memoria final
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UNIVERSIDAD DE CONCEPCIN Profesor Patrocinante
Facultad de Ingeniera Toms Echaveguren N.
Departamento de Ingeniera Civil
EVALUACION DE LA CONDICION DE PAVIMENTOS URBANOS UTILIZANDO
ACELERACIONES VERTICALES
Braulio Edwards Salas Calvo
Informe de Memoria de Ttulo
Para Optar al Ttulo de
Ingeniero Civil
Mayo 2015
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RESUMEN
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AGRADECIMIENTOS
Agradezco en primer lugar a Dios porque me ha acompaado y ayudado en cada momento, a mis
padres, Mariela Calvo y Jos Salas, por haber apoyado incondicionalmente mi formacin
educacional y entregarme todos los valores que fueron fundamentales para poder lograr esta meta
en mi vida.
A Ornella Reyes, la cual ha sido una compaera en cada uno de los momentos transcurridos en
este camino.
Y finalmente un sincero agradecimiento a todos los profesores que a lo largo de los aos han
aportado en mi formacin, en especial a mi profesor patrocinante, Toms Echaveguren, por todo
su disponibilidad, apoyo y enseanzas durante este periodo.
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ndice de contenidos i
NDICE DE CONTENIDOS
NDICE DE TABLAS ......................................................................................................................... iii
NDICE DE FIGURAS ....................................................................................................................... iv
CAPTULO 1 INTRODUCCIN........................................................................................................ 1
1.1 Motivacin ............................................................................................................................... 1
1.2 Objetivos .................................................................................................................................. 2
1.2 Metodologa de trabajo ............................................................................................................ 2
1.4 Principales resultados y conclusiones ....................................................................................... 4
1.5 Organizacin de la memoria ..................................................................................................... 4
CAPTULO 2 LOS PAVIMENTOS URBANOS............................................................................... 5
2.1 Introduccin ............................................................................................................................. 5
2.2 Definicin de Pavimento Urbano .............................................................................................. 5
2.3 Evaluacin de Pavimentos Urbanos .......................................................................................... 7
2.4 Conclusiones ............................................................................................................................ 8
CAPITULO 3 EVALUACION DE CONFORT DURANTE EL VIAJE ......................................... 9
3.1 Introduccin ............................................................................................................................. 9
3.2 Norma ISO para evaluar la exposicin a vibraciones ................................................................. 9
3.3 ndice de rugosidad internacional ........................................................................................... 12
3.4 Vibraciones, confort y evaluacin de pavimentos ................................................................... 15
3.5 Conclusiones .......................................................................................................................... 16
CAPTULO 4 LEVANTAMIENTO DE DATOS EN TERRENO ................................................. 18
4.1 Introduccin ........................................................................................................................... 18
4.2 Pavimentos Urbanos de Concepcin ....................................................................................... 18
4.3 Equipo de Medicin................................................................................................................ 22
4.4 Proceso de medicin .............................................................................................................. 23
4.5 Conclusiones .......................................................................................................................... 25
CAPTULO 5 PROCEDIMIENTO PARA EL ANALISIS DE ACELERACIONES Y
CALCULO DE INDICES .................................................................................................................. 26
5.1 Introduccin ........................................................................................................................... 26
5.2 Extraccin de datos ................................................................................................................ 26
5.3 Procesamiento de datos .......................................................................................................... 29
5.4 Clculo de RMS, VDV, FC e IRI............................................................................................ 39
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ndice de contenidos ii
5.5 Niveles de aceleracin vertical e IRI ....................................................................................... 40
5.6 Anlisis de resultados ............................................................................................................. 43
5.7 Conclusiones .......................................................................................................................... 44
CAPITULO 6 ANALISIS DE INDICADORES .............................................................................. 46
6.1 Introduccin ........................................................................................................................... 46
6.2 Comparacin IRI calculado versus mediciones previas ........................................................... 46
6.3 Anlisis de repetibilidad IRI ................................................................................................... 48
6.4 Anlisis de resultados para mediciones sin control .................................................................. 51
6.5 Conclusiones ......................................................................................................................... 56
CAPTULO 7 CONCLUSIONES...................................................................................................... 57
REFERENCIAS .................................................................................................................................. 58
ANEXOS ............................................................................................................................................. 61
ANEXO 4.1 CALLES PARA DEFINICION DE ESPACIO PARA TOMA DE DATOS ........... 61
ANEXO 5.2 FUNDAMENTOS IDENTIFICACION DE SINGULARIDADES .......................... 62
ANEXO 5.3 FUNDAMENTOS ELIMINACION DE SINGULARIDADES ................................ 67
ANEXO 5.4 FUNDAMENTO EQUIVALENCIA DE TRAMOS DE ANALISIS ....................... 78
ANEXO 5.5 FUNDAMENTOS DEL ANLISIS DE VARIANZA .............................................. 82
ANEXO 5.6 RESULTADOS DE MINITAB .................................................................................... 85
ANEXO 5.7 CLCULO DE NDICES DE CICLOVAS............................................................... 86
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ndice de tablas iii
NDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Caractersticas metodologa MANVU SIMP actualizada 2008........................................... 8
Tabla 2.2 Caractersticas metodologa Palomino (2014) .................................................................... 8
Tabla 3.1 Criterios para la evaluacin de la exposicin de las vibraciones sobre el confort y
percepcin (ISO, 1997) .................................................................................................................. 12
Tabla 3.2 Parmetros modelo Cuarto de carro, segn Lu Sun (2001) ............................................... 14
Tabla 4.1 Pavimentos seleccionados para la medicin en el Gran Concepcin................................. 19
Tabla 4.2 Longitud de calles por comuna ........................................................................................ 22
Tabla 4.4 Periodizacin en comunas del Gran Concepcin, segn SECTRA (2013) ........................... 24
Tabla 5.1 Sentidos de calles medidas .............................................................................................. 27
Tabla 5.2 Calles descartadas por trayectoria errtica ....................................................................... 28
Tabla 5.3 Mediciones repetibles segn anlisis ANOVA ................................................................ 35
Tabla 5.6 Valores de RMS, VDV, FC e IRI en calles Talcahuano ................................................... 39
Tabla 5.8 Valores de RMS para los distintos niveles de aceleraciones ............................................. 41
Tabla 5.9 Valores de IRI para los distintos niveles de desplazamiento vertical ................................. 41
Tabla 6.3 Comparacin resultados ANOVA, mediciones repetibles previamente en velocidad vertical
versus IRI....................................................................................................................................... 48
Tabla 6.4 Comparacin resultados ANOVA, mediciones no repetibles previamente en velocidad
vertical versus IRI .......................................................................................................................... 49
Tabla 6.5 Zonas equivalentes de mediciones en y sin control .......................................................... 52
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ndice de figuras iv
NDICE DE FIGURAS
Figura 3.1 Ejes de medicin de aceleraciones (Normas Tcnicas de prevencin 784) .................. 10
Figura 4.1 Esquema automvil-GPS .................................................................................................. 23
Figura 5.1 Singularidad discontinuidad pavimento .......................................................................... 27
Figura 5.4 Esquema de tramos de repeticiones efectivamente analizados (Montoya 2014) .......... 32
Figura 5.5 Resultados del anlisis de varianza usando Minitab, Calle 605..................................... 33
Figura 5.6 Resultados del anlisis de la varianza usando Minitab, Calle 605 Repeticin 2 y 3 .... 34
Figura 5.7 Tramificacin para repetibilidades calle 606 .................................................................. 35
Figura 6.1 Perfil desplazamiento vertical .......................................................................................... 50
Figura 6.2 Perfil IRI cada 25 m .......................................................................................................... 51
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Captulo 1: Introduccin 1
CAPTULO 1 INTRODUCCIN
1.1 Motivacin
Los vehculos motorizados hoy en da son el medio de transporte ms utilizado en la ciudad de
Concepcin, producto del crecimiento de la cuidad esta se expande y resulta necesario la
inversin de mayores recursos en la construccin de pavimentos para permitir la conectividad e
impulsar el desarrollo.
Los pavimentos urbanos como cualquier otra obra de ingeniera, son diseados para tener una
vida til y un nivel de servicio que disminuye producto de las solicitaciones del trnsito y
condiciones ambientales, esto hace necesario su conservacin, mantenimiento o reconstruccin.
El estado en el que se encuentren los pavimentos urbanos repercute directamente en los costos
que percibe el usuario, cuya inversin en rehabilitacin aumenta a medida que se permite la
cada en la condicin de la estructura de pavimento.
En Concepcin actualmente para conocer el estado que se encuentra un pavimento urbano, es
utilizada la metodologa de auscultacin visual Manvu simplificada, la cual es una forma de
trabajo de muy baja productividad, que no permite poseer una data a nivel de red a bajo costo y a
corto plazo. Por otro lado el uso de instrumentos de medicin especializados como perfilmetros
laser, a pesar de su alta productividad se encuentra fuera del alcance de la realidad urbana
producto de las restricciones presupuestarias existentes.
Dentro de los beneficios de realizar una evaluacin de las vas urbanas y poseer una base de datos
de la condicin real del pavimento, se encuentra conocer el estado actual de la infraestructura,
identificando aquellos lugares que estn en peores condiciones y que necesitan ser atendidos con
mayor urgencia. Cuando la evaluacin se mantiene en el tiempo es posible conocer el
comportamiento de las vas en relacin a sus deterioros. As mismo, es factible evaluar la
efectividad de las obras de mantencin realizadas en etapas previas, es decir, tomar decisiones
fundadas y acertadas.
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Captulo 1: Introduccin 2
El conocimiento del estado de los pavimentos y su continuo monitoreo permite la generacin de
umbrales permitidos para las condiciones de uso, generando una mejor distribucin de los
recursos destinados a esta temtica dentro de las instituciones locales, junto con ello mejorar las
condiciones de serviciabilidad de los usuarios, generando una mayor conectividad dentro de la
ciudad, impulsando el crecimiento econmico y el patrimonio de nuestro pas.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general
Desarrollar un procedimiento de evaluacin del estado de los pavimentos urbanos, mediante el
anlisis de aceleraciones verticales obtenidas con GPS.
1.2.2 Objetivos especficos
I. Determinar un procedimiento de medicin para el estado de vas urbanas para registrar
datos consistentes
II. Establecer un procedimiento para procesar y analizar la informacin obtenida de las
mediciones realizadas.
III. Obtener indicadores del estado del pavimento
IV. Analizar resultados y generar recomendaciones para lneas de trabajo futuro
1.2 Metodologa de trabajo
Inicialmente se desarroll una revisin bibliogrfica recopilando la informacin relevante de
acuerdo a lo planteado en la motivacin y objetivos. En esta etapa se obtuvo informacin sobre
los pavimentos urbanos de Concepcin y las tcnicas que existen para su evaluacin. Se investig
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Captulo 1: Introduccin 3
especficamente sobre el potencial que tienen las aceleraciones verticales para realizar una
evaluacin de los pavimentos, hacienda nfasis en la norma ISO 2631 para la evaluacin de
vibraciones de cuerpo completo y los trabajos existentes para conocer el estado de los pavimentos
mediante el usos de dispositivos equipados con acelermetros y sus registros.
De forma paralela a la revisin bibliogrfica se comenz a reconocer los pavimentos urbanos del
Gran Concepcin para la definicin de la zona de trabajo. Se obtuvo informacin sobre la
jerarqua, uso por tipo vehicular, sentidos, nmero de pistas y distancias de las calles del gran
Concepcin.
A continuacin se realiz la medicin de los pavimentos definidos dentro del espacio muestral de
trabajo. Los datos se tomaron con la ayuda de un GPS de 10 Hz implementado en un automvil
Toyota Yaris. Se seleccionaron 160 calles para la medicin y realizaron tres repeticiones en el
sentido de avance del trnsito. De las mediciones realizadas se obtuvo la informacin sobre la
velocidad longitudinal, tiempo de toma de datos, adems de la distancia y velocidad vertical. Esta
ltima medicin fue utilizada para el clculo de las aceleraciones verticales e IRI para realizar
evaluacin de los pavimentos.
Completadas las mediciones se procedi a la extraccin de informacin desde el equipo GPS y a
la depuracin de datos. Para esto fue necesario eliminar informacin de detenciones durante la
medicin, eliminar informacin obtenida en singularidades como lomos de toro y acoplar las
distintas repeticiones por distancia. Esto permiti tener una sntesis de todo el registro con datos
trabajables. Se realiz un anlisis visual mediante Google Earth y un anlisis de varianza para
determinar la repetitividad en las mediciones y eliminar aquellas mediciones poco confiables y no
equivalentes respectivamente.
Con las mediciones que resultaron ser repetibles se realizaron clculos en base a lo recomendado
por la norma ISO 2631 y clculo de IRI mediante Software Proval y se determinaron niveles
segn la magnitud de ambos ndices. Con estos resultados se realiz la evaluacin de los
pavimentos urbanos detectando el nivel de aceleracin y valor del IRI de cada va estudiada,
adems de la determinacin del efecto en los ndices producto del uso de un vehculo distinto y
condiciones de medicin no controladas.
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Captulo 1: Introduccin 4
1.4 Principales resultados y conclusiones
1.5 Organizacin de la memoria
La memoria se organiz en seis captulos ms anexos. El Captulo 2 describe las vas urbanas, su
concepto y las tcnicas actuales para evaluar pavimentos urbanos.
El Captulo 3 se describe la norma ISO 2631 para evaluar vibraciones, el concepto de IRI y su
clculo basado en registros de velocidades verticales. Adems se presenta el uso de tcnicas
actuales de bajo costo para conocer la condicin de los pavimentos utilizando dispositivos
equipados con acelermetros.
En el Captulo 4 se describe el proceso de medicin realizado en el Gran Concepcin destacando
el equipo utilizado y las vas medidas. El Captulo 5 muestra el procesamiento de datos, anlisis
estadstico y la obtencin de ndices para la evaluacin de pavimentos urbanos.
En el Captulo 6 detalla anlisis de los resultados comparndolos con mediciones sin control,
mediciones previas utilizando otras metodologas de evaluacin de pavimentos y el
comportamiento de estos ndices en un anlisis estadstico.
En el Captulo 7 se exponen las conclusiones del trabajo realizado y las futuras lneas de
investigacin. Finalmente se encuentran los Anexos con los clculos e informacin utilizada para
realizar el trabajo.
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Captulo 2: Los pavimentos Urbanos 5
CAPTULO 2 LOS PAVIMENTOS URBANOS
2.1 Introduccin
En este captulo se describe el concepto de pavimento urbano. Adems se muestran las tcnicas
actuales utilizadas en el mbito urbano para la evaluacin aplicada en nuestro pas.
2.2 Definicin de Pavimento Urbano
Las Obras de Pavimentacin Urbana, son aquellas que se ejecutan dentro del radio urbano de
todas las Comunas del pas (con excepcin de la Comuna de Santiago), en todos los casos en que,
de acuerdo a la legislacin vigente, estn sometidas a la Supervisin de los Servicios de Vivienda
y Urbanizacin (SERVIU), (Cdigo de Normas y Especificaciones Tcnicas 2008).
La principal funcin de un pavimento urbano es permitir el desplazamiento vehicular dentro de la
cuidad, otorgando un cierto nivel de comodidad y serviciabilidad al usuario, a travs de la
estructura de pavimento formada por materialidades como el hormign, asfalto o adoquines.
En el caso de Gran Concepcin el lmite urbano est definido por el Plan regulador metropolitano
de Concepcin, en la Figura 2.1 se ilustra el lmite urbano vigente definido en el ao 2002 fecha
de la ltima modificacin del plano.
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Captulo 2: Los pavimentos Urbanos 6
Figura 2.1 limite urbano Ciudad de Concepcin, segn Plan Regulados Metropolitano
Concepcin (2003)
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Captulo 2: Los pavimentos Urbanos 7
2.3 Evaluacin de Pavimentos Urbanos
Al igual que cualquier otra obra de ingeniera, los pavimentos urbanos se disean para tener una
vida til y proporcionar un determinado nivel de servicio durante el perodo proyectado. Con el
paso del tiempo, los pavimentos sufren deterioros o fallas provocadas por el trfico o por el
medio ambiente, que hacen necesaria su conservacin, mantenimiento o reconstruccin
(Kraemer, 2003).
Es por esto que la evaluacin del estado en que se encuentra un pavimento urbano permite
caracterizar las variables que determinan la condicin funcional y estructural de un pavimento.
En Chile actualmente se utilizan tcnicas de auscultacin visual de pavimentos para poder
conocer la condicin en la que se encuentran dichas estructuras.
La auscultacin visual se define como un proceso de dos fases que permite, mediante un proceso
sistemtico, tomar datos del estado de un pavimento y sintetizarlos en indicadores o ndices
objetivos. Se clasifica en auscultacin estructural y funcional (Solminihac, 2001).
La metodologa utilizada actualmente para evaluar la condicin que presenta un pavimento
urbano es aquella desarrollada por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU) actualizada
el ao 2008, denominada Metodologa MANVU Simplificada, este procedimiento permite llevar
un registro de los deterioros principales en pavimentos por medio de fichas de control y un
software que sugiere acciones de rehabilitacin en el pavimento estudiado.
En detalle la metodologa aplicada se estructura como se ilustra en la Tabla 2.1, donde queda de
manifiesto que la conformacin del mtodo est diseado para ser muy simple y con la finalidad
de poder recabar la mayor cantidad de informacin en el menor tiempo posible. Pese a esto
Palomino (2014) logro determinar luego de la modificacin en la configuracin del mtodo
original, tanto en los deterioros muestreados y la distancia del balizado (Tabla 2.2) para lograr el
mximo rendimiento, que la productividad en terreno es de 4,2 cuadras promedio/h, rendimiento
muy por debajo del alcanzado por instrumentos especializados que logran tomar datos a 30
cuadras promedio/h.
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Captulo 2: Los pavimentos Urbanos 8
Tabla 2.1 Caractersticas metodologa MANVU SIMP actualizada 2008
Metodologa MANVU Simplificado
Material Intervalo/Frecuencia Unidad Muestreo Deterioros
Hormign Tramo definido 100 % tramo
definido
Cantidad total de grieta y fisuras (sin distincin),
sello de juntas y grietas
Asfalto Tramo definido 100 % tramo
definido
Baches (hoyos y deformaciones), grietas (todo tipo),
desprendimiento superficial
Tabla 2.2 Caractersticas metodologa Palomino (2014)
Metodologa Palomino 2014
Material Intervalo/Frecuencia
Unidad
Muestreo Deterioros
Hormign Funcin largo cuadra Losa Grieta esquina, transversal, longitudinal, mltiples, parches
Desgaste Superficial, baches y escalonamiento juntas
Asfalto Funcin largo cuadra 6 metros
Grieta cocodrilo, longitudinal, transversal y mltiple,
deformaciones
parches, baches y desgaste superficial
2.4 Conclusiones
Los pavimentos urbanos es la estructura destinada a permitir el desplazamiento del parque
automotriz dentro de la cuidad, generando un cierto nivel de comodidad y serviciabilidad en el
viaje.
Estos forman parte de una gran categora de la infraestructura vial del pas la cual se diferencia
del resto de los pavimentos por estar bajo la supervisin del SERVIU y dentro del lmite urbano
definido para cada comuna.
Actualmente la tcnica utilizada para conocer su estado es el mtodo MANVU SIMPLIFICADO,
auscultacin visual de pavimentos de muy baja productividad (Palomino 2014), comparada con
los instrumentos especializados actualmente en el mercado como perfilmetros laser, cuya alta
productividad se ve opacada debido al alto costo que conllevan las mediciones.
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Captulo 3: Evaluacin de confort durante el viaje 9
CAPITULO 3 EVALUACION DE CONFORT DURANTE EL VIAJE
3.1 Introduccin
En este captulo se hace nfasis en como la medicin de aceleraciones son utilizadas para evaluar
vibraciones, y como las estas pueden ser utilizadas para una evaluacin del confort durante el
viaje en vehculos. Adems, se muestran ejemplos en donde distintos autores han estudiado el
comportamiento de las vibraciones a travs de la medicin de aceleraciones, para el desarrollo de
tcnicas de bajo costo y alta productividad para conocer y evaluar el estado de un pavimento
urbano.
Finalmente se entregan los fundamentos del ndice internacional utilizado para la evaluacin de la
regularidad superficial de un pavimento, su origen, clculo y desventajas en el mbito urbano.
3.2 Norma ISO para evaluar la exposicin a vibraciones
La norma ISO 2631-1 establece criterios y mtodos de cuantificacin para la evaluacin de
vibraciones. Se hace un especial nfasis en el efecto de las vibraciones sobre la percepcin,
confort y salud de las personas expuestas, ya sea durante periodos prolongados o transitorios
(ISO, 1997).
La norma para la cuantificacin de las vibraciones que percibe el usuario producto de la
realizacin de sus actividades es a travs de las aceleraciones verticales expresada en m/s2.
Basados en un sistema de referencia de ejes basicntricos originado por el punto por donde entrar
las vibraciones en el cuerpo, tal como ilustra la Figura 3.1.
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Captulo 3: Evaluacin de confort durante el viaje 10
Figura 3.1 Ejes de medicin de aceleraciones (Normas Tcnicas de prevencin 784)
Los ejes de medicin son eje X a travs del pecho posterior - anterior, eje Y derecha-izquierda y
eje Z de la cabeza a los pies. Los ejes X e Y son los ejes transversales y el eje Z es el
longitudinal.
Para caracterizar la forma en que el usuario percibe las vibraciones y valorar los riegos derivados
en la exposicin a las vibraciones, se utilizan filtros de ponderacin de frecuencia de la vibracin
para cada eje, cuya funcin es atenuar los niveles de aceleracin en diferentes frecuencias.
Adems se suma el uso de un factor K, que refleja el grado de molestia cuando las vibraciones
ocurren en los ejes X e Y.
Para realizar la evaluacin de las vibraciones experimentadas por el usuario, la norma ISO 2631-
1, utiliza el valor de la aceleracin eficaz de vibracin RMS expresada en m/s2, el que se define
en la Ecuacin 3.1.
( )
, (3.1)
Donde , es la aceleracin vertical ponderada en frecuencia y T es la duracin de la medida, en
segundos.(ISO 2631-1, 1997).
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Captulo 3: Evaluacin de confort durante el viaje 11
Para casos de mediciones en que se identifiquen picos de alta amplitud, el mtodo bsico de
evaluacin mediante RMS puede subestimar la magnitud y el efecto sobre el usuario, es por ello
que se define dos ndices extras para la evaluacin.
( )
, (3.2)
Y el valor de dosis de vibracin (VDV, en m/s1,75
)
( )
, (3.3)
Donde , es la aceleracin vertical ponderada en frecuencia y T es la duracin de la medida, en
segundos. (ISO 2631-1, 1997).
El factor de cresta es el mdulo de la relacin entre el valor pico instantneo mximo de la seal
de aceleracin ponderada en frecuencia a su valor de RMS. (ISO 2631-1, 1997). Mientras que el
valor de dosis de vibracin entrega una medida de la exposicin total a las vibraciones, teniendo
en cuenta la magnitud, frecuencia y duracin de la exposicin.
La norma ISO 2631-1, establece criterios para la evaluacin del confort y percepcin de la
vibracin por parte del usuario. En primer lugar para el confort recomienda el uso de la Ecuacin
3.4 y para casos en que existan choques ocasionales y cuyo factor de cresta es superior a 9 aplicar
el valor de la dosis de vibracin a la cuarta potencia. Mientras que para la percepcin utilizar el
valor eficaz de vibracin sobre la superficie que soporta el cuerpo, seleccionando el valor de
vibracin mayor entre los tres ejes.
Finalmente la norma propone un rango de valores lmite mostrado en las Tablas 3.1 para el
confort y percepcin respectivamente calculado a travs del procedimiento anteriormente
mencionado.
( ) (3.4)
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Captulo 3: Evaluacin de confort durante el viaje 12
Donde Kx, Ky y Kz son los factores de multiplicacin que dependen de la frecuencia ponderada
seleccionada, su valor suele ser la unidad y aw son las aceleraciones RMS ponderadas con
respecto a los ejes ortogonales x, y, z, (transnacionales o de rotacin) respectivamente sobre la
superficie que soporta a la persona. (ISO 2631-1:1997).
Tabla 3.1 Criterios para la evaluacin de la exposicin de las vibraciones sobre el confort y
percepcin (ISO, 1997)
Evaluacin de los efectos debido a la exposicin a
vibraciones
Valores aw (ISO 2631-
1:1997)
Confort (0,5 - 80 Hz)
aw< 0,315 m/s2
no molesto
0,315
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Captulo 3: Evaluacin de confort durante el viaje 13
Con la finalidad de utilizar una nica medida para caracterizar la rugosidad superficial en el ao
1982 el banco mundial acuerda la utilizacin de un ndice llamado International Roughness Index
o ndice de rugosidad internacional (IRI).
El modelo terico para la determinacin de IRI, basa su fundamento en un modelo denominado
Cuarto de carro o Quarter car, que simula la cuarta parte de la masa de un automvil,
donde un conjunto de masas se mueven en forma vertical al avanzar por el camino producto de
sus irregularidades al transitar a 80 km/h (ver Figura 3.2). Los valores de las constantes de
muelles, masas y amortiguadores son estndar y se muestran en la Tabla 3.2
Figura 3.2 Modelo cuarto de carro
Dnde:
v Velocidad longitudinal
mu Masa inferior o amortiguada
ms Masa superior o suspendida
Ku
Constante de rigidez de la suspensin primaria (entre el pavimento y la masa
inferior), es decir del neumtico
Ks
Constante de rigidez de la suspensin secundaria (entre la masa inferior y la masa
superior) es decir la suspensin del vehculo
Cu Constante de amortiguacin de la suspensin primaria
Cs Constante de amortiguacin de la suspensin secundaria
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Captulo 3: Evaluacin de confort durante el viaje 14
Tabla 3.2 Parmetros modelo Cuarto de carro, segn Lu Sun (2001)
v 80 km/h
mu/ms 0.15
ks/ms 63.3s2
CS/mS 6s1
kU/mS 653s2
CU/mS 0s1
El modelo matemtico que caracteriza el movimiento relativo entre la masa suspendida y
amortiguada con respecto a la distancia recorrida en un tiempo T se ilustra en la Ecuacin 3.4,
donde el IRI se define como el promedio absoluto de ( ) en el tiempo .
( )
, (3.4)
Donde ( ) derivada con respeto al tiempo de zs(t) y zs(t) = ysyt, es el desplazamientos
absolutos de masa suspendida y la masa no suspendida, respectivamente.
Asociado al modelo se crea una escala del IRI para caminos pavimentados que va de 0 a 12
m/km. Donde 0 corresponde a una superficie perfectamente uniforme y 12 a un camino
intransitable.
En Chile, se considera un valor del IRI entre 0 y 3 m/km. como un camino bueno, entre 3 y 4
como uno regular y para un IRI mayor que 4 m/Km. como un camino malo.
La limitacin de esta escala es que est pensada y calculada para carreteras asociado a las
condiciones del experimento original, es decir, una velocidad de 80 km/h.
Para zonas urbanas existen condiciones totalmente distintas tanto en la geometra, velocidad de
circulacin y tipo de pavimento de las calles en los que se realiz el experimento original
desarrollado por el banco mundial, que hace que los niveles planteados no sean aplicables como
estndares directos de evaluacin, ya que se esperan mucho ms altos para zonas urbanas.
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Captulo 3: Evaluacin de confort durante el viaje 15
3.4 Vibraciones, confort y evaluacin de pavimentos
Durante un viaje se producen vibraciones al transmitir las irregularidades del camino al cuerpo en
movimiento. La respuesta humana a las vibraciones es de carcter negativo, siendo un factor que
disminuye el confort durante el viaje y llegando en algunos casos a generar alteraciones en la
salud dependiendo del nivel experimentado.
Cuando el confort de viaje se evala en una magnitud fsica se utilizan ndices en funcin de la
aceleracin, al respecto se han realizado muchas investigaciones en la ltima dcada para evaluar
el nivel de vibracin durante los viajes en vehculos motorizados, as como tambin el potencial
del uso de acelermetros y GPS para toma de datos y evaluar el estado de los pavimentos.
Paddan y Griffin (2002) realizaron medidas y evaluacin en 100 vehculos distintos
categorizados en 14 niveles, registrando a travs de las aceleraciones verticales los niveles de
vibraciones que experimentan en cada tipo de vehculo los conductores y usuarios basados en los
fundamentos de la Norma ISO 2631 y BS 6841.
Encontrando que existen diferencias en los niveles de vibracin experimentado entre y dentro de
las categoras definidas.
Por otro lado uso de estos dos estndares les permiti reconocer diferencias en la forma de
evaluacin, por un lado la norma ISO 2631 solo utiliza el eje ms desfavorable para evaluar,
mientras que la BS 6841 recomienda medir en distintos ejes y combinarlos para la evaluacin.
El efecto de estas diferencias en la forma de abordar el clculo para determinar el nivel de
vibracin, hace que los resultados obtenidos por la Norma ISO 2631 suelan ser menores. Aunque
ambas normativas concluyen que la magnitud de aceleracin en el eje vertical es la ms
significativa
El Sayed et al. (2013) en un estudio similar en el El Cairo sobre las vibraciones que experimentan
los pasajeros del transporte pblico de la cuidad, lo que incluye viajes en metro, automvil y
autobs, lograron concluir mediante el uso de la norma ISO 2631,a la cual se le reconoce como el
estndar de mayor aceptacin para estos casos, que para distintos medios de transporte existe una
alta variabilidad en los niveles de vibracin para cada vehculo en particular, siendo en muchas
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Captulo 3: Evaluacin de confort durante el viaje 16
veces excedido el nivel de exposicin a vibraciones aceptado en la norma ISO 2631, adems
concluyeron que el eje vertical es el que muestra las mayores magnitudes de aceleracin.
En otra investigacion Chenet al. (2013) desarrollaron una forma de conocer el estado del
pavimento y la cantidad de baches mediante el uso de la tcnica de Crowdsourcing, es decir,
externalizar la tarea de tomas de datos que tradicionalmente realizada una persona o contratista, a
un nmero mayor de personas, en este caso la flota de taxis en la regin urbana de Shenzhen, en
China. La metodologa incorpora un GPS (acelermetro) en cada vehculo de la flota conectado a
un servidor central, permitiendo conocer el estado del pavimento con una precisin de 90%
ajustando una distribucin normal a los datos registrados y un costo muy bajo.
Finalmente Roadroid (2011) ha desarrollado una aplicacin para telfonos Smartphones, que
hace uso del acelermetro equipados en estos celulares para recabar datos y calcular el valor del
IRI. La aplicacin permite conocer el IRI a una velocidad de 60 a 90 km/h, recogiendo datos a
un nivel de Clase entre 2 y 3 es decir, mtodo de perfilometria y clculo de IRI por correlacin
(basados en clasificacin del Banco Mundial). Resulta una herramienta muy fcil de utilizar, muy
rentable, altamente objetiva y portable. Transformndose en un poderoso y eficaz sistema de
recoleccin de datos que pueden ser utilizados por HDM-4 (Software para mantenimiento vial),
para generar acciones de mantenimiento en el pavimento.
3.5 Conclusiones
La evaluacin del estado de un pavimento urbano es vital ya que su condicin repercute
directamente en la sensacin de confort que percibe el usuario. El contar con datos objetivos
permite llegar a las conclusiones correctas de cmo se encuentra un pavimento, es por esto que
actualmente se han desarrollado tcnicas de toma de datos y evaluaciones mediante la utilizacin
de instrumentos que posean acelermetros, ya que permiten generar una base de datos valindose
de las irregularidades superficiales a bajo costo, en poco tiempo y sin perder la precisin.
-
Captulo 3: Evaluacin de confort durante el viaje 17
La norma ISO 2631 es el estndar internacional ms aceptado y utilizado al momento de evaluar
las vibraciones. Para valorar las vibraciones la norma recomienda medir las aceleraciones en 3
ejes distintos. Con el registro de aceleraciones se obtienen valores como el RMS, FC y VDV los
cuales entregan una visin clara de la magnitud de las vibraciones medidas.
La norma BS 6841 es otra herramienta para evaluar la vibracin experimentada en los usuarios de
vehculos motorizados. La principal diferencia encontrada es que la norma BS 6841 combina los
ejes de medicin para realizar la evaluacin, mientras que la norma ISO 2631 slo utiliza el eje
ms desfavorable. Es por esto que la norma ISO 2631 resulta ser la ms acertada, debido a que
utiliza el efecto de la magnitud del eje mayor de vibracin, el cual se ha demostrado
empricamente que resulta ser el eje vertical con una magnitud significativamente mayor al eje x
e y.
Finalmente el ndice de rugosidad internacional, es el parmetro mundial definido para la
evaluacin de la regularidad superficial de los pavimentos, el cual basa calculo en el
desplazamiento vertical absoluto acumulado del vehculo, simulado por un modelo de la cuarta
parte de la masa de este. A pesar de la adaptacin global del ndice en la realidad urbana los
niveles IRI definidos para caracterizar el estado del pavimento no son aplicables debido a las
condiciones de las calles en las ciudades, con diferencias notorias en comparacin a las definidas
en el experimento original.
-
Captulo 4: Levantamiento de datos en terreno 18
CAPTULO 4 LEVANTAMIENTO DE DATOS EN TERRENO
4.1 Introduccin
En este captulo se muestran las calles del Gran Concepcin elegidas para realizar la toma de
datos, basados en caractersticas como jerarqua (primaria o secundaria), uso de lneas del
transporte pblico y mediciones previas realizadas.
Se detallan el GPS y automvil utilizado para las mediciones de las velocidades vertical en los
pavimentos. Finalmente se describe el procedimiento utilizado, mencionando las condiciones
adoptadas para realizar la medicin de las velocidades verticales.
4.2 Pavimentos Urbanos de Concepcin
El gran concepcin cuenta aproximadamente con 450 km de vas pavimentadas que cumplen con
la clasificacin de vas primarias y secundarias (Gesitran Biobo 2014).
Se consideran dentro de la categora de vas primarias aquellas calles esencialmente destinadas a
la movilidad, que permiten recorren tramos largos a una velocidad relativamente alta, con
prioridad de paso respecto a las calles que las cruzan, por lo general con alta densidad. En
segundo lugar las vas secundarias son aquellas de movilidad y accesibilidad moderadas, con
caractersticas geomtricas ms reducidas que las arterias primarias. Sentido nico o doble
pudiendo tener un trnsito intenso en un corto recorrido.
De la totalidad de pavimentos urbanos existentes categorizados por jerarquizacin vial, se
decidi tomar una zona de trabajo menor con la finalidad de probar y desarrollar un
procedimiento de medicin y evaluacin de estos.
El juicio de seleccin est basado en 3 criterios, dejando como base la jerarqua de las calles
(GESITRAN BIOBIO), esto debido a la conectividad que permiten y al enorme nmero de
vehculos que diariamente transitan por estas. En segundo lugar la ruta utilizada por las lneas del
transporte pblico tanto licitadas como no licitas, producto del potencial deterioro que podran
-
Captulo 4: Levantamiento de datos en terreno 19
poseer, originado por el aporte de aproximadamente .. ejes equivalentes al pavimento por cada
bus que transita.
Finalmente mediciones previas realizadas, utilizando VBOX mini en un proceso sin control en
comunas del Gran Concepcin, auscultaciones visuales de pavimentos (Palomino, 2014) y
clculo de IRI mediante uso de Merlin en la red cntrica de Concepcin, con la finalidad de
poseer datos de comparacin de los resultados logrados, realizar anlisis y comparaciones de las
variaciones entre medidas.
El detalle de cada uno de las calles que componen cada criterio se detalla en el Anexo 4.1
En la Tabla 4.1, se detallan el nombre, jerarqua, longitud y sentido de las calles seleccionadas
dentro de las comunas del Gran Concepcin, mientras que en la Tabla 4.2 se resumen los
porcentajes y metrajes por comuna.
La codificacin asignada a las calles sigue un formato XYY, donde X corresponde al nmero de
la zona o comuna donde est ubicado el pavimento. Por otra parte, YY corresponde al nmero
otorgado a la calle en particular. De esta forma la calle 101 corresponde a la calle 01 de la zona 1
(Comuna de Penco).
Tabla 4.1 Pavimentos seleccionados para la medicin en el Gran Concepcin
Cdigo Nombre Jerarqua Longitud (km) Sentido
101 Ruta 150 Primarias 8,6 B
102 Las Heras Secundarias 1,1 U
103 Freire Secundarias 2,2 U
104 Jorge Ross Secundarias 2,2 B
105 Camino Viejo - Ren Mendoza Secundarias 2,6 B
201 Camino a Tom Primarias 11,0 B
202 Enrique Molina Primarias 2,5 B
203 Egaa Secundarias 1,7 B
204 Portales Secundarias 2,1 U
205 Almirante Latorre Primarias 1,8 B
301 Interportuaria Talcahuano Primarias 11,0 B
302 Blanco Encalada Primarias 2,5 B
303 Coln Primarias 8,1 B
304 Valdivia Primarias 1,7 B
-
Captulo 4: Levantamiento de datos en terreno 20
Cdigo Nombre Jerarqua Longitud (km) Sentido
305 Juan Antonio Ros Primarias 1,9 B
306 Bajada Tumbes Secundarias 2,2 B
307 Bilbao Secundarias 0,7 B
308 La Marina Secundarias 1,6 B
309 Almirante Latorre Secundarias 1,4 B
310 Malaquas Concha Secundarias 0,9 B
311 Desiderio Garca Secundarias 0,7 B
312 Alto Horno Secundarias 2,3 B
313 Los Araucanos Secundarias 2,5 B
314 Michimalonco Secundarias 4,6 B
315 Camino a Tumbes Secundarias 5,5 B
401 Costanera Norte Primarias 17,3 B
402 Las Golondrinas Primarias 3,8 B
403 Gran Bretaa Secundarias 3,5 B
404 Grecia - La Reconquista Secundarias 2,7 B
405 Postdam Secundarias 3,2 B
406 Arteaga Alemparte Primarias 6,1 B
407 Autopista Primarias 5,0 B
408 Coln Primarias 5,1 B
501 Interportuaria Alessandri Primarias 3,4 B
502 Alonso de Ribera Primarias 3,2 B
503 General Bonilla Primarias 4,4 B
504 Pedro de Valdivia Primarias 2,3 B
505 Avenida Prat Primarias 1,6 U
506 Avenida Carrera Primarias 4,2 B
507 Paicav Primarias 3,4 B
508 Chacabuco - Irarrazabal Primarias 3,4 B
509 Collao Primarias 3,4 U
510 General Novoa Primarias 1,6 U
511 Avenida Rodrguez Secundarias 2,0 B
512 Camilo Henrquez Primarias 2,6 B
513 Vctor Lamas Secundarias 1,7 U
514 Ejrcito Secundarias 2,6 U
515 Avenida Andalin Secundarias 3,2 B
516 Edmundo Larenas Secundarias 1,2 B
517 Camino Nongun Secundarias 3,4 B
518 Ongolmo Secundarias 1,2 U
519 Las Heras Secundarias 1,6 U
-
Captulo 4: Levantamiento de datos en terreno 21
Cdigo Nombre Jerarqua Longitud (km) Sentido
520 Juan de Dios Rivera Secundarias 1,6 U
521 Anbal Pinto Secundarias 2,5 B
522 Lincoyan Secundarias 1,9 U
523 San Martn Secundarias 2,1 U
524 OHiggins Secundarias 2,2 B
525 Rengo Secundarias 1,9 U
526 Lientur Secundarias 1,2 B
601 8 Oriente Primarias 3,0 B
602 Manuel Rodrguez Primarias 4,8 B
603 Camino Chiguayante Primarias 4,4 B
604 OHiggins Secundarias 7,2 B
605 Cochrane Secundarias 1,0 B
606 12 Octubre Secundarias 10,0 B
607 Calle 4 Secundarias 1,3 B
701 La Araucana Primarias 5,5 B
702 Patricio Lynch Secundarias 4,0 B
703 Ramn Freire Secundarias 1,1 U
704 Manuel Bulnes Secundarias 2,4 U
705 La Concepcin Secundarias 1,1 U
706 Camino a Hualqui Primarias 5,6 B
707 El guila Secundarias 1,6 B
801 Pedro Aguirre Cerda Primarias 4,5 B
802 Enrique Soro - Las Torres - Venus Secundarias 2,8 B
803 Avenida Diagonal Biobo Secundarias 1,3 B
804 Los Canelos Secundarias 1,8 B
805 Las Garzas Secundarias 1,2 B
806 Las Violetas Secundarias 1,3 B
807 Las Margaritas Secundarias 1,2 B
808 Daniel Belmar Secundarias 1,9 B
809 Michaihue Secundarias 1,8 B
810 Victoria Secundarias 1,8 B
811 Calle 2 Secundarias 1,4 B
812 Avenida Las Torres Secundarias 1,6 B
813 Avenida Michimalonco Primarias 4,2 B
814 Puente Llacoln Primarias 2,2 B
815 Alessandri - Puente JP II Primarias 8,2 B
901 Ruta 160 Primarias 15,6 B
902 Corredor Coronel Primarias 8,6 B
-
Captulo 4: Levantamiento de datos en terreno 22
Cdigo Nombre Jerarqua Longitud (km) Sentido
903 Hroes de la Concepcin Secundarias 2,3 B
904 Carlos Prat - Costanera Secundarias 5,3 B
905 Pedro Aguirre Cerda Secundarias 2,2 U
906 Los Carrera Secundarias 1,2 B
1001 Ruta 160, Camino a Lota Primarias 11,1 B
1002 Carlos Cousio Secundarias 3,1 B
Tabla 4.2 Longitud de calles por comuna
Cdigo Comuna Longitud total (km) Porcentaje %
1 Penco 16,7 5
2 Tom 19,2 6
3 Talcahuano 47,7 14
4 Hualpen 46,9 14
5 Concepcin 63,8 19
6 Chiguayante 31,8 10
7 Hualqui 21,2 6
8 San Pedro 37,0 11
9 Coronel 35,2 11
10 Lota 14,2 4
Longitud total de calles (km) 333,6
4.3 Equipo de Medicin
El registro de los datos se realiz con el equipo VBOX mini, el cual utiliza el sistema de
posicionamiento global GPS (Global Position System) de 10 HZ, con tecnologa RTK, la sigla
RTK proviene del ingls Real Time Kinematico navegacin cintica satelital en tiempo real, que
corresponde a una tecnologa utilizada para la topografa y navegacin marina basada en el uso
de medidas de fase para navegadores con seales GPS, GLONASS y/o de Galileo. Una sola
-
Captulo 4: Levantamiento de datos en terreno 23
estacin de referencia proporciona correcciones en tiempo real, obteniendo una exactitud sub-
mtrica (Fonseca, 2012).
El equipo permite obtener un registro variado de informacin, como por ejemplo:
posicionamiento, velocidad longitudinal y velocidad vertical. Toda esta informacin se registra
en una tarjeta SD para posteriormente ser visualizada fcilmente con el software VBOX tolos.
4.4 Proceso de medicin
Para realizar las mediciones de velocidades verticales se implement el equipo VBOX mini
adosado en el parabrisas de un automvil modelo Toyota Yaris, tal como se ilustra en la Figura
4.1.
Figura 4.1 Esquema automvil-GPS
Se tomaron datos del 72 % del total de kilmetros de vas seleccionadas. Considerado la
velocidad tpica del trnsito de cada una segn lo estipulado por las normas de trnsito actuales
para el muestreo, es decir un promedio de entre 40 a 50 km/h en zonas urbanas y registrndose
datos cada 0.1 segundos mediante el Gps, es decir aproximadamente 800 datos en un kilmetro,
lo que puede variar segn la velocidad empleada durante la medicin.
-
Captulo 4: Levantamiento de datos en terreno 24
Las mediciones se tomaron con un mnimo de 3 repeticiones por sentido, con el fin de obtener
una base de datos suficientemente amplia que permita realizar los posteriores anlisis
estadsticos.
Se adoptaron las siguientes condiciones de medicin para reducir la variabilidad:
El recorrido de las vas urbanas se realiz en el mismo automvil,
La posicin del instrumento fue la misma durante el proceso de medicin,
El mismo conductor realiz todas las mediciones,
La posicin del conductor fue la ms natural posible durante todo el recorrido, es decir,
sentado con manos en el volante,
El recorrido se realiz solo por una pista, es decir, no se realizaron cambios de pistas,
Se intent transitar en todas las repeticiones por la zona normal de trnsito (huella),
Se evit medir con condiciones climticas adversas para los resultados, como lo son das
de lluvia o de alta nubosidad,
La velocidad de medicin se mantuvo en rangos acordes a los que se alcanza en un viaje
normal de automvil dentro de la cuidad, lo que flucta tpicamente entre 40 y 50 km/h, y
La medicin se realiz solo cuando el trfico era expedito, evitando los momentos de
mucha circulacin de trnsito y peatones, prefiriendo horarios afuera del horario punta por
comuna, extrapolando la informacin entregada en la Tabla 4.1 al resto de las comunas
seleccionadas para el horario de toma de datos.
Tabla 4.4 Periodizacin en comunas del Gran Concepcin, segn SECTRA (2013)
Periodo Chiguayante Concepcin Hualpen San Pedro Talcahuano
Punta Maana 7:15 - 8:15 7:45 - 8:45 7:30 - 8:30 7:30 - 8:30 7:30 - 8:30
Punta Medio Da 12.45 - 13.45 13:00 - 14.00 12:45 - 13:45 13:30 - 14:30 14:30 - 15:30
Punta Tarde 18:15 - 19:15 18:15 - 19:15 17:15 - 18:15 18:00 - 19:00 17:45 - 18:45
Durante el proceso de medicin se observaron condiciones que dificultaron la obtencin de
informacin. Dentro de estas condiciones se encuentran:
-
Captulo 4: Levantamiento de datos en terreno 25
Prdidas de seal de satlite en pasos bajo nivel, por ejemplo paso bajo nivel calle Los
Carrera.
Estacionamiento y detenciones dentro de la calzada, lo cual imposibilita la medicin cien
por ciento homognea, impidiendo realizar algunas condiciones impuestas para reducir la
variabilidad.
4.5 Conclusiones
El gran Concepcin, cuenta con aproximadamente 450 km de calles catalogadas como va
primaria o secundaria. Las comunas de Penco, Tom, Talcahuano, Hualpen, Concepcin,
Chiguayante, Hualqui, San Pedro, Coronel y Lota fueron elegidas como zona de trabajo para
toma de datos basados en 4 criterios de seleccin, representado un 72% del total de vas
catalogadas como primarias o secundarias.
Un GPS instalado en un automvil fue el equipo utilizado obtener los datos de velocidades
verticales de los pavimentos del Gran Concepcin. Con un mnimo de 3 repeticiones por sentido
del trnsito y condiciones controladas para la toma de datos.
Durante el proceso de medicin se registraron condiciones dificultosas para lograr la menor
variabilidad al momento de la toma de datos, esto principalmente a la gran diversidad de
conductores y a las decisiones que toman al momento de transitar por las zonas de trabajo, por
otro lado cadas de satlites en zonas pobladas de edificios o paso bajo nivel y finalmente la
existencia de singularidades en los recorridos definidos, tales como cambio de materialidad en la
calzada y discontinuidades.
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 26
CAPTULO 5 PROCEDIMIENTO PARA EL ANALISIS DE ACELERACIONES Y
CALCULO DE INDICES
5.1 Introduccin
En este captulo se explica el procedimiento utilizado para extraer la informacin obtenida de las
mediciones detalladas en el Captulo 4. Se describe el procesamiento necesario para llegar a una
base de datos sintetizada con la cual calcular los ndices de estado del pavimento, lo que incluye
el anlisis de repetibilidad, la identificacin de outliers y la segmentacin. Se muestran los
resultados obtenidos del clculo de ndices, y tambin se desarrolla un anlisis y evaluacin de la
condicin de los pavimentos elegidos.
5.2 Extraccin de datos
Tras llevar a cabo el proceso de medicin descrito en el Captulo 4 se generaron los archivos con
la informacin necesaria para la realizar la evaluacin de los pavimentos seleccionados. Desde la
tarjeta SD del equipo VBOX mini se extrajeron los archivos para analizarlos con el software
VBOX tools. El software permite observar en forma grfica la informacin obtenida de las
mediciones, como se muestra en la Figura 5.1 (velocidad, tiempo, distancia y velocidad vertical).
Tambin se obtiene una planilla electrnica con la informacin generada cada 1 m y un archivo
en formato kml (keyhole markup language) para visualizar la trayectoria de la medicin.
Al culminar este procesamiento existen tres archivos por cada repeticin de medicin realizada;
estos archivos se encuentran en el Anexo 5.1.
Las repeticiones se realizaron para cada sentido que presentaban las calles seleccionas,
denominados sentido A y B, siguiendo un cdigo secuencial segn el sentido como ejemplifica la
Tabla 5.1 para la comuna de Penco adems de su delimitacin desde el punto inicio y fin.
El detalle de cada calle medida se encuentra en el Anexo 5.2
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 27
Figura 5.1 Singularidad discontinuidad pavimento
Tabla 5.1 Sentidos de calles medidas
Cdigo Nombre Sentido Desde Hacia Repeticiones
101 Ruta 150 A Collao Bernardo O'higgins 1A 2A 3A
B Bernardo O'higgins Collao 1B 2B 3B
102 Las Heras A San Vicente Alcazar 1A 2A 3A
103 Freire A Maipu San Vicente 1A 2A 3A
104 El Maiten A Ruben Hurtado Penco 1A 2A 3A
B Penco Ruben Hurtado 1B 2B 3B
105 Cochrane A Cementerio Maipu 1A 2A 3A
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 28
Se realiz un primer anlisis de las mediciones con la visualizacin de los recorridos en el
software Google Earth,. Se observ que algunas calles mostraban trayectorias errticas como
ejemplifica la Figura 5.2, lo que llev a catalogarlas como poco confiables bajo el anlisis
desarrollado en el Anexo XX, descartndolas para posteriores anlisis. Los principales
inconvenientes estn relacionados con problemas de satlite y vas poco expeditas para realizar
las mediciones. Las calles descartadas por este fenmeno se muestran en la Tabla 5.2.
Figura 5.1 Visualizacin en Google Earth de trayectoria en calle 301
Tabla 5.2 Calles descartadas por trayectoria errtica
Cdigo Calle
301 Bajada Tumbes
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 29
5.3 Procesamiento de datos
5.3.1 Aceleraciones verticales
De las mediciones realizadas se obtuvo informacin de velocidad longitudinal, tiempo, distancia
y velocidad vertical.
Para realizar la evaluacin es necesario obtener aceleraciones verticales. Esta se calcul de
forma indirecta como la variacin de velocidades verticales, para el paso de tiempo que el
instrumento asocia cada un metro de avance longitudinal. Es as como finalmente se obtiene el
registro de aceleraciones verticales mediante la Ecuacin 5.1.
( )
donde a corresponde a la aceleracin vertical en , v1 y t1 son la velocidad y tiempo
para un instante, en m/s y s respectivamente, y v2 y t2 son la velocidad y tiempo despus de
un desplazamiento de 1 metro.
Es importante destacar que para la evaluacin slo se utiliz las aceleraciones verticales, lo que
en un comienzo difiere con la indicacin de evaluar los tres ejes que plantea la norma ISO 2631.
Sin embargo, Paddan y Griffin (2002) y El Sayed et al. (2013) sugieren que el eje vertical es el
que sufre las mayores magnitudes de aceleraciones, siendo en definitiva el eje de mayor
importancia a la hora de analizar las aceleraciones.
5.3.2 IRI
Por otro lado para el clculo del IRI, es necesario calcular el desplazamiento vertical. Los
desplazamientos se obtienen de forma indirecta como la variacin de velocidades verticales, por
cada intervalo de tiempo asociado a un desplazamiento horizontal de un metro (Ecuacin 5.2).
( ) ( ) ( )
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 30
donde d corresponde a la desplazamiento vertical en m, v1 y t1 son la velocidad y tiempo
para un instante, en m/s y s respectivamente, y v2 y t2 son la velocidad y tiempo despus de
un desplazamiento de 1 metro.
5.3.3 Depuracin de datos y acoplamiento de repeticiones
El registro de datos contiene informacin que dificulta el anlisis. Esto se produce por dos casos
en particular: el primero es el caso de informacin tomada durante detenciones obligadas en las
mediciones debido al trnsito, o sealtica (semforos, ceda el paso o discos pare), y el segundo
son los datos tomados en tramos donde la calle presenta un lomo de toro.
La Figura 5.2 muestra un ejemplo donde se puede apreciar un tramo de detencin gracias a que la
velocidad longitudinal se hace cero.
Figura 5.2 Visualizacin en VBOX tools de detencin durante la medicin
El software VBOX tools, gracias a sus herramientas grficas, permite visualizar los tramos en
que se producen estos casos, identificando los tiempos donde comienzan y terminan, para
posteriormente eliminarlos. Para eliminar estos tramos se consider como tiempo de inicio y fin
el momento en que la velocidad desciende o asciende hasta aproximadamente 15 km/h.
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 31
Para el segundo tipo de datos que alteran el anlisis de informacin, es decir, lomos de toro, se
hizo uso de la visualizacin de VBOX tools de velocidad horizontal junto con la ayuda de Street
View, para verificar si las variaciones de velocidad expresadas en el registro corresponden a este
tipo de singularidades, como se observa en la figura 5.3.
Para eliminar estos tramos se consider como tiempo de inicio y fin, el momento correspondiente
a 10 metros desde el punto de menor velocidad horizontal.
Figura 5.3 Visualizacin en VBOX tools de lomo de toro durante la medicin
El detalle del anlisis que fundamenta el proceder anterior se encuentra en el Anexo 5.2 y 5.3.
Antes de realizar los anlisis estadsticos, es necesario que cada una de las repeticiones de los
respectivos sentidos de las calles muestreadas, contengan informacin sobre exactamente el
mismo tramo. Debido a imprecisiones durante la medicin existen diferencias en la distancia total
de las repeticiones de una misma calle. Esto se produjo porque los puntos de inicio y fin de las
mediciones no siempre coinciden espacialmente. Como solucin se utiliz nuevamente las
herramientas grficas del software VBOX tools en conjunto con los archivos kml para visualizar
los tramos en Google earth y Street View.
De esta manera se encontraron puntos comunes de inicio y fin para cada una de las repeticiones
en las distintas calles, tales como discos pare, semforos, lomos de toro y curvas (mediante
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 32
visualizacin de azimut en VBOX tool). La Figura 5.4 esquematiza el trabajo realizado para
encontrar los tramos segn las necesidades planteadas.
Figura 5.4 Esquema de tramos de repeticiones efectivamente analizados (Montoya 2014)
En la Figura 5.4 se observa como el tramo analizado debe coincidir en distancia para las tres
repeticiones. Para lograr el acoplamiento es necesario descartar datos obtenidos al comienzo y al
final, en el caso de la figura se deben eliminar los datos iniciales en las repeticiones 1 y 2,
mientras que para las repeticiones 1 y 3 los finales.
La base de datos con el procesamiento detallado se encuentra en el Anexo 5.3.
5.3.4 Anlisis de repetibilidad
En todo proceso de medicin existen fuentes de variabilidad, es por esto que es necesario realizar
un anlisis estadstico para poder discriminar aquellas que explican de mejor manera el estado en
el que se encuentra el pavimento.
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 33
Un sistema de medicin es repetible si mltiples mediciones realizadas exactamente en el mismo
lugar, con el mismo procedimiento y bajo las mismas condiciones resultan estadsticamente
equivalentes (Arbelez et al, 2007).
La herramienta utilizada para evaluar la repetibilidad es el anlisis de varianza o ANOVA
(fundamentada en el ANEXO 5.5).
La Figura 5.5 ilustra una salida del anlisis de la varianza realizado utilizando el software
Minitab (herramienta utilizada para este anlisis).
R-cuad. = 6,65%
Nivel N Media Desv.Est.
V. VERT 1A (m/s) 710 -0,2323 0,1289 V. VERT 2A (m/s) 710 -0,3116 0,1251
V. VERT 3A (m/s) 710 -0,3069 0,1529
Nivel ---------+---------+---------+---------+
V. VERT 1A (m/s) (---*---)
V. VERT 2A (m/s) (---*---) V. VERT 3A (m/s) (---*---)
---------+---------+---------+---------+
-0,300 -0,275 -0,250 -0,225
Figura 5.5 Resultados del anlisis de varianza usando Minitab, Calle 605
De la Figura 5.5 se puede concluir que la primera pasada es distinta a las dems debido a que la
media de la velocidad vertical es estadsticamente diferente a las medias de las otras dos pasadas.
Adems si el valor de R2 es igual a 0, se concluye que no existe una relacin entre mediciones,
por lo que las mediciones son repetibles.
Cuando ocurre lo mostrado en la Figura 5.5 con la pasada 1, se elimina y se repite el anlisis con
las dos pasadas restantes como muestra la Figura 5.6 y as sucesivamente hasta que el valor de
R2 sea 0.
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 34
R-cuad. = 0,03%
Nivel N Media Desv.Est.
V. VERT 2A (m/s) 710 -0,3116 0,1251 V. VERT 3A (m/s) 710 -0,3069 0,1529
Nivel +---------+---------+---------+--------- V. VERT 2A (m/s) (--------------*-------------)
V. VERT 3A (m/s) (--------------*-------------)
+---------+---------+---------+--------- -0,3220 -0,3150 -0,3080 -0,3010
Figura 5.6 Resultados del anlisis de la varianza usando Minitab, Calle 605 Repeticin 2 y 3
Con la finalidad de poder aumentar las zonas de trabajo para los anlisis posteriores, se realizaron
tramificaciones dentro de las calles, a travs de un anlisis visual mediante la velocidad vertical
para las 3 repeticiones en forma simultnea en VBOX tools.
Como ejemplifica la Figura 5.7, mediante el comportamiento de la medicin de velocidades
verticales, se logra estimar zonas que presentaran posible repetibilidad posterior (zona 2 y 4) y
aislando aquellas que presentan una alta variabilidad (zona 1, 3, 5).
Este anlisis permite para aquellas repeticiones que resultan no ser equivalentes estadsticamente
bajo el anlisis ANOVA en primera instancia, mediante la tramificacin propuesta pueda
realizarse un anlisis ms detallado y rescatar datos de las mediciones realizadas que son
repetibles.
El fundamento del proceso de tramificacion se precisa en el ANEXO 5.4.
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 35
Figura 5.7 Tramificacin para repetibilidades calle 606
Las graficas de velocidad verticales, fundamento para realizar las tramificaciones y los
resultados del anlisis de varianza realizadas en MINITAB se encuentran en el Anexo 5.6.
La Tabla 5.3 muestra el resultado de este proceso, donde se destacan con sombreado las
mediciones repetibles segn el anlisis, de las cuales una de ellas fue utilizada para el clculo de
ndices posteriormente.
Tabla 5.3 Mediciones repetibles segn anlisis ANOVA
Nombre Nombre Repetibilidad Largo (m)
Ruta 150 Ruta 150 1A 2A 3A 8735
1B 2B 3B 8730
Las Heras
Tramo 1 1A 2A 3A 249
Tramo 2 1A 2A 3A 220
Tramo 4 1A 2A 3A 270
Freire Tramo 1 1A 2A 3A 98
Tramo 2 1A 2A 3A 443
El Maiten
El Maiten 1A 2A 3A 1113
Tramo 2 1B 2B 3B 349
Tramo 3 1B 2B 3B 565
Cochrane Cochrane 1A 2A 3A 788
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 36
Nombre Nombre Repetibilidad Largo (m)
Camino a Tome Tramo 1 Tramo 2 1A 2A 3A 1002
Tramo 2 1B 2B 3B 599
Camino a Tome Tramo 2
Tramo 2 1A 2A 3A 649
Tramo 2 1B 2B 3B 449
Tramo 3 1B 2B 3B 866
Camino a Tome Tramo 3 Tramo 2 1A 2A 3A 503
Camino a Tom Tramo 4
Tramo 2 1A 2A 3A 649
Tramo 3 1A 2A 3A 847
Tramo 2 1B 2B 3B 2158
Enrique Molina Enrique Molina 1A 2A 3A 1466
Tramo 2 1B 2B 3B 546
Egaa Egaa 1A 2A 3A 1546
Almirante Latorre
Tramo 1 1A 2A 3A 610
Tramo 3 1A 2A 3A 333
Tramo 1 1B 2B 3B 494
Tramo 2 1B 2B 3B 349
Tramo 3 1B 2B 3B 648
Los Araucanos Tramo 2 1A 2A 3A 855
Tramo 2 1B 2B 3B 1058
Michimalonco
Tramo 4 1A 2A 3A 978
Tramo 1 1B 2B 3B 878
Tramo 3 1B 2B 3B 399
Arteaga Alemparte Tramo 1 Tramo 1 1B 2B 3B 119
Tramo 4 1B 2B 3B 663
Arteaga Alemparte Tramo 2 Tramo 1 1B 2B 3B 201
Arteaga Alemparte Tramo 3 Arteaga Alemparte Tramo 3 1A 2A 3A 1429
1B 2B 3B 1381
Pedro de Valdivia Tramo 1 1A 2A 3A 651
Tramo 2 1B 2B 3B 797
Avenida Carrera
Tramo 1 1A 2A 3A 896
Tramo 3 1A 2A 3A 878
Tramo 1 1B 2B 3B 599
Tramo 2 1B 2B 3B 592
Tramo 3 1B 2B 3B 596
Tramo 4 1B 2B 3B 1139
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 37
Nombre Nombre Repetibilidad Largo (m)
Chacabuco Tramo 1 1B 2B 3B 301
Tramo 2 1B 2B 3B 649
Avenida Collao Tramo 2 Tramo 1 1A 2A 3A 348
Tramo 2 1A 2A 3A 299
Avenida Rodriguez
Tramo 2 1A 2A 3A 549
Tramo 1 1B 2B 3B 86
Tramo 2 1B 2B 3B 4041
Tramo 3 1B 2B 3B 474
Tramo 4 1B 2B 3B 793
Camilo Henrquez Tramo 2 Tramo 1 1B 2B 3B 1019
Ejrcito Tramo 1
Tramo 1 1A 2A 3A 515
Tramo 3 1A 2A 3A 291
Tramo 4 1A 2A 3A 380
Avenida Andalin Tramo 1
Tramo 1 1A 2A 3A 389
Tramo 2 1A 2A 3A 341
Avenida Andalin 1B 2B 3B 1026
Avenida Andalin Tramo 2 Avenida Andalin 1A 2A 3A 1341
Ongolmo Tramo 2 1A 2A 3A 300
Tramo 3 1A 2A 3A 239
Las Heras Las Heras 1A 2A 3A 1166
Anibal Pinto Anibal Pinto 1A 2A 3A 2240
1B 2B 3B 2365
San Martin Tramo 1 1A 2A 3A 934
O'higgins O'higgins 1A 2A 3A 2243
Lientur Lientur 1A 2A 3A 1069
Tramo 2 1B 2B 3B 1025
Manuel Rodrguez Manuel Rodrguez 1B 2B 3B 4863
Camino Chiguayante Camino Chiguayante 1A 2A 3A 2955
Tramo 2 1B 2B 3B 898
Ohiggins
Tramo 1 1A 2A 3A 486
Tramo 3 1A 2A 3A 902
Tramo 3 1B 2B 3B 699
Cochrane Cochrane 1A 2A 3A 731
1B 2B 3B 725
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 38
Nombre Nombre Repetibilidad Largo (m)
La Araucana
Tramo 1 1A 2A 3A 243
Tramo 3 1A 2A 3A 424
La Araucana 1B 2B 3B 1185
Patricio Lynch
Patricio Lynch 1A 2A 3A 1160
Tramo 1 1B 2B 3B 200
Tramo 3 1B 2B 3B 299
Tramo 4 1B 2B 3B 405
O 60 Tramo 1 Tramo 3 1A 2A 3A 2729
Tramo 1 1B 2B 3B 2500
El Aguila Tramo 1 1B 2B 3B 238
Tramo 2 1B 2B 3B 286
Enrique Soro
Tramo 1 1A 2A 3A 186
Tramo 3 1A 2A 3A 799
Tramo 4 1A 2A 3A 139
Avenida Diagonal Biobo
Tramo 1 1A 2A 3A 207
Tramo 2 1A 2A 3A 189
Tramo 3 1A 2A 3A 459
Tramo 4 1A 2A 3A 205
Tramo 1 1B 2B 3B 225
Tramo 3 1B 2B 3B 324
Tramo 4 1B 2B 3B 373
Las Violetas Las Violetas 1A 2A 3A 1135
1B 2B 3B 1158
Puente llacolen Puente Llacoln 1B 2B 3B 2058
Pedro Aguirre Cerda
Tramo 1 1B 2B 3B 297
Tramo 2 1B 2B 3B 699
Tramo 4 1B 2B 3B 409
Manuel Montt Tramo 1 1A 2A 3A 101
Tramo 2 1A 2A 3A 436
Ruta 160, Camino a Lota Tramo 2 Tramo 1 1B 2B 3B 1575
Tramo 2 1B 2B 3B 999
Carlos Cousio Tramo 1 Carlos Cousio Tramo 1 1B 2B 3B 2070
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 39
5.4 Clculo de RMS, VDV, FC e IRI
El clculo de los ndices de confort en el viaje, es decir, valor de aceleracin eficaz (RMS, en
m/s2), valor dosis de vibracin (VDV, en m/s1,75) y factor cresta (FC, adimensional), adems del
clculo de IRI (m/km) a travs del software Proval (software de ingeniera que le permite
visualizar y analizar perfiles de pavimentos), se efectu para intervalos repetible del anlisis
ANOVA (Tabla 5.3) cada 125 metros, lo cual corresponde a 1 cuadra promedio en el Gran
Concepcin. Las Tablas 5.4 y 5.5 resumen los resultados de ambos anlisis para cada una de las
calles y su segmentacin respectiva.
Los clculos realizados en planilla electrnica y los resultados para todas las calles medidas se
encuentran en el Anexo 5.7.
Tabla 5.6 Valores de RMS, VDV, FC e IRI en calles Talcahuano
Calle Tramos Distancia
inicio (m)
Distancia
final (m)
IRI
(m/km) Fc RMS VDV
Michimalonco
A Tramo 4
0 125 4,1 15,736 0,091 4,088
125 250 2,3 14,064 0,062 0,162
250 375 2,9 10,900 0,103 0,386
375 500 2,1 32,871 0,041 0,129
500 625 1,8 32,961 0,019 0,018
625 750 1,7 22,593 0,017 0,011
750 875 2,5 32,291 0,031 0,069
875 917 3,1 29,368 0,011 0,019
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 40
Calle Tramos Distancia
inicio (m)
Distancia
final (m)
IRI
(m/km) Fc RMS VDV
Michimaloco
B Tramo 1
0 125 4,9 65,903 0,017 0,115
125 250 2,4 27,342 0,033 0,058
250 375 2,8 12,235 0,061 0,147
375 500 1,6 28,589 0,026 0,03
500 625 2,6 21,891 0,071 0,331
625 750 2,2 27,086 0,045 0,131
750 830 2,1 10,368 0,064 0,171
Michimaloco
B Tramo 3
0 125 5,9 53,795 0,037 1,213
125 250 2,1 52,202 0,034 0,208
250 339 5,4 4,834 0,31 3,519
5.5 Niveles de aceleracin vertical e IRI
Los valores de RMS e IRI obtenidos (Anexo 5.7) muestran cierta insensibilidad a los niveles que
establece la norma ISO 2631 para evaluar el confort (Tabla 3.1) y los niveles definidos para el
IRI en el experimento original.
Para encontrar nuevos niveles, que permitan identificar y diferenciar entre valores altos, medios y
bajos en los que se encuentran las calles analizadas, se realiz un anlisis de conglomerados para
toda la red medida, el cual se encuentra en el Anexo 5.8.
Esta tcnica estadstica multivariante permite agrupar los casos o variables de un archivo de datos
en funcin del parecido o similaridad existente entre ellos. Los valores que limitan los distintos
niveles se muestran en la Tabla 5.7 y 5.8 para cada uno de los dos anlisis realizados para las
calles.
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 41
Tabla 5.8 Valores de RMS para los distintos niveles de aceleraciones
Tabla 5.9 Valores de IRI para los distintos niveles de desplazamiento vertical
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 42
Los tramos con niveles bajos (B) representan los de mejor condicin y estado, mientras que los
niveles altos (A) son los que mayor incomodidad generan durante un viaje y un peor estado
presentan, es decir, mayor deterioro. Se observa como una calle puede presentar distintos niveles
de aceleracin vertical e IRI segn sea el tramo. Esto da cuenta de la variabilidad que se puede
encontrar en la condicin de las calles debido a los mltiples factores que acciona sobre estos.
Por un lado el transito que los frecuenta, fallas constructivas, sumado a las condiciones
medioambientales presentes, principalmente el efecto del agua al infiltrarse sobre las capas
inferiores que conforman el paquete estructural del pavimento como ilustra la Figura 5.8, que se
traducen en deterioros funcionales y estructurales.
Figura 5.8 Paquete estructural pavimento hormign
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 43
5.6 Anlisis de resultados
Al calcular los niveles de aceleracin vertical e IRI para las calles analizadas se obtiene una
visualizacin general de las calles medidas que resultaron ser repetibles.
La Figura 5.11 muestra el porcentaje de calles segn la calificacin de la Tabla 5.9 producto del
anlisis de conglomerado.
Figura 5.11 Porcentaje de niveles de aceleracin vertical en el total de las ciclovas medidas
Figura 5.15 Porcentaje de niveles de aceleracin vertical para Concepcin (a) y San Pedro (b)
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 44
5.7 Conclusiones
El registro de mediciones realizado mediante el instrumento VBOX mini, entrega una planilla
con datos cada 1 m, el cual dadas las condiciones al momento de la toma de datos presenta
dificultades para el anlisis, para lo cual se definieron criterios para realizar la equivalencia entre
mediciones y eliminacin de zonas con disminucin de la velocidad longitudinal.
Filtradas y acotadas las repeticiones en la misma zona de trabajo, se realiz un anlisis de
varianza para determinar las repeticiones en mediciones, para determinar la equivalencia entre
ellas, previo de una tramificacion en calles que presentaban un alto nivel de variacin por
intervalos, resultando un % de las mediciones realizadas repetibles.
Se calculan los ndices de confort en el viaje (RMS, VDV, FC) e IRI para el espacio muestral
definido por el anlisis de varianza.
Los valores obtenidos se escapaban de los establecidos originalmente en la Norma ISO 2631 y
experimento original para el IRI desarrollado por el Banco Mundial, por esto fue necesario
definir nuevos niveles para ambos tipos de caracterizacin realizada a los pavimentos a travs de
un anlisis de conglomerado.
As se define el nivel bajo a el nivel medio que va de , y el nivel alto para los valores
mayores para las aceleraciones verticales y nivel bajo a el nivel medio que va de
, y el nivel alto para los valores para IRI.
Los valores medios para la red global considerada es de , mientras que para las comunas de
Concepcion .., Penco .., Coronel Lota, San Pedro.., Chiguayante, Hualqui, Talcahunao
y Tome. Para los ndices aceleracin vertical e IRI respectivamente.
-
Captulo 5: Procedimiento para el anlisis y clculo de indices 45
-
Captulo 6: Anlisis de indicadores 46
CAPITULO 6 ANALISIS DE INDICADORES
6.1 Introduccin
En este captulo analiza el comportamiento de los ndices clculos en comparacin a los
resultantes de mediciones bajo otras metodologas de evaluacin del estado del pavimento,
utilizacin de otro tipo de instrumento y mediciones sin control.
6.2 Comparacin IRI calculado versus mediciones previas
Para realizar una aproximacin de cuan cercano o alejado se encuentran los resultados logrados
del clculo de IRI mediante software Proval, a travs del proceso de medicin descrito en puntos
anteriores, es necesario realizar un comparacin con medidas realizadas con otro mecanismo o
metodologa en las mismas calles.
El trabajo realizado previamente por Palomino (2014) y mediciones mediante el instrumento
Merlin entrega la informacin para contrastar los resultados logrados.
En la Tabla 5.9.1 se visualizan los valores y las calles con mediciones mediante otra metodologa.
Tabla 6.1 Comparacin resultados mediciones auscultacin visual Palomino (2014) y clculo de
IRI mediante Proval
Calle Comienzo Termino
IRI
(m/km)
Estado Anlisis de
conglomerado
Estado
Palomino
Manuel
Rodriguez Serrano Paicavi
3,3 Bueno
1,6 Bueno
1,8 Bueno
2,0 Regular
1,3 Regular
2,4 Bueno
2,2 Regular
3,6 Bueno
3,1 Malo
2,5 Regular
-
Captulo 6: Anlisis de indicadores 47
Calle Comienzo Termino
IRI
(m/km)
Estado Anlisis de
conglomerado
Estado
Palomino
2,3 Regular
2,9 Regular
Las Heras Lientur Avenida Prat
2,1 Bueno
3,4 Bueno
2,3 Bueno
8,7 Bueno
San Martin Galvarino Colo Colo
2,0 Malo
3,2 Regular
1,3 Bueno
2,1 Bueno
3,6 Bueno
2,5 Bueno
4,1 Bueno
Tabla 6.2 Comparacin resultados mediciones Merlin y clculo de IRI mediante Proval
Calle Comienzo Termino IRI Proval
(m/km)
IRI Merlin
(m/km)
Estado Analisis
de
conglomerado
Estado
Merlin
O'higgins
Ainavillo Paicav 4,5 6,6
Regular
Paicav Colo Colo 3,1 5,1
Bueno
Colo Colo Angol 1,7 6,0
Regular
Las Heras
Juan Jos
Manzano Fresia 2,9 3,7
Bueno
Fresia Ainavillo 2,7 7,0
Regular
De la comparacin se logra ver que(agregar comparacin)
Cabe considerar que la precisin de las metodologas utilizadas para realizar la comparacin en
estricto rigor no es la mejor, dado por la subjetividad en el caso de la medicin realizada por el
trabajo de Palomino y por la potencial sobrevaloracin realizada por el instrumento Merlin, en
comparacin con instrumentos de precisin para determinar el perfil longitudinal de la zona de
estudio, como instrumentos de tipo perfilometro laser.
-
Captulo 6: Anlisis de indicadores 48
6.3 Anlisis de repetibilidad IRI
El clculo del parmetro del IRI permite poseer una medida del estado del pavimento a travs de
una medida del desplazamiento vertical absoluto acumulado en un intervalo de medicin definida
(generalmente 200 metros). Con el objetivo conocer cmo se comporta este parmetro en un
anlisis de varianza comparado con los resultados del mismo anlisis realizados a los valores de
velocidad vertical, se analizan 10 calles de las mediciones realizadas para dos casos.
En primer lugar mediciones repetibles en anlisis ANOVA de velocidades verticales y finalmente
mediciones no repetibles en anlisis ANOVA de velocidad vertical
Este grupo de mediciones con realizacin previa de los puntos 5.3 y 5.4 es ingresado al software
Proval para calcular el valor del IRI cada 25 metros.
A diferencia de lo realizado en el punto 1.3 donde se hizo cada 125 metros, la disminucin del
intervalo tiene como objetivo visualizar de mejor manera el efecto que ocurre, al aumentar el
tamao de los datos a analizar por replica.
Finalmente, mediante el software Minitab se lleva a cabo un anlisis de varianza o ANOVA tal y
como se hizo para el registro de velocidad vertical (punto 5.3.4).
Los resultados obtenidos por caso de anlisis se detallan en las Tablas 6.3 y 6.4
Tabla 6.3 Comparacin resultados ANOVA, mediciones repetibles previamente en velocidad
vertical versus IRI
Nombre Tramos Repetibilidad
V.vert (m/s)
Repetibilidad IRI
(m/km)
R^2
V.vert
R^2
IRI
Ruta 150 Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A 2,78 1,01
Cochrane Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A 1,43 0,81
Egaa Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A 1,41 2,94
Alemparte
Tramo 3 Tramo 1 1B 2B 3B 1B 2B 3B
7,97 0,7
Las Heras Tramo 1 1B 2B 3B 1B 2B 3B 1,87 0,95
Anibal Pinto Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A 41,35 1,52
Cochrane Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A 6,65 0,96
-
Captulo 6: Anlisis de indicadores 49
Nombre Tramos Repetibilidad
V.vert (m/s)
Repetibilidad IRI
(m/km)
R^2
V.vert
R^2
IRI
Patricio Lynch Tramo 1 1B 2B 3B 1B 2B 3B 7,53 12,45
Las Violetas Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A 0,29 0,31
Cousio Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A 5,01 4,29
Tabla 6.4 Comparacin resultados ANOVA, mediciones no repetibles previamente en velocidad
vertical versus IRI
Nombre Tramos Repetibilidad
V.vert (m/s)
Repetibilidad IRI
(m/km)
R^2
V.vert
R^2
IRI
Camino a Tom
Tramo 1 Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A
21,47 1,7
Camino a Tom
Tramo 2 Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A
39 8,45
Camino a Tom
Tramo 3 Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A
29,05 0,56
Enrique Molina Tramo 1 1B 2B 3B 1B 2B 3B 7,01 2,52
Carlos Werner Tramo 1 1B 2B 3B 1B 2B 3B 21,36 1,88
Los Araucanos Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A 1,61 5,32
Latorre Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A 19,06 2,15
General Bonilla Tramo 1 1B 2B 3B 1B 2B 3B 19,49 2,14
Arteaga Alemparte
Tramo 2 Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A
37,1 1,39
Ejercito Tramo 2 Tramo 1 1A 2A 3A 1A 2A 3A 67,03 0,63
Observando cada una de las tablas en cada caso, se puede determinar que en el anlisis del IRI se
logra una mejora en la repetibilidad de las mediciones.
Para el caso de las mediciones repetibles en velocidad vertical, se conservan aquellas que en un
primer anlisis resultaron equivalentes, pero se agregan aquellas que no lo fueron. Mientras que
para el caso de las no repetibles en velocidad vertical, ocurre un efecto an ms notorio, donde
mediciones no equivalentes en velocidad vertical, resultan ser repetibles en IRI, resultado
-
Captulo 6: Anlisis de indicadores 50
reforzado en ambos casos por un r-cuadrado (entre las 3 mediciones) tendiente an ms a cero en
comparacin al primer anlisis, en la mayora de los casos.
La ocurrencia de este efecto se deber en gran medida a un efecto que se produce en el clculo del
IRI.
Los datos de desplazamiento vertical presentan un comportamiento irregular conformado por
valores altos, bajos, positivos y negativos como se muestra en la Figura 6.1. Mientras que el IRI
es sensible a este tipo de datos, ya que para valores grandes tienden a aumentarlo mientras que
valores muy pequeos tienden a reducirlo.
Figura 6.1 Perfil desplazamiento vertical
Como los desplazamientos verticales son la base para el clculo del IRI ocurre el efecto que se
ilustra en las Figuras 6.2, es decir, una suavizacin de los datos quitando la dispersin
anteriormente mostrada.
Es por esto que al realizar un anlisis de repetibilidad bajo el anlisis del IRI se logra mayor
equivalencia entre las mediciones, tanto repetibles como no repetibles en un anlisis de velocidad
vertical.
-
Captulo 6: Anlisis de indicadores 51
Figura 6.2 Perfil IRI cada 25 m
6.4 Anlisis de resultados para mediciones sin control
Definido y detallado el proceso de medicin, anlisis y clculo de ndices para caracterizar el
estado del pavimento en las calles medidas.
Se genera una base de datos con la clasificacin del estado en el que se encuentran las calles
muestreadas bajo este proceso de toma de datos estandarizado.
Para conocer en qu medida se diferencian los resultados obtenidos al alterar los parmetros de
toma de datos, se hizo uso de un registro de medicin con el mismo instrumento VBOX mini en
la misma posicin en el parabrisas del automvil, pero en una medicin en condiciones sin
control, es decir, solo una rplica en la direccin de avance del trnsito, velocidad variable (segn
permita el transito) y viaje por la pista de mayor fluidez vehicular (si existen 2 pistas en la
direccin).
Esta base de datos generada anterior a este trabajo, posea una contraparte en la base de datos
obtenida de los anlisis anteriores en algunas calles o tramos de calles detallado en la Tabla 6.5.
Con el objetivo de conocer cul es el grado entre ambos casos de medicin, se realiz una
comparacin entre el valor obtenido de los ndices de confort en el viaje e IRI en las zonas
equivalentes de medicin.
En primer lugar a la medicin sin control tal y como se realiz en las mediciones controladas, se
le llevo a cabo un proceso de filtrado de datos bajo los mismo criterios del punto 5.3.
-
Captulo 6: Anlisis de indicadores 52
Eliminados los puntos problemticos se hacen equivalente con las mediciones correspondientes
que resultaron repetibles del anlisis ANOVA (mismo punto de inicio y trmino), para finalmente
calcular los ndices de confort en el viaje e IRI mediante ISO 2361 y Proval respectivamente.
Tabla 6.5 Zonas equivalentes de mediciones en y sin control
Calle Tramos Comienzo Termino
Chacabuco Tramo 1-2 Edmundo Larenas Lincoyan
Los Carrera B Tramo 1-2-3 Avenida Collao Castellon
Pedro de Valdivia B Tramo 1 Avenida Costanera Corina Vargas de Medina
Las Heras Tramo 1-2 San Vicente Penco
Tramo 4 El Roble Infante
Cochrane Cochrane Cementerio Maipu
Ruta 150 A Ruta 150 A Avenida Collao Bernardo O'higgins
Manuel Rodrguez B Manuel Rodrguez B 12 de Octubre Orozimbo Barboza
O'Higgins B Tramo 3 Alhambra Caupolican
La Arauc