Análisis de la Variabilidad del IRI Obtenido por Levantamiento Topográfico y Rugosimetro Merlin en Carreteras no Pavimentadas de la Provincia de Canchis-Cusco

(1)

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TÍTULO:

ANÁLISIS DE LA VARIABILIDAD DEL IRI OBTENIDO POR LEVANTAMIENTO

TOPOGRÁFICO Y RUGOSÍMETRO MERLIN EN CARRETERAS NO

PAVIMENTADAS DE LA PROVINCIA DE

CANCHIS-CUSCO

PRESENTADO POR:

Bach. VALENTIN CONDORI JIHUALLANCCA

PARA OPTAR AL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL

J

JUULLIIAACCAA –– PPEERRÚÚ 2

(2)

(3)

(4)

A Dios Por haberme dado las fuerzas necesarias para poder desarrollar mis estudios universitarios

A Mi padre Martin Condori Florez, por toda la confianza depositada en mí.

A Mi madre Gregoria Jihuallanca de Florez, que en paz

descanse, estando en vida me otorgó su inmenso

amor y palabras de aliento

A Mis hermanos Por motivarme en realizar y concluir mis estudios

universitarios.

A Mis amigos Por estar en las buenas y en las malas durante el

desarrollo de estudios.

(5)

A la Universidad Néstor

Cáceres Velásquez, por

brindarme los conocimientos

necesarios para alcanzar la

meta profesional trazada.

A la Municipalidad Provincial de Canchis a

través del Instituto Vial Provincial Canchis

por brindarme el apoyo técnico necesario

para poder realizar el presente estudio de

investigación.

(6)

DEDICATORIA

AGRADECIMIENTO

RESUMEN

INTRODUCCION

CAPITULO I

EL PROBLEMA DE INVETIGACION

EL PROBLEMA ... 01

1.1 EXPOSICIÓNDELASITUACIÓNPROBLEMÁTICA ... 01

1.2 FORMULACIÓNDELPLANTEAMIENTODELPROBLEMA... 02

1.2.1 PROBLEMAGENERAL ... 02

1.2.2 PROBLEMASESPECIFICOS ... 02

1.3 JUSTIFICACIÓNDELAINVESTIGACIÓN ... 03

1.4 DELIMITACIONDEESTUDIO ... 03

1.5 OBJETIVOSDELAINVESTIGACION ... 04

1.5.1 OBJETIVOGENERAL ... 04

1.5.2 OBJETIVOESPECIFICO ... 04

1.6 HIPOTESIS ... 05

1.6.1 HIPOTESISGENERAL... 05

1.6.2 HIPOTESISESPECÍFICAS ... 05

1.7 VARIABLESEINDICADORES... 05

1.7.1 VARIABLEINDEPENDIENTE ... 05

1.7.2 VARIABLEDEPENDIENTE ... 05

1.8 MATRIZDECONSISTENCIA... 06

PROBLEMAGENERAL... 06

OBJETIVOGENERAL ... 06

HIPOTESISGENERAL ... 06

CAPITULO II MARCO TEORICO REFERENCIAL 2.1 ANTECEDENTESDELAINVESTIGACIÓN ... 07

2.1.1 PRIMERANTECEDENTE ... 07

(7)

2.2.3 VARIACIONES APARENTESDEPERFILESLONGITUDINALES UTILIZANDO

DIFERENTESEQUIPOS... 20

2.3 MARCOCONCEPTUAL ... 21

2.3.1 ELIRI... 21

2.4 COMPORTAMIENTOTÍPICODELACONDICIÓNS UPERFICIALENFUNCIÓNDELIRI ... 29

2.5 ANTECEDENTESSOBRELASMEDICIONESDELIRIENELPERÚ... 30

2.6 MEDICION DELARUGOSIDADENVIASNO PAVIMENTADAS ……… 32

2.6.1 ESCALADEMEDICIÓN: ... 33

2.7 FACTORESQUEINFLUYENENLOSRESULTADOSDELIRI... 35

2.7.1 INFLUENCIADELDISEÑOGEOMÉTRICOENLOSRESULTADOSDELIRI... 37

2.7.2 INFLUENCIADELASCURVASHORIZONTALES... 38

2.7.3 INFLUENCIADELASCURVASVERTICALES. ... 39

2.8 SINGULARIDADES ... 39

2.9 NORMATIVADE LAMEDICIONDELARUGOSIDAD ... 40

2.10 NIVELDEINGENIERO... 41

2.10.1 CARACTERISTICAS ... 41

2.10.2 PRESICIONENLAMEDICIONCONNIVELDEINGENIERO ... 42

2.10.3 NIVELACIÓNTOPOGRÁFICA ... 42

2.10.4 SECTORIZACIÓN ... 42

2.11 SERVICIABILIDAD–REGULARIDADSUPERFICIAL ... 43

2.12 ESCALADERUGOSIDADIRI... 44

2.13 MANTENIMIENTODEVIAL ... 45

2.13.1 CRITERIOSDESELECCIÓN... 46

2.13.2 GEOMETRÍADELACARRETERA. ... 46

2.13.3 ACCIÓNDELMEDIOSOBRELACARRETERA ... 48

2.13.4 CLIMAYALTITUDES ... 48

2.13.5 PRECIPITACIONES ... 49

2.13.6 ACCIÓNDELTRÁFICOVEHICULAR... 50

6.1.1 CARRETERASNOPAVIMENTADAS... 50

6.1.2 DETERIOROENCARRETERASSINPAVIMENTAR. ... 51

2.13.7 NIVELESDEINTERVENCIÓN... 57

2.13.8 EVALUACIÓNDELASCONDICIONESDELAVÍA... 58

(8)

3.3 COMPOSICIÓNDELAINFRAESTRUCTURA VIAL YLAREDNACIONAL...62

3.4 ELMANTENIMIENTO VIAL YSURELACIÓNCONLARUGOSIDAD………..62

3.5 UBICACIÓNDELASZONASDEESTUDIO ... 64

3.5.1 CARRETERALLINQUI-QUENAMARI ... 64

3.5.2 CARRETERAEMPPE3S(PARADEROCAMACHO)-EMPPE3S(PARADERO SOLTERA) ... 65

3.5.3 CARRETERAPUENTEBELÉNHUAYLLANIPACPACCA ... 66

3.5.4 CARRETERAMARANGANISULLCA ... 66

CAPITULO IV ANALISIS DE LA VARIABILIDAD DE EN CARRETERAS NO PAVIMENTADAS 4.1 METODOSDEMEDICIONDELARUGOSIDAD... 68

4.1.1 MEDICIONCONRUGOSÍMETROMERLIN ... 68

4.1.2 MEDICIONCONNIVELDEINGENIERO... 70

4.2 ANALISISDELARUGOSIDADENCARRETERAS ... 73

4.2.1 CARRETERALLINQUI-QUENAMARI ... 73

4.2.2 CARRETERASANPABLO–SOLTERA... 79

4.2.3 CARRETERAPUENTEBELÉN-HUAYLLANI PACPACCA………85

4.2.4 CARRETERAMARANGANI–SULLCA ... 91

4.3 RESUMENDEDIFERENCIAS DERUGOSIDADENTRELASCARRETERASEN ESTUDIADAS ... 97

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES... 99

CONCLUSIONES ... 99

RECOMENDACIONES ... 100

BIBLIOGRAFÍA ... 101

ANEXOS ... 103

(9)

FIGURA 2: EQUIPO DE CLASE III: BUMP INTEGRATOR………....….18

FIGURA 3: VARIACIONES APARENTES DE PERFILES LONGITUDINALES UTILIZANDO DIFERENTES EQUIPOS…...………....21

FIGURA 4. ESQUEMA DEL RUGOSÍMETRO MERLIN………..…….23

FIGURA 5: MEDICIÓN DE LAS DESVIACIONES DE LA SUPERFICIE DEL PAVIMENTO RESPECTO DE LA CUERDA PROMEDIO………..27

FIGURA 6: HISTOGRAMA DE LA DISTRIBUCIÓN DE FRECUENCIAS DE UNA MUESTRA DE 200 DESVIACIONES MEDIDAS EN FORMA CONSECUTIVA……….27

FIGURA 7. AVANCE DEL DETERIORO DE UN CAMINO RESPECTO AL TIEMPO…...30

FIGURA 8: ESCALA DE ESTIMACIÓN DE LA RUGOSIDAD PARA VÍAS NO PAVIMENTADAS CON SUPERFICIES DE GRAVA O TIERRA………...…...33

FIGURA 9: FACTORES INCIDENTES EN LA MEDICIÓN DEL PERFIL LONGITUDINAL PARA LA OBTENCIÓN DEL IRI MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DEL PERFILÓMETRO. FIGURA 10: DESARROLLO DEL PERALTE EN CURVAS HORIZONTALES…………..…38

FIGURA 11: REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE SINGULARIDADES EN CARRETERAS………..40

FIGURA 12. VALORES TÍPICOS DE IRI PARA DISTINTOS TIPOS DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO……….………..45

FIGURA 14. SECCIÓN TRANSVERSAL IMPROPIA……….52

FIGURA 13. ESQUEMA DEL CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS GEOMÉTRICOS………...48

FIGURA 15. ONDULACIONES………...53

FIGURA 16. AHUELLAMIENTOS……….…….54

FIGURA 17. PÉRDIDA DE AGREGADOS……….…..55

FIGURA 18. CURVA DE DETERIORO DE UN PAVIMENTO DE HORMIGÓN ASFÁLTICO ……….57

FIGURA 19: SISTEMA NACIONAL DE CARRETERAS EN EL PERÚ..………....26

FIGURA 20. DIAGRAMA VIAL DEL DISTRITO DE MARANGANI………..………64

(10)

FIGURA 24. PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN DEL IRI………...……..71

FIGURA 25. SUPERFICIE IDEAL DE CARRETERA SIN RUGOSIDADES Y SUPERFICIE

REAL………...72

FIGURA 25. SUPERFICIE IDEAL DE CARRETERA SIN RUGOSIDADES Y SUPERFICIE

REAL………...73

FIGURA 27. RUGOSIDAD OBTENIDA CON RUGOSÍMETRO MERLÍN DE CARRETERA

LLANQUE – QUENAMARI………..74

FIGURA 28. RUGOSIDAD DE VÍA OBTENIDO CON NIVEL TOPOGRÁFICO………..…..75

FIGURA 29: ESTIMACIÓN DE LA VELOCIDAD ADECUADA EN FUNCIÓN DEL IRI……78

FIGURA 30. PERFIL LONGITUDINAL DE LA CARRETERA SAN PABLO – SOLTERA…79

FIGURA 31. RUGOSIDAD DE CARRETERA SAN PABLO – SOLTERA OBTENIDO CON RUGOSÍMETRO MERLÍN………...80

FIGURA 32. RUGOSIDAD DE CARRETERA OBTENIDA CON NIVEL TOPOGRÁFICO DE CARRETERA SAN PABLO – SOLTERA………..83

FIGURA 33: ESTIMACIÓN DE LA VELOCIDAD ADECUADA EN FUNCIÓN DEL IRI……84

FIGURA 34. PERFIL LONGITUDINAL DE CARRETERA PUENTE BELÉN - HUAYLLANI PACPACCA………...85

FIGURA 35: RUGOSIDAD DE CARRETERA PUENTE BELEN-HUAYLLANI PACPACCA OBTENIDA CON RUGOSÍMETRO MERLÍN………...……86

FIGURA 36: RUGOSIDAD DE CARRETERA PUENTE BELEN-HUAYLLANI PACPACCA OBTENIDA CON NIVEL TOPOGRAFICO………89

FIGURA 37: ESTIMACIÓN DE LA VELOCIDAD ADECUADA EN FUNCIÓN DEL IRI…....90

FIGURA 38: PERFIL LONGITUDINAL DE LA CARRETERA MARANGANI – SULLCA…..91

FIGURA 39. RUGOSIDAD DE CARRETERA MARANGANI - SULLCA OBTENIDO CON RUGOSÍMETRO MERLÍN………...92

FIGURA 40. RUGOSIDAD DE CARRETERA MARANGANI - SULLCA OBTENIDO CON NIVEL TOPOGRÁFICO………...95

FIGURA 41: ESTIMACIÓN DE LA VELOCIDAD ADECUADA EN FUNCIÓN DEL IRI……96

(11)

FOTOGRAFÍA 2: EQUIPO DE CLASE II: PERFILÓGRAFO CALIFORNIA………..….17

FOTOGRAFÍA 3: EQUIPO DE CLASE III: ROUGHOMETER II………..19

FOTOGRAFÍA 4: ELEMENTO QUE OCASIONAN SINGULARIDADES EN CARRETERAS………..39

FOTOGRAFÍA 5. DRENAJE INADECUADO………...……52

FOTOGRAFÍA 6. EXCESO DE POLVO………...………53

FOTOGRAFÍA 7. BACHES……….54

FOTOGRAFÍA 8: DRENAJE EN CARRETERAS EN LA PROVINCIA DE CANCHIS…...63

FOTOGRAFIA 9. TABLERO DEL RUGOSÍMETRO MERLÍN……….….69

FOTOGRAFIA 10. CALIBRACIÓN DEL RUGOSÍMETRO MERLÍN………...70

FOTOGRAFÍA 11. CALIBRACIÓN DEL RUGOSÍMETRO MERLÍN………71

FOTOGRAFÍA 12: SE MUESTRAN LOS EQUIPOS PARA DETERMINAR EL ÍNDICE DE RUGOSIDAD……….73

FOTOGRAFÍA 13. CARRETERA SAN PABLO – SOLTERA………79

FOTOGRAFÍA 14. ESTADO SITUACIONAL DE LA CARRETERA PUENTE BELÉN - HUAYLLANI PACPACCA………85

FOTOGRAFÍA 15: SE OBSERVA LA CARRETERA MARANGANI – SULLCA………...….91

INDICE DE CUADROS

CUADRO 1: ESCALA DE ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD……….…………..……43

CUADRO 2. INCLINACIÓN MEDIA Y SU CALIFICACIÓN………..….45

CUADRO 3: MEDICIÓN DE NIVELES DE SERVICIO………..……59

CUADRO 4: CLASIFICACIÓN DEL ESTADO DE LA SUPERFICIE DE RODADURA…...61

(12)

CUADRO 7. FRECUENCIAS DE LECTURAS OBTENIDAS CON RUGOSÍMETRO MERLÍN DE LA CARRETERA PUENTE BELÉN - HUAYLLANI PACPACCA…………...…87

CUADRO 8. FRECUENCIAS DE LECTURAS OBTENIDAS CON RUGOSÍMETRO MERLÍN………..93

CUADRO 9. RESUMEN DE ÍNDICE DE RUGOSIDAD OBTENIDO CON RUGOSÍMETRO

MERLÍN Y NIVEL TOPOGRÁFICO………...…97

CUADRO 10. RESUMEN DE ÍNDICE DE RUGOSIDAD OBTENIDO CON RUGOSÍMETRO MERLÍN Y NIVEL TOPOGRÁFICO………...98

INDICE DE HISTOGRAMAS

HISTOGRAMA 1. LECTURAS VS FRECUENCIAS……….….…76

HISTOGRAMA 2. LECTURAS VS FRECUENCIAS DE CARRETERA SAN PABLO – SOLTERA………..82

HISTOGRAMA 3. LECTURAS VS FRECUENCIAS DE LA CARRETERA PUENTE BELÉN - HUAYLLANI PACPACCA……….88

HISTOGRAMA 4. LECTURAS VS FRECUENCIAS DE LA CARRETERA MARANGANI –

(13)

periódico de una carretera, en ésta investigación se realizará un análisis de

variabilidad del Índice de Rugosidad Internacional respecto a los Caminos

Vecinales a nivel de afirmado que se encuentran a cargo del Instituto Vial

Provincial Canchis, a través del Rugosimetro Merlin y por Levantamiento

Topográfico con Nivel de Ingeniero.

Si bien es cierto que estos caminos vienen siendo programados por los

proyectos de Mantenimiento rutinario, para mantener operativo el tránsito

vehicular, de hecho que esto no soluciona el problema, debido a que

manualmente es imposible recubrir con material de afirmado reduciendo el

desgaste del camino del afirmado.

De hecho es que este análisis de la Variabilidad del Índice de Rugosidad

Internacional aportará para que estas carreteras sean programadas para su

mantenimiento periódico, además de ello, podremos diferenciar el mejor trabajo

(14)

The index of ruggedness of a highway, defines the aspects of periodic

maintenance of a highway, in this investigation will be carried out an analysis of

variability of the Index of International Ruggedness regarding the Local Roads at

level of having affirmed that they are in charge of the Institute Provincial Vial

Canchis, through Rugosimetro Merlin and for Topographical Rising with Level of

Engineer.

Although it is certain that these roads come being programmed by the projects of

routine Maintenance, to maintain operative the vehicular traffic, in fact that this

doesn't solve the problem, because manually it is impossible to recover with

material of having affirmed reducing the waste of the one on the way to the one

affirmed.

In fact it is that this analysis of the Variability of the Index of International

Ruggedness will contribute so that these highways are programmed for its

periodic maintenance, besides it, we will be able to differentiate the best work

with the Teams outlined in the corresponding thesis.

(15)

En el presente trabajo de investigación se presentan dos métodos para

obtener el Índice de Rugosidad Internacional, las que son el Gugosímetro

Merlin y Nivel de Ingeniero aplicados a la construcción de carreteras;

teniéndose por un lado, carreteras no pavimentadas en la Provincia de

Canchis que se encuentran a nivel de afirmado.

Siendo éstos dos métodos, vitales para la realización del análisis de la

rugosidad de una carretera, se considera de mucha importancia realizar un

análisis comparativo del mejor resultado; deduciéndose de dicha

comparación la conveniencia de la realización de un proyecto determinado,

aplicando uno de los dos instrumentos mencionados anteriormente.

Inicialmente se realiza una breve introducción sobre cada uno de los dos

tipos de análisis de la Rugosidad en el presente trabajo de investigación,

haciendo mención de la función del Rugosímetro Merlin y del Nivel de

Ingeniero.

Finalizando con un análisis comparativo de los beneficios y mejores

resultados, realizado el análisis con los dos instrumentos en particular; en las

carreteras de los tramos de: Llinqui Quenamari Tramo I, Km 3+000 al 3+500,

San Pablo – soltera Km 2+000 al 3+000, Puente Belén Huayllani – Pacpacca

Km 2+500 al 3+000 y Marangani – Sullca Km 3+000 al 4+000.

Finalmente, se llega a las conclusiones respecto a la conveniencia del uso de

cada tipo de pavimento, dependiendo de las condiciones del proyecto y los

(16)

Para que exista un buen desarrollo en las poblaciones más alejadas se requiere

la interconexión con carreteras o trochas carrozables afirmadas y/o rehabilitas,

las mismas que con el pasar de los años y por consecuencias de las

precipitaciones pluviales, incremento de tránsito, etc, se deteriora haciendo

dificultoso el ingreso de los vehículos, por ende, la falta de movilidad perjudica

enormemente el desarrollo de una población.

En el presente trabajo quiero enfatizar el análisis de las condiciones físicas de la

superficie por donde circulan los vehículos en cuanto a la rugosidad, las

deformaciones, la textura, estado y la limpieza. Al respecto, es de resaltar que

defectos como baches, ondulaciones, encalaminados, ahuellamientos, piedras

sueltas u obstáculos en la plataforma, entre otros, afectan drásticamente la

comodidad, la seguridad y la economía de los usuarios. Esta característica de la

regularidad superficial se determina mediante el Índice de Rugosidad

Internacional- IRIl.

Para ello se propone realizar el ANÁLISIS DE LA VARIABILIDAD DEL IRI

OBTENIDO POR LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO Y RUGOSÍMETRO

MERLIN EN CARRETERAS NO PAVIMENTADAS DE LA PROVINCIA DE

CANCHIS-CUSCO el cual nos permitirá determinar la variabilidad de los valore y

(17)

TESIS: “ANÁLISIS DE LA VARIABILIDAD DEL IRI OBTENIDO POR LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO Y RUGOSÍMETRO MERLIN EN CARRETERAS NO PAVIMENTADAS DE LA PROVINCIA DE CANCHIS-CUSCO”

Bach. Valentin Condori Jihuallancca Pág. 1

CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.1 EXPOSICIÓN DE LA SITUACIÓN PROBLEMÁTICA

Para la Red Vial Departamental No Pavimentada de nuestro país se ha establecido

la clasificación del Estado de la Superficie de Rodadura en función de ciertos

criterios sobre los elementos y condiciones del camino y un cierto valor referencial

del Índice de Rugosidad Internacional (IRI)1_.

Las principales características físicas que se deben mantener en un camino para

garantizar condiciones satisfactorias al tránsito vehicular son la capacidad de soporte

y la regularidad superficial.

La regularidad superficial se refiere a las condiciones físicas de la superficie por

donde circulan los vehículos en cuanto a la rugosidad, las deformaciones, la textura,

estado y la limpieza. Al respecto, es de resaltar que defectos como baches,

ondulaciones, encalaminados, ahuellamientos, piedras sueltas u obstáculos en la

plataforma, entre otros, afectan drásticamente la comodidad, la seguridad y la

economía de los usuarios. Esta característica de la regularidad superficial se

determina mediante el Índice de Rugosidad Internacional- IRI.

1_{El Índice Internacional de Rugosidad-IRI es una medida de referencia para la}

regularidad superficial de la carretera en cuanto a deformaciones. El IRI mide la

influencia del perfil longitudinal en la calidad de rodadura, expresada por la respuesta

dinámica de un vehículo en movimiento. El IRI se cuantifica en metros por kilómetro,

que es la media de los desplazamientos verticales por unidad de distancia. (Otillana

(18)

Bach. Valentin Condori Jihuallancca

Pág. 2 De acuerdo con la clasificación del Banco Mundial, citado por (Del Águila Rodríguez,

1999) los métodos para la medición de la rugosidad se agrupan en 4 clases, siendo

los de Clase 1 los más exactos (Mira y Nivel, TRRL Beam, perfilómetros estáticos).

La Clase 2 agrupa a los métodos que utilizan los perfilómetros estáticos y dinámicos,

pero que no cumplen con los niveles de exactitud que son exigidos para la Clase 1.

Los métodos Clase 3 utilizan ecuaciones de correlación para derivar sus resultados

a la escala del IRI (Bump integrator, Mays meter). Los métodos Clase 4 permiten

obtener resultados meramente referenciales y se emplean cuando se requieren

únicamente estimaciones gruesas de la rugosidad.

Por esta razón, el propósito principal de este estudio es proporcionar información útil

a las entidades encargadas del mantenimiento de vías no pavimentadas en relación

con la variabilidad del IRI, calculado a partir de datos obtenidos por el Rugosímetro

tipo Merlín y el levantamiento topográfico que es el de mayor precisión.

1.2 FORMULACIÓN DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2.1 PROBLEMA GENERAL

¿Cómo varían los valores del IRI en vías no pavimentadas de la Provincia de

Canchis - Cusco, obtenidas con el Rugosímetro Merlín y por levantamiento

topográfico?

1.2.2 PROBLEMAS ESPECIFICOS

 ¿Cuál es el estado superficial de las vías no pavimentadas de la Provincia de

Canchis - Cusco en función del Índice Internacional de Rugosidad (IRI)?

 ¿Cuál es la velocidad de tránsito apropiada de vehículos en función de la

calidad de la regularidad superficial de las carreteras de la Provincia de

(19)

Pág. 3

1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

La infraestructura de carreteras proporciona una base esencial para el

funcionamiento de todas las economías nacionales y genera una amplia gama de

beneficios económicos y sociales. Conservar adecuadamente la infraestructura vial

es imprescindible para preservar y aumentar estos beneficios. Los responsables de

la toma de decisiones deben reconocer la importancia de la conservación, así como

la de financiarla y administrarla adecuadamente para extraer el máximo valor de la

red. La insuficiencia de las inversiones o una mala administración de la red de

carretera tendrán graves consecuencias para la economía y el bienestar social.

Por otra parte el Perú es uno de los países sudamericanos con menos carreteras

pavimentadas y con más carreteras en mal estado. Nuestra densidad de vías

pavimentadas por kilómetros cuadrados de superficie está muy por debajo de la

media regional, superando sólo a Bolivia en el área andina.

Las rutas están a cargo de PROVIAS, organismo descentralizado del Ministerio de

Transportes y Comunicaciones del Perú, este organismo tiene la función mantener y

ampliar dichas vías. Por la calidad y el tipo de vehículos que las recorre podemos

clasificarla en 3 categorías: autopistas, carreteras asfaltadas y caminos afirmados:

La mayor parte de las vías peruanas son caminos afirmados construidos en base a

tierra y ripio. Existen 3 tipos de caminos afirmados en el Perú: los que pertenecen a

la red nacional, los caminos secundarios y vecinales y las trochas carrozables.

Así mismo es necesario conocer la calidad de las carreteras, para ello estudiaremos

la serviciabilidad y la regularidad superficial; fundamentalmente por la calidad en que

se encuentra la superficie de rodadura; por lo que en la presente tesis nos

abocaremos en medir la rugosidad de cuatro carreteras mediante dos métodos como

son con el IRI y con Nivel de Ingeniero ya que ello permite obtener valores más

reales de la calidad de la superficie de rodadura de las carreteras.

1.4 DELIMITACION DE ESTUDIO

La presente tesis tiene como alcance la evaluación del estado de las superficies de

(20)

Pág. 4 mantenimiento vial a cargo del INSTITUTO VIAL PROVINCIAL DE LA PROVINCIA

DE CANCHIS del departamento del Cusco, estas carreteras son:

 Carretera de ruta vecinal tramo: Llinqui Quenamari Km 3+000 al Km 3+500

Código de Ruta CU-1330 (Emp. PE 3S (Llinqui) - Quenamari - Apacheta),  Carretera de ruta vecinal tramo: San Pablo Soltera Km 2+000 al Km 3+000

Ruta CU-1541 (EMP PE 3S (PARADERO CAMACHO) - EMP PE 3S

(PARADERO SOLTERA),

 Carretera de ruta vecinal tramo: Puente Belén Huayllani Pacpacca Km 2+500

al Km 3+000 Ruta CU-1544 (Emp. CU-1541 - Viluyo),

 Carretera de ruta vecinal tramo: Marangani Sullca Km 3+000 al Km 4+000, Ruta CU-1562 (Emp. PE-3S - Sullca – Cumuyapu).

La superficie de rodadura de estas carreteras tiene una capa de afirmado en donde

se han realizado recientes actividades de mantenimiento periódico. En cada una de

estas carreteras se evaluará la calidad de la superficie de rodadura, para esto se

utilizarán dos métodos, uno es a través del IRI otro con Nivel de Ingeniero; en cada

carretera la longitud de tramo a estudiar es de 400m. por lo que finalmente se

pretende determinar el método que mayor precisión nos permite conocer la

rugosidad de las referidas vías.

1.5 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION 1.5.1 OBJETIVO GENERAL

Determinar la variabilidad de los valores del IRI en vías no pavimentadas de

la provincia de Canchis - Cusco, obtenidas con el Rugosímetro Merlín y por

nivelación topográfica.

1.5.2 OBJETIVO ESPECIFICO

1. Determinar el estado superficial de las vías no pavimentadas de la Provincia

de Cachis en función a los valores del Índice Internacional de Rugosidad (IRI)

obtenido de los trabajos de campo utilizando el Rugosímetro Merlín y

(21)

Pág. 5 2. Determinar velocidades de tránsito apropiadas de vehículos en función de la

calidad de la regularidad superficial de las carreteras de la provincia de

Canchis.

1.6 HIPOTESIS

1.6.1 HIPOTESIS GENERAL

Los valores del IRI en vías no pavimentadas de la Provincia de Canchis - Cusco

obtenido con el Rugosímetro Merlín varían proporcionalmente a los valores

obtenidos por nivelación topográfica.

1.6.2 HIPOTESIS ESPECÍFICAS

1. El estado superficial de las vías no pavimentadas de la Provincia de Canchis

se mide en función a los valores del Índice Internacional de Rugosidad (IRI)

obtenido de los trabajos de campo utilizando el Rugosímetro Merlín y nivelación

topográfica indica un bajo nivel de serviciabilidad.

2. La regularidad superficial de la carretera está supeditada a la actividad de

mantenimiento que se dé, estas condiciones en la Provincia de Canchis

permiten la transitabilidad continua de vehículos a velocidades de 80 km/h en

promedio.

1.7 VARIABLES E INDICADORES 1.7.1 VARIABLE INDEPENDIENTE

VARIABILIDAD DEL IRI OBTENIDO POR LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO Y

RUGOSÍMETRO MERLIN

1.7.2 VARIABLE DEPENDIENTE

(22)

Pág. 6

1.8 MATRIZ DE CONSISTENCIA

PROYECTO :ANÁLISIS DE LA VARIABILIDAD DEL IRI OBTENIDO POR LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO Y RUGOSÍMETRO MERLIN EN CARRETERAS NO PAVIMENTADAS DE LA PROVINCIA DE CANCHIS-CUSCO

AUTOR : VALENTIN CONDORI JIHUALLANCA

PROBLEMA OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES INDICADORES INDICES

PROBLEMA GENERAL

¿Cómo varían los valores del IRI en vías no pavimentadas de la Provincia de Canchis - Cusco, obtenidas con el Rugosímetro Merlín y por levantamiento topográfico?

PROBLEMAS ESPECIFICOS

¿Cuál es el estado superficial de las vías no pavimentadas de la Provincia de Canchis - Cusco en función del Índice Internacional de Rugosidad (IRI)?

¿Cuál es la velocidad de tránsito apropiada de vehículos en función de la calidad de la regularidad superficial de las carreteras de la provincia de Canchis?

OBJETIVO GENERAL

Determinar la variabilidad de los valores del IRI en vías no pavimentadas de la provincia de Canchis - Cusco, obtenidas con el Rugosímetro Merlín y por nivelación topográfica.

OBJETIVO ESPECIFICO

Determinar el estado superficial de las vías no pavimentadas de la Provincia de Cachis en función al Índice Internacional de Rugosidad (IRI) obtenido de los trabajos de campo utilizando el Rugosímetro Merlín y nivelación topográfica.

Determinar velocidades de tránsito apropiadas de vehículos en función de la calidad de la regularidad superficial de las carreteras de la provincia de Canchis.

HIPOTESIS GENERAL

Los valores del IRI en vías no pavimentadas de la Provincia de Canchis - Cusco obtenido con el Rugosímetro Merlín varían proporcionalmente a los valores obtenidos por nivelación topográfica.

HIPOTESIS ESPECÍFICAS

El estado superficial de las vías no pavimentadas de la Provincia de Canchis en función al Índice Internacional de Rugosidad (IRI) obtenido de los trabajos de campo utilizando el Rugosímetro Merlín y nivelación topográfica indica un bajo nivel de serviciabilidad.

La regularidad superficial de la carretera está supeditada a la actividad de mantenimiento que se dé, estas condiciones en la Provincia de Canchis permiten la transitabilidad continua de vehículos a velocidades de 80 km/h en promedio.

V. INDEPENDIENTE

VARIABILIDAD DEL IRI OBTENIDO POR LEVANTAMIENTO

TOPOGRÁFICO Y

RUGOSÍMETRO MERLIN

 Determinación del Índice Rugosidad con Rugosímetro Merlín y nivel topográfico.

 Correspondencia de la velocidad en función de la calidad de la regularidad superficial de la carretera

- Depresiones - Elevaciones

(23)

Pág. 7

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO REFERENCIAL

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

Con el objetivo de unificar los diferentes parámetros que se utilizaban en diferentes

países para determinar la regularidad superficial de las carreteras, se realizó en

Brasil en 1982, el proyecto International Road Roughness Experiment (IRRE),

promocionado por el Banco Mundial; en el cual participaron equipos de

investigación de Brasil, Inglaterra, Francia, Estados Unidos y Bélgica. En este

proyecto se realizó la medición controlada de la regularidad superficial de

pavimentos para un número de vías bajo diferentes condiciones y con una variedad

de instrumentos y métodos. Esta situación ha sido motivo de estudio aplicado a

nuestra realidad nacional, por lo cual se han desarrollado diversos estudios; lo que

se ha tomado como antecedente cuyas características detallamos a continuación.

2.1.1 PRIMER ANTECEDENTE

1. TEMA

MEDICION Y COMPARACION DE RUGOSIDAD EN PAVIMENTOS DE LA

CIUDAD DE HUANUCO: MEDIANTE SMARTPHONE Y UN METODO

TRADICIONAL

2. ENTIDAD

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERU

3. EJECUTOR

(24)

Pág. 8

4. RESUMEN

Actualmente en el Perú, el transporte es una actividad importante que forma parte

del sector comercial, industrial y turístico. Es por ello que las carreteras y el estado

en el que se encuentran influyen directamente en la economía del país. De igual

manera, para cuantificar y determinar el estado de sus calzadas existen dos

alternativas: el índice de serviciabilidad actual (ISA) y el índice de rugosidad

internacional (IRI). El primero es un parámetro subjetivo; mientras que el segundo

es uno objetivo y calculado a partir de fórmulas planteadas por el Banco Mundial.

Para determinar el IRI existen muchos métodos y equipos diversos, uno de ellos es

el Roadroid, una aplicación desarrollada para teléfonos inteligentes que permite

analizar el estado de las calzadas.

En la presente tesis se utiliza esta aplicación para determinar la condición de las

calzadas de las carreteras de la ciudad de Huánuco y sus alrededores, resaltando

sus ventajas y comparando los resultados proporcionados con la condición

observada en campo. Se determinó que las calzadas de Huánuco tienen un IRI promedio de 5.96; la carretera “la colectora”, un IRI de 6.6; y la carretera central

tramo Huánuco – Tingo María, un IRI de 5.85. Mientras que las calzadas de las

carreteras al aeropuerto y a la cueva de las lechuzas tienen un IRI promedio de

1.64 y 1.8 respectivamente. Asimismo, se determinó que el cIRI y el eIRI se

asemejan y tienen una relación lineal a partir de velocidades mayores o iguales a

67 Km/h. Por último, se observó que el Roadroid proporciona valores de eIRI y cIRI

parecidos al IRI obtenido utilizando mira y nivel, pero con un rendimiento superior.

5. CONCLUSIONES

A partir de los resultados mostrados se puede concluir que en la ciudad de

Huánuco, la mayor parte las calzadas presentan desgaste e irregularidades, por lo

que su IRI es elevado (5.96). Esto se puede explicar debido a que el clima es más

agresivo en comparación a otras ciudades del país. En temporadas de lluvias, estas

(25)

Pág. 9 Lo mismo sucede con sus alrededores, como en el caso de la carretera “la colectora” y la carretera central (tramo Huánuco-Tingo María). Ambas presentaron

un IRI elevado (6.6 y 5.85 respectivamente), ocasionado por las lluvias y los

Huaycos, que tienden a ser un problema que suele ocurrir cada año, ocasionando

daños a la carreteras, por lo que encontrar desgastes e imperfecciones

superficiales mientras se recorre estas calzadas suele ser común.

En el caso de la carretera al aeropuerto y la carretera a la cueva de las lechuzas,

en ambas se realizaron trabajos de mantenimiento recientemente, por lo que

encontrar un IRI bajo (1.64 y 1.8 respectivamente) era de esperarse. Cabe recalcar

que en el caso de la carretera al aeropuerto se consideró el valor de 1.64, pues este

valor se obtuvo despreciando los rompemuelles y badenes, los cuales tienen una

gran influencia en los resultados finales y no son factores a considerar para el

cálculo del IRI, pues no son irregularidades ni imperfecciones superficiales de las

calzadas.

Se demostró que el roadroid proporciona valores parecidos a los que se obtiene

usando mira y nivel, pero de manera mucho menos compleja. También se puede

aseverar que el roadroid no tiende a incrementar demasiado el IRI producto de las

variaciones de pendiente ni al inicio de la recolección de datos, por lo que sería más

ventajoso usarlo en carreteras con pendiente variable y en tramos largos. De igual

manera, las horas hombres empleadas con el roadroid son mucho menores a las

empleadas usando mira y nivel, por lo que el rendimiento de este programa es

mejor. Además, se observó que el IRI obtenido a partir de datos recolectados con

mira y nivel tiende a estabilizarse y se parecen a los valores obtenidos con roadroid.

Asimismo, se comprobó que el roadroid proporciona valores de cIRI más parecidos

al eIRI si la velocidad aumenta. A partir de las figura 86 se puede deducir que con

velocidades mayores o iguales a 67 Km/h, la relación se hace más tangible y se

podría aseverar que existe como tal. Es decir, que a mayores velocidades, el cIRI

y el eIRI se asemejan más. Sin embargo, también se pudo notar que el cIRI a veces

difiere mucho del eIRI cuando el IRI de la carretera es elevado, es decir, cuando la

(26)

Pág. 10

2.1.2 SEGUNDO ANTECEDENTE 1. TEMA

ANÁLISIS DEL IRI PARA UN PROYECTO DE CARRETERA SINUOSA

CONCESIONADA EN EL PERÚ

2. ENTIDAD

UNIVERSIDAD DE PIURA

3. EJECUTOR

Ing.: Jorge Eduardo Montoya Goicochea

4. CONCLUSIONES

En ese sentido, queda establecido que según lo analizado en la presente tesis,

para las vías de penetración de nuestro país, el parámetro que influye más en el

valor del IRI es la curvatura horizontal; debido a que en esta hay cuatro cambios de

pendiente claramente identificables a comparación de la curva vertical, en la que

hay solamente cambios. Asimismo, la cantidad de curvas horizontales, las cuales

están en mucha mayor frecuencia que las curvas verticales.

Luego del análisis del grado de relación entre el valor de IRI de Diseño y el grado

de curvatura se puede concluir que existe una tendencia entre ambas variables. Sin

embargo se puede concluir que en caso se requiera mayor grado de relación, es

necesario invertir para generar planos de los diseños de las vías que puedan

proveer de valores reales de diseño, lo cual no se logró con la presente tesis, la

cual partió de un modelo digital de terreno obtenido de un levantamiento topográfico

de la superficie de una vía existente.

En el marco de los contratos de concesión, dicha ecuación obtenida que relaciona

el grado de curvatura con el IRI de diseño puede ser aplicable como es el caso

(27)

Pág. 11 de parámetros y serviciabilidad o niveles de servicio de forma similar a como han

sido asignados en algunos de los contratos de concesión vigentes mencionados

anteriormente. Asimismo, se analizó y verificó la nula posibilidad en que la

implementación de estas tolerancias pueda afectar el equilibrio económico dentro

del marco del contrato de concesión. De esta forma, tanto el concesionario como

los usuarios no se verán afectados debido a que según lo analizado, no se

generarán ni beneficios y costos para ninguno de los involucrados.

Dentro del marco de los controles de recepción de las obras, como en otros países

esta metodología se puede aplicar para promover la importación de mejores

procedimientos constructivos que faciliten mejores resultados de IRI,

recompensando al constructor por obtener resultados por debajo del control

receptivo, y penalizando a este último en caso obtengan resultados por encima del

valor de control receptivo.

En tal sentido, la inversión que las entidades públicas y privadas puedan realizar

para obtener un verdadero perfil de diseño aunado a la metodología de cálculo de

la línea de tendencia es vital para conocer la verdadera tendencia del valor de IRI

de diseño en relación al grado de curvatura horizontal de las vías de penetración.

Para este caso es importante identificar los valores de rugosidad asociados a la

influencia de la geometría con el fin de reconocer los valores asociados

directamente a la calidad constructiva y evitar penalizaciones por causas no

imputables a los constructores.

Asimismo, este mecanismo puede ser aplicado también para reconocer el efecto

de la influencia de los aspectos asociados a la geometría del trazo o a las

singularidades en la vía puede generar que los agentes involucrados en las obras

(supervisor y constructor) asocien directamente el valor del resultado a la calidad

constructiva de la intervención, corriendo el riesgo de volver a ejecutar nuevamente

intervenciones con el fin de alcanzar el valor contractual requerido pensando que

de esta forma pueda llegar a subsanarse la observación, generando así una doble

inversión injustificada que inclusive pueda no llegar a reducir en algo el valor de

rugosidad luego de la primera intervención.

Finalmente, el conocer la verdadera relación entre los valores de IRI de diseño y

(28)

Pág. 12 exigencias técnicas en los términos de referencia de futuras concesiones viales y

expedientes técnicos para caminos nuevos pavimentados.

2.2 MARCO TEÓRICO BASICO 2.2.1 LA RUGOSIDAD

La rugosidad de un pavimento es el parámetro que relaciona la magnitud y

frecuencia de las irregularidades superficiales o altimétricas, con la comodidad o

confort al transitar sobre él. La unidad de medición de rugosidad que se emplea en

el Perú es el IRI (International Roughness Index), parámetro desarrollado por el

Banco Mundial para uniformizar los diversos criterios que existen para medir y

calibrar la rugosidad de los pavimentos. Una discusión completa sobre el significado

y cálculo del IRI. (CAMINEROS, 2015)

Para evaluar la serviciabilidad del pavimento se emplea el parámetro denominado

Índice de Serviciabilidad Presente (PSI), el cual establece la condición funcional o

capacidad de servicio actual del pavimento, conceptos que fueron desarrollados

por el cuerpo técnico del Ensayo Vial AASHO, en 1957 (2). Los valores del PSI se

evalúan mediante una escala que va de 0 a 5, en donde la condición óptima

corresponde al máximo valor.

2.2.2 DESCRIPCIÓN DE LAS CLASES DE EQUIPOS DE MEDICIÓN DE RUGOSIDAD.

Similar a la variedad de indicadores de rugosidad que existen, así también existen

diversos equipos para la medición de rugosidad que mediante procedimientos llega

a valores IRI.

Los diversos métodos existentes fueron agrupados en cuatro categorías, en base

(29)

Pág. 13 FIGURA 1: CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE MEDICIÓN DEL IRI DE PAVIMENTO

(30)

Pág. 14 Existen diversos equipos de medición de rugosidad, entre los cuales podemos

mencionar los más comunes:

a) Perfilómetro láser.

El perfilómetro láser es un equipo basado en la medida de distancias por medio de

láser y acelerómetros inerciales, preparado para registrar los perfiles longitudinales

y transversales de las carreteras, así como para tomar simultáneamente datos de

textura. Las mediciones se realizan con el vehículo circulando totalmente integrado

en el tráfico.

En la actualidad existen versiones que pueden realizar mediciones con velocidades

de circulación menores a 20 km/h sin que pueda generarse alteración alguna de los

resultados. Estos equipos, dependiendo del modelo y proveedor permiten:

Obtener distintos índices de rugosidad superficial de los firmes, haciendo posible

la auscultación sistemática de la red de carreteras.

Detectar problemas relacionados con la regularidad transversal de los firmes

(ahuellamientos, zonas de posible formación de charcos, etc.).

Determinar de manera continua la profundidad de textura.

Obtener el perfil longitudinal del camino.

Se pueden georeferenciar los resultados, puesto que también dispone de un

equipo autónomo de posicionamiento global (GPS).

El perfil y la profundidad de textura se pueden obtener simultáneamente o cada uno

por separado.

b. Walking Profiler

El walking profiler es un equipo basado en la medida de distancias por medio de

acelerómetros inerciales, preparado para registrar los perfiles longitudinales de las

carreteras, o en todo caso el perfil longitudinal de cualquier superficie que se desee

medir. La portabilidad del equipo, permite que las mediciones se realicen a paso de

caminata, puesto que el dispositivo solo requiere ser empujado por una persona

(31)

Pág. 15 actualidad existen versiones que integran una computadora portátil al dispositivo a

fin de realizar los procesamientos en campo.

Estos equipos, dependiendo del modelo y proveedor permiten:

Obtener distintos índices de rugosidad superficial de los firmes, haciendo posible

la auscultación sistemática de la red de carreteras.

Alta precisión en la obtención del perfil longitudinal de evaluación.

Se pueden georeferenciar los resultados, puesto que también dispone de un

equipo autónomo de posicionamiento global (GPS).

c. Merlín.

El Merlín o MERLÍN (acrónimo de la terminología inglesa Machine for Evaluating

Roughness using Low-cost Instrumentation) es un equipo desarrollado por el

Laboratorio Británico de Investigación de Transportes y Caminos (TRRL), cuyo

diseño se basa en el principio del perfilómetro estático.

En simples palabras, utiliza el concepto de usar la dispersión de las desviaciones

de la superficie respecto de una cuerda promedio, como una forma para evaluar la

rugosidad de un pavimento lo cual no es nuevo ni original del TRRL. Varios

parámetros de rugosidad precedentes, tal como el conocido Quarter-Car Index (QI),

han sido propuestos por otros investigadores basándose en el mismo concepto.

El Merlín es un equipo que consta de un marco formado por dos elementos

verticales y uno horizontal. Uno de los elementos verticales es una rueda donde

una vuelta de la rueda es 2.15 m. En la parte central del elemento horizontal se

proyecta una barra vertical cuyo extremo inferior pivota un brazo móvil; en el

extremo inferior, se ubica un patín empernado ajustable mientras que en el extremo

superior se ubica el puntero, siendo la relación de brazo entre los segmentos

pivote-extremo, de 1:10. En cada vuelta de la rueda se realiza una observación de acuerdo

a la posición del puntero hasta completar las 200 observaciones.

Durante la recolección de datos, se va llenando un histograma de distribución de

frecuencias con los resultados de 200 mediciones, posteriormente se eliminan los

datos que corresponden a errores (10 datos de cada cola del histograma).

(32)

Pág. 16 Internacional (IRI), que es el parámetro utilizado para uniformizar los resultados

provenientes de la gran diversidad de equipos que existen en la actualidad, se

utilizan las siguientes expresiones:

a. Cuando 2.4<IRI<15.9, entonces IRI = 0.593 + 0.0471 D

b. Cuando el IRI < 2.4, entonces IRI = 0.0485 D

FOTOGRAFÍA 1: EQUIPO DE CLASE II: MERLÍN

Fuente: elaboración propia

d) Perfilógrafo California.

El Perfilógrafo california permite obtener el perfilograma o perfil longitudinal de la

superficie de rodadura y determinar a partir de él el índice de perfil de pavimento.

El equipo se encuentra formado por un arco metálico rígido, unos carros de carga

ubicados en los extremos del marco, una llanta sensora neumática y una consola

de registro.

Las pruebas consisten en medir las irregularidades en la superficie mediante el

registro de datos de variaciones entre la rueda principal central respecto a las

ruedas de apoyo que forman una línea recta referencial, estas variaciones son

(33)

Pág. 17 deben de ser menores a 200 metros. Para calcular el índice de perfil de pavimento,

se suman todas protuberancias mayores de 10 mm dividido sobre la longitud de

evaluación y multiplicado por 1000; las unidades con las que se presenta el

coeficiente obtenido serán en cm / Km.

La desventaja principal de este equipo es que mediante su utilización no se puede

obtener valores IRI de superficies.

FOTOGRAFÍA 2: EQUIPO DE CLASE II: PERFILÓGRAFO CALIFORNIA

Fuente: ÍNDICE INTERNACIONAL DE RUGOSIDAD EN LA RED CARRETERA DE MÉXICO

e. Bump Integrator.

El Bump Integrator es uno de los diversos dispositivos disponibles en el mercado

los cuales son conocidos también como dispositivos del tipo respuesta o

Response-type Road Roughness Measuring System(RTRRMS). Estos, van montados sobre

la carrocería de un vehículo con un dispositivo adherido al eje posterior y conectado

a través de un cable. Las variaciones (movimientos hacia arriba y hacia abajo) entre

el eje posterior y la carrocería son cuantificadas para un intervalo de longitud las

cuales representan a las variaciones diferenciales de las masas m1 y m2 que

forman parte de la teoría de la ecuación del cuarto de coche mencionado

(34)

Pág. 18 Para la recolección de datos, el vehículo se desplaza sobre la superficie a evaluar

a una velocidad constante de 40 km/h donde las irregularidades que puedan

presentarse producirán movimientos perpendiculares, estos movimientos son

interpretados y cuantificados mediante un dispositivo contador, cuyo valor es

recolectado para una posterior conversión a unidades de IRI (m/Km) mediante una

ecuación de correlación.

Para esta correlación es necesaria la comparación de resultados entre el Bump

Integrator y algún equipo de clase I o II en las conocidas pistas de calibración.

Por otro lado, los vehículos dependiendo del modelo y la marca poseen dinámicas

particulares, por esta razón el Bump Integrator recolecta la información de las

particularidades de cómo se mueve el vehículo y por lo tanto, las lecturas pueden

puede contaminarse con otros tipos de movimiento ajenos al desplazamiento en la

pista. Es entonces que una desventaja aparece al momento de querer comparar

dos sistemas vehículo –dispositivo para una misma pista; puesto que por las

características anteriormente descritas, no pueden ser reproducibles (no son

iguales). Asimismo y por esta razón, las medidas realizadas con equipos del tipo

respuesta no pueden ser comparadas con los realizados años anteriores.

FIGURA 2: EQUIPO DE CLASE III: BUMP INTEGRATOR

(35)

Pág. 19

f) Roughometer II.

El Roughometer II (así como el Bump Integrator) es un dispositivo clasificado dentro

de la Clase III por poseer tecnología de funcionamiento calificado dentro de los

dispositivos del tipo respuesta o Response-Type Road Roughness Measuring

System(RTRRMS).

El equipo está conformado por los siguientes dispositivos: uno portátil denominado

controlador, mediante el cual se administra la ejecución de la medición y el

almacenamiento digital de la información; este dispositivo está conectado con el

sensor de rugosidad y el odómetro rotatorio mediante el módulo de interfaz. Tanto

el controlador como el módulo de interfaz van instalados en la cabina, mientras que

el sensor de rugosidad va instalado en el eje posterior del vehículo, cercano a la

rueda izquierda. Conforme el vehículo recorre la vía a una velocidad uniforme entre

50 a 60 km/hr , el sensor de rugosidad percibe las vibraciones inducidas al eje,

como consecuencia de la calidad de rodado, las cuales son enviadas mediante

codificación al controlador, el que se encarga de almacenar la información.

La bondad de este dispositivo, es que posterior al procesamiento de los datos en

un ordenador, entrega los resultados en escala IRI; sin embargo estos resultados

deberán ser ajustados a una curva de ajuste mediante una ecuación de correlación,

debido a que por norma todo resultado obtenido por un equipo de clase III, deberá

ser correlacionado con los resultados de un dispositivo de clase mayor.

(36)

Pág. 20 2.2.3 VARIACIONES APARENTES DE PERFILES LONGITUDINALES UTILIZANDO

DIFERENTES EQUIPOS

Existen diferentes equipos para determinar la regularidad superficial de los

pavimentos, los cuales han venido evolucionando en el tiempo, variando unos de

otros en la precisión y rapidez para la obtención de los resultados. En la Tabla 1 se

muestra de manera resumida los diferentes equipos empleados para la

determinación de la regularidad superficial y sus principales usos.

“Como se mencionó anteriormente el cálculo del IRI es independiente de la técnica

o equipo utilizado, y por lo tanto el paso más importante para el cálculo del IRI,

consiste en la calidad de la medición de las ordenadas o cotas de una línea de perfil

longitudinal. Sin embargo, es importante destacar que, graficar las elevaciones en

función de la distancia longitudinal para un mismo tramo de carretera empleando

diferentes equipos de medición no necesariamente implica que los perfiles

longitudinales medidos coincidan entre sí. Por ejemplo, la Figura 3 muestra los

perfiles longitudinales obtenidos a partir del Dipstick y otros dos perfilómetros

inerciales (ICC Laser y K.J. Law), los cuales evidentemente son muy diferentes

entre sí. Estas diferencias se deben principalmente a la conjugación entre el perfil

del camino que contribuye a la regularidad y la pendiente total del tramo

seleccionado. En otras palabras, dependiendo del equipo se establecen niveles de

referencia diferentes para la determinación del perfil; es decir, en el caso del

Dipstick se registra la elevación de un apoyo relativo a la elevación del otro,

mientras que en el caso de los perfilómetros inerciales, las elevaciones se registran respecto a un eje de referencia inercial, lo cual genera las diferencias” (VARGAS,

(37)

Pág. 21 FIGURA 3: VARIACIONES APARENTES DE PERFILES LONGITUDINALES UTILIZANDO

DIFERENTES EQUIPOS

Fuente: DETERMINACIÓN DE LA REGULARIDAD SUPERFICIAL DE PAVIMENTOS MEDIANTE EL CÁLCULO DEL INDICE REGULARIDAD INTERNACIONAL (IRI)

2.3 MARCO CONCEPTUAL 2.3.1 EL IRI

En 1950, un grupo de expertos en pavimentos realizó una evaluación de la

condición de la superficie de pavimentos de prueba. Esta evaluación se basó en:

una inspección minuciosa, la experiencia de conducir sobre ellos y el uso de

medidas tomadas con varios equipos de la época. La evaluación del grupo de

expertos fue procesada para calificar al pavimento asignándole un solo número, el

nombre que se le dio a ese número fue PSR - Present Serviceability Rating, Grado

de Serviciabilidad Presente.

Este concepto fue utilizado para estudiar la variación del comportamiento del

pavimento con el tiempo y para definir cuándo el pavimento estaba muy deteriorado

y necesitaba rehabilitación. La estimación del PSR fue llamada PSI -Present

Serviceability Index, Índice de Serviciabilidad Presente-, el cual está en función de

la rugosidad y las fallas del pavimento. Debido al concepto del PSI, surgió una gran

cantidad de aparatos y equipos para su medición y con la reproducción de equipos,

(38)

Pág. 22 de resultados, por lo que en 1982, por medio de un estudio realizado en Brasil y

patrocinado por el Banco Mundial, se determinó el Índice de Rugosidad

Internacional IRI -International Roughness Index- como una medida estándar de la

rugosidad. Éste perseguía unificar los diferentes parámetros existentes utilizados

en diferentes países para determinar la rugosidad. El Índice de Rugosidad

Internacional se define como la acumulación del movimiento vertical no deseado que sufre la suspensión de una rueda –un cuarto de carro- cuando éste recorre la

superficie a una velocidad de referencia de 80 km/h. Es pues, un índice de

comodidad de rodadura, y constituye el parámetro de la vía que mejor percibe el

usuario. (Pérez Loarca, 2005)

2.3.1.1 DEFINICIÓN Y CÁLCULO DEL IRI

Para definir el IRI se emplea un modelo matemático que simula la sus pensión y

masas de un vehículo tipo, circulando por un tramo de carretera a una velocidad

determinada. Este modelo se conoce por sus siglas en inglés, QCS (Quater Car

Simulation), dado que representa la cuarta parte de un vehículo de cuatro ruedas

o un remolque de una sola rueda.

El IRI en un punto de una carretera se define como la razón del movimiento relativo

acumulado por la suspensión del vehículo tipo, dividido por la distancia recorrida

por dicho vehículo. Si se conoce el perfil longitudinal de la carretera, y (x), y la

velocidad a la que circula el automóvil, V, se puede calcular en cada punto el

(39)

Pág. 23 FIGURA 4. ESQUEMA DEL RUGOSÍMETRO MERLIN

Fuente: DETERMINACIÓN DE LA REGULARIDAD SUPERFICIAL DE PAVIMENTOS MEDIANTE EL CÁLCULO DEL INDICE REGULARIDAD INTERNACIONAL (IRI)

El MERLIN fue desarrollado por el TRANSPORTATION ROAD RESEARCH

LABORATORY (TRRL, Inglaterra), el año 1,990, con la finalidad de disponer de un

equipo simple y económico que pueda ser empleado en forma extensiva, para la

medición de la rugosidad de la superficie de todo tipo de pavimentos: Pavimentos

asfálticos, afirmados, enripiados, tierra, hormigón, etc. Desde el año 1,992, cuando

se introdujo su uso en Bolivia por iniciativa del Banco Mundial, el empleo del

(40)

Pág. 24 de países de Latinoamérica, por la sencillez, exactitud y economía de las

mediciones.

Como consecuencia de la investigación desarrollada en el Perú en la década de los

años noventa, la que se basó en los fundamentos del trabajo original desarrollado

por el TRRL, los conceptos establecidos en el International Road Roughness

Experiment (IRRE, Brasil 1982), y los resultados de la correlación de la rugosidad

con el concepto de la "serviciabilidad" del método de diseño AASHTO, la

metodología para la evaluación de pavimentos con el perfilómetro MERLIN fue

repotenciada con el diseño de un nuevo método de medición, el desarrollo de un

software para la determinación del IRI y establecimiento de una ecuación de cálculo

para el caso de pavimentos asfálticos nuevos, lo que propició su empleo masivo en

estudios para rehabilitación y mantenimiento, y para los servicios de control de

calidad en la construcción de carreteras (CAMINEROS, 2015).

a) IRI

Para establecer criterios de calidad y comportamiento de los pavimentos que

indicaran las condiciones actuales y futuras del estado superficial de un camino,

surgió la necesidad de establecer un índice que permitiera evaluar las

deformaciones verticales de un camino, que afectan la dinámica de los vehículos

que transitan sobre él. Se trató de unificar los criterios de evaluación con los equipos

de medición de rugosidad a nivel mundial, tales como los perfilómetros o los

equipos de tipo respuesta, y que de alguna manera sustituyera el método de la

AASHO, ahora AASHTO, que permite calificar la condición superficial de un camino

solo en forma subjetiva.

El Índice Internacional de Rugosidad, mejor conocido como IRI (International Roughness Index), fue propuesto por el Banco Mundial en 1986 como un estándar

estadístico de la rugosidad y sirve como parámetro de referencia en la medición de

(41)

Pág. 25 sus orígenes en un programa Norteamericano llamado Nacional Cooperative

Highway Reseach Program (NCHRP) y está basado en un modelo llamado

"Golden Car" descrito en el reporte 228 del NCHRP.

El cálculo matemático del Índice Internacional de Rugosidad está basado en la

acumulación de desplazamientos en valor absoluto, de la masa superior con

respecto a la masa inferior (en milímetros, metros o pulgadas) de un modelo de

vehículo (cuarto de carro, Figura 3), dividido entre la distancia recorrida sobre un

camino (en m, km. o millas) que se produce por los movimientos al vehículo, cuando

éste viaja a una velocidad de 80 km/hr. El IRI se expresa en unidades de mm/m,

m/km, in/mi, etc.

Así, el IRI es la medición de la respuesta de un vehículo a las condiciones de un

camino. El IRI sirve como estándar para calibrar los equipos de medición de la

regularidad superficial de un camino. (Patiño, 1998)

b) RUGOSÍMETRO MERLIN

El Rugosímetro MERLIN, es un instrumento versátil, sencillo y económico, pensado

especialmente para uso en países en vías de desarrollo. Fue introducido en el Perú

por iniciativa personal del autor en 1993 (8), existiendo en la fecha (Junio 1999)

más de 15 unidades pertenecientes a otras tantas empresas constructoras y

consultoras.

De acuerdo con la clasificación del Banco Mundial (9) los métodos para la medición

de la rugosidad se agrupan en 4 clases, siendo los de Clase 1 los más exactos

(Mira y Nivel, TRRL Beam, perfilómetros estáticos). La Clase 2 agrupa a los

métodos que utilizan los perfilómetros estáticos y dinámicos, pero que no cumplen

con los niveles de exactitud que son exigidos para la Clase 1. Los métodos Clase

3 utilizan ecuaciones de correlación para derivar sus resultados a la escala del IRI

(Bump integrator, Mays meter). Los métodos Clase 4 permiten obtener resultados

meramente referenciales y se emplean cuando se requieren únicamente

(42)

Pág. 26

2.3.1.2 METODOLOGIA PARA LA DETERMINACION DE LA RUGOSIDAD

La determinación de la rugosidad de un pavimento se basa en el concepto de usar

la distribución de las desviaciones de la superficie respecto de una cuerda

promedio. La Figura Nº 3 ilustra como el MERLIN mide el desplazamiento vertical

entre la superficie del camino y el punto medio de una línea imaginaria de longitud constante. El desplazamiento es conocido como “la desviación respecto a la cuerda promedio”. La longitud de la cuerda promedio es 1.80m, por ser la distancia que

proporciona los mejores resultados en las correlaciones. Asimismo, se ha definido

que es necesario medir 200 desviaciones respecto de la cuerda promedio, en forma

consecutiva a lo largo de la vía y considerar un intervalo constante entre cada

medición. Para dichas condiciones se tiene que, a mayor rugosidad de la superficie

mayor es la variabilidad de los desplazamientos. Si se define el histograma de la

distribución de frecuencias de las 200 mediciones, es posible medir la dispersión

de las desviaciones y correlacionarla con la escala estándar de la rugosidad (Ver

Figura 5). El parámetro estadístico que establece la magnitud de la dispersión es el Rango de la muestra (D), determinado luego de efectuar una depuración del 10%

de observaciones (10 datos en cada cola del histograma). El valor D es la rugosidad del pavimento en “unidades MERLIN”. El concepto de usar la dispersión de las

desviaciones de la superficie respecto de una cuerda promedio, como una forma

para evaluar la rugosidad de un pavimento no es nuevo ni original del TRRL. Varios

parámetros de rugosidad precedentes, tal como el conocido Quarter-car Index (QI),

han sido propuestos por otros investigadores basándose en el mismo concepto, los

(43)

Pág. 27 FIGURA 5: MEDICIÓN DE LAS DESVIACIONES DE LA SUPERFICIE DEL PAVIMENTO

RESPECTO DE LA CUERDA PROMEDIO

Fuente: DETERMINACIÓN DE LA REGULARIDAD SUPERFICIAL DE PAVIMENTOS MEDIANTE EL CÁLCULO DEL INDICE REGULARIDAD INTERNACIONAL (IRI)

FIGURA 6: HISTOGRAMA DE LA DISTRIBUCIÓN DE FRECUENCIAS DE UNA MUESTRA DE 200 DESVIACIONES MEDIDAS EN FORMA CONSECUTIVA