- Los puntos quilométricos y las distancias de éstos a las referencias fijas. - Las referencias fijas existentes fuera de la calzada y visibles desde un vehículo

en marcha lenta circulando por la calzada. - Las zonas de tráfico conflictivo o de falta de visibilidad, en los que se

aumentará la señalización pertinente para los conductores o se desviará el tráfico.

Se tomará como mínimo una línea o perfil en el carril derecho por cada sentido de circulación. Los perfiles se pueden situar a 1 m y a 2,5 m del borde derecho

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del carril, en el sentido de circulación, para achos de carril de 3,5 m o más y a 0,8 m y 2,3m en los casos restantes.

Se sitúa la regla en sentido de marcha en la línea y punto señalado para el comienzo de las medidas. Se anota la situación (distancias) de éste respecto a las referencias fijas. En caso de disponer de registro gráfico se marca sobre él esta situación.

El examen de las irregularidades de la superficie de un pavimento se puede realizar con dos criterios distintos:

- Registro de defectos: Se anotan los puntos y zonas en los que la medida dada por la regla supera a la establecida según la especificación aplicable. Si el aparato dispone de registro gráfico no es necesario efectuar estas anotaciones, pero sí marcar en éste los pasos por las referencias fijas. Sobre el pavimento se marcan con pintura los puntos y zonas con estas irregularidades a efectos del control de construcción.

- Método estadístico: Se anotan las medidas de irregularidad máximas (positivas y negativas) obtenidas con la regla en tramos de longitud prefijada, por ejemplo, 10 m, consecutivamente. Si el aparato dispone de registro gráfico no es necesario efectuar estas anotaciones, pero sí marcar en éste los pasos por las referencias fijas. Este criterio es el que se utiliza para el estudio o control del estado general de tramos de carretera y de la evolución de la regularidad superficial en los pavimentos en servicio. No es necesario, por tanto, marcar estos puntos con pintura. (…)

D.7. Correspondencia con otras normas

EN wi 00227-506 (April 1995) “Single irregularity measurement of pavement surface course(s). the straightedge Test”.

La parte de la norma que refiere al método empleado la regla rodante de 3 metros se ha redactado según los estudios y experiencias realizados al respecto en el Centro de Estudios de Carreteras (CEDEX).

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