*Por el Ing. Néstor Wilfredo Huamán Guerrero de Néstor Huamán & asociados SRL. Lima, Perú.
El objetivo de este trabajo es presentar al IRI como un indicador de niveles de servicio que califica y cuantifica el estado de una vía y que normalmente se utilizan como límites admisibles hasta los cuales pueden evolucionar su condición superficial, funcional, estructural y que son propios a cada vía; éste establece los factores técnicos dentro de un esquema general de satisfacción del usuario (comodidad, oportunidad, seguridad y economía) y rentabilidad de los recursos disponibles. En el caso específico de Perú existe la Norma EG2013 «Especificaciones Generales 2013», la cual establece valores del IRI que técnicamente son imposibles de poder alcanzar por el tipo de obra a ejecutar y su proyecto referido a la estructura del paquete estructural, geografía de la zona, geometría de la vía, tipo de carpeta de rodadura, etc. Por otra parte, el IRI por ser un parámetro estadístico se ve afectado por las llamadas “singularidades” de la superficie (lomos, hundimientos, deformaciones, acceso a puentes o losas de concreto, badenes, reductores de velocidad, etc), así como deformaciones que puedan ocurrir por movimientos de plataforma por causas de inestabilidad geotécnica en rellenos, empuje de taludes o aguas, lo que suele ser común en estas vías de montaña.
Análisis conceptual del índice de regularidad internacional – IRI – como un indicador para la aceptación de los trabajos
El presente punto contiene información referencial sobre el IRI, con la finalidad de presentar en forma general el concepto básico, sus antecedentes y aspectos fundamentales sobre su aplicación en carreteras.
El International Rougness Index (IRI) o Índice de Regularidad Internacional es un indicador de la calidad de rodaje de un pavimento, fue desarrollado por el Banco Mundial en el marco de la investigación que dio origen al programa HDM, en los años 80´s [1]. Posteriormente fue adoptado por PIARC (World Road Association) y muchos países como referente para evaluar y cuantificar el nivel de servicio funcional de los pavimentos.
El IRI, siendo un índice numérico permite calificar la condición de un pavimento en forma cuantitativa, lo que elimina la subjetividad en esta calificación. Previamente, se empleó – con este fin – el PSI, Índice de Serviciabilidad Presente (Present Serviciability Index) desarrollado en el ensayo vial AASHO (hoy AASHTO) en los años 60´s, el cual define el PSI como “la
habilidad de un pavimento para servir el público usuario” [2]. El PSI es primordialmente función de las variaciones del perfil en la huella de paso del neumático, en la que el parámetro varianza de la pendiente (Slope Variance SV) es el término más influyente en la ecuación AASHTO de PSI.
Una definición de IRI es la siguiente:
Índice de regularidad superficial (IRI): Es un número estadístico utilizado para medir la magnitud de la rugosidad en un perfil longitudinal. El IRI es una medida de la influencia de la calidad del perfil longitudinal de la carretera en la calidad de la rodadura, que representa la vibración de un vehículo típico de pasajeros como resultado de la falta de regularidad de la superficie de la vía. Se define como el movimiento acumulado en una distancia determinada de la suspensión de un modelo matemático denominado “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 longitudinal de la vía. [3]. La Figura 1, ilustra el concepto de IRI y la percepción del usuario.
La normativa española [4] indica lo siguiente en referencia a la definición de IRI: “Para definir el IRI se emplea un modelo matemático que simula la suspensión y masas de la cuarta parte de un vehículo tipificado que circula a 80 km/h por el tramo de carretera que se pretende evaluar”. Esta afirmación indica que la determinación del IRI es un proceso significativamente complejo ya que intervienen numerosas variables y modelos que deben ser integrados correctamente a fin de producir resultados consistentes y confiables. En la Figura 2, se muestra el esquema de suspensión del vehículo que amortigua los movimientos verticales que afectan el confort, y en casos la seguridad del usuario, los que al ser acumulados en una determinada distancia de recorrido permiten calcular el IRI. Como puede observarse el IRI es determinado en base a una compleja formulación matemática, en función de constantes de resorte de la amortiguación y la masa actuante; la amortiguación es aportada por 2 elementos: (1) los dispositivos que unen el eje con la carrocería o receptáculo del vehículo y (2) la amortiguación que aporta el neumático al deformarse al contacto con las irregularidades del pavimento.
Como se ha indicado el IRI es una medida de regularidad estandarizada obtenida mediante sistemas de medición de respuesta, que es afectada por la velocidad del vehículo, por lo que se ha especificado una velocidad de 80 kph (50 mph) para su determinación. En resumen, el IRI es una medida de la relación acumulada de los movimientos de la suspensión de un vehículo en la distancia recorrida a 80 kph [5].
Antecedentes del IRI
El IRI es considerado el resultado más importante de la investigación IRRE (International Road Roughness Experiment) realizada por el Banco Mundial en varios países, que permite evaluar el efecto de la irregularidad del perfil del pavimento o “regularidad” en el costo de operación de los vehículos. Así la regularidad (IRI) es la variable clave que relaciona el costo usuario con la condición superficial de la vía, por lo que la magnitud de este efecto es tal que usualmente influye en decisiones sobre el tipo de superficie, políticas de diseño y mantenimiento de pavimentos. IRI es por otro parte definido como “…una medida absoluta del perfil de la vía en la huella de paso del neumático expresado en m/km… que representa el efecto del perfil en el movimiento del eje cuerpo de un vehículo en movimiento idealizado en un cuarto de carro…” [6]. Como se ilustró en la Figura 2.
El IRRE proporcionó además una base sólida para correlacionar diversas escalas de medición de regularidad desarrolladas mediante otros estudios, como se muestra en la Figura 3. Un ejercicio considerablemente complicado por efecto de la frecuencia inducida por la diferencia en las velocidades de medición y otras variables y procedimientos de medición, lo que tiene un significativo efecto en la percepción del usuario.
En la Figura 3 las variaciones en correlación debido al efecto de la frecuencia son indicadas por los rangos límites mostrados. De estas correlaciones es relevante destacar la referente a IRI vs PSI (Índice de Serviciabilidad).
La ecuación de correlación es:
IRI = 5.5 ln (5.0 / PSI) válida para IRI < 12 (1)
Estos Índices, IRI y PSI, son empleados fundamentalmente para determinar la calidad superficial del pavimento en términos de como la percibe el usuario; sirven además para determinar la curva de deterioro del pavimento en el tiempo, así como para definir valores de aceptación de un pavimento y de umbrales para la ejecución de trabajos de mantenimiento y rehabilitación. Estos valores son definidos en función de la importancia de la vía, por ejemplo, cuanto más volumen de tráfico, velocidad de diseño e importante sea una determinada vía, más exigentes son los valores de IRI, ya que la condición del pavimento afecta un mayor número de usuarios, en función de: confort, seguridad, costo de operación, velocidad, tiempo de viaje etc.
Sobre el IRI hay abundante literatura tanto en internet como en otras fuentes, sin embargo, muy poca se refiere a IRI en vías menores de bajo volumen o terciarias con tratamiento superficial o micropavimento como superficie de rodadura, en vista que esta medida fue concebida para vías resultantes de paquetes estructurales importantes siendo limitantes inclusive la velocidad de 80 kms./ hora que no se alcanza en vías de tercer o cuarto orden que normalmente presentan zonas muy agrestes, con una topografía muy accidentada y por lo tanto una geometría de la carretera excesivamente cerrada como se verá más adelante.
Efectos del IRI en la circulación de vehículos
Como se ha comentado, el IRI es fundamentalmente un indicador de la calidad de rodaje. El valor del IRI tiene relación directa con el costo de operación de los vehículos, la seguridad y velocidad de operación, además es empleado en el modelaje de la curva de deterioro de un pavimento (ver Figura 4), como indicador de requerimiento para aceptación de trabajos de construcción y rehabilitación de pavimentos y en los Sistemas de Gestión de Pavimentos.
En referencia a la velocidad de rodaje esta se ve afectada a medida que el valor de IRI se incrementa, como puede observarse en la Figura 5. Esta reducción, asumiendo que la vía no tiene restricciones geométricas, se comienza a acentuar para distintos tipos de vehículos cuando el IRI se incrementa por encima de 8 m/km.
La reducción de la velocidad tiene repercusión en los tiempos de viaje, que afecta tanto a personas como la entrega de mercancías, lo que evidentemente es de mayor impacto a medida que el volumen de tráfico se incrementa, ya que tiene un efecto multiplicador en función del número de vehículos. Similar consideración aplica al incremento en el costo de operación.
En referencia al nivel de confort y su relación con la velocidad de circulación, está establecido que para valores de IRI entre 6 y 8 m/km se puede circular confortablemente a velocidades entre 70 y 90 kph, siempre que la geometría de la vía lo permita. Por otra parte, la Transportation Research Board (TRB) [8], establece criterios en referencia a los valores recomendados de IRI para calificar la condición del pavimento en función del volumen de tráfico de la vía. En la misma se observa, que para valores de Transito Diario Promedio Anual (TDPA) hasta de 4999 vpd (vehículos por día) se considera como Buenos valores entre 4 a 8 y Regular entre 8 a 11 m/km. Si bien esta clasificación luce benévola, lo destacable es que se refuerza el criterio que el IRI exigido en una vía debe estar en concordancia con la importancia de la misma y fundamentalmente con el volumen de tráfico o número de usuarios, ya que el impacto, bien en costo de operación como en tiempos de viaje, es directamente proporcional a los volúmenes. Por esta razón las especificaciones constructivas y de calidad están directamente relacionadas con este concepto, así es común encontrar criterios de aceptación más holgados para vías menores, ya que elevados niveles de exigencia incrementan los costos de las obras sustancialmente, lo que en casos hace inviable o injustificable inversiones en la vialidad menor.
Normativa peruana relacionada con el IRI
En Perú, las normas técnicas sobre obras viales las determina el Ministerio de Transportes y Comunicaciones a través de la Dirección General de Caminos y Ferrocarriles; entre ellas el Manual de Ensayos de Materiales EM2016, “Manual de Carreteras” Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos 2014 [9]; Manual de Carreteras Mantenimiento o Conservación Vial 2018, entre otros. Es el caso que las especificaciones sobre el IRI se encuentran en las Manual de Carreteras “Especificaciones Técnicas Generales para Construcción” (EG – 2013) [10], por lo que paso a desarrollar su contenido en lo referente al tema en estudio.
CAPITULO IV: PAVIMENTOS
Sección 402: Subbases Granulares
c. Calidad del trabajo terminado: Resultan aplicables todos los controles y criterios de aceptación de la Subsección 301.10(c). Además de ellos, el Supervisor deberá verificar:
• Que la cota de cualquier punto de la subbase granular conformada y compactada, no varíe en más de 1 cm. con respecto a la cota proyectada.
• La uniformidad de la superficie de la obra ejecutada será comprobada, por cualquier metodología que permita determinar tanto en forma paralela como transversal al eje de la vía, que no existan variaciones superiores a 1 cm. Cualquier diferencia que exceda esta tolerancia, así como cualquier otra falla o deficiencia que presentase el trabajo realizado, deberá ser corregida por el Contratista a su cuenta, costo y riesgo de acuerdo a las instrucciones y aprobación del Supervisor.
Sección 403: Bases Granulares
403.13 Calidad del trabajo terminado. La capa terminada deberá presentar una superficie uniforme y ajustarse a las rasantes y pendientes establecidas. La distancia entre el eje del Proyecto y el borde de la capa no podrá ser inferior a la señalada en los planos o la definida por el Supervisor quien, además, deberá verificar que la cota de cualquier punto de la base conformada y compactada, no varíe en más de 10 mm. de la proyectada (no indica IRI).
403.13 Calidad del trabajo terminado
c. Uniformidad de la Superficie
La uniformidad de la superficie de la obra ejecutada será comprobada, por cualquier metodología que permita determinar tanto en forma paralela como transversal, al eje de la vía, que no existan variaciones superiores a 10 mm. (no indica IRI). Cualquier diferencia que exceda esta tolerancia, así como cualquier otra falla o deficiencia que presentase el trabajo realizado, deberá ser corregida por el Contratista a su cuenta, costo y riesgo de acuerdo a las instrucciones y aprobación del Supervisor
Pavimentos Flexibles
Sección 418: Tratamientos Superficiales
Aceptación de los trabajos, 418.15 Criterios, a. Controles: Se aplica lo indicado en la Subsección 415.07(a). b. Condiciones y tolerancias para la aceptación, c. Calidad del trabajo terminado
3. Rugosidad: Se entenderá que la superficie del pavimento tiene una rugosidad aceptable, si el promedio por km o fracción tienen un valor de IRI igual o inferior a 2,5 m/km, salvo que la especificación particular establezca un límite diferente. Todas las áreas con defectos de calidad y que excedan las tolerancias indicadas en el presente numeral, deberán ser reconstruidas por el Contratista, a su cuenta, costo y riesgo, de acuerdo con las instrucciones y la aprobación del Supervisor. Para la medición de rugosidad se seguirá lo especificado en la Subsección 423.18(g) (5)
SECCIÓN 420 MORTERO ASFÁLTICO
g. Controles adicionales que debe efectuar el Supervisor durante cada jornada de trabajo:
3. Rugosidad: La rugosidad, medida en unidades IRI, no podrá ser superior a 2,5 m/km, salvo que las especificaciones particulares establezcan un límite diferente. Todas las áreas que presenten defectos de calidad y excedan las tolerancias indicadas en el presente numeral, serán reemplazadas por el Contratista, a su costo, de acuerdo con las instrucciones y aprobación del Supervisor. Para la medición de rugosidad se seguirá lo especificado en la Subsección 423.18(g) (5).
NOTA 1: Como se puede verificar la exigencia del IRI para tratamientos superficiales y morteros asfálticos debe ser igual o menor a 2.5 m/km, lo cual constructivamente es imposible alcanzar en vías de segunda o tercera clase por la sinuosidad de estas prácticamente sin tangentes debido a la continuidad de las curvas, elevadas pendientes y con muchas singularidades en su geometría; más aun considerando que son capas de espesores muy delgadas del orden de 2 o 3 cms. y donde prácticamente el IRI de la base granular es reflejado en la superficie de la carpeta de rodadura (por ello es que esta especificación debe ser cambiada).
SECCIÓN 423: PAVIMENTO DE CONCRETO ASFÁLTICO EN CALIENTE
g. El Supervisor deberá efectuar las siguientes verificaciones:
5. Regularidad de la superficie de rodadura o rugosidad: La regularidad superficial de la superficie de rodadura será medida y aprobada por el Supervisor, para lo cual, por cuenta y cargo del Contratista, deberá determinarse la rugosidad en unidades IRI. Para la determinación de la rugosidad podrán utilizarse métodos topográficos, rugosímetros, perfilómetros tipo de alto rendimiento u otro método debidamente aprobado por el Supervisor. La medición de la rugosidad sobre la superficie de rodadura terminada, deberá efectuarse en toda su longitud y debe involucrar ambas huellas por tramos preestablecidos o aprobados por el Supervisor, en los cuales las obras estén concluidas, registrando mediciones en secciones cada 100 m. La rugosidad, en términos IRI, tendrá un valor máximo de 2,0 m/km.
NOTA 2: Como se puede apreciar, la norma específica un valor de IRI bastante exigente; sin embargo, no establece diferencias de las características del proyecto donde se ejecutará la obra como geografía de la zona, diseño del paquete estructural, ni de la geometría, tipo de tráfico, etc., aspectos muy incidentes para establecer el IRI que le pueda corresponder a la vía.
SECCIÓN 424: PAVIMENTO DE CONCRETO ASFÁLTICO EN FRIO
424.02 Mezcla densa en frío. Aceptación de los trabajos – 424.23 h El Supervisor deberá efectuar las siguientes verificaciones
3. Uniformidad de la Superficie: La uniformidad de la superficie de la obra ejecutada será comprobada, por cualquier metodología que permita determinar tanto en forma paralela como transversal, al eje de la vía, que no existan variaciones superiores de 5 mm en capas de rodadura o 10 mm en capas de base o intermedias y bacheos. Cualquier diferencia que exceda esta tolerancia, así como cualquier otra falla o deficiencia que presentase el trabajo realizado, deberá ser corregida por el Contratista a su cuenta, costo y riesgo de acuerdo a las instrucciones y aprobación del Supervisor.
5. Regularidad superficial: Se aplica lo indicado en la Subsección 423.18(g)(5)
SECCIÓN 425: MICROPAVIMENTO
g. Durante cada jornada de trabajo, además el Supervisor efectuará los siguientes controles:
3. Rugosidad La rugosidad, medida en unidades IRI, no podrá ser superior a 2,5 m/km, salvo que las especificaciones particulares establezcan un límite diferente. Esta exigencia no se aplicará cuando el micropavimento se construya sobre un pavimento existente. En este caso el Proyecto deberá indicar el nivel de rugosidad aceptable. Todas las áreas donde no se cumplan lo especificado, deberán ser reconstruidos por el Contratista, a su costo y riesgo, y aprobado por el Supervisor Para la medición de rugosidad se seguirá lo especificado en la Subsección 423.18(f) (5).
SECCION 433: PAVIMENTO DE CONCRETO ASFÁLTICO CON MEZCLAS POROSAS
g. El Supervisor deberá efectuar las siguientes verificaciones:
6. Rugosidad: La rugosidad de la superficie de rodadura será medida y aprobada por el Supervisor, para lo cual, por cuenta y cargo del Contratista, deberá determinarse en unidades IRI. Manual de Carreteras “Especificaciones Técnicas Generales para Construcción” 723 (EG – 2013) Para la determinación de la rugosidad podrán utilizarse métodos topográficos, rugosímetros, perfilómetros o cualquier otro método aprobado por el Supervisor. Para efectos de la evaluación con fines de recibo, las medidas se harán en cada uno de los carriles del pavimento construido y los valores del IRI se presentarán en m/km, por tramos de 5 km, registrando mediciones cada 100 m, cumpliendo los valores de la Tabla 433-04, con la excepción que se cita en el párrafo siguiente. No habrá exigencia sobre el cumplimiento de rugosidad superficial en tramos que incluyan singularidades, entendiendo por tales todas aquellas alteraciones del perfil longitudinal de la carretera que incrementen el IRI y no provengan de deficiencias constructivas, como pueden ser intersecciones con otras vías, puentes, pozos de inspección, etc., los cuales serán definidos por el Supervisor, con su ubicación respectiva (carril y abscisa), antes de proceder con la determinación del IRI. Si los resultados del IRI exceden los límites especificados en la Tabla 433-04 el tramo correspondiente será rechazado (sólo se refiere en forma específica a esta Sección 433, agregando que en Perú no se diseña carpetas de rodadura del tipo drenante).
SECCIÓN 438: PAVIMENTO DE CONCRETO HIDRÁULICO. Aceptación de los trabajos 503.11
d. Calidad del trabajo terminado.
4. Rugosidad La rugosidad superficial medida en unidades IRI no podrá ser mayor de 3,0 m/km. Para la medición de la rugosidad se seguirá lo especificado en la Subsección 423.18(e) (5).
Influencia de la geometría de la vía en el IRI
Las características geométricas de la carretera pueden influir en el IRI dependiendo del trazo en alzado y en planta. El valor del IRI es una característica propia del perfil longitudinal, y toda carretera tiene un valor de IRI que depende del diseño geométrico desde el inicio de su vida en servicio. Este IRI inicial es influenciado por el número de curvas consecutivas con radio reducido y distancias cortas de transición en el desarrollo de los peraltes.”
En resumen, numerosos trabajos e investigaciones coinciden en varios aspectos fundamentales para el análisis de este caso:
Las características y restricciones geométricas de la vía tienen marcada influencia en los valores de IRI medidos, tendiendo a incrementarlos sustancialmente.
Influencia de las singularidades
Las singularidades se refieren a elementos que existen en una carretera, que por su naturaleza provoca una medición del IRI elevada y que no es posible retirarlas de la vía porque constituyen elementos importantes para la carretera y/o para la seguridad vial como son los puentes, badenes, gibas, buzones en zonas urbanas, etc.
También se consideran como singularidades a las zonas críticas producidas por razones ajenas al desempeño del mantenimiento rutinario, las cuales pueden ser la geodinámica externa o de origen hidrológico o de limitaciones económicas para la implementación de soluciones integrales.
Conclusiones y recomendaciones
5.1. En la literatura consultada se encontró poca información de normativas para casos de vías de bajo volumen de tráfico, son poco estrictas con valores límite en el orden de 6 m/km como es el caso español. En casi todos los países consultados como son Argentina, Colombia, Venezuela, etc., donde ejecutan obras similares no exigen como índice de nivel de servicio al IRI. Además, es conveniente tener en cuenta que una buena o muy buena transitabilidad en vías menores no requiere un IRIc de 3 m/km.
5.2 Las mediciones de IRI se ven afectadas por las restricciones geométricas de la vía, tal como lo indican muchas de las referencias que se pueden consultar, en especial debido a la velocidad de medición. Es necesario también en cuenta que normalmente los términos de referencia en los procesos de selección para este tipo de vías establecen con claridad que las mediciones se deben realizar sin tener en consideración las alteraciones que produzcan las gibas, pontones, puentes, badenes y puntos críticos u otro elemento ajeno a la superficie de rodadura (singularidades); así como por deformaciones que puedan ocurrir por movimientos de plataforma por causas de inestabilidad geotécnica en rellenos, empuje de taludes o aguas, lo que suele ser común en estas vías de topografía accidentada.
5.3 En la mayoría de los casos de estas obras en Perú, el contratista y la supervisión han realizado un significativo esfuerzo técnico-constructivo con la finalidad de lograr el mejor acabado -en términos de planitud de la superficie- no obstante, no se logra llegar a valores requeridos por la entidad. En este sentido, con la finalidad de que se analice en mayor profundidad esta normativa, con miras a definir valores obtenibles dentro de la buena práctica constructiva o procedimientos de construcción y medición adecuados; por lo tanto, el autor recomienda:
– Nombrar una Comisión con la urgencia del caso que analice los requerimientos según el tipo de obra a ejecutar y defina valores en acuerdo con la importancia de la vía, volúmenes de tráfico y las particularidades de cada proyecto, actualizando de esta manera la actual norma vigente EG2013.
– Realizar un ensayo a full escala, en vías con distintos pavimentos y variables geométricas y de diseño a fin de definir valores obtenibles mediante una buena práctica constructiva. Se debe determinar a escala real valores acordes con la realidad del proyecto y en acuerdo a ello lograr la normativa que corresponda. A entender del autor, actualmente se viene penalizando injustamente al contratista y la entidad debe resolver este inconveniente técnico – contractual con justicia y equidad.
– El avance en estos puntos sería sin duda una sustancial mejora técnica, adecuación y actualización en las normativas peruanas, ya que se apoyaría en nuestras propias experiencias y no en especificaciones foráneas que se aplican sin la debida validación o ajuste a condiciones locales.
Referencias
[1]TRB. Pavement Rougness abd Rideability Field Evaluation. Report 308. 1988.
[2]Transportation Research Record N° 1260. Measurement of Pavement Surface Conditions. 1990.
[3]LANAMME. Índice de Regularidad Internacional. Reporte LM-PI-PV-IN-24a-04.
[4]Instituto Nacional de Vías. Artículo 430-07 Tratamiento Superficial
[5]M.A. del Val.
[6]Banco Mundial. The Highway Design and Maintenance Estándar Model. Volume 1:
Description of the HDM-III Model. 1987
[7]INVIAS E-790-07 Determinación del Índice Internacional de Rugosidad (IRI) para Medir la Rugosidad de los Pavimentos.
[8]Transportation Research Board.
[9]Manual de Carreteras: Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos 2014.Perú
[10]Manual de Carreteras “Especificaciones Técnicas Generales para Construcción” (EG-2013) .Perú
