INFLUENCIA DEL INDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) EN EL COMPORTAMIENTO FUNCIONAL Y TOMA DE DESICIONES DE GESTIÓN VIAL EN EL TRAMO COMPRENDIDO ENTRE SILVANIA (PR 78+600) Y FUSAGASUGA (PR 64+000) DE LA DOBLE CALZADA BOGOTA – GIRARDOT. Autor: CRISTIAM CAMILO LOPEZ PABON UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS 2018 INFLUENCIA DEL INDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) EN EL COMPORTAMIENTO FUNCIONAL Y TOMA DE DESICIONES DE GESTIÓN VIAL EN EL TRAMO COMPRENDIDO ENTRE SILVANIA (PR 78+600) Y FUSAGASUGA (PR 64+000) DE LA DOBLE CALZADA BOGOTA – GIRARDOT. INFLUENCE OF THE INTERNATIONAL ROUGHNESS INDEX (IRI) IN THE FUNCTIONAL BEHAVIOR AND TAKING OF ROAD MANAGEMENT DESIGNS IN THE SECTION BETWEEN SILVANIA (PR 78 + 600) AND FUSAGASUGA (PR 64 + 000) OF THE DOUBLE ROADWAY BOGOTA - GIRARDOT. Cristiam Camilo López Pabón Ingeniero Civil Bogotá D.C., Colombia u6100286@unimilitar.edu.co RESUMEN Las vías terrestres permiten comunicar y conectar dos puntos específicos, mediante la infraestructura existente para el paso de pasajeros y carga fundamentalmente. Sin embargo, dicho proceso se debe efectuar conforme a estándares mínimos de calidad, confort y economía. Adicional a lo anterior el parque automotor se encuentra en constante evolución por lo cual la infraestructura vial debe hacerlo proporcionalmente brindando mejores condiciones de rodamiento. Es así como el estado superficial de la capa de rodadura de una estructura de pavimento es un factor fundamental asociado al confort, comodidad y seguridad del conductor y pasajeros; siendo la regularidad superficial un parámetro perceptible y de primer orden en la dinámica y nos permite evaluar de manera directa la satisfacción del mismo en la utilización de la vía. El presente documento desarrolla un análisis estadístico de información de datos del Índice de Rugosidad Internacional (IRI), determinados para la doble calzada Bogotá – Girardot en un tramo en específico, dicho análisis nos permitirá relacionar el parámetro con el Índice de Servicio Presente (PSI) y revisar su influencia en procesos de gestión vial. Adicionalmente, la información organizada nos permitirá efectuar comparativos con relación a valores de referencia nacionales e internacionales y establecer el comportamiento típico durante la vida útil del pavimento. Palabras clave: Índice de Rugosidad Internacional; Gestión Vial; Índice de Servicio Presente; Pavimento. ABSTRACT The land routes allow to communicate and connect two specific points, through the existing infrastructure for the passage of passengers and load fundamentally. However, this process must be carried out in accordance with minimum standards of quality, comfort and economy. In addition to the above, the vehicle fleet is in constant evolution, which is why the road infrastructure must do so proportionally, providing better rolling conditions. This is how the surface condition of the road surface of a pavement structure is a fundamental factor associated with the comfort, comfort and safety of the driver and passengers; being the superficial regularity a perceptible parameter and of first order in the dynamics and which allows to evaluate of direct way the satisfaction of the same in the use of the route. The present work develops a statistical analysis of data information of the International Roughness Index - IRI, determined for the Bogotá - Girardot dual carriageway in a specific section, this analysis will allow us to relate the parameter with the Present Service Index - ISP and review its influence on road management processes. Additionally, the organized information will allow us to make comparisons in relation to national and international reference values and establish the typical behavior during the life of the pavement. Keywords: International Roughness Index; road management; Present Service Index; Pavement. INTRODUCCIÓN El crecimiento económico y desarrollo Integral de un país, está relacionado directamente con el sector vías y transporte. Este componente representado en el parque automotor y medios de transporte, infraestructura vial, usuarios (conductor, pasajeros y peatones), hidrocarburos, entre otros, es eje fundamental de la economía en función del transporte de pasajeros y carga entre diferentes puntos y sitios de interés (ciudades, centros poblados, caseríos, agrupaciones, etnias, puertos marítimos - aéreos, zonas francas, entre otros) de una región determinada. Colombia en procesos de comercialización y transporte, según estadísticas del Ministerio de Transporte del año 2016, el Producto Interno Bruto - PIB de servicios de transporte y obras civiles representa el 8,30% del PIB total del país, dentro del cual el transporte terrestre tiene una participación del 73,31% y el 26,69% está representado en transporte aéreo, actividades complementarias y auxiliares al transporte; actividades de agencias de viajes y transporte por vía acuática [1]. La importancia se acentúa aún más si el análisis se hace a nivel de modo de transporte, con relación a pasajeros para el año 2016, el transporte terrestre representa el 87,58% y en cuanto a carga su porcentaje de participación es del 73,19% [1]; los datos anteriormente mencionados corresponden a pasajeros y carga de orden nacional. Como se expuso anteriormente, las condiciones locales, asignan una importancia vital en el desarrollo del país al transporte terrestre, por ende, se debe garantizar cumpliendo cuatro factores esenciales: seguridad, economía, rapidez y comodidad para los diferentes actores y participantes. Con relación a los factores planteados, como medida del parámetro funcional y de comportamiento de la vía en relación con su estado superficial, se implementó el concepto de Índice de Servicio Presente (PSI). Inicialmente el concepto, se relacionaba como un parámetro de percepción del usuario al transitar por una vía en específico, es decir, la dinámica del tránsito o en otras palabras “que tan cómodo resultaba el viaje con relación a irregularidades presentadas sobre el perfil por condiciones de su estado superficial”, sin embargo, el concepto se tornaba arbitrario y relativo obteniéndose valores diferentes para diferentes zonas y comunidades. Es así como el banco mundial en 1982 establece el concepto del Índice de Rugosidad Internacional (IRI) como una necesidad de unificar los criterios para medir la rugosidad superficial de las carreteras. El Índice Internacional de Rugosidad, mejor conocido como IRI (International Roughness Index), fue propuesto por el Banco Mundial en 1986 como un estándar estadístico de la rugosidad y sirve como parámetro de referencia en la medida calidad de rodadura de un camino. El Índice Internacional de Rugosidad tiene sus orígenes en un programa norteamericano llamado Nacional Cooperative Highway Reseach Program (NCHRP) y está basado en un modelo llamado "Golden Car" descrito en el reporte 228 del NCHRP [2]. Según el Instituto Nacional de Vías (INVIAS) de Colombia, la rugosidad se define como alteraciones del perfil longitudinal de una vía, que provocan vibraciones en los vehículos que lo recorren. Es la desviación de la superficie respecto a una superficie plana, con dimensiones características que afectan la dinámica del vehículo y la calidad al andar. Se mide con el indicador denominado Índice de Rugosidad Internacional (IRI), el cual se expresa en m/km, mm/m o pul/milla [3]. Uno de los principales centros administrativos y de interés económico, para el ámbito local lo representa la ciudad de Bogotá D.C., siendo esta la capital del país, el mayor centro o ciudad poblada y su ubicación estratégica, son factores que le asignan vital importancia en todos los aspectos. Durante los últimos tiempos, el desarrollo de la infraestructura vial se ha convertido en un eje fundamental en los planes y programas de desarrollo del país, a través de proyectos de vías de primera, segunda, tercera y en la actualidad cuarta generación, empleándose la figura de Asociaciones Público – Privadas para la ejecución de las mismas. La concesión doble calzada Bogotá – Girardot es uno de los corredores viales de mayor importancia en cuanto a acceso se refiere hacia la capital colombiana, es por ello que el nivel de servicio es primordial y el estado superficial evaluado en función de la regularidad o rugosidad se constituye en el parámetro de mayor importancia para su evaluación. La concesión Bogotá – Girardot, se perfeccionó e inició labores en el año 2004. A partir de este año, se iniciaron procesos de construcción, mantenimiento y rehabilitación en función de mejorar el Índice de Estado – IE, que es un valor numérico que varía entre 0 y 5, por medio del cual se califican simultáneamente la condición de la calzada pavimentada y el nivel de servicio que ella y sus zonas adyacentes prestan a los usuarios de la carretera, siendo factores de calificación la rugosidad, los ahuellamientos y otras deformaciones, los agrietamientos, la resistencia al deslizamiento y el estado de las bermas [4]. Como puede detallarse, la rugosidad es uno de los parámetros, para definir el IE, sin embargo, como se anota en diferentes referencias es el que reviste mayor importancia y el PSI definido en función del IRI para su evaluación puede ser correlacionado a partir de diferentes expresiones que se detallaran más adelante y permiten efectuar un análisis a partir de los valores de IRI medidos en campo. Para el presente trabajo se analizará un tramo en específico de la Concesión Bogotá – Girardot, comprendido entre Silvania (PR 78+600) y Fusagasugá (PR 64+000), con base en series históricas cuyo rango de análisis inicia en el año 2004 hasta el 2013, con los valores característicos correlacionar hacia la evaluación del comportamiento funcional como medida del PSI, analizar la información versus valores de referencias nacionales e internacionales y definir su importancia en los procesos de gestión vial, asociados a actividades de planeación, diseño, construcción, evaluación, mantenimiento y rehabilitación de un segmento de pavimento en concreto asfaltico. Como parte final del documento, se presentan conclusiones y recomendaciones con relación a los valores numéricos obtenidos y referencias nacionales, y lineamientos sobre el parámetro IRI con relación al PSI como aspecto fundamental en los procesos de gestión vial. 1. COMPORTAMIENTO FUNCIONAL PAVIMENTO EN CONCRETO ASFÁLTICO 1.1 COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS E INDICE DE SERVICIO PRESENTE (PSI) Desde el punto de vista ingenieril, los pavimentos durante su vida útil o periodo de diseño están sometidos a dos tipos de evaluación en relación con su comportamiento; el funcional y estructural. El funcional asociado a componentes de comodidad y seguridad, y puede ser calificado de manera directa por parte de los usuarios de la vía, toda vez que es el aspecto más perceptible. El estructural relacionado con la capacidad del pavimento para resistir las cargas del tránsito y de tipo ambiental, factores bajo los cuales se diseñan las estructuras de pavimento en concreto asfaltico. Las estructuras de pavimento se diseñan para unas condiciones teóricas iniciales, las cuales pueden variar durante los procesos constructivos, estas condiciones “in situ”, afectan la calidad o índice de serviciabilidad inicial de la nueva obra. Según la guía de diseño de pavimentos de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) de 1986, el valor del índice de servicio de un pavimento asfáltico recién construido en las óptimas condiciones que prevalecieron durante la construcción del AASHO Road Test fue 4,2. Este mismo valor fue adoptado por la AASHTO en su método diseño de pavimentos asfálticos de 1986 como índice de servicio de un pavimento recién construido y es, también, el que adoptó el Instituto Nacional de Vías de Colombia en su manual de diseño de pavimentos asfálticos para carreteras con medios y altos volúmenes de tránsito [5 - 12]. La valoración se efectúa en una escala de 0 a 5, en el que cero se asocia a un pavimento intransitable y 5 a condiciones teóricas sin ningún tipo de problema o dificultad sobre la superficie de rodadura. Durante el periodo de operación de la “nueva vía”, su índice de servicio inicial se modifica, tornándose en un menor valor, sin embargo, es posible efectuar diferentes procesos de gestión vial con el fin de incrementar este índice y devolver al pavimento algunas características perdidas. En el contexto establecido anteriormente, la serviciabilidad se define como la capacidad de la estructura para servir a las condiciones de tránsito y ambientales para las cuales fueron diseñadas inicialmente y conforme a las condiciones actuales de la misma. En la Fig. 1, se establecen los dos puntos de referencia en relación con el comportamiento del pavimento sobre el índice de servicio inicial (Pi) y final (Pf). Fig. 1. Curva de Comportamiento de un pavimento. Fuente: Revista de la Construcción, Pontifica Universidad Católica de Chile, 2006 [6]. Es posible determinar el PSI en un tiempo determinado, a través de diferentes expresiones con base en características del pavimento como: ahuellamiento, agrietamiento, baches e irregularidades; en esta última se encuentra la rugosidad como parámetro más importante, perceptible al usuario y objeto de valoración y análisis. Conforme a lo anterior, debemos entender el concepto de rugosidad, su estructura física – matemática y formas convencionales de medida. De la Fig. 1, podemos establecer el comportamiento típico con relación al PSI de un pavimento en concreto asfaltico a lo largo del periodo de diseño, sin embargo, dicha caracterización se puede efectuar de igual manera con base en la rugosidad a través de medición directa y expresiones/correlaciones matemáticas. 1.2 DEFINICIÓN DE RUGOSIDAD La especificación ASTM E 867 “Terminology Relating to Traveled Surface Characteristics”, define rugosidad como la desviación de una determinada superficie de pavimento respecto a una superficie plana teórica, con dimensiones que afectan la dinámica del vehículo y la calidad al manejar (ASTM, 1995) [7]. El INVIAS a través de la norma INV E 790 – 13, describe el procedimiento para determinar la rugosidad del pavimento definido a través del parámetro IRI, el cual se calcula a partir de la medición del perfil longitudinal de las huellas externa e interna por la zona de circulación de los vehículos medido a través de un perfilómetro. El promedio estadístico de los valores medidos se reporta como la rugosidad de una sección del pavimento [3]. En este sentido, debemos diferenciar la rugosidad de otras características del pavimento de tipo geométrico y constructivo, con relación a los procesos geométricos, la pendiente y sección del perfil conforme al diseño de entretangencias y curvas verticales no tienen influencia en la rugosidad, toda vez que el perfil teórico de referencia lo compone principalmente el diseño geométrico. De igual manera, la macrotextura y microtextura no hacen parte de la definición de rugosidad ya que por sus características de longitud y amplitud de onda en el sentido de marcha se diferencian de este concepto tal como se muestra en la Tabla 1. Tabla 1. Clasificación de las características geométricas de la superficie de los pavimentos. DOMINIO RANDO DE DIMESIONES (APROX.) LONGITUDES DE ONDA (horizontal) AMPLITUD (vertical) Microtextura Macrotextura 0 – 0,5 mm 0,5 – 50 mm 0 – 0,2 mm 0,2 – 10 mm Megatextura 50 – 500 mm 1 – 50 mm Regularidad Superficial Ondas cortas Ondas medias Ondas largas 0,5 – 5 m 5 – 15 m 15 – 50 m 1 – 20 mm 5 – 50 mm 10 – 200 mm Fuente: Revista de la Construcción, Pontifica Universidad Católica de Chile, 2006 [6]. Adicionalmente, debemos considerar que irregularidades por concepto de estructuras de paso, servicios públicos, hidráulicas, entre otras; generalmente no son tenidas en cuenta para la valoración de la rugosidad, toda vez que afectan sustancialmente su valor y no son representativas del estado general de la superficie durante la dinámica del tránsito, sin embargo, la inclusión en su valoración es criterio del profesional a cargo y depende entre otras de condiciones como el tipo de pavimento y clasificación de la vía en estudio. Parámetro similar al de rugosidad, lo tenemos con la textura, estableciendo la diferencia que esta se asocia a condiciones de los agregados que hacen parte de la mezcla asfáltica que influyen en características como la fricción, mientras que la rugosidad está asociada a variaciones en el perfil que influye en la comodidad. En la búsqueda de unificar un criterio de valoración como factor de mayor ponderación en el cálculo del Índice de Servicio; para la rugosidad se estableció el concepto del IRI. 1.3 INDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) El IRI como medida del comportamiento funcional del pavimento en relación con el concepto de rugosidad, se define como el movimiento acumulado, en una distancia determinada, de la suspensión de un modelo matemático, denominado como “cuarto de carro” (cuya respuesta es similar a la de un automóvil), que circula a una velocidad de 80 Km/hora, calculado a partir del perfil de la longitud de la vía, es expresado generalmente en unidades m/km o in/mi [3]. En función de los datos obtenidos, podemos establecer el perfil de la regularidad superficial como una gráfica de abscisas versus cotas, en donde las cotas muestran la variación en relación con el perfil teórico (y=0). Según lo estableció por el INVIAS, las medidas se efectúan por cada hectómetro (100 m) en la parte interna y externa de la calzada y se define el valor del IRI a partir de un análisis estadístico. En el artículo 440 – 13, el INVIAS define que se deben cumplir con los siguientes valores de IRI con relación a pavimentos nuevos y rehabilitados, en función del nivel de tránsito: Tabla 2. Valores máximos de IRI – Pavimentos Nuevos. PORCENTAJE DE HECTÓMETROS IRI m/Km NT1 NT2 NT3 40 < 2.4 < 1.9 < 1.4 80 < 3.0 < 2.5 < 2.0 100 < 3.5 < 3.0 < 2.5 Fuente: Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras, INVAS, 2013 [8]. Tabla 3. Valores máximos de IRI – Pavimentos Rehabilitados. PORCENTAJE DE HECTÓMETROS IRI m/Km Refuerzo > 10 cm Refuerzo ≤ 10 cm 50 < 2.4 < 1.9 < 1.4 < 2.9 < 2.4 < 1.9 80 < 3.0 < 2.5 < 2.0 < 3.5 < 3.0 < 2.5 100 < 3.5 < 3.0 < 2.5 < 4.0 < 3.5 < 3.0 Fuente: Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras, INVAS, 2013 [8]. Del comportamiento del IRI a través del tiempo podemos establecer que dos condiciones iniciales diferentes, permitirán soportar una mayor cantidad de Ejes Equivalentes (EE) para un periodo específico, aquel cuyo valor de IRI inicial sea menor, tal como se establece en la Fig. 2. Fig. 2. Curvas de IRI para pavimentos con IRI inicial distintos. Fuente: Revista de la Construcción, Pontifica Universidad Católica de Chile, 2006 [6]. El IRI, permite evaluar las variaciones durante la circulación en una vía con relación a un perfil teórico, sin producirse aceleraciones o movimientos verticales durante la marcha. Como se ha anotado anteriormente, es un parámetro funcional y de hecho puede ser el único factor que perciba el usuario durante la circulación asociado a movimientos bruscos (sobresaltos) que afectan el factor comodidad. 1.3.1 Modelo del Cuarto de Carro El modelo de Cuarto de Carro utilizado en el algoritmo del IRI debe su nombre a que implica la cuarta parte de un vehículo. El modelo se muestra en la Fig. 3; que incluye una rueda representada por un resorte vertical, la masa del eje soportada por la llanta, un resorte de la suspensión, un amortiguador, y la masa del vehículo soportada por la suspensión de dicha rueda [2]. Fig. 3. Representación Gráfica del Modelo de Cuarto de Carro. Fuente: Índice Internacional de Rugosidad en la Red Carretera de México, 1998 [2]. 1.3.2 Calculo del PSI a partir del IRI Como se expuso, es posible calcular el PSI a través de medidas del perfil de la vía, es por ello que diferentes autores, han determinado expresiones, para definir su valor. Dos de las fórmulas de correlación más reconocidas, son las obtenidas por Paterson y Al-Omari y Darter. Fruto de un análisis para diferentes valores de IRI, se puede establecer que existe correspondencia entre las formulas, obteniéndose valores similares, los cuales se muestran en la Tabla 4. Formula de Paterson: 𝑷𝑺𝑰 = 𝟓. 𝟎𝟑 − [𝟏. 𝟗𝟏 𝒍𝒐𝒈(𝟏 + 𝟐. 𝟒𝟕𝒙𝑰𝑹𝑰𝟐)] (1) Formula de Al-Omari & Darter: 𝑷𝑺𝑰 = 𝟓 𝒙 𝒆−𝟎,𝟐𝟔 𝑰𝑹𝑰 (2) De las dos expresiones anteriores, el IRI se registra en m/Km. A continuación, se muestra la relación entre IRI y PSI para las dos fórmulas anteriores: Tabla 4. Relaciones entre PSI e IRI para las fórmulas de Paterson y Al-Omari & Darter. IRI (m/Km) PSI Paterson Al Omari & Darter 0 5.0 5.0 1 4.0 3.9 2 3.1 3.0 2.5 2.7 2.6 3 2.4 2.3 3.5 2.2 2.0 4 2.0 1.8 5 1.6 1.4 5.5 1.4 1.2 Fuente: Sobre el índice de estado en los contratos de la Tercera Generación de Concesión de Carreteras Nacionales, 2014 [4]. De la Tabla 4, podemos determinar que para un PSI de 4,2 (considerado como el teórico Inicial para pavimentos en concreto asfaltico), el valor de IRI debe estar por debajo de 1 m/Km; adicionalmente como se verá más adelante, el límite de 3,5 m/Km considerado como la frontera entre un IRI bueno a regular, está asociado a un valor de ISP de 2,0 a 2,2; condición límite del servicio para el periodo de diseño de la estructura del pavimento en concreto asfaltico. 1.4 ÍNDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL EN LA RED NACIONAL DE COLOMBIA Y VALORES DE REFERENCIA Existen valores de referencia planteados para definir programas de intervención vial conforme a criterios de estado evaluados con base en parámetros funcionales como el IRI. Todo esto es importante conforme a planes formulados durante la etapa de construcción y operación de proyectos viales, de esta forma podemos conocer la evolución del estado superficial emprendiendo procesos de mejora continua hacia los niveles de serviciabilidad. A continuación, se presentan valores de referencia en función del tipo, estado y velocidades de recorrido, establecidos por el Banco Mundial: Fig. 4. Escala de valores del lRI y las características de los pavimentos. Fuente: Índice Internacional de Rugosidad en la Red Carretera de México, 1998 [2]. En las condiciones locales, por ser de primer orden, se buscan valores de referencia sobre los cuales se pueda establecer una categorización del nivel de calidad o servicio, conforme a diferentes experiencias, esto se puede establecer de manera general conforme a la Tabla 5. Tabla 5. Valores máximos de IRI – Pavimentos Rehabilitados. IRI (m/Km) Condición 1 – 2.5 Muy Buena 2.5 – 3.5 Buena 3.5 – 5.5 Regular > 5.5 Mala Fuente: Sobre el índice de estado en los contratos de la Tercera Generación de Concesión de Carreteras Nacionales, 2014 [4]. 1.4.1 Comparativo con valores de Referencia Internacionales Si bien el IRI, se estableció por el Banco Mundial como criterio estándar de medida de la rugosidad, para valorar con base en este el PSI, su aplicación en condiciones de medida y formulaciones matemáticas nacieron para unas condiciones específicas y su aplicabilidad deben ser calibradas para las condiciones locales. Ahora bien, los criterios de aceptación dadas las diferentes condiciones constructivas y técnicas, han permitido definir diferentes valores de condición del parámetro variando de muy buena a mala; la Fig. 5 nos muestra los valores para diferentes países y se aprecia que son más exigentes que para las condiciones locales, sin embargo, se deben considerar aspectos en relación al desarrollo en los procesos constructivos y de adquisición de materiales, los cuales pueden presentar diferencias en relación con otros países, por lo cual en general se consideran adecuados. Fig. 5. Comparación de valores del lRI pavimentos en concreto asfaltico. Fuente: Desarrollo de una herramienta computacional basada en la lógica difusa para la gestión de vías en servicio, 2015 [9]. 1.4.2 Gestión de Pavimentos La gestión de pavimentos abarca todas las actividades de planeación, diseño, construcción, evaluación, mantenimiento y rehabilitación de un segmento de pavimento, perteneciente a una red de carreteras. El objetivo de un sistema de gestión es la administración eficiente de un pavimento o de un sistema vial, de manera que se garantice un adecuado nivel de servicio durante el periodo de operación. Es factible a través de procesos de gestión, conforme al comportamiento del pavimento en estudio y las características ya analizadas, incrementar el Índice de Servicio en un tiempo específico, evitando que este llegue a su deterioro máximo y tener que emprender proyectos nuevos de infraestructura vial, este comportamiento lo podemos observar en la Fig. 6 [11]. Como se puede observar, el comportamiento típico de un pavimento en relación a un índice de servicio inicial Po, teóricamente, el mismo debería conservar la tendencia hasta su estado de deterioro total, sin embargo, antes que esto ocurra, se interviene la estructura mediante proceso de rehabilitación, incrementándose la serviciabilidad hasta su estado inicial, provocando el aumento y del periodo útil o de servicio, estas condiciones deben ser evaluadas desde el punto de vista de la relación costo/beneficio. Fig. 6. Curva de Deterioro del pavimento y acciones de mejoramiento y rehabilitación. Fuente: Presentación Evaluación, Mejoramiento y Rehabilitación de Pavimentos - UMNG, 2017 [10]. La toma de decisión frente a acciones de intervención, parten de procesos de revisión en campo, de los componentes estructural y funcional, todo esto nos lleva a plantear planes que conlleven a mejorar estos aspectos. 1.5 EVALUACIÓN DEL TRAMO EN ESTUDIO 1.5.1 Datos de Entrada El proyecto vial Construcción de la doble calzada Bosa - Granada - Girardot hace parte del corredor Vial Bogotá – Buenaventura, vía definida por el INVIAS en la nomenclatura vial nacional como Ruta 40, Tramo 05, que en su etapa final se proyecta que tendrá una longitud de 131.75 Km, de ellos 109.80 Km se ubican en el departamento de Cundinamarca y los restantes 21.95 Km en el departamento del Tolima. El proyecto hace parte de uno de los ejes viales más importantes del país que comunica el centro, occidente y sur de Colombia, constituyéndose en un proyecto de gran importancia para su desarrollo social y económico, puesto que maneja uno de los volúmenes de tránsito vehiculares más altos del país, generado principalmente por el desplazamiento de pasajeros y la movilización de carga desde y hacia Bogotá, adicionalmente la zona ha adquirido con el tiempo, un atractivo turístico para el distrito capital. El área de influencia del proyecto incluye los departamentos de Cundinamarca y Tolima, pasando en su recorrido por los municipios de Soacha, Granada, Silvania, Fusagasugá, Icononzo, Melgar, Nilo, Ricaurte, Suarez y Girardot [12]. Para el desarrollo del presente documento, se analizarán los datos de IRI para el tramo comprendido entre Silvania (PR 78+600) y Fusagasugá (PR 64+000); para el análisis de la información presentada se establece lo siguiente: • Recopilación de información del tramo en estudio. • Análisis Estadístico de la Información Recopilada. • Análisis comparativo de la información del sector versus experiencias nacionales e internacionales. • Análisis de la información frente a escalas nacionales y su influencia en procesos de gestión vial. • Elaboración del Informe Final. ✓ Diagnostico final del tramo en estudio por la metodología empleada. ✓ Conclusiones con relación a especificaciones, normas y representatividad del parámetro para el sector en estudio. ✓ Recomendaciones con relación a las exigencias presentadas en Colombia y su influencia en procesos de gestión vial. Fig. 7. Ruta 40, Vía Bogotá D.C. – Girardot (Cundinamarca) Fuente: Google. (s.f.). [Vía Suba- Granada – Girardot en Google maps]. Recuperado el 17 de octubre, 2017, de: https://www.google.com.co/maps En la Fig. 7, se muestra el trazo de la Ruta 40, desde la Ciudad de Bogotá D.C., hasta el Municipio de Girardot; en los puntos 1 y 2, se especifica el tramo de la zona en estudio. 1.5.2 Valores del Índice de Rugosidad Internacional (IRI) Las medidas de IRI obtenidos para el sector en estudio, permiten obtener una caracterización año a año, lo anterior, previo análisis estadístico de los valores e 1 2 Índices de Estado determinados para la concesión [13 - 14]; el resultado final comprende un periodo de 10 años (2004 a 2013), relacionados en la Tabla 6. Tabla 6. Valores de IRI del tramo en estudio – Análisis Estadístico. Tramo PR 64+000 -78+600 Año Índice de Estado Rugosidad IRI (m/Km) 2004 3,6 1,56 4,47 2005 3,4 1,06 5,96 2006 3,6 1,31 5,14 2007 4,2 2,81 2,21 2008 4,3 3,06 1,89 2009 4,3 3,06 1,89 2010 4,2 2,81 2,21 2011 4,4 3,31 1,58 2012 4,4 3,31 1,58 2013 4,2 2,81 2,21 Fuente: Elaboración Propia. Para el análisis anterior, se tomaron sectores típicos, descontando condiciones o secciones afectadas por estructuras de paso e hidráulicas (teniendo en cuenta que para el sector se cuenta con seis puentes), y secciones por afectaciones de tipo geológico, las cuales modifican sustancialmente los valores anuales de IRI anteriormente determinados y no son compatibles con el concepto de regularidad o rugosidad presentada en el numeral 1.2. Conforme, a lo establecido como valores característicos anuales, se expresa gráficamente, la condición del comportamiento del IRI, obteniéndose lo siguiente: Fig. 8. Curva de comportamiento del IRI para el tramo en estudio PR 78+600 a PR 64+000 Fuente: Elaboración Propia. 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 IR I (M /K M ) TIEMPO (AÑOS) IRI (m/Km) Del comportamiento anterior, se pueden evidenciar tres sectores, el inicial asociado a valores de IRI máximos (años 2004 y 2005), el segundo sector para el periodo 2005 a 2007, en el cual se presentan descensos considerables del valor de IRI y el tercer sector comprendido entre los años 2007 en adelante con un valor medio del parámetro IRI de 2 m/Km, que conforme a los valores y rangos estipulados en la Tabla 5, se puede establecer como una condición muy buena. Es de anotar, que los periodos determinados anteriormente, son compatibles conforme a los procesos de gestión vial emprendidos, toda vez que procesos constructivos, mantenimiento y rehabilitación, permiten establecer mejores condiciones de rugosidad que conlleven al incremento del PSI y por ende de la vida útil del pavimento. 1.5.3 Índice de Rugosidad Internacional (IRI), con relación a valores teóricos nacionales e Internacionales De los valores anualizados establecidos en la Tabla 6, se procede a determinar una relación a partir de los valores considerados dentro de las especificaciones generales de la concesión e Informes de Interventoría [13 - 14] y valores de referencia INVIAS establecidos en la Guía de Rehabilitación para pavimentos asfalticos [15], y estipulados en las Tablas 2, 3 y 5 y en la Fig. 5. Tabla 7. Condición de IRI por año para el tramo en estudio. Año IRI (m/Km) Condición según Norma INVIAS 2004 4,47 Regular 2005 5,96 Mala 2006 5,14 Regular 2007 2,21 Muy buena 2008 1,89 Muy buena 2009 1,89 Muy buena 2010 2,21 Muy buena 2011* 1,58 Muy buena 2012* 1,58 Muy buena 2013 2,21 Muy buena Fuente: Elaboración Propia. En equivalencia a lo establecido en la Fig. 8, podemos determinar de la Tabla anterior, dos zonas conforme a la condición y caracterización establecida por el INVIAS; la primera para los periodos de 2004 a 2006 y la segunda del año 2007 a 2013, de lo anterior podemos concluir que los procesos de intervención de gestión vial fueron ejecutados fundamentalmente durante los años 2004 a 2007 – Proceso constructivo, sin embargo, hacia los años 2011* y 2012*, se presenta una disminución significativa del valor de IRI, asociados a procesos de rehabilitación del tramo vial. En relación, a lo presentado anteriormente y de la Fig. 5, podemos establecer que para las condiciones de Colombia, la caracterización es de menor exigencia frente al resto de países objeto de análisis, sin embargo, si bien las condiciones varían de muy buena a mala, el punto de inflexión entre “bueno” o “malo” en el presente documento, lo tomaremos a partir del valor de referencia para valores de IRI buenos y regulares, esto soportado en diferentes conceptos técnicos asociados al PSI, bajo consideraciones de comodidad adecuadas para el usuario de la vía durante el tránsito. Tabla 8. Valores de IRI por País/Fuente con relación a Colombia. Valores de IRI (m/Km) País/Fuente Buena Punto Inflexión Regular Honduras 0,0-3,5 3,5 3,5-6 Washington State Departament of Transportation (WSDOT) 1,5-2,5 2,5 2,5-3,5 Federal Highway Administration (FHWA) 1,0-1,5 1,5 1,5-2,0 Costa Rica 1,0-2,0 2,0 2,0-3,5 Brasil 1,0-3,5 3,5 3,5-4,5 Uruguay 3,5-4,0 4,0 4,0-4,5 Chile 0,0-3,0 3,0 3,0-4,0 Colombia 2,5-3,5 3,5 3,5-5,5 Fuente: Elaboración Propia. Con base en los datos de la Tabla 8, podemos determinar que, a excepción de Uruguay, Colombia presenta un punto de inflexión relativamente alto en comparación a países incluso de similares condiciones económicas como lo es Costa Rica, este parámetro se debe valorar principalmente en relación a procesos y tecnologías para la construcción de pavimentos asfalticos, es decir, las condiciones locales juegan un papel importante en su determinación, y se estima que el mismo se debe ajustar en próximos años conforme al avance presentado para Colombia en materia de infraestructura vial y la necesidad de contar con mejores condiciones de rodamiento relacionado con la comodidad como parámetro funcional. Es de anotar que este punto de inflexión es un valor de referencia para estimar su influencia sobre conceptos de “bueno” o “malo”, y los procesos de intervención o gestión vial en relación a procesos de rehabilitación pueden darse con valores de IRI más altos en combinación con otros parámetros funcionales y estructurales; pero el nivel de servicio valorado a partir de este parámetro conforme a lo establecido en la Tabla 4, estimados de las fórmulas de Paterson y Al-Omari y Darter, se establece que para un IRI de 3,5 m/Km, el PSI varia de 2,0 a 2,2; cuyo valor corresponde a la condición teórica de serviciabilidad final bajo la cual se debe intervenir la estructura del pavimento. Como parámetro funcional con relación al punto de Inflexión para Colombia, en la actualidad lo definiremos como adecuado, con base en las condiciones teóricas y locales según el concepto presentado por el autor y definir que a partir del año 2007 el tramo en estudio de la doble calzada Bogotá – Girardot presenta valores que permiten una adecuada condición de transito bajo las condiciones de estudio y análisis limitadas anteriormente en el presente documento. 1.5.4 Índice de Rugosidad Internacional (IRI) e Índice de Servicio Presente (PSI) A partir de las expresiones de Paterson y Al-Omari & Darter, podemos establecer el valor del PSI asociado a partir del IRI mediante correlaciones, tal como se muestra en la Tabla 9. Tabla 9. Valores de PSI a partir de IRI mediante correlaciones. PSI Tramo PR 64+000 -78+600 Año IRI (m/Km) Paterson Al-Omari & Darter 2004 4,47 1,78 1,56 2005 5,96 1,31 1,06 2006 5,14 1,55 1,31 2007 2,21 2,90 2,81 2008 1,89 3,14 3,06 2009 1,89 3,14 3,06 2010 2,21 2,90 2,81 2011 1,58 3,39 3,31 2012 1,58 3,39 3,31 2013 2,21 2,90 2,81 Fuente: Elaboración Propia. En proporcionalidad al comportamiento y análisis efectuado sobre el parámetro IRI; el PSI presenta dos rangos de comportamiento, sin embargo, como valor máximo obtenemos 3,39, el cual asociado a valores iniciales de serviciabilidad, es relativamente bajo al considerado en un pavimento asfaltico tomado como 4,2. Teóricamente, asociamos que valores de PSI iniciales de 4,2; están asociados a valores de IRI menores a 1 m/Km, condición que no se presenta en nuestro tramo en estudio; bajo la restricción de no analizar el restante de parámetros funcionales y estructurales y las consideraciones teóricas de Paterson y Al-Omari & Darter, podemos establecer que el valor máximo de IRI presentado en la serie histórica asociado a los años 2011 y 2012, no cumplen con el criterio del diseño, lo cual puede influir en el proceso de mantenimiento y rehabilitación, toda vez que la vida útil o de diseño del pavimento puede ser menor a la esperada, sin embargo, dicha condición se debe establecer mediante procesos de evaluación. Ahora bien, los conceptos de valoración muy bueno y bueno con relación al parámetro IRI asociado a un valor de 2,5 m/Km, permiten relacionarlo teóricamente con un valor de PSI de 2,6 a 2,7; bajo esta situación, y en concordancia a lo expuesto en el análisis del punto de inflexión e índice de servicio presente final, se debe reconsiderar dicha condición en búsqueda de mejores condiciones en la dinámica vehicular. 1.5.5 Índice de Servicio Presente (PSI) y Procesos de Gestión Vial De los valores registrados en la Tabla 9, podemos evidenciar el comportamiento del PSI a partir de los valores teóricos obtenidos por correlación. Fig. 9. Comportamiento del PSI teórico para el tramo en estudio PR 78+600 a PR 64+000 Fuente: Elaboración Propia. En concordancia con lo establecido en la curva del comportamiento típico de un pavimento; la Fig. 9 muestra el decrecimiento del mismo hasta valores límite teóricos por debajo de 2,0; condición no deseable en procesos de gestión vial, lo cual se presenta para los años 2004 y 2005. Posteriormente el Índice de Servicio aumenta para los años siguientes por diferentes procesos de Intervención. Es claro que el aumento significativo se da para el periodo 2006 a 2007, con una constante durante los años 2007 a 2010 y un leve incremento por procesos de mantenimiento y rehabilitación parcial durante los años 2011 y 2012. Como PSI inicial teníamos valores de 1,0 a 1,5, con valores finales en el año 2013 que oscila el valor de 3,0 a 3,2, considerándose una mejora del nivel de servicio del 200% aproximadamente, considerando que el proceso de gestión vial ha influido significativamente en el tránsito vehicular perceptible por el usuario y su influencia como principal parámetro y factor de influencia funcional en la valoración del pavimento en concreto asfaltico del tramo en estudio y aplicable de forma general. 2 CONCLUSIONES El Índice de Servicio Presente (PSI) se encuentra definido a partir de muchos parámetros funcionales y estructurales, pero sin duda alguna, la rugosidad es el más importante. Su determinación con base en el Índice de Rugosidad Internacional (IRI) influye de forma significativa en la percepción del usuario respecto a la calidad de la vía durante el tránsito. Siendo que el IRI, es el parámetro funcional más importante desde el punto de vista teórico y de percepción por parte del usuario como se ha anotado anteriormente, para el tramo en estudio, se puede redefinir tal concepción con su evaluación y estudio del comportamiento, con valores de PSI de aproximadamente 3,4; generando adecuadas condiciones de rodadura asociados a valores de IRI menores de 2 m/Km, considerando una muy buena condición durante el tránsito para velocidades típicas en nuestro medio de 80 Km/hora. 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 PSI Paterson Al-Omari & Darter El desarrollo de nuevas tecnologías constructivas y de materiales y la necesidad de disminuir los tiempos de recorrido exigen que los valores de IRI “aceptables” para nuestro medio deban ser reajustados en próximos años, optimizando de esta manera el producto inicial y permitiendo periodos de servicio reales conforme a criterios de diseño, disminuyendo costos de intervención y rehabilitación relacionados con procesos de gestión vial. En la definición del comportamiento del pavimento flexible del tramo en estudio a través del PSI en función del IRI, nos permite definir lo procesos de intervención (construcción, rehabilitación y mantenimiento) generados durante los periodos 2005 a 2007 y 2011 a 2012, con menores valores asociados de rugosidad y por ende mejores condiciones durante el tránsito. De acuerdo con el análisis efectuado sobre condiciones “buenas” o “malas”, para el sitio de análisis relacionadas con el estado superficial en función de la rugosidad lo definiremos como adecuado, con base en las condiciones teóricas y locales, esto teniendo en cuenta las condiciones de estudio y análisis, limitadas anteriormente en el presente documento. Bajo las condiciones definidas inicialmente de criterios para un adecuado tránsito: economía, rapidez, seguridad y comodidad, la rugosidad es fundamental para garantizar la calidad y emprender procesos de gestión vial. La relación IRI – PSI es inversamente proporcional; teóricamente se presentó su evaluación en el presente documento; el decrecimiento del IRI genera un mejor PSI, esto influye en una mejor dinámica durante el tránsito vehicular y por ende una mejor percepción del usuario en función del tránsito y mejores tiempos de recorrido para el transporte (pasajeros y carga). El comportamiento del PSI y su determinación en un tiempo específico determinado, permiten tomar decisiones con el fin de conservar valores límite mínimos conllevando a beneficios técnicos y económicos. Los procesos emprendidos en el tramo en estudio para la concesión Bogotá – Girardot, han permitido mantener valores de IRI y PSI en condiciones de calidad, sin embargo, estos deben ser objetos de seguimiento, evaluación, mantenimiento y rehabilitación si así se determina, con el fin de garantizar en años futuros condiciones mejores o similares a las encontradas conforme al análisis y en equivalencia a lo estipulado por los valores de referencia determinados como aceptables para nuestro medio. AGRADECIMIENTOS Agradecimientos a la Agencia Nacional de Infraestructura (ANI), por suministrar la información base para el desarrollo del presente artículo con relación a la medición del índice de Rugosidad Internacional (IRI). REFERENCIAS [1] Ministerio de Transporte, Transporte en Cifras Año 2016, Disponible en: https://www.mintransporte.gov.co/visorpdf.php?id=15483&pdf=1, consultado el 24 de octubre de 2017. [2] Mario C. Arriaga Patiño, Paul Garnica Anguas & Alfonso Rico Rodríguez, Índice Internacional de Rugosidad en la Red Carretera de México, Publicación Técnica No.108, Sanfandila, Qro., 1998. [3] Instituto Nacional de Vías, Norma I.N.V. E – 790 – 13, Determinación del Índice Internacional de Rugosidad (IRI) para Medir la Rugosidad de los Pavimentos, Bogotá, Colombia: 2013. Impreso Ediciones LTDA. [4] Fernando Sánchez Sabogal. Sobre el Índice de Estado en los Contratos de la Tercera Generación de Concesión de Carreteras Nacionales. Documento FSS – CCI – 001 Revisión 1. Bogotá D. C., diciembre de 2014. [5] American Association of State Highway and Transportation Officials, “AASHTO”, Guide for Design of Pavement Structures”, Page I-8, Washington D.C., 1986. [6] Pradena Miquel, Mauricio. Análisis de Regularidad Superficial en Caminos Pavimentados. Revista de la Construcción, vol. 5, núm. 2, diciembre, 2006, pp. 16-22. Pontificia Universidad Católica de Chile. Santiago, Chile. [7] ASTM, Standard Practices for Simulating Vehicular Response in Longitudinal Profiles of a Vehicular Traveled Surface. American Society for Testing and Materials ASTM E1170-92, 1995. [8] Instituto Nacional de Vías, Articulo 440 - 13, Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras Bogotá, Colombia: 2013. [9] José Luis Mercado, Desarrollo de una herramienta computacional basada en la lógica difusa para la gestión de vías en servicio, tesis inédita de maestría, Maestría en Ingeniería – Geotecnia, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., 2017. [10] José Luis Mercado, Presentación Clases Evaluación, Rehabilitación y Mantenimiento de Pavimentos, Especialización en Ingeniería de Pavimentos, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá D.C., 2017. [11] Instituto Nacional de Vías, Manual de diseño de pavimentos asfálticos para vías con bajos volúmenes de tránsito; Bogotá, Colombia: 2013. 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