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Las carreteras forman parte de las vías de transporte más usadas en todo el mundo para el movimiento de mercancías y personas; mantenerlas en buen estado impacta de manera directa en la economía del país, además, trae consigo beneficios en lo que respecta a la reducción de costos de operación vehicular, incrementos en la seguridad y comodidad de los usuarios; además de que define la competitividad de la red carretera entre países. Las carreteras poseen características técnicas y funcionales que dependen de la calidad inicial de la construcción, estrategias de mantenimiento, deterioro producido por el tránsito durante su vida útil, factores climáticos, entre otros (Figura 1).
Figura 1. Vista panorámica de una carretera
Con el propósito de evaluar la calidad ofrecida por la infraestructura carretera se revisan algunos indicadores, entre los que destacan el índice de siniestralidad, Índice Internacional de Irregularidad (IRI), profundidad de rodera (PR), macrotextura, drenaje, derecho de vía, señalamiento vertical y horizontal, deterioros, entre otros. El estado superficial en las carreteras, definido por la irregularidad, tiene un efecto directo en los costos de operación y mantenimiento; las irregularidades en el pavimento no solo producen efectos nocivos en el vehículo, sino que también modifican el estado de esfuerzos y deformaciones en la estructura de vía, incrementado así las actividades de conservación y rehabilitación (Martínez, 2008). Debido a lo anterior, la implementación de un programa de medición de la irregularidad superficial en la red carretera puede generar el conocimiento del comportamiento de su deterioro a través del tiempo y de esta manera generar programas de mantenimiento oportuno, reflejándose en la reducción de los costos, de tal manera que no se llegue a escenarios en los que se cuente con un deterioro avanzado, que en un caso extremo amerite una reconstrucción total del tramo carretero. En los años sesenta, para evaluar la calidad de la superficie de las carreteras, se empleaba el método de Present Serviceability Index (PSI) propuesto por la American Association of State Higway Officials (AASHO), conocido como Índice de Servicio Actual (ISA). Este indicador constituía una estimación subjetiva de la Irregularidad superficial. Se han sugerido diversos índices para medir el perfil longitudinal, como es el caso del índice de servicio actual (PSI), Índice de perfil (IP), Mays Meter Counts (MMC), entre otros. Con el fin de no depender del dispositivo de medición del perfil longitudinal, el Banco Mundial llevó a cabo el Experimento Internacional de Irregularidad en Brasil en 1982, que terminó con el desarrollo del Índice Internacional de Irregularidad (IRI). El algoritmo sugerido por Sayers et al., 1982, representa al desplazamiento acumulado de la suspensión de un vehículo, dividido por la distancia recorrida durante el mismo periodo de tiempo, y se expresa generalmente en m/km. Debido a su estabilidad en el tiempo y a su transferibilidad en todo el mundo, en la actualidad el IRI ha obtenido un estatus internacional, y es empleado por muchas administraciones de carreteras como un índice válido y útil para medir la calidad de la conducción y ayuda a identificar las actividades de mantenimiento y rehabilitación. Finalmente, en el año de 1986, el Banco Mundial definió el Índice Internacional de Irregularidad (IRI) como un estándar estadístico de la irregularidad, que sirve como parámetro de referencia en la medición de la superficie de rodadura y evalúa las condiciones del perfil de un camino. Actualmente, las agencias administradoras de carreteras en el mundo, utilizan el IRI como parámetro para la recepción de obra nueva, así como para la evaluación y mantenimiento de las carreteras. El IRI es el primer índice de perfil ampliamente usado, adaptado a diferentes equipos de medición de la irregularidad y surgió debido a la necesidad de definir un parámetro por medio del cual fuera posible comparar la irregularidad de los caminos en diferentes partes del mundo. El IRI se basa en el modelo matemático de Cuarto de Carro (Quarter-Car), que corresponde a la cuarta parte de un vehículo que incluye una rueda representada por un resorte vertical, la masa de la suspensión, un resorte de suspensión, un amortiguador y la masa de la carrocería del vehículo correspondiente a esa cuarta parte del modelo, como se observa en la Figura 2.
Figura 2. Representación gráfica de modelo “Cuarto de Carro”. (Romero, 1996).
De acuerdo con el modelo matemático, el IRI se expresa en unidades de mm/m, m/km, in/milla, etc., es una relación del desplazamiento acumulado (en valor absoluto), la masa superior con respecto a la inferior de un vehículo modelo, dividido entre la distancia recorrida sobre un camino transitado por un vehículo a una velocidad de 80 km/h; varía de 0 m/km en superficies perfectamente uniformes y 12 m/km, o más, en un camino prácticamente intransitable, se usa ampliamente como estándar para la calibración de los equipos de medición de regularidad superficial.
Figura 3. Perfilómetro de bajo rendimiento (pivotante) Mientras que los perfilómetros de alto rendimiento (Figura 3) son apropiados para realizar mediciones de IRI en tramos carreteros de gran longitud, los perfilómetros de bajo rendimiento (Figura 4) son ideales para controlar o recibir pavimentos nuevos.
Figura 4. Perfilómetro de alto rendimiento (Referencia Inercial)
Debido a que el costo total de las actividades de mantenimiento y rehabilitación de los pavimentos suele ser superior al presupuesto asignado, las agencias de carreteras han realizado esfuerzos por optimizar los fondos disponibles mediante sistemas de gestión de pavimentos y México no ha sido una excepción. Dichos sistemas se definen generalmente como un conjunto de herramientas o métodos que ayudan a los responsables de la toma de decisiones a encontrar las estrategias óptimas para proporcionar, evaluar y mantener los pavimentos en condiciones de servicio durante un período de tiempo. Los sistemas de administración dependen de algunos elementos esenciales como es la auscultación del estado actual de los pavimentos, predicción de su estado futuro mediante modelos de deterioro y, por último, planes a nivel de red y de proyecto para el mantenimiento y rehabilitación tras considerar las circunstancias locales y el tránsito existente, así como los recursos materiales y financieros disponibles. Con respecto a la evaluación del estado actual, las agencias administradoras de carreteras lo evalúan utilizando uno o más índices obtenidos directamente de la carretera. Aunque el estado de la superficie es sólo una parte de los indicadores del estado del pavimento, es un factor clave, ya que es el parámetro que se encuentra directamente en contacto con los vehículos y está directamente relacionada con la comodidad y la seguridad de los usuarios. En México desde el año 1990, se realiza la determinación del IRI y con los años esta práctica se ha ido generalizando y alcanzando mayor aceptación en el sector transporte del país, al grado tal que en la actualidad es uno de los parámetros más reconocidos, si no es que el más, para calificar la regularidad superficial de los caminos. En la década de los noventa ya se realizaba la determinación de la irregularidad superficial de las carreteras por parte de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), hoy Secretaría de Infraestructura Comunicaciones y Transportes (SICT); misma que se determinaba utilizando equipo propio y a partir de correlaciones de IRI contra los resultados de evaluaciones con equipos tipo respuesta, Mays Meter (Figura 5), con el que contaban cada una de las Unidades Regionales de Servicios Técnicos. Los resultados se utilizaban para realizar acciones locales de conservación y reconstrucción, mediante la ejecución de los estudios y proyectos ejecutivos.
Figura 5. Perfilómetro tipo respuesta Mays Ride Meter
Es hasta 2012 que se inicia con el programa de auscultación de manera sistemática de la red carretera federal, en el que uno de los parámetros de interés corresponde precisamente al IRI. En la actualidad se cuenta con mapas digitales con base en los cuales es posible integrar parámetros de interés como es el caso del IRI y con base en ellos realizar análisis y representación gráfica de los tramos propuestos a intervenir. Un estudio muy completo realizado en el IMT (Villegas et. al., 2021) muestra la relación entre el IRI y los sobrecostos de operación vehicular para la red carretera nacional libre y de cuota, mismo que fue elaborado a partir de datos de IRI levantados en 2019. Los autores consideran un escenario base, en lo que respecta a la regularidad superficial, para un IRI =2.0 m/km; irregularidades mayores que dicho umbral significa un sobrecosto de operación vehicular, mismo que se calcula para las condiciones de cada tramo y con ayuda de la herramienta SIGCOVMEX 1.0. El reporte de investigación enlista los tramos carreteros evaluados asociados al sobrecosto de operación vehicular así obtenido. En la Figura 6 se puede apreciar la relación que guarda el sobrecosto y la distancia acumulada para los tramos asociados. De la gráfica se puede destacar que aproximadamente el 30% de los sobrecostos de operación vehicular, se presentan para el 5% de la longitud de la red carretera evaluada; lo anterior sugiere que, mejorar la regularidad superficial de ese 5 % de longitud de tramos carreteros, significaría disminuir en un 30% de los sobrecostos de la red de carreteras nacional libre y de cuota por el hecho de mejorar el IRI para un valor menor que 2.0 m/km. Lo anterior supone intervenir en primera instancia los tramos con mayor sobrecosto de operación vehicular.
Figura 6. Distribución de frecuencia acumulada del sobrecosto de operación vehicular vs la distancia acumulada para los tramos evaluados.
Criterios como el anterior, pueden abonar a la toma de decisiones racional, en lo que a priorización de intervenciones en caminos se refiere, adicionales a los que ya manejan las administradoras de carreteras en el país. Uno de los aspectos más importantes en la toma de decisiones para la priorización de las actividades de mantenimiento y rehabilitación de los pavimentos, lo constituye la confianza que tiene en los indicadores de auscultación de los caminos; es por ello que se han realizado esfuerzos por parte de SICT e IMT encaminados al aseguramiento de la calidad en dichas mediciones desde la década de los noventas. Para esto se realiza la verificación de los equipos de bajo y alto rendimiento, aunado a ello, se concientiza a los consultores que dan servicio a la Secretaría, a los administradores privados de carreteras y de los demás órdenes de gobierno, sobre la importancia de los cuidados que se deben observar al realizar la auscultación de pavimentos. Con lo anterior se ha logrado que en el país se cuente con resultados con suficiente confiabilidad para realizar estimaciones de la prognosis del estado superficial de las carreteras, con base en lo cual se realizan planes y programas de mantenimiento y mejoramiento de los caminos. Importante continuar con dichas acciones y reforzar la capacitación de los operadores, hacer esfuerzos por disminuir la rotación de los mismos, no solo para continuar contando con resultados confiables, sino para la mejora continua de dicha actividad. Además de lo anterior, quizás la implementación de un programa de verificación de ciertos tramos carreteros por región, podría significar un aporte al aseguramiento de la calidad de los resultados de las mediciones de los parámetros de interés.
Bibliografía Saldaña M. D., et al. Evaluación comparativa de la medición del índice de rugosidad internacional (IRI) empleando tecnología láser de tres dimensiones (LCMS) y perfilométro laser. XIXCILA Congreso Ibero-Latinoamericano del Asfalto, Medellín 2017. Martínez, P. Definición de un Índice de Rugosidad Internacional de pavimentos orientado a mantenimiento - 2010, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile, 2008. Muñoz, S. Optimización de políticas de conservación de pavimentos asfálticos en la zona central de Chile - 2012, en la facultad de ciencias físicas y matemáticas, departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile, 2012. Napaico S., K., I. Aplicación del Índice de Rugosidad Internacional “IRI” en la gestión de conservación vial urbana. Universidad Peruana los Andes, Facultad de Ingeniería, Escuela Profesional de Ingeniería Civil, 2019. Múčka P., International Roughness Index specifications around the world, Institute of Materials and Machine Mechanics, Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Slovak Republic, mayo 2016. Romero, J. (1996). La respuesta dinámica de un cuarto de carro y el Índice Internacional de Rugosidad. Querétaro. Villegas V. N., Mendoza D. A., Abarca P. E., Cálculo de los sobrecostos de operación en la Red Carretera Federal cuota y libre 2019, Instituto Mexicano del Trasporte, Secretaria de Comunicaciones y Transportes, Publicación Técnica No. 613. Sanfandila, Qro, 2021, ISSN 0188-7297.
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