Notas
Influencia de la frecuencia en el Módulo Resiliente
 
Instituto Mexicano del Transporte
Publicación bimestral de divulgación externa

NOTAS núm. 177, MARZO-ABRIL 2019, artículo 2
Importancia de la regularidad superficial en las vías terrestres
PERÉZ Alfonso, CASTRO Federico, LÓPEZ Guadalupe y GARNICA Paul

 

Resumen

 

La regularidad superficial en los caminos mexicanos se determina en la actualidad con diferentes fines, entre los principales destacan, la toma de decisiones en la administración de la conservación de redes de carreteras y la evaluación de caminos nuevos o repavimentados. Es en los caminos nuevos o reconstruidos en los que la normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) establece mecanismos de estímulos, sanciones o rechazos a partir de dichos parámetros. En el presente trabajo los autores exponen el estado que guarda el tema de la regularidad superficial en nuestro País y la problemática asociada a su medición, se discuten algunos equipos de medición, así como parámetros que definen la regularidad superficial ya sea a nivel de red o a nivel de proyecto. Se describe el sistema de estímulos y sanciones en superficies de rodamiento nuevas o repavimentadas con base en el índice de Perfil.

 

1.    Introducción

 

El tema de la regularidad superficial en carreteras y autopistas ha sido considerado en México de manera discreta, si es que en todo caso ha sido tomada en consideración; es conocido en el ámbito internacional, la gran importancia económica que conlleva una buena calidad en la superficie de rodamiento, por el que circulan los vehículos ya sea de carga o de pasajeros, es también sabido, a partir de investigaciones realizadas por prestigiadas instituciones internacionales, la menor velocidad de deterioro que presentan los pavimentos durante su vida útil, cuando nacen con mejores regularidades superficiales.

 

Debido a lo anterior, en nuestro País se ha estado considerando este parámetro como uno de los detonadores de acciones de conservación o aún de reconstrucción. Es importante destacar que dicha importancia ha sido ahora llevada a la normativa de Secretaría de Comunicaciones y Transportes de tal forma que existe un mecanismo de estímulos y sanciones a partir de este parámetro, con la finalidad de asegurar mejores calidades en la capa de rodamiento en cuanto a regularidad superficial se refiere.

 

Es importante subrayar que existen diversos métodos y aún parámetros para definir la regularidad superficial en un pavimento; asimismo, existe todavía desconocimiento del tema por parte de diversos administradores de redes carreteras en los diferentes niveles federal, estatal o municipal, creando en muchas ocasiones controversias, confusiones e incluso falta de aplicación de las normativas correspondientes por el mismo desconocimiento de los conceptos de regularidad superficial; es por ello que el presente trabajo intenta describir el estado que guarda la regularidad superficial tal como se considera en nuestro País. 

 

 

 

2.    Regularidad superficial. El concepto de un índice internacional.

 

Debido a la gran cantidad de parámetros para definir la regularidad superficial en los caminos, y a la gran cantidad de equipos que determinan dicha propiedad, así como a la necesidad de establecer un parámetro que definiera un índice estandarizado de irregularidad, que fuera conocido por todos los profesionales involucrados con esta característica en sus diversas funciones, el Banco Mundial desarrolló en Brasil en 1982, un experimento para lograr la unificación de criterios al respecto, Dicho trabajo dio como resultado el establecimiento del Índice Internacional de Irregularidad, IRI por sus siglas en inglés, el cual corresponde a un parámetro obtenido a partir de un modelo matemático denominado “Cuarto de carro”, llamado así por corresponder a la cuarta parte de un auto dibujado en planta y que le corresponde una llanta, una parte proporcional de masas de carrocería, suspensión, un amortiguador, etc. En la Figura 1 se presenta dicho modelo. Al circular, hipotéticamente, este vehículo a una velocidad de 80 km/h sobre el perfil real del camino, se determina a partir de las ecuaciones diferenciales que gobiernan el movimiento, y al realizar la suma de los movimientos relativos entre las masas de la carrocería y la suspensión, divididos por la distancia evaluada, se obtiene al IRI en unidades de mm/m o m/km.

 

De lo anterior es posible deducir que no existe un equipo que determine propiamente el IRI, sino que es propiamente un parámetro obtenido por el “Cuarto de Carro” que presenta condiciones específicas y parámetros que no varían en el tiempo, por su puesto un equipo hipotético. El perfil del camino, entonces, adquiere una relevancia fundamental en tanto que es el insumo principal para definir la regularidad superficial. Hay diferentes métodos para determinar el perfil de un camino entre los que se encuentran, desde el básico nivel y estadal, hasta complejos perfilómetros con sensores láser, inclinómetros y acelerómetros para obtener, en la medida de lo posible, una copia fiel del perfil de un camino, para posteriormente procesarlo a partir del modelo de matemático del IRI. Es importante mencionar que existen diversas normas ASTM relacionadas con el tema entre las cuales se pueden destacar la propia de la obtención de la regularidad superficial (IRI) con nivel y estadal, y el del uso de perfilómetros láser o inerciales, entre otros. En la Figura 2 se puede observar la determinación del IRI con la metodología del nivel y estadal.

 

 

Figura 1. Modelo del “Cuarto de Carro” para obtener el Índice Internacional de Irregularidad (IRI).

 

 

Figura 2. Determinación del IRI de acuerdo con la metodología ASTM E 1364.

 

El IRI ha sido de utilidad para la toma de decisiones en redes de carreteras en cualquier nivel de administración, nacional, estatal, municipal e incluso en los nuevos esquemas de concesiones de carreteras, lo anterior como insumo en los sistemas de gestión de carreteras a partir de los cuales se toman decisiones para la implementación de programas de conservación y mantenimiento de los caminos.

 

En la Figura 3. Se puede apreciar el mapa de valores de IRI en una red estatal de carreteras que aunado con el análisis estadístico simples (Figura 4) da luz del estado actual de la red y de los tramos o zonas más dañadas o de intervención emergente.

 

 

 

Figura 3. Representación geoespacial del IRI en una red estatal de carreteras

 

 

Figura 4. Frecuencia relativa acumulada del IRI en una red estatal de carreteras

 

 

Actualmente en México, se estan discutiendo los umbrales para la evaluación sobre los valores directos del IRI y algunos otros parámetros de desempeño funcional y estructural (Tabla 1), que ayuden a establecer la condición general integral de un pavimento, y sean utiles en la definición de acciones de conservación y mantenimiento para la gestión de carreteras; que por supuesto dependerán de la importancia del camino y del tipo de red que se analice.

 

Tabla 1. Umbrales indicadores de desempeño funcional y estructural para pavimentos flexibles.

 

Parámetro

Estado

Bueno

Regular

Malo

IRI (m/km)

< 1.50

1.5 - 3.0

> 3.0

Profundida de Rodera

< 7

7 - 15

> 15

Deflexión (mm)

< 400

400 - 600

> 600

Coeficiente de Fricción

> 0.6

0.4 - 0.6

< 0.4

Macrotextura (mm)

> 0.9

0.75 - 0.90

< 0.75

 

 

 

3.    El índice de perfil (estímulos y sanciones para pavimentos)

 

El índice de perfil es un parámetro de irregularidad superficial que se obtiene a partir de un equipo denominado Perfilómetro tipo California, en la Figura 5 se presenta una fotografía de dicho equipo, en la actual normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, se establece la metodología a seguir para la medición de la regularidad superficial con este equipo. M-MMP-4-07-002.

 

 

 

Figura 5. Perfilómetro tipo California.

 

Es importante destacar que dicha metodología exige establecer ciertas variables de entrada en el programa que se utiliza para la determinación del índice de perfil. En la Tabla 2 se presentan los parámetros con los cuales deberá ser alimentado el programa antes de evaluar un pavimento en términos del Índice de Perfil.

 

 

Tabla 2. Parámetros que se deben ingresar al programa para determinar el Índice de Perfil.

 

 

El desconocimiento de dichos parámetros ha sido causa de controversias en resultados de la evaluación de la regularidad de un camino por diferentes equipos, de tal manera que la modificación de algún parámetro puede dar como consecuencia resultados completamente diferentes para un equipo y otro aún tratándose de un mismo tipo de equipo (perfilómetro tipo California).

 

De igual forma, la normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, p. ej N CTR CAR 1-04-006 establece un sistema de estímulos y sanciones basado en la regularidad superficial de los pavimentos nuevos o reconstruidos, de tal manera que para ciertos rangos de regularidad superficial se puede otorgar un estímulo de hasta 5% del monto de la carpeta o bien una sanción de 10% para índices de perfil mayores y hasta la reconstrucción para casos extremos de regularidad superficial. En la Tabla 3 se presenta un ejemplo de dicho sistema de estímulos y sanciones aquí comentada.

 

Tabla 3. Factores para el cálculo de estímulos y sanciones en función del IP.

 

 

En la Figura 6 se observa la medición de un tramo de referencia sobre el cual se determinó su regularidad superficial con el perfilómetro tipo California, la única variable en los parámetros de entrada en el equipo fue la longitud del filtro. La primera curva corresponde al filtro establecido en la normativa de SCT antes mencionada, que es de 2 pies o su equivalente en mm, las curvas inferiores corresponden a longitudes de filtro de 10, 40 y 60 pies respectivamente, es importante destacar la forma de dichas curvas, que, a pesar de tratarse del mismo tramo de pavimento, se observan más suavizadas las curvas, conforme aumenta el valor de la longitud de filtro; obsérvese como para la gráfica inferior, (filtro de 60 pies) la gráfica del perfil se encuentra dentro de la banda de tolerancia.

 

 

 

Figura 6. Perfiles obtenidos para un mismo tramo de pavimento en función de la longitud del filtro.

 

Lo anterior significa que un tramo con un Índice de perfil “real” de aproximadamente 70 cm/km puede llegar a reportarse con regularidad superficial con Índice de Perfil igual a cero; con el simple hecho de variar un parámetro de entrada, en este caso la longitud del filtro; Lo anterior, en términos de la normativa antes descrita significa que un tramo que a todas luces debería ser rechazado e incluso reconstruido puede llegar a ser acreedor a un estímulo del orden del 5% de su costo por la manipulación de los parámetros de entrada al equipo.

 

En la Tabla 4 se puede observar la atenuación del Índice de Perfil en función de la longitud del filtro, lo cual significa que un mismo tramo puede presentar diferentes valores aparentes de IP en función de la manipulación que se haga de los parámetros que se introducen al programa del perfilómetro tipo California.

 

De igual forma, en la Figura 5 se presenta la forma de la curva de atenuación del Índice de Perfil en función de la longitud del filtro.

 

Tabla 4. Índice de perfil reportado por el equipo en función de la longitud del filtro.

 

 

De igual forma, en la Figura 7 se presenta la forma de la curva de atenuación del Índice de Perfil en función de la longitud del filtro.

 

Figura 7. Índice de perfil reportado por el equipo para un mismo tramo, en función de la longitud del filtro.

 

 

Casos como lo anterior, quizá en menor medida, han sido reportados en no pocas ocasiones en diferentes ámbitos de las redes carreteras. Es por lo anterior que se requiere de un conocimiento más a fondo de los equipos que se establecen para evaluar pavimentos en particular en función de su irregularidad superficial.

 

Al respecto, se ha estado trabajando en el Instituto Mexicano del Transporte en la realización de eventos de capacitación de profesionales involucrados con la aplicación de dicha normativa en sus tramos de competencia, y se ha desarrollado una metodología en el mismo IMT para la verificación de diversos perfilómetros, exigiendo el cumplimiento de las condiciones establecidas en los informes de verificación para los equipos utilizados y la obligación de verificar sus equipos en las mismas instalaciones del IMT.

 

Lo anterior se realiza también para otros equipos que existen en México y que determinan la regularidad superficial, como los son los perfilómetros láser, los de tipo respuesta, los Dipstick, entre otros.

 

 

4.    Conclusiones

 

El presente trabajo analizó el estado actual del tema de regularidad superficial en nuestro País, destacando tópicos relacionados con la actual normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, particularmente lo relacionado con los estímulos y sanciones económicas en función de la regularidad superficial, que en su momento tendrá que ser considerado en los diferentes niveles de redes carreteras, asimismo, se destaca la importancia de tener conocimiento de las problemáticas asociadas con la medición de la regularidad superficial en función de los equipos que determinan dichos parámetros, con la finalidad de que los administradores de tales redes puedan realizar una evaluación correcta de las mismas.

 

Es necesario realizar investigación encaminada a la determinación de Índice de Perfil en función del perfil real del camino con algún modelo matemático que supla al Perfilómetro Tipo California de tal manera que con el establecimiento de los parámetros fijos que deberá presentar dicho modelo, se podrá evitar el uso indiscriminado de los filtros y parámetros en los perfilómetros tipo California, de tal manera que afecten el resultado de las mediciones como en la actualidad se presenta.

 

De igual manera se hace énfasis en la necesidad de verificación de los diferentes equipos que determinan regularidad superficial en Instituciones reconocidas para tal fin como lo es el Instituto Mexicano del Transporte, lo anterior con la finalidad de asegurar la obtención de resultados confiables.

 

 

 

5.    Referencias

 

 

Sayers M.W., Gillespie T. D. y Queiroz A. V., 1986, The International Road Roughness Experiment, World Bank Technical Paper Number 45, Washington, D.C., USA

 

Sayers M.W., Gillespie T. D. y Paterson, W.D.O, 1986, Guidelines for Conducting and Calibrating Road Roughness Measurements, World Bank Technical Paper Number 46, Washington, D.C., USA

 

Normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, N-CTR-CAR-1-04-007; Carpetas asfálticas con mezclas en frío. 2006

 

Normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, N-CTR-CAR-1-04-006; Carpetas asfálticas con mezclas en caliente. 2006.

 

Normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, N-CTR-CAR-1-04-009; Carpetas de concreto hidráulico. 2000.

 

Normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, M-MMP-4-07-002; Índice de perfil, 2006.

 

ASTM E1364 Standard Test Method for Measuring Road Roughness by Static Level Method

 

ASTM E1082 Standard Test Method for Measurement of Vehicular Response to Traveled Surface Roughness

 

ASTM E1274 Standard Test Method for Measuring Pavement Roughness Using a Profilograph

PÉREZ Alfonso 
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CASTRO Federico 
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LÓPEZ Guadalupe
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GARNICA Paul 
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