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PROYCON SILVER S.C.R.L. Ingeniería y Construcción

MERLIN (MACHINE FOR EVALUATING ROUGHNESS USING LOW-COST INSTRUMENTATION) Ing. Diana Teresa Fernández Ttito CIP. 196443 [email protected] Cusco, septiembre del 2017

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CONTENIDO 1. Introducción 2. Ámbito Teórico – Pavimentos, tipos de pavimentos, funciones, IRI, PSI, relación IRI – PSI. 3. Revisión de la Normativa Peruana – Especificaciones, requerimientos, escalas y valores admisibles de IRI. 4. Aplicabilidad del IRI en el Control de Obras Viales – Factores que afectan la rugosidad, bondades de un pavimento sin irregularidades, escala mundial del IRI. 5. Equipos para medición del IRI – Clasificación de equipos para medición del IRI, tipos de equipos. 6. Equipo MERLIN – Esquema, representación, tablero MERLIN, ventajas y desventajas de su uso. 7. Metodología para determinación del IRI con Rugosímetro de MERLIN – Concepto del ensayo. 8. Procedimiento de ensayo – Ejemplo aplicativo, calibración del equipo, guía para la ejecución del ensayo, recolección de datos. 9. Trabajo de campo – Consideraciones para el personal técnico. 10. Trabajo de gabinete – Consideraciones para el procesamiento de datos. 11. Precauciones para el ensayo 12. Conclusiones

13. Referencias bibliográficas

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1. INTRODUCCIÓN La satisfacción de los usuarios se manifiesta, fundamentalmente, por la calidad en que se encuentra la superficie de rodadura y los elementos que constituyen la seguridad vial. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú, MTC). Las irregularidades superficiales en un pavimento, propician aceleraciones verticales a los vehículos en movimiento, lo que hace que la circulación se vuelva incómoda, segura y antieconómica.

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2. ÁMBITO TEÓRICO TIPOS DE PAVIMENTOS

PAVIMENTO RÍGIDO

• •

•

Conformado por una losa de concreto hidráulico con o sin refuerzo que sirve como superficie de rodadura. La losa puede apoyarse en una capa de material de préstamo con o sin estabilización o a veces directamente sobre el suelo de fundación. Se denomina rígido porque la losa tiene una alta rigidez comparada con el material de soporte, por ende la losa asume la mayor parte de los esfuerzos producidos por las cargas y presenta un bajo nivel de deformación comparado con un p. flexible.

PAVIMENTO FLEXIBLE

•

•

•

Compuesto por una o varias capas de mezcla asfáltica en caliente (HMA) o por tratamientos superficiales dependiendo del espesor de la capa. Se denominan flexibles debido a que la rigidez de las diferentes capas del pavimento no es significativamente diferente (menor a 20 veces), por ende, la estructura en su conjunto se deforma ante la aplicación de la carga. La carpeta asfáltica ha de tener la propiedad de Impermeabilidad y resistencia.

PAVIMENTOS COMPUESTOS

• •

• •

Resultado de la combinación de un pavimento flexible con uno rígido. En otro casos, este pavimento resulta cuando se debe efectuar una rehabilitación de un camino existente y se opta por colocar encima del pavimento existente uno diferente. Pavimento flexible con refuerzo de pavimento rígido. Pavimento rígido con refuerzo de pavimento flexible.

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2. ÁMBITO TEÓRICO FUNCIONES DEL PAVIMENTO Estas funciones han ido evolucionando desde cumplir un rol inicial de dar accesibilidad, luego conectividad, para después enfocarse en la servicialidad y finalmente en la integración.

USUARIO, ENTIDAD/INSTITUCIÓN •

• • • •

Proporcionar a los usuarios circulación segura, cómoda, confortable, con adecuada regularidad (rugosidad) y suficiente resistencia a la fricción. Proporcionar a los vehículos acceso bajo cualquier condición de clima. Reducir costos de operación vehicular, tiempo de viaje y accidentes. Reducir los costos de mantenimiento y operación. Facilitar y mejorar las condiciones de operación y transporte.

ESTRUCTURA

•

• •

•

Reducir y distribuir la carga de tráfico para que esta no dañe la subrasante y/o el suelo de fundación. Proteger la subrasante y el suelo de fundación del clima (agua y/o congelamiento). Controlar la presencia y efecto del agua a nivel de suelo de fundación. Capacidad de carga suficiente de los materiales que componen la estructura par resistir el tráfico y el clima.

MEDIOAMBIENTE

• • •

•

Cumplir los requerimientos medioambientales y estéticos. Limitar el ruido y la contaminación del aire. Tener suficiente durabilidad para que no se deteriore antes de tiempo debido a las variables ambientales (agua, oxidación, efectos de la temperatura). Proporcionar una superficie adecuada al contexto y compatible estéticamente con el entorno, en especial en zonas urbanas y zonas protegidas.

Cumplir con los requerimientos medioambientales y reducción de impactos.

Reducir costos de mantenimiento y operación.

Proporcionar a los usuarios circulación segura, confortable y con adecuada regularidad en la vía.

Capacidad de carga suficiente de los materiales que componen la estructura para resistir tráfico y el clima.

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2. ÁMBITO TEÓRICO PSI (PRESENT SERVICIALITY INDEX) Capacidad de un pavimento para servir al tránsito para el cual fue diseñado.

ÍNDICE DE SERVICIALIDAD

La pérdida de serviciabilidad se define como la diferencia entre el índice de servicio inicial y terminal. ΔPSI

= P0 – Pt

El diseño estructural basado en la serviciabilidad, considera necesario determinar el índice de serviciabilidad inicial (P0) y el índice de serviciabilidad final (Pt), para la vida útil o de diseño del pavimento. a) Índice de serviciabilidad inicial (P0): Establece como la condición original del pavimento inmediatamente después de su construcción o rehabilitación. AASHTO estableció para pavimentos rígidos un valor inicial deseable de 4.5, si es que no se tiene información disponible para el diseño. b) Índice de serviciabilidad final (Pt): El índice de serviciabilidad final (Pt), ocurre cuando la superficie del pavimento ya no cumple con las expectativas de comodidad y seguridad exigidas por el usuario.

RELACIÓN PSI – IRI

ESCALA PSI

Determinación analítica del PSI mediante la expresión aproximada establecida por Sayers, que relaciona la rugosidad con el Índice de Serviciabilidad. La correlación adoptada se desarrolló usando los datos obtenidos en el Ensayo Internacional sobre Rugosidad en Caminos, realizado en Brasil en 1982, expresión:

IRI = 𝟓. 𝟓𝒍𝒐𝒈 PSI =

𝟓 𝑷𝑺𝑰 𝟓

𝒆𝒙𝒑

± 𝟐𝟓%

𝑰𝑹𝑰 𝟓.𝟓

PSI =5 exp (-0.18*IRI) [Paterson, 1987] PSI =55-0.633*IRI, recomendada para IRI inferior a 4.7m/km [Gillespie, 1992] IRI = Rugosidad, IRI (International Roughness Index) PSI = Indice de Servicialidad

Fuente: Guía AASHTO

La medición de rugosidades se efectuará de acuerdo al Manual de Ensayos de Materiales del MTC.

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2. ÁMBITO TEÓRICO IRI (ÍNDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL) Representa la regularidad superficial de un pavimento y afecta la operación vehicular, en cuanto a seguridad, confort, velocidad de viaje y desgaste de partes del vehículo. Gráfico (traducido y adaptado de “Guidelines for conducting and calibrating road Roughness measurements”, Sayers M.W., Gillespie T.D., Paterson W.D., World Bank Technical Papel numero No 46, 1986), donde se muestra escalas de rugosidad para distintos tipos de pavimento y condición.

Fuente: Manual de Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos, MTC

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2. ÁMBITO TEÓRICO RELACIÓN PSI – IRI Debe tomarse en cuenta que en la fase de diseño se establece el nivel de servicialidad inicial del proyecto, dependiendo del tipo de obra. A manera de referencia se muestra los valores de PSI empleados en el diseño de pavimentos.

RELACIÓN PSI - IRI CONSIDERACIÓN

PSI

IRI

Construcción nueva con carpeta asfáltica en caliente

4.2

0.96

Rehabilitación con recapado de carpeta asfáltica en caliente

4.0

1.21

Construcción nueva con tratamiento superficial bicapa

3.5

1.96

Escala del Índice de Servicialidad, PSI

Fuente: Anticona, 2012

Estado Vial según la Rugosidad, IRI

Rugosidad IRI

Estado

Fuente: Guía AASHTO

Pavimentadas

No Pavimentadas

Bueno

0 < IRI ≤ 2.8

IRI ≤ 6

Regular

2.8 < IRI ≤ 4.0

6 < IRI ≤ 8.0

Malo

4.0 < IRI ≤ 5.0

8 < IRI ≤ 10

Muy malo

5 < IRI

10 ≤ IRI

Fuente: Especificaciones Técnicas Generales para la Conservación de Carreteras MTC.

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3. REVISIÓN DE LA NORMATIVA La satisfacción de los usuarios se manifiesta, fundamentalmente, por la calidad en que se encuentra la superficie de rodadura y los elementos que constituyen la seguridad vial. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú, MTC). Las irregularidades superficiales en un pavimento, propician aceleraciones verticales a los vehículos en movimiento, lo que hace que la circulación se vuelva incómoda, segura y antieconómica. La clasificación más conocida de las técnicas para medir a regularidad superficial de pavimentos es la propuesta por el Banco Mundial. (Rondón Quintana & Reyes Lizcano) De acuerdo con esta clasificación se definen cuatro técnicas:    

Medidas de precisión de perfil Medidores de rugosidad Otros métodos perfilométricos Evaluaciones subjetivas

SurPRO Walking Profiler

MERLIN

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3. REVISIÓN DE LA NORMATIVA El Manual de Carreteras, Sección Suelos y Pavimentos del MTC, a la letra expone lo siguiente. AASHTO (American Association of State Highways and Transportation Officials), fue la primera en sistematizar un procedimiento objetivo para establecer el nivel de deterioro de los pavimentos, procurando relacionar la condición funcional con la estructural. Para el efecto introdujo el concepto de Present Serviciality Index (PSI), que fue derivado de una encuesta efectuada en la década del 60 entre usuarios de carreteras de Estados Unidos. El Present Serviciality Index o la Servicialidad fue definida como la capacidad de un pavimento para servir al tránsito para el cual fue diseñado. Los pavimentos fueron calificados con notas cuyas valores extremos variaban desde 0, para un camino intransitable, hasta 5 para una superficie en perfectas condiciones (situación ideal). En la presenta tabla se muestra la clasificación general del PSI.

Fuente: Guía AASHTO

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3. REVISIÓN DE LA NORMATIVA La calificación del estado de un pavimento a través del PSI o el Índice de Servicialidad es el resultado de una apreciación visual de la condición superficial de un pavimento. A partir del estudio Brasil (GEIPOT, 1982; Paterson, 1987), se evaluaron y modelaron los efectos físicos de deterioro y mantenimiento del pavimento, definiéndose un nuevo indicador, que se denominó Índice de Rugosidad Internacional o IRI, que representa la regularidad superficial de un pavimento y afecta la operación vehicular, en cuanto a seguridad, confort, velocidad de viaje y desgaste de partes del vehículo. Los estudios del Banco Mundial permiten determinar la rugosidad tanto con equipos debidamente calibrados, como a partir de evaluaciones visuales que relacionan el tipo y estado general del pavimento con la velocidad de operación de los vehículos. A continuación se presenta un gráfico (traducido y adaptado de “Guidelines for conducting and calibrating road Roughness measurements”, Sayers M.W., Gillespie T.D., Paterson W.D., World Bank Technical Papel numero No 46, 1986), donde se muestra escalas de rugosidad para distintos tipos de pavimento y condición.

Fuente: Manual de Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos, MTC

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3. REVISIÓN DE LA NORMATIVA La medición de rugosidades se efectuará de acuerdo al Manual de Ensayos de Materiales del MTC. Para la rugosidad inicial de un pavimento nuevo y de un pavimento existente reforzado, asimismo para la rugosidad durante el período de servicio, se recomienda los siguientes valores:

Tipo de Carretera Autopistas: carreteras de IMDA mayor que 6000 veh/día, de calzadas separadas cada una con dos o más carriles. Carreteras duales o Multicarril: carreteras de IMDA entre 6000 y 4001 veh/día, de calzadas separadas, cada una con dos o más carriles. Carreteras de Primera Clase: carreteras con un IMDA entre 4000 y 2001 veh/día, de una calzada de dos carriles. Carreteras de Segunda Clase: carreteras con un IMDA entre 2000 y 201 veh/día, de una calzada de dos carriles. Carreteras de Tercera clase: carreteras con un IMDA entre 400 y 201 veh/día, de una calzada de dos carriles.

Carreteras de Bajo Volumen de Tránsito: carreteras con un IMDA ≤ 200 veh/día, de una calzada.

Inicial Pavimento Nuevo IRI (m/km)

Inicial Pavimento Reforzado IRI (m/km)

Durante el Período de Servicio IRI (m/km)

2.00

2.50

3.50

2.00

2.50

2.50

3.00

3.50

Observación

Rugosidad característica para un confiabilidad de 95%

4.00

Rugosidad IRI Estado Bueno Regular Malo

2.50

3.00

3.00

3.00

3.50

3.50

4.00

4.50

4.50

Rugosidad característica para una confiabilidad de 90% Rugosidad característica para confiabilidad de 85%

Fuente: Manual de Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos, MTC Fuente: Especificaciones Técnicas Generales para la Conservación de Carreteras MTC.

Muy malo

Pavimentadas

No Pavimentadas

0 < IRI ≤ 2.8

IRI ≤ 6

2.8 < IRI ≤ 4.0

6 < IRI ≤ 8.0

4.0 < IRI ≤ 5.0

8 < IRI ≤ 10

5 < IRI

10 ≤ IRI

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4. APLICABILIDAD DEL IRI EN OBRAS VIALES FACTORES QUE AFECTAN LA RUGOSIDAD DE PAVIMENTOS

Las investigaciones han demostrado que existen muchos factores que afectan la regularidad superficial del pavimento de estos lo más relevantes son:         

Edad del pavimento Niveles de tráfico vehicular Espesores del pavimento El número estructural Las propiedades del concreto asfáltico utilizado: vacíos con aire, gravedad específica y contenido de asfalto Características del medio ambiente: temperatura promedio, precipitaciones pluviales (días de lluvia), índice de congelamiento, días con temperatura superior a 32°C Propiedades de la base granular como contenido de humedad y porcentaje de material que pasa la malla 200 Propiedades de la sub rasante como índice de plasticidad, contenido de humedad, contenido de limos y arcillas, y porcentaje que pasa la malla 200 Extensión y severidad de las fallas en el pavimento

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4. APLICABILIDAD DEL IRI EN OBRAS VIALES BONDADES DE UN PAVIMENTO SIN IRREGULARIDADES Estas funciones han ido evolucionando desde cumplir un rol inicial de dar accesibilidad, luego conectividad, para después enfocarse en la servicialidad y finalmente en la integración.

USUARIO

ESTRUCTURA

• • • •

Comodidad al transitar. Brinda seguridad, confort. Disminuye costo de mantenimiento del vehículo.

• • •

Disminución de cargas dinámicas en los pavimentos. La regularidad del pavimento se conserva por más tiempo. Mayor vida útil de servicio del pavimento. Disminuye el costo de mantenimiento del pavimento.

MEDIOAMBIENTE

•

Disminuye el consumo de combustible y por ende, los efectos de contaminación que éstos producen.

Cumplir con los requerimientos medioambientales y reducción de impactos.

Reducir costos de mantenimiento y operación.

Proporcionar a los usuarios circulación segura, confortable y con adecuada regularidad en la vía.

Capacidad de carga suficiente de los materiales que componen la estructura para resistir tráfico y el clima.

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4. APLICABILIDAD DEL IRI EN OBRAS VIALES LA ESCALA MUNDIAL DEL IRI

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5. EQUIPOS PARA MEDICIÓN DEL IRI Existen diversos equipos para determinar el IRI; los cuales son clasificados bajo la Norma ASTM E-950 – 94 tomando en cuenta la metodología para determinar el valor de IRI. La precisión de las mediciones esta altamente relacionada con la metodología de los equipos, estos son clasificados en:

CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS PARA LA MEDICIÓN DEL ÍNDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) Clasificación del equipo

CLASE 1

CLASE 2 CLASE 3

CLASE 4

Clasificación según el Banco Mundial Documento Técnico N°46 (Sayers et. al., 1986) Perfilómetros de precisión. Requiere que el perfil longitudinal sea medido como una serie de puntos de elevación equidistantes a través de la huella de la vía para calcular el IRI. Esta medida no debe sobrepasar los 0.25m. Y la precisión de medición de la elevación debe ser superior 0.5mm para pavimentos con IRI entre 1 y 3 m/km y de 3mm para valores de IRI entre 10 y 20 m/km. Perfilógrafos. Requieren una frecuencia de puntos del perfil no superior a 0.5m y una precisión en la medida de la elevación de 1mm para IRI entre 1 y 3 m/km y 6mm para valores de IRI entre 10 y 20 m/km.

IRI estimado mediante ecuaciones de correlación. Estimaciones subjetivas y mediciones no calibradas. Incluyen mediciones realizadas con equipos no calibrados, estimaciones basadas en la experiencia en la calidad de viaje o inspecciones visuales a las vías.

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5. EQUIPOS PARA MEDICIÓN DEL IRI CLASE I : PERFILES DE PRECISIÓN Son aquellos que obtienen los valores de IRI a partir del perfil longitudinal de la superficie de rodadura. Las desviaciones a cada 0.25m son acumuladas y divididas por la longitud recorrida.

1. Perfilómetros Láser

2. Dispositivos de Operación Manual

• Equipos de alto rendimiento. • Determinan el perfil en forma continua por medio de sensores láser instalados a la altura de las huellas del vehículo.

• Considerados los más precisos, pero al ser dispositivos portátiles, su rendimiento es muy bajo. • Perfil topográfico, dipstick, walking profiler ARRB, walking profiler SSI.

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5. EQUIPOS PARA MEDICIÓN DEL IRI CLASE II : PERFILÓGRAFOS • Considera métodos dinámicos de medición de perfil, obteniéndose desviaciones de perfil en forma estadística, cuya sumatoria influye en el cálculo del valor del IRI. • Éstos métodos no son dependientes de tecnología de punta, mas sí de la longitud de medición. • MERLIN, Perfilógrafo APL, Perfilógrafo California y Perfilógrafos Inerciales.

MERLIN

PERFILÓGRAFO CALIFORNIA

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5. EQUIPOS PARA MEDICIÓN DEL IRI CLASE III : IRI ESTIMADO MEDIANTE ECUACIONES DE CORRELACIÓN • Conocidos también como “Dispositivos del tipo respuesta”. • Éstos equipos relacionan la acumulación e intensidad de las vibraciones captadas en un viaje con el movimiento de la suspensión del vehículo ideal con el cual se calcula el IRI. • Los resultados obtenidos deben ser correlacionados con los de un equipo superior, ya que dependen de la dinámica particular del movimiento del vehículo. • Bump Integrator, Roughometer II

BUMP INTEGRATOR

ROUGHOMETER II

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5. EQUIPOS PARA MEDICIÓN DEL IRI EQUIPOS PARA LA MEDICIÓN DEL ÍNDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) Los equipos para la medición de la regularidad superficial del pavimento, difieren uno del otro por la precisión de los resultados obtenidos, la rapidez en la obtención de los datos y la complejidad del sistema que gobierna su funcionamiento. EQUIPO

PRECISIÓN

IMPLEMENTACIÓN

COMPLEJIDAD

OBSERVACIONES

Perfilómetro Inercial (Inertial Profilometer)

Muy alta

Monitoreo y recepción de obras viales

Muy compleja

Equipos con alta precisión, permiten la comparación de resultados y son estables en el tiempo. Pueden ser utilizados para la calibración de los equipos tipo respuesta.

Nivel y Mira

Muy alta

Mediciones de perfil de pavimento y calibraciones

Simple

El uso de estos equipos para proyectos de tramos extensos no es práctico, y los costos son elevados.

Dipstick

Muy alta

Mediciones de perfil de pavimento y calibraciones

Muy simple

Se utiliza para mediciones del perfil del pavimento en longitudes pequeñas.

MERLIN

Alta

Perfilógrafos (Profilographs)

Media

Control de calidad y recepción de obras viales

Simple

Media

Monitoreo de la red vial

Complejo

Tipo respuesta para medir la regularidad de carreteras (Response Type Road Roughness Measuring Systems, RTRRMS)

Monitoreo de compactación de carpeta asfáltica, control de calidad de pavimentos y recepción de obras viales.

Simple

Equipo con buena precisión en la obtención de rugosidad de vías, puede servir también como parámetro de calibración de otros equipos. Estos equipos no son prácticos para la evaluación de las redes viales. Los resultados obtenidos entre estos equipos no son comparables, ya que dependen de la dinámica particular del movimiento del vehículo y no son estables en el tiempo.

Fuente: Adaptado de FHWA, 2006

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5. EQUIPOS PARA MEDICIÓN DEL IRI EQUIPOS PARA LA MEDICIÓN DEL ÍNDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI)

Hi-Speed Inertial Profiler

California Profilograph

Rod and level

SurPRO Walking Profiler

25 km/hr to 110 km/hr.

Dipstick

Fuente: Technical Standards Branch Knowledge Presentations to the CEA February 13th, 2014, Jim Gavin, P.Eng.

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6. EQUIPO MERLIN LABORATORIO BRITÁNICO DE INVESTIGACIÓN DE TRANSPORTES Y CAMINOS (TRRL) (MACHINE FOR EVALUATING ROUGHNESS USING LOW-COST INSTRUMENTATION) Bajo costo

Fácil manejo

Método de análisis simple Resultados confiables

• El Laboratorio Británico de Investigación de Transportes y Caminos (TRRL) desarrolló el Rugosímetro MERLIN, basándose en el principio del perfilómetro estático, con el objetivo de obtener un equipo de bajo costo, fácil manejo y de un método de análisis simple con resultados confiables. • El Rugosímetro MERLIN, es un instrumento versátil, sencillo y económico, pensado especialmente para uso en países en vías de desarrollo. • Según la clasificación de equipos para medición de la regularidad superficial de pavimentos, propuesta por el Banco Mundial, el MERLIN pertenece a la Clase 1, por obtener resultados muy exactos solo superado por el método de Mira y Nivel y además de ser una variación del perfilómetro estático.

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6. EQUIPO MERLIN

El MERLÍN tiene dos pies, separados uno de otro una distancia de 1.8m, el cual se apoya en la superficie del camino cuya rugosidad será medida a lo largo de la “wheeltrack” (pista de rodaje). Un patín de prueba móvil se pone a media-vía sobre la superficie de camino entre los dos pies y el MERLÍN mide la distancia vertical “y” entre la superficie del camino y el punto medio de una línea imaginaria de longitud constante que une la base de los dos pies. El resultado se registra en un formato montado sobre la máquina, tomando medidas repetidas a lo largo de la huella de la rueda cuando se han completado las observaciones, se remueve el formato, en el cual se habrá generado un histograma. El “ancho” del histograma (D), expresado en milímetros representa la rugosidad en la escala de MERLIN.

Partes de un equipo MERLIN: • Rueda con arca de gutapercha • Patín móvil • Pivote • Brazo móvil • Puntero • Manijas • Patín fijo • Tablero • Estabilizador para descanso • Estabilizador para ensayo

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6. EQUIPO MERLIN EL TABLERO DEL MERLIN

• La relación entre el patín móvil – pívot y pívot – puntero es de 1 a 10, lo cual da entender que un movimiento en la parte inferior del patín móvil produce un desplazamiento de 1cm (10 mm) en el puntero. • Para registrar los movimientos del puntero, se utiliza una escala gráfica con 50 divisiones, de 5 mm de espesor cada una, que va adherida en el borde del tablero sobre el cuál se desliza el puntero.

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6. EQUIPO MERLIN VENTAJAS



 

Equipo de gran utilidad para el control de calidad de pavimentos, monitoreo del proceso de compactación de la carpeta asfáltica y recepción de obras viales. Exactitud en los resultados que solo puede ser superado por el Método de Mira y Nivel. Bajo costo. Siendo solamente necesario dos personas para su operación, lo cual resulta beneficioso en comparación a equipos dinámicos que requieren de vehículos adicionales, mantenimiento y calibración de costo alto.

UTILIZACIÓN DEL RUGOSÍMETRO MERLIN

DESVENTAJAS

•

•

La desventaja es el rendimiento ofrecido por este equipo, ya que es muy bajo comparado con los equipos electrónicos y/o dinámicos más aun cuando se desea evaluar grandes distancias de carretera. Requiere de un tiempo prudente de procesamiento de datos, los resultados no se obtienen inmediatamente como otros métodos digitales.

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7. METODOLOGÍA IRI MEDIANTE EL MERLIN La rugosidad de un pavimento se basa en el concepto de usar la distribución de las desviaciones de la superficie respecto de una cuerda promedio. El MERLIN mide el desplazamiento vertical entre la superficie del camino y el punto medio de una línea imaginaria de longitud constante. El desplazamiento es conocido como la “desviación respecto a la cuerda promedio”.

Fuente: “Estado del Arte sobre Medición de Rugosidad de Pavimentos en el Perú” – P.M. Del Águila

A mayor rugosidad de la superficie mayor es la variabilidad de los desplazamientos. El parámetro estadístico que establece la magnitud de la dispersión es el Rango de la muestra (D), determinado luego de efectuar una depuración del 10% de observaciones (10 datos en cada cola del histograma). El valor D es la rugosidad del pavimento en “unidades MERLIN”.

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8. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PASO PREVIO: CALIBRACIÓN DE LA BICICLETA DE MERLIN Pastillas de bronce de 5cm de diámetro y 6 mm de espesor.

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8. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PASO 1: Para la ejecución de ensayo se requiere de 02 personas, el operador que conduce y realiza lecturas y un auxiliar que las anota. Para efectos de seguridad del profesional técnico, es recomendable considerar también 01 vigía, con el respectivo equipo de señalización.

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8. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PASO 2: Las mediciones se efectúan siguiendo la las huellas externa e interna de los carriles de la vía y la Rugosidad se calcula con la siguiente expresión: Rugosidad = 0.593 + 0.0471*D

El proceso de medición es continuo y se realiza a una velocidad aproximada de 2 km /h.

“Wheeltrack” (pista de rodaje)

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8. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PASO 3: La prueba empieza estacionando el equipo al inicio de la vía en ensayo, el operador espera que el puntero se estabilice y observa la posición que adopta respecto de la escala colocada sobre el tablero, realizando así la lectura que es anotada por el auxiliar.

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8. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PASO 4: El operador toma el instrumento por las manijas, elevándolo y desplazándolo la distancia constante seleccionada para usarse entre un ensayo y otro (una vuelta de la rueda). En la nueva ubicación se repite la operación explicada y así sucesivamente hasta completar la 200 lectura.

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8. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PASO 5: Las 200 lecturas son anotadas en la planilla de rugosidad, ver la siguiente figura. •

El formato consta de una cuadricula compuesta por 20 filas y 10 columnas; empezando por el casillero (1,1), los datos se llenan de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha.

•

Los puntos se empezarán a coleccionar en las columnas a cualquier extremo del tablero que corresponde a los dos límites del movimiento del brazo.

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8. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PASO 6: Luego se procede a calcular el rango “D” el cual es el ancho del histograma obtenido en la planilla de rugosidad; para lo cual se descarta 10% de datos que corresponden a posiciones del puntero poco representativas; en la práctica se elimina 5% (10 datos) del extremo inferior y 5% (10 datos) del extremo superior. De la toma de datos, cada cuadrado equivale a 5 mm, por lo tanto D= 18*5 + 1/5*5= 91mm.

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8. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO La rugosidad se calcula como el promedio de las rugosidades por carril de las secciones.

Estado Vial según la Rugosidad, IRI Rugosidad IRI Estado Pavimentadas

No Pavimentadas

Bueno

0 < IRI ≤ 2.8

IRI ≤ 6

Regular

2.8 < IRI ≤ 4.0

6 < IRI ≤ 8.0

Malo

4.0 < IRI ≤ 5.0

8 < IRI ≤ 10

5 < IRI

10 ≤ IRI

Muy malo

Fuente: Especificaciones Técnicas Generales para la Conservación de Carreteras MTC.

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9. TRABAJO DE CAMPO. Consideraciones • Para la ejecución de los ensayos se requiere de dos personas que trabajen conjuntamente, un operador que conduce el equipo y realiza las lecturas y un auxiliar que los anota. Asimismo, debe seleccionarse un tramo de 400m de longitud, sobre un determinado carril de una vía. Las mediciones se efectúan siguiendo la huella exterior del tráfico. La manera más corriente de usar el MERLÍN es compartir el trabajo entre dos operadores, uno transportando la máquina y el otro tomando las lecturas. El segundo operador, parado a un lado puede ver mejor si hay cualquier problema con el patín de prueba o el brazo móvil y puede verificar que las máquinas están siguiendo correctamente el recorrido de la rueda. Alternando los trabajos, los dos operadores pueden mantenerse trabajando por mucho tiempo. • Las mediciones se efectúan siguiendo la huella exterior del tráfico. • Cada ensayo se realiza al cabo de una vuelta de la rueda. • En cada observación el instrumento debe descansar sobre el camino apoyado en tres puntos fijos e invariables: la rueda, el apoyo fijo trasero y el estabilizador para ensayo. • El formato consta de una cuadricula compuesta por 20 filas y 10 columnas; empezando por el casillero (1,1), los datos se llenan de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha. • Los puntos se empezarán a coleccionar en las columnas a cualquier extremo del tablero que corresponde a los dos límites del movimiento del brazo.

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9. TRABAJO DE CAMPO. Consideraciones • Si el indicador es capaz de desplazarse fuera del extremo del tablero, entonces cualquier punto que cae en esta zona deberá ser graficado en el extremo de la columna. Si el número de puntos en cada límite es de por lo menos 10, el ancho D puede ser medido en una vía normal, pero si el número de puntos en cualquier límite excede de 10, entonces el tablero no podrá ser utilizado. Para superar el problema, el patín de prueba puede ser movido a una posición alternativa en el brazo móvil que es el doble de lejos de la distancia del pivote (figura). Esto reduce a 5 la amplificación mecánica del brazo y a la mitad el ancho de distribución. Con una amplificación mecánica de 10, la máxima rugosidad que puede ser medida es alrededor de 10 en la escala del IRI; con una amplificación mecánica de 5, el MERLÍN debe poder distribuir normalmente el ancho de los valores altos de rugosidad encontrados.

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9. TRABAJO DE CAMPO. Consideraciones • Si se toman 200 lecturas, usando una rueda de bicicleta de 26 pulgadas, uno en cada revolución de la rueda, entonces la longitud de la sección evaluada es de 415m. Para secciones de prueba más largas o más cortas, será requerido un procedimiento diferente de medición. Los principales consejos son: • Hacer las secciones de prueba por lo menos de 200m de longitud. • Tomar alrededor de 200 lecturas por tablero. • Siempre se debe de tomar las lecturas con la rueda en la “posición normal”. Esto no solamente impide errores debido a las variaciones en el radio sino que también evita complicaciones al operador cuando se solicita tomar medidas en forma aleatoria.

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10. TRABAJO DE GABINETE. Consideraciones Con la información de campo se procesa el caculo de los valores IRI cada 400 m promedio ambos carriles, en los cuales se ha calculado el IRI promedio. Mientras mayor sea D, más dispersas habrán sido las mediciones y mayor será la irregularidad registrada. ECUACIÓN DE RUGOSIDAD Para la tierra, grava, superficie revestida o carreteras de concreto asfáltico, la rugosidad puede determinarse utilizando la ecuación: IRI = 0.593 + 0.0471*D, (2.4 < IRI < 15.9) donde IRI es la rugosidad en términos del Índice Internacional de Rugosidad (en m / Km.) y “D” se mide del tablero del MERLÍN (en mm). La ecuación fue derivada sobre el rango de valores IRI mostrados y debe ser extrapolado con precaución. Las medidas de valores de IRI por debajo de 3 usualmente no son importantes porque a este nivel, la rugosidad tiene poco efecto en el costo de operación del vehículo. El error estándar estimado del IRI será aproximadamente 10%. Si se repite la medición para dar una segunda estimación del IRI (asegurándose que los pies no estén exactamente en las mismas posiciones), entonces el error promedio estará alrededor del 8%. Con la finalidad de determinar el IRI en vías recién pavimentadas el Ing. De Águila, P., realizó una ecuación basada en la medición de 56 secciones de vías recién pavimentadas a las cuales se les estimó el IRI por el método topográfico y con el Equipo Merlin y realizando el mismo procedimiento del TRRL, ha obtenido la siguiente expresión:

IRI = 0.0485 * D Para valores D < 50mm y 0 < IRI < 2,4 m./km. IRI = 0.06316 * D Para valores D < 50mm y 0 < IRI < 2,4 m./km.

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10. TRABAJO DE GABINETE. Consideraciones El Ing. Carvajal, A., realizó una correlación utilizando una metodología bastante buena “para todo tipo de pavimento”, obtenido un coeficiente de correlación considerado como excelente, cuya expresión matemática es la siguiente: IRI = 2.7*10-7*D3 + 1.34*10-4*D2 + 6.69*10-2*D - 0.35347 Para valores 0 < D < 312 y 0 < IRI < 15.9 Por consiguiente, cuando se emplee el equipo MERLIN, la determinación del IRI vendrá dada por la ecuación presentada, la cual cubre todo rango de medición y aplica sobre todo tipo de pavimentos.

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10. TRABAJO DE GABINETE. Consideraciones FORMATO DE RECOLECCIÓN DE DATOS.

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11. PRECAUCIONES PARA EL ENSAYO Para proteger del tráfico a los operadores del MERLÍN un número de medidas de seguridad debe ser necesario:  Colocar señales para advertir la aproximación de tráfico a la sección de prueba.  Tomar mediciones con el revestimiento del MERLÍN de frente al tráfico.  Asegurarse que los operadores lleven los chalecos de seguridad fosforescente. Se presentación a continuación los EPP’s (Equipos de Protección Personal) necesarios para la ejecución del Ensayo Especial “Medición del IRI mediante el MERLIN”

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11. PRECAUCIONES PARA EL ENSAYO

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11. PRECAUCIONES PARA EL ENSAYO

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12. CONCLUSIONES 

El PSI representa la capacidad de un pavimento para servir al tránsito para el cual fue diseñado.



El IRI representa la regularidad superficial de un pavimento y afecta la operación vehicular, en cuanto a seguridad, confort, velocidad de viaje y desgaste de partes del vehículo.



El IRI es una unidad de medida de la Rugosidad, la cual esta relacionada linealmente con la calidad de la vía.



El PSI es inversamente proporcional al IRI. Mayores (mejores) niveles de servicio indican presencia de valores mínimos de rugosidad IRI.



Un IRI de diseño puede llegar a ser 0 m/km en una vía sin curvas verticales y horizontales, siempre y cuando la calidad constructiva sea perfecta. Lo mencionado es un caso muy ideal.

Escala del Índice de Servicialidad, PSI

Estado Vial según la Rugosidad, IRI

Rugosidad IRI Estado

Fuente: Guía AASHTO

Pavimentadas

No Pavimentadas

Bueno

0 < IRI ≤ 2.8

IRI ≤ 6

Regular

2.8 < IRI ≤ 4.0

6 < IRI ≤ 8.0

Malo

4.0 < IRI ≤ 5.0

8 < IRI ≤ 10

Muy malo

5 < IRI

10 ≤ IRI

Fuente: Especificaciones Técnicas Generales para la Conservación de Carreteras MTC.

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12. CONCLUSIONES 

Es importante mencionar que los equipos del tipo respuesta, necesitan correlacionarse.



El IRI calculado por topografía es el más preciso, siempre y cuando se asegure que no existan errores de lectura. La desventaja es el bajo rendimiento que éstos métodos poseen.



Los equipos de medición que mas precisión pueden tener, son aquellos que calculan el IRI a partir de la obtención del perfil longitudinal, como el caso del MERLIN, equipo de buen rendimiento, bajo costo y uso sencillo.

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12. CONCLUSIONES Las características del pavimento o vía, tienen un efecto en lo costos de operación de los vehículos que afectan al consumo de combustible, desgaste de las llantas, velocidad del trafico y el mantenimiento de la vía. Es muy importante por lo antes expuesto, conocer el estado de pavimento a través del tiempo, desde su creación para tomar acciones de prevención y corrección en ella. Uno de los indicadores de deterioro o parámetros de la vía mas utilizados para la evaluación de la regularidad del pavimento es el Índice de Regularidad Internacional (IRI), el cual muestra el nivel de rugosidad, que conlleva a determinar la comodidad, confort y seguridad al transitar.

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13. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Anticona Bermúdez, L. P. (2012). "Innovación metodológica para evaluar superficie estabilizada con cloruro de magnesio Aplicación Vía Acceso a Caral (km05+000 - km15+000). Lima. Del Águila, P. (s.f.). Estado del arte sobre la medición de la Rugosidad de Pavimentos en el Perú. Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú, MTC. (s.f.). Sección Suelos y Pavimentos. Pavimentos Flexibles. En Manual de Carreteras. Rondón Quintana, H. A., & Reyes Lizcano, F. A. (s.f.). Pavimentos, Materiales, Construcción y Diseño. Bogotá, Colombia.

Sayers, Michael; Gillespie, Thomas; Queiroz, César. (1985). World Bank Technical paper number 45. The international road roughness experiment. Washington. D.C. USA,. Sayers, Michael; Karamihas, Steven. (1998). The Little book of profiling. Basic information about measuring and interpreting road profiles.

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