3- Serviciabilidad

Lima, 8 de Septeimbre 2006

Hernan de Solminihac 1

Planificación y Gestión VialGestión de Infraestructura Vial

Universidad de Piura

Hernan de Solminihac T. Ing Civil, MSc, PhD

Profesor Titular y Decano Escuela de IngenieríaPontificia Universidad Católica de Chile

www.ing.puc.clDirector APSA Gestión de Infraestructura

www.apsa.cl

Lima, 8 y 9 de Septiembre 2006

GestiGestióón de Infraestructuran de Infraestructura1. Conceptos de Gestión de Infraestructura2. Evaluación Técnica

1. Auscultación superficial2. Serviceabilidad3. Capacidad Estructural4. Seguridad

3. Estimación de Necesidades1. Modelos de Comportamiento2. Técnicas de Conservación3. Evaluación Económica4. Plan de Conservación

4. Valorización del patrimonio (si tenemos tiempo)



EvaluaciEvaluacióón Funcional de n Funcional de Pavimentos Pavimentos

Temario

• La evaluación de pavimentos• Conceptos asociados a la serviciabilidad y

comportamiento de pavimentos• Caracterización de la rugosidad de los

pavimentos• Indice de Rugosidad Internacional• Equipos para evaluar IRI• Equivalencia entre IRI y p



La Evaluación de Pavimentos• Importancia de la Evaluación de Pavimentos

– Es indispensable en la gestión de pavimentos• Control de Pavimentos• Priorización de mantenciones• Costos de usuarios

– Proporciona la información necesaria para el diseño de las rehabilitaciones

• Tipos de Evaluación– Evaluación Estructural

– Evaluación Funcional• Rugosidad• Serviciabilidad

El Concepto de Serviciabilidad

La principal característica operacional de un pavimento es el nivel de servicio que provee a los usuarios, tanto hoy como en el futuro.

Es importante medir este nivel de servicio para:• establecer la condición actual del pavimento• predecir los cambios de esa condición en el futuro

El concepto de serviciabilidad fue desarrollado en conjunto con el AASHO Road Test (1955 –1960)

Conceptos asociados a serviciabilidad y comportamiento de pavimentos



• Serviciabilidad (Serviceability)La habilidad de una sección específica de pavimento par servir al tránsito en su actual condición

• Serviciabilidad Individual (Individual ServiceabilityRating)La evaluación individual de una persona acerca de la serviciabilidad actual de una sección específica de una carretera. Esta evaluación se realiza marcando el punto apropiado en una escala definida.

• Serviciabilidad Promedio (Present ServiceabilityRating)Es el promedio de las evaluaciones individuales realizadas por los miembros de un panel de personas especialmente seleccionadas, de modo que representen a los usuarios.

DefinicionesConceptos asociados a serviciabilidad y comportamiento de pavimentos

Definiciones (cont.)

• Indice de Serviciabilidad (PSI) (Present ServiceabilityIndex)Es la combinación matemática de valores obtenidos de ciertas medidas físicas de una cantidad importante de secciones de carreteras, que permiten predecir el promedio.

• Evolución (Performance)Una medida de la serviciabilidad acumulada de un pavimento

• Comportamiento (Behavoir)La respuesta inmediata del pavimento ante una carga

• Deterioro (Distress)Un daño observable en el pavimento




Pruebas en PavimentosMaryland Road Test• 1950• 1.1 millas de un pavimento en servicio• Pavimento Rígido• 4 tipos de ejes de carga y dos tipos de vehículosWASHO Road Test-Idaho• 1953 • 1 milla en un camino especialmente construido• Pavimento flexible• 4 tipos de ejes de carga y dos tipos de vehículos


Pruebas en Pavimentos (cont.)

AASHO Road Test-Illinois• 1955 - 1960• 6 circuitos (4 grandes y 2 chicos)• Especialmente construidos• Pavimentos flexibles y rígidos• Variables: espesores, cargas y clima• Secciones de 100 pies de largo• Introducción del concepto de serviciabilidad• Los datos fueron usados para los métodos de diseño

de la AASHTO-1972




Pruebas en Pavimentos (cont.)Extensiones de estas pruebas• Factor regional • Valor de soporte del suelo• Coeficientes estructurales de las capas

Revisiones - 1986• Módulo resiliente para el suelo• Confiabilidad• Módulo resiliente para las capas en pavimentos flexibles• Drenaje• Mejoras en inclusión del clima• En pavimentos rígidos inclusión de erosión de la subBase• Ciclos de vida en la evaluación


Pruebas en Pavimentos (cont.)

Revisiones - 1993• Métodos de recapadosFuturo• Modelos MecanicistasSHRP• 1987 - 1982• Caminos en servicio• Caminos especialmente construidos• Tránsito normal• Ubicado en todos los Estados de USA y algunos

países extranjeros• Pavimentos rígidos y flexibles• Otras áreas: asfalto, hormigón.




Evaluación de la Serviciabilidad

• Las 5 suposiciones básicas– Los caminos son para los usuarios– Su opinión es un aspecto subjetivo– Promedio de calificaciones individuales (PSR)– Se relaciona con mediciones objetivas (PSI)– La historia de la serviciabilidad es el

comportamiento del pavimento• La condición se califica con notas que van

desde 0 (muy malo) hasta 5 (excelente)


Historia de la Serviciabilidad

• Comportamiento del pavimento• Efectos del tránsito, medio ambiente y de las

rehabilitaciones• Cálculo de vida remanente

1

2

3

4

5 Serviciabilidad Inicial

Máximo nivel de aceptación

Ejes Equivalentes o Tiempo

Indi

cede

Ser

vici

abili

dad




Investigación en Serviciabilidad

• 1959 Prueba AASHO– Perfilómetro CHLOE (mide SV)– Deterioros superficiales como grietas,

ahuellamiento y parches– Ecuaciones para asfalto y hormigón– Serviciabilidad inicial para usarla en

diseño de pavimentos:• Asfalto: 4,2• Hormigón: 4,5


Periodo de DisePeriodo de Diseññoo

MMíínimo Nivel Aceptablenimo Nivel Aceptable

Edad o TrEdad o Tráánsitonsito

Serv

icia

bilid

adSe

rvic

iabi

lidad




Metodología para formular un Indice de Serviciabilidad

• Definición clara de términos para todas las personas involucradas en el estudio

• Establecer un panel para la evaluación• Orientar y entrenar a los miembros del panel• Selección de las secciones a utilizar en el estudio

Secciones de distintas condiciones. De un largo aproximado de 400 metros.

• Evaluar las secciones seleccionadas“¿Cómo esta sección de pavimento me sirve, si tengo que manejar sobre ella por todo un día?”


Metodología para formular un Indice de Serviciabilidad (cont.)

• RéplicaEs necesario determinar que el panel sea consistente en sus evaluaciones

• Validación del panel de evaluación• Medición de las propiedades físicas del pavimento

En el AASHO Road Test se encontró que el perfil longitudinal del pavimento, grietas, parches y escalonamiento eran las propiedades qie más influían la evaluación de los evaluadores. Estas medidas se pueden categorizar en deformaciones superficiales y deterioro superficial.




Metodología para formular un Indice de Serviciabilidad (cont.)

• Resumen de las mediciones• Cálculo del índice de serviciabilidad

Se utilizó análisis de regresión múltiplePSR = PSI + ePSI = c + (a1*r1 + …) + (b1*d1 + …)Pavimentos FlexiblesPSI = 5.03 - 1.91*log(1+SV)-1.38*RD2-

0.01*(C+P)1/2

Pavimentos RígidosPSI = 5.41 - 1.80*log(1+SV)-0.09*(C+P)1/2


Formas de evaluación individual

5

4

3

2

1

0

Muy bueno

Bueno

Regular

Malo

Muy Malo

¿Acepatable?

Si

No

Indeciso

Sección___________ Evaluador__________ Fecha____________Hora________________ Vehículo_____________________________

Calificación

AASHO AASHO RoadRoad TestTest

5

43

2

10

Muy bueno

Bueno

Regular

Malo

Muy Malo

109

8

76

Evaluador: _____________

Carretera Nº:____________

Sección Nº:_____________

Fecha:_________________

¿El Pavimento es de Calidad Aceptable?

Si

No

Indeciso

Observaciones_____________

CanadaCanada GoodsGoods Roads Roads AssociationsAssociations




Formas de evaluación individual (cont.)

Mayor

Menor

No

Otro

Ahuellam

iento

Baches

Agrietam

iento

Distor´ción

Transversal

Distorción

Longitudinal

Muy Bueno

Bueno

Regular

Malo

Muy Malo

Escala de Calificación Aceptable en el

Sistema InterestatalSi

IndecisoNo

Sistema SecundarioSi

IndecisoNo

Comentarios

FORMULARIO DE CALIFICACIÓN DE SERVICIABILIDADSección ______________Fecha_________Hora__________ Evaluador Nº______

Factores que afectan su Calificación

Texas Texas HighwayHighway DepartmentDepartment


Serviciabilidad y los Usuarios

La serviciabilidad debe ser definida en relación a el propósito de un pavimento construido, esto es, proveer un viaje confortable, seguro y suave a los usuarios. En otras palabras, la serviciabilidad debe estar explícitamente relacionada con los usuarios.




Caracterización de la rugosidad de los pavimentos

La rugosidad se define como las irregularidades en la superficie del

pavimento que afectan adversamente a la calidad de rodado, seguridad y costos de

operación del vehículo

• 1982 Experimento IRRE en Brasil– Antecedentes

• La rugosidad domina la predicción de serviciabilidad

• Hay problemas por las diferentes formas de medir

– Resultados• Establece el IRI• Clasifica los métodos de medición: perfil –

respuesta• Clasifica equipos por presición: clases 1 a 4




• Para definir el IRI se emplea un modelo matemático que simula la suspensión y masas de un vehículo tipo, circulando por un tramo de una vía a una velocidad determinada (Quarter CarSimulation)

• El IRI se define como el desplazamiento acumulado, en valor absoluto, de la masa superior con respecto a la inferior, dividido por la distancia recorrida.

Indice de Rugosidad Internacional: IRI


Indice de Rugosidad Internacional: IRI (cont.)

• Indicador estadístico de la irregularidad superficial• Es independiente de la técnica en que se recolectan los

datos del perfil• Es “pasar” el modelo por el perfil, a 80 km/h• Precisión de resultados

según equipo (clases)• Se mide por huella, pero

se promedia para pista• Se reporta por km (típico)• Tiene unidades de m/km

V

ZsKs Cs

Ms

Resorte de lasuspensión

Amortiguador

ZrMr

KrZ

Resorte de larueda

Desplaszamiento de la masa suspendida

Desplaszamiento de la masa no suspendida

Perfil



Cálculo de IRIMasa amortiguada

Masa Noamortiguada mu

kscs

kt

hps

mszs

zu

x

x

B=250 mm

Nivel de Referencia

IRI=1/L |ZS-ZU|dt0

L/V

Indice de Rugosidad Internacional IRI

Cálculo del IRI (Cont.)

( ) ( )m &&z k z z c &z &zs s s u s s u s= − + −

( ) ( ) ( )m &&z k z z k h z c &z &zu u s s u t ps u s s u= − + − + −

&z&&z&z&&z

k c k c

k c k k c

z&zz&z

kh

s

s

u

u

s

s

u

u

ps

⎡

⎣

⎢⎢⎢⎢

⎤

⎦

⎥⎥⎥⎥

=− −

−+

−

⎡

⎣

⎢⎢⎢⎢⎢

⎤

⎦

⎥⎥⎥⎥⎥

⎡

⎣

⎢⎢⎢⎢

⎤

⎦

⎥⎥⎥⎥

+

⎡

⎣

⎢⎢⎢⎢⎢

⎤

⎦

⎥⎥⎥⎥⎥

0 1 0 0

0 0 0 1

000

2 2

2 1 2 1u u u u u

Ecuación del movimiento de la masa amortiguada:

Ecuación del movimiento de la masa No amortiguada:

Sistema de ecuaciones diferenciales

Zu y Zs se asumen iguales a la altitud del perfil al inicio del recorridoZu y Zs se asumen iguales al cambio del perfil por segundo a una velocidad

de simulación de 80 km/h (a una velocidad de 80 km/h se recorren alrededor de 11 m en medio segundo)

Indice de Rugosidad Internacional IRI



Equipos para evaluar rugosidad

• Clases de equipos– Clase 1: perfilómetros de precisión– Clase 2: medición de perfil de menor precisión– Clase 3: estimación mediante correlaciones– Clase 4: evaluación subjetiva

• Tipos de Equipos– Estáticos

• Mira y Nivel, barra TRL, dipstick

– Dinámicos• (MERLIN), perfilógrafos, APL, inerciales

Face Dipstick

MerlinPerfilógrafo

Perfilómetro Inercial APL




MaysMays MeterMeter


Fase DipstickEquipos para evaluar rugosidad



Walking ProfileEquipos para evaluar rugosidad

Perfilómetro LáserEquipos para evaluar rugosidad



Perfilómetro Láser


Equivalencia entre IRI y p

1 – 0Muy bueno4 – 5

3 – 1Bueno3 – 4

5 – 3Regular2 – 3

9 – 5Malo1 – 2

∞ - 9Muy mala0 – 1

IRIDescripciónp

Ref: Banco Mundial

IRI = 5.5 ln (5/p)



• Modelo desarrollado por B.Al-Omari y M.I. Darter– PSI = 5 x e (-0.26IRI)

• Modelo desarrollado por Dujisin – Arroyo – Hormigón: PSI = 7.10 – 2.19 (IRI)0.5

– Asfalto: PSI = 5.85 – 1.68 (IRI)0.5

Equivalencia entre IRI y p

3- Serviciabilidad

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