UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

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1 UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL DEFINICIÓN DE UN ÍNDICE DE RUGOSIDAD INTENSIVO DE PAVIMENTOS ORIENTADO A MANTENIMIENTO MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL PEDRO NICOLÁS MARTÍNEZ OBANDO PROFESOR GUÍA: MANUEL GERARDO ECHEVERRÍA GÓMEZ MIEMBROS DE LA COMISIÓN: FEDERICO EDUARDO DELFÍN ARIZTÍA RICARDO ALEJANDRO SALSILLI MURUA SANTIAGO DE CHILE AGOSTO 2008

2 RESUMEN El objetivo principal del presente trabajo es la proposición de un índice de lisura de caminos, diferente al IRI, que sea capaz de evaluar la condición puntual (asociada a singularidades o defectos puntuales) del pavimento, en forma independiente de la longitud del tramo y que permita detectar la ubicación de irregularidades o defectos puntuales. Se desarrolla para ello un nuevo índice, que evalúa la condición puntual del pavimento y que está orientado al uso en mantenimiento y recepción de obras. Se incorporan también algunas ideas provenientes de otros tipos de índices de irregularidad superficial existentes en el mundo. Este índice, considera para su formulación el modelo denominado 1/4 de coche, modelo que está basado en la respuesta de un sistema dinámico constituido por una masa equivalente a un cuarto de vehículo unida a una rueda a través de un resorte y amortiguador, esta rueda a su vez se modela como una masa con su propio resorte. El nuevo indicador o ICHILE (Índice Chileno) como ha sido denominado en el presente trabajo, se basa en la energía disipada por el amortiguador del modelo (potencia). Es un índice que por su naturaleza instantánea, y a diferencia del IRI, no deja ningún tipo de efecto residual. Su velocidad de convergencia es inmediata y además refleja las irregularidades puntuales del pavimento. La principal ventaja que tiene este índice radica en el hecho de que permite identificar los defectos o irregularidades puntuales del pavimento, haciendo posible de este modo localizar las zonas del mismo donde se hace necesaria su reparación. Por tanto es un índice aplicable en mantenimiento y recepción de obras. Esto representa un avance, pues facilita el trabajo al momento de definir las zonas de reparación de las carreteras. 1

3 AGRADECIMIENTOS Dios mueve montañas y toca corazones Esta frase refleja lo que me ha pasado en mi vida universitaria y en este último camino que comencé hace más de un año y que culmina hoy con la publicación de este trabajo. Desde la gestación de este artículo Dios envió a las personas indicadas que me guiaron a lo que hoy publico. En el Laboratorio Nacional de Vialidad, Gabriel Palma me orientó con la mejor disposición. Siempre supo hacia donde estaba dirigida esta tesis, y no dudó en entregarme parte de su tiempo cuando así lo requería. Don Gerardo Echeverría confió en nuestro trabajo con Gabriel desde el momento que le comente de este proyecto. Con una voluntad que me sorprendió y de la cual agradezco profundamente. Además, gracias a Don Gerardo se integró Don Ricardo Salsilli, profesional de destacada experiencia quien aportó con gran rigurosidad a este proyecto. Don Federico Delfín, pese a su cargada agenda se dio un tiempo para atenderme y revisar mi tesis respondiendo a mis requerimientos sin dudar. De todos ellos estoy profundamente agradecido. Se que Dios puso a estos profesionales cerca de mí. Todos ellos permitieron, cada uno de ellos con su grano de arena, para que todo se cumpliera de acuerdo a lo esperado. Detrás de mi, esta mi familia. Agradezco a mi esposa quien en estos últimos años ha sabido tener la paciencia adecuada, y me ha dado el apoyo que necesitaba en el momento preciso. Agradezco también a mis papas quienes permitieron y me guiaron todos estos años, ellos tuvieron que pasar muchos sacrificios para que estudie y nada me moleste y eso se valora. En fin, a mi esposa la amo a más no poder, a mis papas los quiero demasiado. Dios me los dio y por algo fue Gracias a ÉL también. 2

4 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes generales Pág Antecedentes sobre análisis de señales Pág Instrumentos de medición de perfil longitudinal Pág Alto rendimiento: Pág Bajo rendimiento: Pág Otra clasificación: Pág Antecedentes del IRI Pág Antecedentes situación en Chile Pág Antecedentes de otros indicadores Pág Índice del Perfil PI (Profile Index): Pág Present Serviciability Rating (PSR): Pág.21 CAPÍTULO 2: DEFINICIÓN DE UN ÍNDICE Antecedentes Pág Efecto de la longitud de evaluación en el cálculo del IRI Pág Efecto longitud en caso real Pág Efecto longitud en caso teórico (IRI instantáneo) Pág Efecto de la ubicación del defecto puntual en el cálculo del IRI Pág Definición de un Índice de Rugosidad de Pavimentos Orientado a Mantenimiento (ICHILE). Pág Efecto Residual Pág Velocidad de Convergencia Pág.40 3

5 2.4 Calibración del Nuevo Índice Pág Selección de Calibración de Referencia (Def. de ICHILE medio ) Pág IRI vs RMS (Caso teórico) Pág IRI vs RMS (Caso real) Pág Valor máximo para el ICHILE Pág Defectos teóricos en superficie lisa Pág Defectos teóricos superpuestos a perfil real Pág Ancho de banda del ICHILE (limite máx. permitido) Pág Nuevo Índice en algunos casos específicos Pág Lomo de Toro Sinusoidal Pág Curva Horizontal (trapecio) Pág Perfiles reales (asfalto-hormigón) Pág.64 CAPÍTULO 3: CONCLUSIONES Y COMENTARIOS Pág.67 REFERENCIAS Pág.72 ANEXOS Pág.74 1 Código para generar perfiles teóricos Pág.74 2 Código para pasar de formato.erd a.per Código Pág.76 3 Código para cálculo de Índice Chileno e IRI: Pág.77 4

6 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes generales Dada la gran importancia de las obras viales de pavimentación en todo el mundo es que ha sido necesario establecer indicadores que señalen la calidad de las mismas. La calidad de un pavimento puede ser entendida como la capacidad estructural de éste para soportar las solicitaciones que sobre el se tienen. Por otro lado puede ser interpretada como la comodidad que siente el usuario al transitar en su vehículo sobre el pavimento. La calidad del pavimento se puede cuantificar a través de la capacidad estructural del mismo. La cual puede realizarse por métodos debidamente normados como son: extracción de testigos, ensayos calidad de agregados, ensayos de abrasión, etc. Sin embargo cuantificar la comodidad del usuario al transitar por la vía se vuelve relativo a la percepción de cada usuario, la cual tiene directa relación con la magnitud de las irregularidades superficiales del pavimento en estudio. Los costos de operación de los vehículos al transitar por una vía dependen precisamente de estas irregularidades superficiales, afectando las velocidades de circulación, el desgaste de las llantas, y el consumo de combustible. Frente a esta situación el Banco Mundial encargó a Sayers, Guillespie, entre otros especialistas del área vial la Publicación Técnica # 45 (1986) y la Publicación Técnica # 46 (1986) donde se presenta al IRI (Internacional Roughness Index) o Índice de Rugosidad Internacional(traducción dada en el Volumen 8 del Manual de Carreteras). El Índice de Rugosidad Internacional (IRI) es utilizado para medir la irregularidad del rodado en caminos. De acuerdo a lo señalado por Melis (1992), el IRI puede ser entendido como una especificación de la construcción o el estado del pavimento y por lo mismo estar orientado al mantenimiento del mismo. Por otro lado Melis (1992) señala que la incidencia del IRI se ha 5

7 explicar en función de aspectos económicos (IRI vs Costos del usuario), sociales (opinión de los usuarios) y técnicos (gestión de carreteras, Costo de Conservación vs. Costo de Usuario). Sin embargo este trabajo pretende analizar el IRI en los casos en que este es utilizado como especificación de la construcción y el uso del mismo en el mantenimiento de carreteras. Este indicador se determina a partir del perfil longitudinal obtenido por la medición de las cotas relativas en la zona de las huellas de los vehículos en el camino. Donde dicho perfil longitudinal es obtenido en el Laboratorio Nacional de Vialidad a partir de perfilómetros inerciales de alto rendimiento (ver 1.3). Sin embargo se debe señalar que dada la naturaleza del perfilómetro inercial, y la forma en que este obtiene sus datos es que se hace necesario filtrar el perfil longitudinal, por medio de un filtro Pasa Alto (ver 1.2), el cual atenúa las longitudes de onda por sobre los 30 [m], y al mismo tiempo mantiene las longitudes de onda pequeña, que son las que para la presente memoria son importantes pues estas reflejan la condición puntual del pavimento. Figura 1, Perfil Longitudinal sin filtro Fuente Publicación Técnica # 45 Figura 2, Perfil Longitudinal Sin Longitud de Ondas Sobre 40 [m] Fuente Publicación Técnica # 45 6

8 Los perfilómetros inerciales miden las cotas relativas (respecto de un sistema de referencia inercial que se encuentra en cada perfilómetro) a partir de la integración numérica de la aceleración detectada por acelerómetros integrados a los perfilómetros (ver figura 3). Figura 3, Perfilómetro Inercial Fuente Ventura (2005) Es por ello que lo que se obtiene es un seudo perfil longitudinal, y es precisamente este seudo perfil el que se considera para la evaluación del IRI y para la evaluación del índice que en esta memoria se presentará. En términos generales el ideal es que se cuente con un perfil longitudinal real del pavimento, sin embargo la tecnología actual no permite obtener dicho perfil de un modo rápido como lo hacen los perfilómetros inerciales, los cuales pueden recorrer grandes distancias en corto tiempo. La explicación de esto radica en que la doble integración de las aceleraciones que se obtiene del perfilómetro inercial (ver 1.3) y que permite generar el perfil longitudinal buscado lleva consigo errores de tipo numérico, los cuales se van acumulando luego de cada integración y que dan como resultado un perfil longitudinal que no es confiable, prueba de ello son los distintos tipos perfiles obtenidos para un mismo camino con distintos equipos de medida, comparaciones que muestra Sayers et al (1998). En dicha publicación se comparó perfiles de equipos inerciales (ICC Laser, K.J Law) con el perfil de un perfilómetro estático (Dipstick), tal y como se muestra en la figura siguiente. 7

9 Figura 4, Perfiles longitudinales Fuente Sayers et al (1998) En dicha figura se puede observar las diferencias entre los distintos perfiles, aunque se puede asumir que la línea longitudinal de medida ciertamente no es la misma en cada caso, de igual modo se observan diferencias considerables entre los distintos perfiles longitudinales. Por otro lado se debe señalar que en Chile no se cuenta con perfilómetros como el Dipstick, que es el ideal al ser estático, pues no requiere de filtrar el perfil longitudinal. Sin embargo se cuenta con el Walking Profiler, o los perfiles obtenidos por medios topográficos, todos estáticos. En todos estos casos el gran inconveniente es que no permite recorrer grandes distancias en corto tiempo, por lo que es poco práctico usarlo en mantenimiento de carreteras. A juicio del personal del LNV un perfilómetro de tipo estático, entrega mejores resultados que los dinámicos (inerciales), pues no se generan errores de tipo numérico al integrar la aceleración medida. Es por ello que en Chile (perfilómetros inerciales) al perfil longitudinal se le aplica un filtro (filtro Pasa Alto). Sin embargo esto no presentaría tantos inconvenientes al aplicarlo en la evaluación del índice de la presente memoria si nos basamos en lo que muestra Sayers (1998) al aplicar filtros como el pasa Alto se puede observar que el perfil longitudinal o mas bien el seudo perfil longitudinal es el mismo, para los distintos tipos de perfilómetros. Esto es lo que se puede ver en la siguiente figura. 8

10 Figura 5, Seudo Perfiles longitudinales Fuente Sayers et al (1998) De la figura precedente se puede observar todos los perfiles longitudinales luego de aplicarles el filtro Pasa Alto y Pasa Bajo. Podemos observar que la pendiente asociada al Dipstick, desaparece. En la figura 5 se muestran seudo perfiles en donde son mas notorios las irregularidades del pavimento. De acá en adelante se hablará de perfil o seudo perfil longitudinal indistintamente y en alusión al concepto de seudo perfil señalado previamente. A la luz de lo señalado respecto del IRI es que se hace necesario dar una breve explicación del mismo. Para el cálculo del IRI se considera un modelo matemático de un auto, el cual es reducido a un cuarto de éste, llamado ¼ de coche (ver figura 8). Este está formado por una masa equivalente al cuarto del auto unida a una rueda por un resorte y amortiguador, esta rueda su vez se modela como una masa con su propio resorte. A éste modelo se le ingresa el perfil longitudinal del camino provocando vibraciones en el ¼ de coche. Estas producen desplazamientos relativos en las masas antes descritas, los cuales se van sumando (en valor absoluto) para luego dividirlos por una longitud establecida previamente. El IRI, por tanto, es un índice que describe la suavidad del pavimento y que causa vibraciones en el ¼ de coche. Para el IRI es fundamental la velocidad 9

11 del 1/4 de coche, pues de ella depende la respuesta del modelo matemático que lo sustenta. Así, por ejemplo de acuerdo a lo que muestra Melis (1993) en el Cuaderno Aepo 2, a mayores velocidades los valores de IRI tienden a ser menores. Para la presente investigación se debe señalar que la velocidad considerada en el modelo es de 80 [Km./HR]. Por ello es que se puede decir que el IRI toma el concepto de la comodidad que sienten los usuarios de caminos, para definir la calidad de un éste, y lo desarrolla a fin de establecer un indicador a ser usado en mantenimiento de carreteras o para relacionarlo con variables de tipo económicas (costo de operación de los vehículos). Este indicador entrega un número el cual señala una calificación graduada en [m/km.], donde la condición ideal es cero, pero en la práctica, este valor es imposible de obtener. Así, por ejemplo, un valor de 2 [m/km] puede ser interpretado como si en 1 kilómetro, la suma de los desplazamiento relativos entre la masa asociada a la rueda y el resto del ¼ de coche es de 2[m]. Hace ya bastante tiempo han existido otros índices para señalar la calidad de un pavimento, entre estos se puede destacar el Índice del Perfil o Profile Index (PI), el cual fue desarrollado para el Profilógrafo de California. En síntesis, el procedimiento de cálculo señala que luego de obtenido el perfil, se fija una banda de un par de centímetro en el perfil para luego sumar los máximos valores por sobre y bajo este ancho de banda y lo divide por el largo del tramo a considerar. Figura 6, Profilógrafo de California Fuente 10

12 Por otro lado se incluyen indicadores basados en opiniones subjetivas de usuarios de las carreteras. Uno de ellos es el PSR ( Present Serviciability Rating ) que básicamente entrega una nota entre cero y cinco donde nota cero da cuenta de un pavimento en pésimas condiciones y la nota cinco indica un pavimento en perfectas condiciones y la nota es colocada por usuarios calificados para el análisis del pavimento. Otro índice a destacar es RN ( Ride Number, en sus siglas en ingles), el cual a partir del perfil longitudinal y mediante un programa computacional calcula un indicador que entrega una calificación entre 0 y 5 similar al PSI, pero que considera las medidas del perfil longitudinal., tal y como lo señala Sayers (1998). Sin embargo en Chile el IRI ha pasado a ser uno de los más importantes indicadores de la calidad de un pavimento vial interurbano, en el sentido de que realiza una aproximación aceptable pero no óptima para analizar si la técnica constructiva fue buena, regular o mala, de acuerdo a lo que en este trabajo se expone. Es aceptable pues considera para su cálculo un perfil longitudinal, que es la mejor forma conocida actualmente para reproducir el perfil real de un camino de una manera rápida y representativa. Pero no es óptima en el sentido de que depende de la longitud del tramo a muestrear que es de 200[m] para el caso de Chile según especificación M.C. Vol. 8 (2003) lo que lleva consigo el hecho de que no es posible detectar defectos puntuales del camino. También presenta problemas cuando la condiciones geométricas del camino varían, ya sea pendiente peraltes, etc. según lo que señalan las investigaciones de Jelves (2000), Salgado (2003), Acevedo (2004). En este mismo sentido se debe señalar a favor del IRI que este indicador no fue formulado para detectar defectos puntuales que el nuevo índice (que se desarrollará en el presente trabajo) si pretende señalar. 11

13 En la presente memoria de título lo que se pretende es realizar una definición de un índice de rugosidad instantáneo (o intensivo) de pavimentos orientado a mantenimiento. Este índice pretende ser instantáneo en el sentido de que no dependa de la longitud del tramo a evaluar. Se habla de un indicador de tipo instantáneo, para diferenciarlo de un indicador el IRI o el PI, pues dependen de la extensión o longitud del tramo a considerar. Además este indicador estará basado fundamentalmente en la perfilometría longitudinal, por las ventajas que ésta tiene al ser una representación válida de perfil original del camino. 1.2 Antecedentes sobre análisis de señales: Para el indicador que se desarrollará en la presente memoria como para el cálculo del IRI es necesario tener como dato de entrada un perfil longitudinal, este puede ser entendido como una señal, la cual puede ser definida según Proakis et al (1998) como una cantidad física que varía con el tiempo, el espacio, o cualquier otra variable o variables independientes. Para el caso de perfiles longitudinales la cantidad física corresponde a las cotas medidas sobre la huella del pavimento (variable dependiente), la cual varía con el espacio, es decir, varia en función de la distancia recorrida (variable independiente). Proakis et al (1998) nos indica que las señales pueden dividirse en analógicas y digitales, las primeras tienen ambas variables continuas y las segundas (digitales) tienen ambas variables discretas. El dato de entrada óptimo para usar en el análisis de pavimentos es el perfil real del mismo, que correspondería a la señal analógica del mismo, sin embargo dado que los aparatos que obtiene el perfil lo realiza en forma discreta, solo se obtiene una señal digital como representación del mismo. La frecuencia mínima para el muestreo de las cotas del perfil longitudinal es de 4 puntos 12

14 por metro, es decir, cada 250 [mm] como máximo como se señala en la Publicación Técnica # 45 (1986) y la Publicación Técnica # 46 (1986). Para el caso de los perfiles reales considerados en el presente trabajo la frecuencia de los mismos es de 20 puntos por metro es decir, cada 50 [Mm.] aprox. Los datos del perfil real ya vienen con un filtro pasa Alto, es decir, ya vienen atenuadas las longitudes de onda mayores que los 30 [m]. Estas longitudes de onda presentes en el perfile real se atenúan, pero no se eliminan completamente. Lo que se pretende con este filtro es rescatar información relevante del perfil es decir las longitudes de onda que nos interesan (menores a 30 [m], recomendación del personal del LNV). El límite de los 250 [Mm.], explicado previamente tiene una particular explicación. Este es el límite considerado como válido para una rueda tipo de un vehículo como el del modelo del 1/4 de coche. Es decir, una rueda tipo no es sensible a un menor intervalo de muestreo, por ello es que al procesar los datos del perfil real, se debe respetar esta situación y dicho perfil debe limitarse a tener una frecuencia de 4 puntos por metro (cada 250 [Mm.]). En los casos del presente trabajo (20 puntos por metro), se ha considerado tomar solo los puntos cada 250 [Mm.], sin realizar ningún tipo de procesamiento a estos datos. Esto pues se considera como más representativo del perfil real, obtener puntos cada 25 [cm.] que ocupar algún tipo de filtro como la media móvil (Publicación Técnica # 45 (1986)), para generar el perfil real requerido cada 250 [Mm.]. Pues al utilizar este tipo de filtro solo lo que se hace es atenuar los datos reales del perfil longitudinal, que es efectivamente lo que ocurre al utilizar un promedio para considerar estos datos. 13

15 1.3 Instrumentos de medición de perfil longitudinal: Por perfilómetro se entiende cualquier instrumento que es capaz de medir el perfil longitudinal o transversal de un camino. En M.C. Vol. 8 (2003) se señalan básicamente dos categorías de equipos donde la diferencia básicamente es la velocidad (rendimiento) con que miden por sobre la precisión de los mismos. Así se tienen los perfilómetros de alto rendimiento y los de bajo rendimiento Tal y como lo señala Jelves (2000) en su investigación se pueden tener: Alto rendimiento: Perfilómetro láser: instrumento de alta precisión montado en vehículo Ford Ecoline. Es capaz de medir perfiles con un láser ya sea transversal o longitudinal. Puede ser operado entre 25 [Km./HR] a 120 [Km./HR]. Perfilómetro óptico: mide dos perfiles paralelos. Puede ser operado entre 25 [Km./HR] a 120 [Km./HR]. Este perfilómetro debe ser limitado por una longitud de onda máxima, es decir, se le eliminan las longitudes de onda máxima. Es decir, para su funcionamiento requiere de aplicarle un primer filtro, similar al Pasa Alto, explicado previamente. Ambos perfilómetros (laser y óptico) califican como perfilómetros inerciales. En cada uno de ellos un sistema inercial permite medir a través de la integración de las aceleraciones, el perfil longitudinal del camino analizar (ver figura 7). 14

16 Figura 7, Componentes de perfilómetros inerciales Fuente Sayer et al (1998) Bajo rendimiento: Nivel y mira: es de tipo topográfico pero muy poco práctico para grandes distancias. Perfilómetro portátil: Es conocido como el Walking Profiler. Al ser portátil su rendimiento es bajo. Perfilógrafo de California: este consta de una cercha o viga de aproximadamente 8[m] de largo apoyada en 12 ruedas ubicadas en los extremos más una rueda central que es la que mide el perfil longitudinal. Este instrumento permite medir el Índice del Perfil (PI). La figura 6 muestra este instrumento. En el presente trabajo de investigación se consideran datos obtenidos a partir de perfilómetros inercial de Alto Rendimiento, sin embargo puesto que lo que se pretende es establecer de qué manera se usa el perfil medido, los resultados pueden ser aplicables a perfiles obtenidos por otros medios Otra clasificación: Existe otro tipo de clasificación de los métodos perfilométricos para el cálculo de un índice asociado a la calidad del pavimento, tal y como se señala en la Publicación Técnica # 45 (1986). Estos se clasifican de acuerdo a su precisión y son nombrados según la clase del mismo método: 15

17 Clase I: Son los que utilizan los instrumentos de mayor precisión, para la medida de los datos del perfil. Son aquellos que realizan mediciones cuya distancia entre puntos no es mayor que 250 [Mm.]. La precisión en las medidas de elevación debe ser de 0.5 [Mm.] en pavimentos lisos aun cuando se exige mayor precisión en superficies de mayor rugosidad. Los perfilómetros utilizados en el presente trabajo para perfiles reales son de esta clase. Clase II: Requieren la medición del perfil longitudinal con un intervalo de muestra como máximo de 500 [Mm.] con una precisión en superficies lisas de 1 [Mm.]. Clase III: Corresponden a mediciones hechas con aparatos de tipo respuesta, es decir, puesta en un vehículo acondicionado para ellos, mas que medir que el perfil miden la respuesta del vehículo al ser excitado por un perfil, las cuales al depender de la dinámica particular a cada vehículo, se debe hacer una calibración por correlación. Clase IV: Se relacionan a índices subjetivos y medidas sin calibrar. 1.4 Antecedentes del IRI: Como ya se ha señalado previamente este indicador toma el perfil longitudinal y lo procesa. Tal y como se señala en la Publicación Técnica # 45 (1986) y la Publicación Técnica # 46 (1986) el IRI considera un modelo matemático de un cuarto de un automóvil, similar al mostrado en la siguiente figura. 16

18 Figura 8, Modelo del 1/4 de coche Fuente Sayers et al (1998) De la figura se puede observar la cota del perfil longitudinal igual a Zr, este corresponde al dato de entrada del modelo matemático. Para este modelo existen ecuaciones diferenciales que rigen el movimiento de esta estructura como lo señala Publicación Técnica # 45 (1986), cuya solución se programo en lenguaje Basic en Publicación Técnica # 46 (1986) y se le asignó el nombre de ¼ de coche al programa como al modelo matemático que simula al vehículo. Por medio de este programa se obtienen las diferencias relativas entre las masas (Zs y Z) para luego obtener el IRI al dividir estas sumas de diferencias relativas por una longitud determinada. IRI = Z s Z L Fórmula 1 Cálculo del IRI Esta longitud puede ser fija, y por tanto se habla en el presente trabajo de un IRI de una longitud de evaluación dada (en Chile la longitud es 200 [m] según M.C. Vol. 8 (2003)). Cuando la longitud es variable se habla de un IRI instantáneo. Otro antecedente del IRI tiene que ver el espectro de respuesta del modelo matemático 1/4 de coche como se puede apreciar en la siguiente figura. En ella podemos ver en el eje x la longitud de onda del camino (excitación al modelo) y en el eje y la máxima amplitud para una 17

19 frecuencia dada de excitación del modelo. Se puede ver que se tiene máxima sensibilidad entre 1.25 [m] y 15.4 [m]. Figura 9, Espectro de respuesta del 1/4 de coche Fuente Sayers et al (1998) De la figura 5 se puede observar que un pavimento donde las longitudes de onda de la señal (perfil longitudinal) estén en los rangos antes descritos, provoca una sensación (asociada a mayor amplitud) en el pasajero del vehículo mucho mayor que en casos donde las longitudes de onda sean menores (menor a 2.4 [m]) o muy grandes (mayor a 15[m]). En otras palabras al tener el camino longitudes de onda preponderantes entre 1.25 [m] y 15 [m], provocan en el 1/4 de coche mayores movimientos verticales, y por ende mayores valores del IRI. Este antecedente es de particular importancia si para la definición del nuevo indicador se ocupa el modelo matemático del 1/4 de coche. 1.5 Antecedentes situación en Chile: La publicación nacional en donde se muestra todo con respecto al diseño para las carreteras es el Manual de Carreteras. Una especificación de este manual es la M.C. Vol. 8 (2003) donde se 18

20 describe el procedimiento de evaluación del IRI. El programa utilizado en Chile es el mismo señalado en la Publicación Técnica # 45 (1986). En una primera etapa se debe procesar en el sentido del tránsito cada pista separadamente en tramos de 200[m] o fracción en caso de que el comienzo o termino de un tramo homogéneo no alcance los 200[m] (si la fracción es menor de 50[m] no se considerará para efectos de evaluación). Para luego definir singularidades (cualquier alteración del perfil del camino que no provenga de fallas constructivas y que incremente el valor del IRI en el tramo en que se encuentra por ejemplo: puentes, badenes, tapas de alcantarillas, cuñas, vados, cruces de calles o cualquier otra que por condiciones geométricas altere el perfil del camino. Y Luego proceder a obtener los valores del IRI para cada tramo con las consideraciones antes descritas. Estos datos del IRI, luego son procesados para calificar si el pavimento analizado tiene o no multas, para ello se definen umbrales máximos del IRI, que no debieran ser superados. Observando este procedimiento se puede ver algunos detalles del índice IRI, por cierto al cambiar la longitud del tramo para el caso en que no se completen los tramos de 200[m] induce a cierto error en la medición, pues a mayor longitud de tramo los valores del IRI tienden a atenuarse producto de la definición del indicador, al ser una suma acumulada de desplazamientos relativos, tal y como lo señala Crespo (2003). En Chile el uso de otros indicadores con fines de mantenimiento no existe, por lo que del IRI se tiene bastante experiencia, y la experiencia obtenida de este índice es la motivación principal del presente trabajo de memoria. 19

21 1.6 Antecedentes de otros indicadores: Índice del Perfil PI (Profile Index): Índice calculado con el perfil obtenido del perfilógrafo de California. Y consiste básicamente en definir un ancho de banda para el perfil de un par de centímetros señalado con líneas rojas en la figura. Los puntos que existen por sobre o por bajo este ancho de banda son los llamados Scallops o cotas fuera de rango. De estas cotas fuera de rango se obtienen los máximos para un tramo determinado y se suman, esta suma se divide por la longitud del tramo a considerar (ver figura 10). Figura 10, Perfil longitudinal Fuente PI maximos _ valores _ sobre( bajo) _ ancho _ banda = L Fórmula 2, Cálculo de PI Fuente Se puede observar ciertas semejanzas entre este índice y el IRI, en cuanto a que ambos consideran una suma acumulada ya sea de valores máximos (PI) o de desplazamientos relativos (IRI), además que ambos dividen por la longitud del tramo a considerar. Sin embargo, mientras el IRI considera el modelo del 1/4 de coche para su cálculo, el PI solo considera los datos del 20

22 perfil y no incluye el efecto en el vehículo de las irregularidades del perfil como el modelo del 1/4 de coche lo hace Present Serviciability Rating (PSR): Por serviciabilidad se entiende como la habilidad de un tramo de pavimento de servir a gran velocidad y un gran volumen de tránsito dado su condición presente. Este índice se expresa en una calificación entre cero y cinco, donde el óptimo de una carretera donde el usuario la percibe como sin defectos ni problemas es 5. El problema de este indicador radica en que no considera ninguna medición del pavimento y además considera la opinión subjetiva del encargado de fiscalizar, por lo que para efectos de multas por calidad del camino, no es factible. Sin embargo, para la definición de todo índice el carácter subjetivo del mismo resulta de vital importancia, a modo de ejemplo el límite de 2 [m/km.] del IRI en Chile, para pavimentos nuevos es un valor subjetivo que tiene relación con la forma en que se comporta este indicador en las carreteras de Chile. Por ello obviar el carácter subjetivo de todo indicador es algo poco factible, por mas sustento teórico que tenga el indicador, al final siempre se deberá juzgar (de modo subjetivo) con dicho índice la calidad de la carretera. 21

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