Rugosidad de PavimentosPresentacin para OPECOVI

Agosto 2011

Erwin Kohler

Perfilmetro Laser

CONTENIDO PRESENTACION Pavimentos de Calidad Medicin del Perfil Clculo del IRI Otras mediciones con un perfilmetro

Pavimentos de Calidad

Por qu pavimentamos? Para ofrecer una superficie que sea:

segura, duradera, y suave.

Pavimento Seguro Friccin o resistencia al deslizamiento Frenar sin arrastrarse (mucho) No salirse del camino en las curvas

Visibilidad Agua Spray Polvo

Pavimento Duradero Caminos sin pavimentar Tierra o con capa granular

Caminos pavimentados Asfalto (en caliente, drenante, tratamiento superficial, etc) Hormign (con juntas, reforzado continuo, etc)

Pavimento Suave

Conceptos Suave = sin saltos, bajo nivel de rugosidad En su perfil no haya irregularidades In ingls se habla de SMOOTHNESS que es lo opuesto de ROUGHNESS La idea es que las personas dentro de un vehculo no experimenten subidas y bajadas

Perfiles La superficie del pavimento se puede describir mediante perfiles de elevacin Hay perfiles transversales y perfiles longitudinales

Los pasajeros saltarn (dentro del auto) si el perfil longitudinal es irregular

Perfiles Respecto de la calidad del pavimento, lo principal del perfil transversal es que nos indica ahuellamiento

Pero aqu nos interesa el perfil longitudinal, y en cada huella

Medicin del Perfil

Aviso Ford 1935

Historia de la perfilometra En la prueba AASHTO se midi diferencias de inclinacin Varianza de las pendientes medidas cada 15cm Altamente perceptible por usuarios

Mediciones a baja velocidad han existido por mucho tiempo. Medicin del perfil a alta velocidad empez en los aos `60 en General Motors. En la dcada de los `90 se masificaron los perfilmetros inerciales

Referencia til

http://www.umtri.umich.edu/erd/roughness/lit_book.pdf

Medicin del perfil longitudinal Medicin esttica con mira y nivel

Combinar 3 elementos Elevacin de referencia Altura relativa a la referencia Distancia longitudinal

Regla de 3m

Hi Lo

Problema de medicinPerfil medido versus perfil real

Perfil Medido

Diferentes!

Perfil Real

Problema de medicin La medicin inventa cosas en el perfil El error depende de la geometra del aparato, p.ej. la separacin entre ruedas Aplica un factor (detalles se ven ms grandes o ms chicos) El factor que aplica depende de la longitud de onda de los defectos del pavimento

Respuesta Alterada

perfil alterado

perfil real

La respuesta depende de la separacin entre ruedas y las longitudes de onda del perfil

Perfilgrafos

Perfilgrafo (tipo California)

Evaluacin manual de la traza

Perfilgrafo se puede usar para estimar regularidad superficial y determinar estrategia con cepillado (si, no, dnde)

AmplificacinAmplificacin 2.0 Perfilgrafo 1.5 1.0 0.5 Perfilmetro inercial

0

1

3

33 Longitud de onda (m)

333

Evolucin de equipos para evaluar regularidad superficial 1900 presente : Hi-Lo 1940 presente : perfilgrafo 1940 1980 : equipos tipo respuesta

1965 presente : perfilmetro inercial 1990 presente : inclinmetros

Medicin de tipo respuesta Cuenta saltos en un carro (Mays Meter)

Cuenta saltos en un vehculo Se busca correlacionar desplazamiento entre el eje y la carrocera, con lo que perciben las personas

Bump Integrator Medicin de tipo respuesta

Solamente cuenta saltos Debe ser calibrado contra IRI verdadero (mediciones verdaderas del perfil) No nos dice nada acerca de las irregularidades

Medicin del perfil longitudinal Ms rpido con un Dipstick o algn otro equipo de velocidad de caminata

Dipstick

Walking Profiler

SurPro

Maneras de medir el perfilTcnica / EquipoMira y Nivel Perfilgrafo o Hi-Lo Tipo Respuesta MERLIN Dipstick o similar Perfilmetro Inercial

CaractersticasMuy lento, simple Simple, pero incmodo. Poca informacin. Rpido, susceptible a error Lento, solamente una aproximacin Lento, simple Rpido, preciso

Perfilmetro Inercial Instrumento que mide el perfil del camino de manera automtica, con menos alteraciones Lser distancia al pavimento Acelermetro sube/baja vehculo Medicin de distancia

Perfilmetro InercialPerfilmetro lser, o de alta velocidad Usa acelermetros como referencia inercial Usa sensores lser que no tocan el pavimento, para medir la altura relativa Se usaron sensores de ultrasonido u pticos

Mide el perfil longitudinal verdadero, a partir del cual se obtiene el IRI

Mediciones de Rugosidad Un perfilmetro principalmente se usa para calcular la rugosidad a partir del perfil Qu es IRI: ndice de Rugosidad Internacional Un indicador objetivo de la regularidad superficial Modelo de de automvil

Hay otros indicadores Ride Number Half-Car Index etc

Acerca del IRI Concepto desarrollado ~1986 Es un indicador estadstico calculado a partir del perfil Se simula el movimiento vertical de un vehculo estndar Se fija el valor de las masas y resortes del vehculo, y se asume 80Km/h

ndice de Rugosidad Internacional

Por qu importa el IRI Circulacin cmoda, segura y econmica de los vehculos (sin saltar y sin romperse) Un IRI bajo significa que el camino est bueno IRI bajo dura ms, porque hay menos cargas dinmicas Tambin importan la condicin estructural (grietas, deflexiones), la resistencia al deslizamiento (friccin), el color, el ruido, etc, pero RUGOSIDAD es lo que ms le importa al USUARIO

Longitudes de onda relevantes

El IRI es ms sensible a long. de onda entre 1,3 y 30m

IRI Perfil Perfil se mide, IRI se calcula No es lo mismo

Pero es muy importante que el perfil se mida bien Si el perfil es malo, pueder ser que el IRI resulte ms o menos bien, por CASUALIDAD (compensacin de errores)

Qu hay dentro de las cajas de un perfilmetro

Como funciona un perfilmetro Triangulacin del lser para medir la altura

Como funciona un perfilmetro Se integra la aceleracin y se combina con la seal lser

Comparacin de perfiles Obtenido esttico vs perfilmetro inercial Perfiles no se ven iguales Pero al filtrarlos deben ser igualesAmplificacin 2.0 1.5 1.0 0.5 01 3 33 333 Longitud de onda (m) Perfilgrafo Perfilmetro inercial

Datos del Dipstick filtrados

Perfilmetros en Chile

Perfilmetros y perfiles No hay datos precisos del no. de equipos en el mundo, pero Norteamrica : unos 500 Centro y Sudamrica: 50 Resto del mundo: unos 400

Y aqu? El Pequeo Libro de PerfilometraLibro de 1998 escrito por Sayers y Karamihas

Perfilmetros y perfiles Road Profilers Users Group:Grupo de Usuarios de Perfilmetros de Caminos Org. sin fines de lucro Reuniones anuales Reune a usuarios finales, gente que hace mediciones, vendedores de equipos, ingenieros e investigadores

Importancia de los Datos Lo que se invierte en pavimentos es mucho $$$ Si no se hace bien, es $$$ mal invertido Las decisiones se toman con datos Multas por mala construccin Cuales calles mantener (o reconstruir, o preservar)

Si los datos son de mala calidad, las decisiones no sern las ptimas

Datosde condicin del pavimento

Decisionesde ingeniera y de inversin

Eficienciaen uso de recursos

Calidad de resultados de IRI Equipos de calidad Calibracin de los Equipos

Calidad de resultados de IRI Equipos de calidad Lser capaces de medir la distancia a la superficie del pavimento, en un ambiente donde la ptica es difcil, Lser capaz de funcionar en presencia de luz solar reflejada, limitaciones con superficie mojada Se requiere una alta tasa de muestreo, es decir un gran nmero de lecturas por segundo Acelermetros que efectivamente compensen cambios de elevacin del vehculo (doble integracin)

Calidad de resultados de IRI Calibracin de los Equipos Un instrumento sin calibrar entregar resultados inadecuados Hay que seguir recomendaciones del fabricante (calibracin es fcil)

Clases de Perfilmetros Banco Mundial ASTM AASHTO

Clasificacin Banco Mundial Clasificacin simple (1986) Clase 1: perfiles de precisin Perfilmetros inerciales, dipstick, mira y nivel

Clase 2: otros mtodos perfilomtricos Clase 3: estimaciones del IRI mediante correlaciones Clase 4: valoraciones subjetivas

Clasificacin ASTM Comparar consigo mismo (repetibilidad) y contra una referencia 10 pasadas en un tramo de ~300m Para ser clase 1: Intervalo de muestreo: 25mm max. Resolucin Vertical: 0.1mm max. Precisin (Desviacin Estndar): 0.38mm max. Exactitud (Dif. con la referencia.): 1.25mm max.

Es difcil cumplir con ser Clase 1 de ASTM !!

Precisin en 10 pasadas

Distancia (m)

Certificacin de Equipos Perfilmetros se utilizan para: Evaluacin de redes (gestin) Para la aceptacin de calidad de construccin. La recepcin de obras puede incluir multas. Es muy importante que las partes involucradas, agencia fiscalizadora y empresa a cargo, tengan confianza en los resultados Intencin de tener un proceso de certificacin aqu?

Certificacin de Equipos Certificacin es un proceso que avala los resultados de los equipos acorde a estndares de la autoridad (homologacin) Es responsabilidad de las agencias viales definir con sus especificaciones las precisiones y tolerancias que desean

Certificacin de Equipos Establecer un procedimiento para la evaluacin de equipos, basado en la determinacin de lmites permisibles de repetibilidad y exactitud, considerando probablemente el mtodo de correlacin cruzada. Evaluar la necesidad de certificar a los operadores, es decir, al personal que est a cargo de utilizar estos equipos.

Especificaciones de la agencias viales EN CUANTO A IRI, LAS ESPECIFICACIONES SON RESPONSABILIDAD DE LAS AGENCIAS No solamente un umbral mximo, si que adems: Tipo de equipo Proceso de certificacin de los equipos Longitud del tramo mnimo de anlisis (ej: cada 20m, o 100m) Umbrales por huella o por pista Promedios (medias mviles o fijas) Umbrales por tipo de vialidad Tratamiento de singularidades Criterio para punto inicial de las mediciones Adopcin de proceso de clculo de perfiles reconocido por la agencia

ContactoErwin R. Kohler Ingeniero Civil, PhD Foresta Oriente 11840 nr.7 Las Condes, Santiago, Chile Chile: +56 2 581-3940 Peru: +51 1 708-5634 Colombia: +57 2 620-5166 EE.UU: +1 530 231-4001 Email: ekohler@dynatest.com

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Gracias