Medición de Rugosidad
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CCoonnssuullttoorr Estudio Definitivo de Mantenimiento Periódico de la Red Vial Nacional, Sector : Sullana - Aguas Verdes CONSORCIO SULLANA MEDICION DE LA RUGOSIDAD Un método para la determinación de la rugosidad del camino es aquel que se obtiene con un instrumento tipo respuesta el cual va montado en un vehículo, el instrumento ampliamente empleado en nuestro país es el Bump Integrator. Los sistemas RTRRM (Sistema de medida de rugosidad tipo respuesta) registran los desplazamientos acumulativos del eje posterior posterior de vehículo, inducido por la irregularidad del camino. El sistema esta constituido por: un vehículo con eje posterior transversal sólido instalado con el equipo Bump Integrator, capaz de registrar el movimiento del eje posterior mientras se desplaza por la carretera; así como un Contador que registra las cuentas en unidades de medida. Este instrumento registra la dislocación del chasis del vehículo con respecto al eje trasero en una distancia determinada, expresada por lo general en términos counts / km o m/km. Puesto que cada vehículo responde de modo diferente a la rugosidad debido a su propio sistema de suspensión y como es sabido éste cambia en un cierto plazo por el desgaste, es necesario calibrar el vehículo contra una medida estándar de la rugosidad. Es también necesario seguir ciertos principios para conducir el examen y así asegurarse de que los resultados sean válidos. Un instrumento bien calibrado de la rugosidad que funciona correctamente dará datos exactos y reproductivos a un costo muy bajo. Sin embargo, un instrumento mal calibrado dará no solamente datos cuestionables, sino se puede conducir a decisiones incorrectas. Para la determinación de la rugosidad se siguió el Siguiente procedimiento - El tramo a controlar se dividió en sectores homogéneos según el siguiente criterio: Intervalos cuya dispersión máxima no supere el 15% Se tomará el criterio más restrictivo. La determinación de la dispersión se obtuvo mediante la siguiente fórmula: Dispersión = / 15% = Xi (valor promedio) Donde: n = Xi2 - n2 ( Desviación estándar) (n – 1) - La velocidad de operación del vehículo para operar el Bump Integrator fue de 30 Km/h. La presión neumática, tanto en las Pistas de Calibración como en la Evaluación propiamente dicha, en las cuatro ruedas fueron de 30 lb/pulg². - Se registró las mediciones de rugosidad cada 300 m. en cada carril de transito. - En cada sector evaluado se indicó los límites de los cruces urbanos o poblados, sin perjuicio de efectuar las mediciones en estos sectores. Así también se registraron a aquellos obstáculos que de forma alguna influyen en la determinación de la Rugosidad, así como tachas delineadoras, rompe muelles, accesos a puentes, badenes, baches, interrupciones de la vía por pérdida del pavimento, etc. CCoonnssuullttoorr Estudio Definitivo de Mantenimiento Periódico de la Red Vial Nacional, Sector : Sullana - Aguas Verdes CONSORCIO SULLANA - Con las mediciones obtenidas por carril se calculó el IRI promedio (IRI p) y la desviación estándar () de cada sección homogénea del tramo. Posteriormente se agrupó las medidas de ambos carriles determinándose el IRI promedio (IRI p) representativos. - las mediciones fueron graficadas en el plano de Evaluación de Pavimentos, (ver Planos adjuntos). Pistas de Calibración Para el procedimiento de calibración del Rugosímetro del tipo respuesta se han seguido los siguientes pasos: 1.- Se eligió secciones de calibración, cuya condición de Bueno, Regular y Malo en términos de confort (Serviciabilidad), puedan originar una correlación entre las lecturas obtenidas en el Display del Bump Integrator. 2.- Siguiendo los términos de Referencia, cada sección evaluada fue de 300 m. de longitud, de condición superficial homogénea. 3.- El inicio y el fin de cada sección fue claramente identificada con una marcas en el pavimento. 4.- Se efectuó la medición del perfil longitudinal, a lo largo de cada huella del vehículo a intervalos de 0.50 m. 5.- Con fines de obtener la nivelación topográfica de cada huella, fueron designadas con la siguiente nomenclatura: N° de Pista Carril Izquierdo 01 Derecho Huella externa interna interna externa Nomenclatura 1–A 1–B 1–C 1-D 6.- Se estableció un BM en cada sección y se niveló con un nivel Topográfico. 7.- Se efectuó la simulación matemática del perfil longitudinal de la sección de calibración, por cada huella del carril en la sección de calibración, luego se obtuvo el IRI promedio de ambas huellas que será el valor representativo del carril en la sección de calibración. 8.- Para la obtención de la formula de correlación entre las lecturas del Bump Integrator y los valores de Rugosidad I.R.I. se empleó el procedimiento recomendado por el Banco Mundial en su boletín N° 046, respecto a la Calibración del Instrumento, empleando la nivelación topográfica para distancias de 0.50m, acorde con los términos de referencia. Las Pistas de calibración seleccionadas para obtener la ecuación de correlación son las siguientes: CCoonnssuullttoorr CONSORCIO SULLANA Pista Del Km Estudio Definitivo de Mantenimiento Periódico de la Red Vial Nacional, Sector : Sullana - Aguas Verdes Al Km N°01 1035 + 400 1035 + 700 N°02 1258 + 800 1259 + 100 N°03 1263 + 100 1263 + 400 Descripción de las Pistas de Calibración - Pista N°01 (1035 + 400 1035 + 700) Esta pista ha sido ubicada, considerándola como tramo en estado regular a malo. La topografía donde se ubica la primera pista de calibración es plana, con una pendiente promedio en los 300 metros de 6%, está ubicado en un tramo de curva. La condición superficial muestra un estado de deterioro considerado como malo, por contar con fisuras tipo piel de Cocodrilo y tratadas mediante un sellado. - Pista N°02 (1258 + 800 1259 + 100) Esta pista ha sido ubicada considerándola como tramo en estado de bueno a regular. La topografía de esta segunda pista de calibración es plana, ubicado en tramo en curva cuyo radio es bastante amplio del orden de los 700m. La condición superficial de esta pista está considerada como buena a regular, por existir fisuras tanto longitudinales como transversales parcialmente tratadas mediante un sellado. Si bien es cierto esta pista se encuentra sellada se tomó el criterio de considerarla en la obtención de la ecuación de Calibración, por que muestra una superficie homogénea, y porque el tramo en evaluación también cuenta con sectores que se encuentran en condiciones similares. Basados en que esta pista muestra un amplio radio de curvatura, se desestimo la influencia del peralte, por haberse evaluado a la velocidad de 30 Km/h. “Calibración para varios tipos de Superficie.- Dependiendo de la exactitud requerida de los datos de la calibración de la Rugosidad ligados a la técnica local de construcción de carreteras, podrán obtenerse correlaciones de calibración por separado, para diferentes tipos de superficie (por ejemplo; pavimentados y no – pavimentados)”*1/. Es necesario indicar que dentro de las superficies pavimentadas están considerados los tratamientos superficiales asfálticos, que por el acabado que se logra, ameritaría obtener otra fórmula de correlación. Para nuestro caso en particular se cuenta con una superficie a nivel de Carpeta Asfáltica en caliente, sobre la cual se han realizado trabajos de sellado, tratamientos de fisuras, y parchados, localizados todo esto a nivel de Mantenimiento. - Pista N°03 (1263 + 100 1263 + 400) Esta Pista de Calibración ha sido ubicada considerándola en estado bueno. Esta tercera pista de calibración se encuentra en Tangente. La condición superficial homogénea muestra escasas fisuraciones leves en la carpeta asfáltica en caliente. 1/ “GUIDELINES FOR CONDUCTING AND CALIBRATING ROAD ROUGHNESS MEASUREMENTS”_ World Bank Technical Paper Number N° 46; Item 4.2 Calibration of a RTRRMS; Page 51. ** CCoonnssuullttoorr Estudio Definitivo de Mantenimiento Periódico de la Red Vial Nacional, Sector : Sullana - Aguas Verdes CONSORCIO SULLANA Cuadro N° 01 Resumen de Características de las pistas de Calibración Ubicación Del Km Al Km Pista N° Radio (m.) 01 1035+400 1035+700 1406 02 1258+800 1259+100 706 03 1263+100 1263+400 Tangente Deflexión Peralte (%) Sobre ancho Estado Tipo de Superficie Carpeta Asfáltica + sello asfáltico Carpeta 43°22´10´´ 5 0.60 Regular Asfáltica + sello asfáltico Carpeta Tangente tangente tangente Bueno Asfáltica 46º51’20” 3 0.30 Malo Cálculo del IRI en las huellas de las pistas de Calibración - Ecuaciones El cálculo del IRI es obtenido por el cómputo de cuatro variables como función de la medida del perfil. (Estas variables simulan la respuesta dinámica de un vehículo de referencia que se desplaza sobre el perfil medido). Esta ecuación resuelve las cuatro variables para cada medida de elevación del perfil, excepto para el primer punto. El promedio del desnivel sobre los primeros 11 m (0.5 seg en 80 Km / h)es empleado para inicializar las variables por asignación de los siguientes valores: Z1´ = Z3´ = (Ya – Y1) / 11 ecuación N°01 Z2´ = Z4´ = 0 ecuación N°02 a = 11/dx + 1 ecuación N°03 Donde: Ya representa el aésimo punto de elevación del perfil Y1 es el primer punto, y dx es el intervalo de la muestra.(de modo que un intervalo de muestra de dx = 0.25m, la ecuación N°01 deberá usarse la diferencia entre el 45avo punto de elevación y el primer punto de elevación para establecer un desnivel inicial para el calculo del IRI) Las cuatro ecuaciones siguientes resuelven la elevación del punto para la primera elevación, desde 2 a “n” (n = número de medida de la elevación) Z1 = S11 * Z1´ Z2 = S21 * Z1´ Z3 = S31 * Z1´ Z4 = S41 * Z1´ + S12 * Z2´ + S13 * Z3´ + S22 * Z2´ + S23 * Z3´ + S32 * Z2´ + S33 * Z3´ + S42 * Z2´ + S43 * Z3´ + S14 * Z4´ + P1 * Y ’ + S24 * Z4´ + P2 * Y ’ + S34 * Z4´ + P3 * Y ’ + S44 * Z4´ + P4 * Y ’ ecuación N°04 ecuación N°05 ecuación N°06 ecuación N°07 Donde: Y’ = (Yi - Yi-1) / dx = desnivel de entrada. y Zi’ = Zj para la posición previa, j = 1,4 y ecuación N°08 ecuación N°09 CCoonnssuullttoorr Estudio Definitivo de Mantenimiento Periódico de la Red Vial Nacional, Sector : Sullana - Aguas Verdes CONSORCIO SULLANA Sij y Pj son coeficientes que están fijados para un intervalo de muestra, dx. Así las ecuaciones de la 04 a la 07 resuelven para cada elevación a través de la huella de la rueda. Después están son resueltas para una posición, la ecuación N° 09 es empleada para resetear (reiniciar)los valores de Z 1’, Z2’, Z3’, y Z4’ para la siguiente posición. También para cada posición, el desnivel rectificado (RS) del perfil filtrado es calculado como: RSi = l Z3 - Z1 l ecuación N°10 El IRI estadístico es el promedio de los valores RS sobre la longitud de la pista. De esta manera la ecuación anterior resuelve todos los puntos del perfil, y el IRI es calculado como. IRI = - n 1 RSi l Z3 - Z1 l n 1 i 2 ecuación N°11 Los resultados de la aplicación de las fórmulas precedentes son mostrados en las planillas adjuntas, (Determinación del IRI; Método del Nivel y Mira). Los IRIs obtenidos en cada huella se presentan en el cuadro resumen N° 03 INDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL I.R.I. “Calibración del Rugosímetro Bump Integrator” La Fórmula de correlación ha sido obtenida aplicando la regresión lineal, discriminando aquellos valores que hicieran dispersar los resultados, y es la siguiente: I.R.I. = 0.0008 x BI + 1.6138 Donde: I.R.I. BI Indice de Rugosidad Internacional Lectura en el display del instrumento (Bump Integrator) El Resumen de los Resultados de las mediciones realizadas, son Mostrados en el Cuadro N° 03 (Carril Izquierdo); Cuadro N° 04 (Carril Derecho), Cuadro N° 05 (Carril con mayor valor de Rugosidad) “Resultados de la Evaluación de la Rugosidad”. Indice de Rugosidad Internacional I.R.I. Recomendaciones: Sabemos que la Rugosidad corresponde a las alteraciones del perfil longitudinal del camino, a nivel de rasante, que provocan vibraciones en los vehículos que lo recorren. Es por esta razón que la medida de la rugosidad está íntimamente ligada a la medida del confort que experimenta un conductor que transita por una determinada vía. En tal sentido el IRI refleja la técnica y su evolución del comportamiento constructivo del camino, si fue buena, regular, o mala desde el inicio de su puesta en servicio. Sin embargo, hay ocasiones en que la geometría del trazado existente 1(*) (o por singularidades inevitablemente presentes en el camino, (situaciones insalvables por factores netamente económicos), influye en la medición del IRI, que podría eventualmente 1 (*) Entiéndase por ello pendientes excepcionales, peraltes, radios de curvatura menores a los especificados, presencia de ondas de diferentes amplitudes y longitudes y/u otras diseños conflictivos. CCoonnssuullttoorr CONSORCIO SULLANA Estudio Definitivo de Mantenimiento Periódico de la Red Vial Nacional, Sector : Sullana - Aguas Verdes verse distorsionada, como consecuencia de ello es conveniente no considerar en el computo del IRI general algunos sectores en donde resultará siempre inadecuado y/o antieconómico mejorar el nivel del confort con relación al promedio que se tiene en los otros tramos. Ante esta situación solo nos queda recomendar a PROVIAS NACIONAL la programación de estudios de mejoramiento a los diseños geométricos que influyen negativamente en la mejora del confort y/o simplemente convivir con estas deficiencias. No tendría sentido y resultaría antieconómico querer tratar de mejorar los niveles de servicio con solo hacer trabajos superficiales.