Procedimientos de Calibración Deflectómefro de Impacto y Rugosímefro Pógina 10 2 RUGOSfMETRO ROMDAS: CALIBRACiÓN DEL INTEGRADOR DE OSCILACIONES (BI)2 El presente documento cubre los procedimientos para la calibración del rugosímetro Integrador de Oscilaciones (BI) del sistema ROMDAS. 2.1 RUGOSfMETRO ROM DAS El integrador de oscilaciones (SI) del sistema ROM DAS se instala en la parte posterior del vehículo Figura 14. Integrador de Oscilaciones Montado en el Vehículo de Medición El cable de conexión con el sistema ROM DAS y el cable del Integrador se pasan a través de orificios en el platón del vehículo el primero de ellos se dirige al computador de captura de datos y el segundo se conecta al eje del vehículo como se muestra en la siguiente figura: Rouglmes. Meler 1 Figura 15. Esquema de Montaje del Rugosímetro La fijación del cable al eje se lleva a cabo mediante un gancho en el extremo del primero (v. Figura 16) 2 Adaptado de ROMDAS USER'S GUIDE - Data Collection Ine. - Nueva Zelanda, Agosto 2006
Procedimientos de Calibración Deflectómetro de Impacto y Rugoslmetro Pógina 11 Figura 1&. Fijación del Cable del Integrador al Eje 2.2 REQUERIMIENTOSDE CALIBRACiÓN Cada vehículo responde de manera diferente a la rugosidad debido a variaciones en las hojas, en los hidráulicos y en las llantas. Por tanto, es esencial calibrar las mediciones de rugosidad del vehículo contra una medida estándar, de modo que las oscilaciones medidas puedan ser relacionadas con el fndice de Rugosidad. 2.2.1 Frecuencia La calibración del Integrador de Oscilaciones debe llevarse a cabo cada 5,000 km de recorrido del vehículo de medición. 2.3 PROCEDIMIENTODE CALIBRACiÓN A nivel general. la calibración consiste en la determinación del IRI de una serie de pistas de calibración (mediante nivelación topográfica por ejemplo), sobre dichas pistas, el rugosímetro llevará a cabo la medición. Una vez se cuente con el IRI medido y con los datos de número de oscilaciones, éstos se correlacionarán mediante un análisis de regresión, de modo que se obtenga la correlación IRIvs. Número de Oscilaciones. 2.3.1 Selección de Pistasy Determinación dellri A fin de calcular ellri se deben seguir los siguientes pasos: Identificar las pistas de prueba Determinar el perfil longitudinal de cada huella para las pistas de calibración
"':" '- -- "o ' ~ lj.g~ilterib. ~ ~~'~'.iá. t. '. 2ev1a11Ul3., Procedimientos de Calibración Deflectómetro de Impacto y Rugosímetro Pógina 12 Empleando los datos del perfil, ejecutar una simulación de cuarto de carro para el vehículo de referencia sobre cada huella de circulación y calcular ellri de cada una de ellas. Determinar ellri promedio de las dos huellas de circulación. 2.3.2 SELECCiÓN Y CALIBRACiÓN DE LAS PISTAS 2.3.2./ Características de JasPistas de Calibración El objetivo de la nivelación de las pistas de calibración es obtener una representación precisa del perfil de la vía. Esnecesaño identificar pistas de calibración que cubran el rango completo de rugosidades que se espera obtener en las mediciones 3 Estaspistas deben tener las siguientes características: Deben tener una longitud de 200 a 300 m con una geometría adecuada antes y después de la pista, para asegurar que pueden ser recorridas a una velocidad constante. La rugosidad debe ser bastante uniforme a lo largo de la pista de modo que no haya sub-secciones con rugosidades altas intercaladas con sub-secciones con rugosidades bajas. La superficie no debe tener fallas (baches o hundimientos), de modo que la medición obtenga el perfil verdadero. Deben tener trónsitos bajos, de modo que la rugosidad no cambie significativamente con el tiempo y que la medición se pueda llevar a cabo con seguñdad para el personal. No deben tener combinaciones de pavimento rígido con flexible, o secciones colocadas con terminadora junto a secciones terminadas manualmente; tales secciones pueden tener rugosidades diferentes entre sí. Elinicio y final de la pista debe estar claramente marcado. Marcar permanentemente las huellas para la nivelación, usando puntillas y pintura blanca, de modo que durante una re-calibración pueden fócilmente marcarse nuevamente las huellas. 2.32.2 Número de Pistas Elnúmero mínimo de pistas requerido es de ocho (8)4. 3 Esto se puede hacer empleando el rugosímetro sin calibrar para efectos de diferenciar entre pistas con diferentes niveles de rugosidad 4 Sayers, et al., 1986
Procedimientos de Calibración Deflectómetro de Impacto y Rugosfmefro P6gina 13 2.3.2.3 Técnicas de Nivelación las secciones deben ser niveladas a intervalos de máximo 300 mm, empleando alguna de las siguientes técnicas: Perfilómetro de referencia ROMDASZ-250 TRl- MERlIN Nivelación con mira y nivel Perfilómetro láser Independientemente del método empleado, el dispositivo debe estar calibrado antes de la medición. Cada instrumento tiene suspropios procedimientos de calibración, los cuales deben observarse cuidadosamente. 2.3.3 MEDICIONES DE CALIBRACiÓN 2.3.3. 1 Preparación del Vehfculo la medición de calibración se lleva a cabo operando el vehículo en cada pista de calibración y registrando las salidas del rugosímetro. Existen algunas consideraciones prácticas en cuanto a las mediciones de calibración: Debe calibrarse el odómetro (ver numeral3); Debe conducirse el vehículo un mínimo de J O km para asegurar que las llantas se encuentran a temperatura de operación. Asegurarse que la presión de inflado de las llantas se encuentra en el valor correcto de operación. Cargar el vehículo al mismo nivel que será cargado durante las mediciones rutinarias (esdecir: conductor, operador, gasofina, etc.). Antes de iniciar una medición mayor, instalar llantas nuevas y amortiguadores pocas semanas antes de la medición, de modo que éstos tengan algún tiempo de rodado. 2.3.3.2 Formato de Medición Se debe llevar un formato de medición en el que se registren los datos de las mediciones de calibración, de modo que se asegure el seguimiento de todos los pasos de calibración. la Figura 17 ilustrael formato adoptado.
Procedimientos de Calibración Deflect6metro de Impacto y Rugosímetro Pógina 14 MIOIClONfS. CE: l. Y CAUaa.OÓM.NnGltAOOfl: Of OSCIt.ActOMES """""'" "<HA e + I " CtIlt',M;O Di CIrICA o TRASERAtzQUlE:ftOA O masfraqfrfcha O """""'" O MALET1N DE I1ERR.4MIENTAS O O COWUS11itf{OO3I-4aD~1 O O ioluncro O No. fo&o! proc:e!qmienlo (onecar al preo.>ente fol"tnglloj 7. OISRYN:lOte: (NEOICIONES) (M. ESTAO ST!CO) Anverso Reverso 2.3.3..3 Tomo de Datos Figura 17. Formato de Registro de Mediciones y Calibración La respuesta de un vehículo a la rugosidad de la vía está en función de su velocidad de marcha. Así, a diferentes velocidades se pueden alcanzar diferentes valores de rugosidad para la misma pista de calibración. Por tanto, se debe llevar a cabo la calibración para la velocidad de operación a la que se espere que opere el vehículo en las mediciones rutinañas. Cada medición debe iniciarse antes del inicio de la pista de calibración, de modo que el vehículo vaya a velocidad constante antes de alcanzar la marca. Al inicio de la pista se da inicio al registro del ROM DAS y éste se detendrá al final de la pista. A continuación se dan los pasos de la medición: Iniciar el software de ROMDAS. Seleccionar "Setup/Calibrafe/Calibrafe Roughness Meter}
Procedimientos de Calibraci6n Deflect6metro de Impacto y Rugosímetro Pógina 15 Ingresar la identificación y descripción de la pista. Seleccione el vehículo a ser calibrado. Ingresar la longitud de la pista de calibración. figura 18. Longitud de Pista de Calibración - Software ROMoAS Presionar F10 para preparar el sistema para el almacenamiento de datos. Conducir el vehículo a la velocidad apropiada. Cuando el vehículo alcance el inicio de la pista, presionar la barra espaciadora para iniciar el registro. El software registrará para la distancia ingresada (en el ejemplo anterior: 300 m) y éste se detendrá automáticamente. Los resultados se mostrarán como aparece a continuación: Figura 19. Resumen de Medición de la Pista de Calibración - Software ROMO AS Registre la velocidad y el dato de conteos (104 Y 52 en el ejemplo de arriba) Ejecute las corridas que se especifiquen.
Procedimientos de Calibración Deflectómetro de Impacto y Rugosímetro Pógina 16 Repetir el procedimiento en cada pista. 2.3.3.4 Determinación del Número de Medidas Se debe hacer un número suficiente de medidas de calibración que garantice la significancia de la media. Dado que se trota de muestras pequeños (n ::;; 30), se debe emplear la distribución t para establecer el número de medidas para un determinado nivel de confiobilidad. Si la rugosidad tiene una Distribución Normal, el intervalo de confiabilidad para muestra pequeñas se obtiene a partir de la siguiente expresión: IR/±t J;; Donde: IRI es la rugosidad media en m/km s es la desviación estóndar de la rugosidad medida en IRI,en m/km n es el número de medidos t es el valor crítico de la Distribución t La siguiente tabla muestra los valores por debajo del 90 y 95 % para intervalos de confianza usando la Distribución f: Tabla 1. Valores para Intervalo de Confianza Usando la Distribuciónt Valor Critico de t por Tamaño de Inter:valode la Muestra Confianza 90% 95% 3 2.920 4.303 4 2.353 3.182 5 2.132 2.776 6 2.015 2.571 7 1.943 2.447 8 1.895 2.365 9 1.860 2.306 10 1.8333 2.262 Con base en la ecuación anterior, se puede definir un nuevo estadístico, así:
Procedimientos de Calibración Deffect6metro de Impacto y Rugosímefro P6gina 17 los resultados son aceptables. cuando f3 estó dentro de cierto porcentaje de la media. Para la mayoría de las aplicaciones se puede fijar un límite del 10 % para el intervalo de confianza. Así, los resultados son aceptaples si: f3 ~ 0.10 x BI medio Donde Blmedlo es el promedio de las mediciones obtenidas del rugosímetro. 2.3.3.5 Ejecución de los Cálculos la teoría anterior se aplica de la siguiente forma: 1. Llevar a cabo un mínimo de 5 mediciones y registrar el promedio de las oscilaciones (BI) de cada corrida. 2. Calcular la media de las osdaciones (81) y la desviación estóndar (s). 3. Calcular el estadístico f3. Por ejemplo, si hay 5 corridas con una media de 21 y una desviación estóndar de 0.80, se puede calcular para una confiabilidad del 95%: p = 2.776 0Js0 =0.99 En la ecuación anterior el valor de 2.776 proviene de la Tabla 1 y corresponde a un tamaño de muestra de S y una confiabilidad del 95%. 4. Verificar que f3 se encuentre dentro del 10% de la media. En el ejemplo anterior f3 =0.99, valor que es inferior a 2.1 (0.10 x 21) lo cual implica que es necesario llevar a cabo corridas adicionales. Si alguna de las pistas de calibración falla en la prueba f3 se deben verificar los datos en orden de eliminar valores atípicos ylo repetir las mediciones. De acuerdo con lo anterior, se ha determinado que para la generalidad de los casos, un total de ocho (B) corridas es aceptable para cada pista de calibración. Como procedimiento se hace un total de diez (10) mediciones. de las cuales se eliminan los dos valores extremos obtenidos, ya sea en velocidad o en medida de oscilaciones. 2.3.4 ECUACIONES DE CALIBRACIÓN 2.3.4./ Análisis de los Datos Se deben a analizar los datos obtenidos con la finalidad de obtener la ecuación de calibración. Esta ecuación convierte la lectura de rugosidad del ROM DAS (RAW) a valores calibrados de IRI (m/km).
Procedimientos de Calibración Deflectómetro de Impacto y Rugosímetro Pógina 18 2.3.4.2 Ecuaciones de Calibración ROM DAS convierte el valor de los conteos obtenidos a IRI usando una ecuación que obedece a la siguiente forma: CALlB_RGH=AO + Al *RAWA2+ A3*RAWA4+ A5*exp(A6 RAW) Donde: CALlB_RGH es la rugosidad calibrada en IRIm/km RAW es el valor de los conteos de rugosidad obtenido del equipo AO a A6 son los coeficientes de regresión La formuloción anterior ha sido diseñada para máxima flexibilidad. Normalmente no se emplean todos los coeficientes, dado que lo habitual es obtener una función lineal o polinómica simple. 2.3.4.3 Determinación de los Coeficientes La relación entre los valores de oscilación y el IRI es usualmente lineal, de modo que se puede emplear Excel para establecer los coeficientes de regresión: Seleccionar las series de interés y dé elic derecho con el ratón Del menú, seleccionar "añadir línea de tendencia" Seleccionar el tipo de regresión (ver Figura 20) Figura 20. Determinación de los Coeficientes de Regresión Mediante Excel Seleccionar "Opciones"
Procedimientos de Calibración Deflectómetro de Impacto y Rugosrmetro Página 19 Seleccionar "Presentar ecuación en el gráfico" y "Presentar el Valor de R cuadrado en el gráfico" Como se muestra en el ejemplo a continuación, una ecuación lineal se ajustará a los datos. 111 VI. LECTURAS 81 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 i 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00?~.2~2.30 ~..~ IV=O.OI602x+ 0.00 100.00 200.00 300.00 ~.,.,...- ~OJU 1.19291 1 I 1f=0.96604 I 400.00 500.00 600.00...- LfC1'URA 11 Figura 21. Gráfico Resultante de la Determinación de los Coeficientes de Calibración Si los datos no son lineal.es, se pueden intentar ajustar los datos a otros tipos de curva empleando el mismo procedimiento. Para curvas más complejas, es necesario emplear procedimientos de regresión no lineal. Se debe tener especial cuidado de que los coeficientes sean estadísticamente significativos en la ecuación de calibración (es decir Prob(t) < 0.05) Y que el error estándar sea aceptable. Habiendo establecido las ecuaciones de regresión, éstas se pueden almacenar en ROMDAS. Seleccione Setup/Calibration Files/Edit Roughness Calibration Coefficients Seleccione el vehículo al que aplican los coeficientes. Ingrese el valor de la velocidad para la cual apliquen los coeficientes. Ingrese los coeficientes de los Integradores de Oscilaciones. En el ejemplo de la figura siguiente, se muestra el ingreso de las ecuaciones determinadas para una velocidad de calibración de 50 Km/h y un arreglo de dos Integradores de Oscilaciones: IRI-1 = 0.1 + 0.725 BI-1 IRI-2 = ~.07 + 0.738 BI-2
Procedimientos de Calibración Deflecfómetro de Impacto y Rugosímetro Pógino 20 Figura 22. Ingreso de la Ecuación de Calibración - Software ROMOAS
. Í1!g~Ílit}ift &!ll;~«óñvllil ne. ItiHtda; Procedimientos de Cafibracf6n Deflectómetro de Impacto y Rugosímetro Pógina 21 3 CALIBRACiÓN DELODÓMETRO 3.1 Frecuencia Eldocumento del ROM DAS recomienda reahzar calibraciones cada 5000 Km. 3.2 Requerimientos Formato adecuado para el registro (v. Figura 3 y Figura 17). Vehículo ROMDAS. con el rugosímetro y computador instalados. Tiza para marcar la posición de las llantas Calibración de la presión de inflado de llantas Cinta métrica Pintura para marcar el inicio y fin del tramo de medición 3.3 Localización y Marcación de la Sección de Calibración Para la calibración. es necesario localizar una sección de vía que sea plana. recta y con poco tránsito y que tenga al menos 100 m de longitud (preferiblemente 300 m o más). localice el inicio del tramo por medio de un elemento que se encuentre allí permanentemente. tal como una señal de tránsito. Marque dicho sitio con pintura. Mida la longitud del tramo vial con la cinta métrica hasta un segundo elemento de permanencia constante. Marque el segundo sitio con pintura. 3.4 Callbracfón 3.4.1 Preparación del Vehfculo Conduzca el vehículo un mínimo de 10 Km para asegurar que las llantas estén a temperatura de operación. Mida la presión de inflado de las llantas y asegúrese que el valor obtenido se encuentre a la presión recomendada por el fabricante. Estacione el vehículo con una rueda sobre la primera marca de pintura.
Procedimientos de Calibración Deflectómetro de Impacto y Rugosímetro Página 22 Marque la llanta con tiza en el punto en que toca con la marca de pintura. 3.4.2 Ejecución de la Calibración Inicie el software de ROM DAS. Seleccione "Setup/CalibratelCalibrate Odometer/Run Calibration Test. Presione el botón "Add new vehicle" para ingresar el dato del vehículo que se va a calibrar o seleccione un vehículo existente a partir de la lista desplegable (v. sgte figura). Presione la barra espaciadora para iniciar la calibración. Conduzca hasta el final de la sección. Detenga el vehículo de manera tal que la marca vertical de la llanta en tiza haya pasado por la marca de pintura en el pavimento. Presione la barra espaciadora para finalizar la calibración. Mida la distancia entre el centro de la marca de pintura y la marca de tiza de la llanta. Ingrese la distancia del tramo, más la distancia desde la marca de pintura hasta la de la llanta (v ant. Figura). Presione "enter" y se mostrará el factor de calibración.
Procedimientos de Calibraci6n Deflectómetro de Impacto y Rugosímetro Pógina 23 íltg~iiwña &:g~~tlw~v!a1 ii~h;tn.da, Anote el número de pulsos y el dato del factor de calibración en el registro de calibración. Repita el procedimiento 5 veces. 3.4.3 Análisis Abra el archivo "Calib odometro.xlt" Ingrese los datos de cada uno de los recorridos. Si la tolerancia del error (" Error toleran ce") es <0.1%, para los intervalos de confianza del 90% y 95% se mostrará la palabra "Pass" ("pasa"). Si el valor es mayor a 0.1%. mostrará la palabra "Fail" ("falla"). en cuyo caso se deberán ejecutar corridas adicionales. 3.5 Ingreso de los Valores al Software Cada vez que se ejecuta una medición para calibración. el último valor del factor de calibración queda almacenado para su uso. Ese valor debe reemplazarse por el promedio de los valores de los factores de las corridas llevadas a cabo. Seleccione Setup/CalibratelCalibrate Odometer/Enter Own Calibration Factor. Seleccione el vehfculo correspondiente. Ingresar el valor del promedio del factor de calibración.
Seleccione" Apply" Procedimientos de Calibración Deflectómetro de Impacto y Rugosfmetro Pógina 24