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Comparación del Índice de Rugosidad Internacional (IRI) a partir de información obtenida por

métodos fotogramétricos

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TRABAJO DE GRADO

COMPARACIÓN DEL ÍNDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) A PARTIR DE

INFORMACIÓN OBTENIDA POR MÉTODOS FOTOGRAMÉTRICOS

ANGARITA ARIAS LILIANA FERNANDA

SÁNCHEZ ARCHILA JUAN CARLOS

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

PROYECTO CURRICULAR INGENIERÍA TOPOGRÁFICA

BOGOTÁ D.C.

2017



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COMPARACIÓN DEL ÍNDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) A PARTIR DE

INFORMACIÓN OBTENIDA POR MÉTODOS FOTOGRAMÉTRICOS

ANGARITA ARIAS LILIANA FERNANDA CÓD. 20142032252

SÁNCHEZ ARCHILA JUAN CARLOS CÓD. 20142032251

Requisito para optar por el título de Ingeniero (a)

en Topografía en la modalidad de Trabajo De Grado

DIRECTOR

Carlos Alfredo Rodríguez

Ing. Topográfico / Esp SIG

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

PROYECTO CURRICULAR INGENIERÍA TOPOGRÁFICA

BOGOTÁ D.C.

2017



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Nota de Aceptación

El comité de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas aprueba el trabajo de grado

titulado “COMPARACIÓN DEL ÍNDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) A

PARTIR DE INFORMACIÓN OBTENIDA POR MÉTODOS FOTOGRAMÉTRICOS”. En

cumplimiento de los requisitos para obtener el título de Ingeniero (a) en Topografía

____________________________

Carlos Alfredo Rodríguez

Director de Trabajo de Grado

____________________________

Wilmar Darío Fernández Gómez

Revisor

Bogotá D.C.



4

La universidad no será responsable de las ideas expuestas por los graduandos en el trabajo

de grado.

Artículo 117, Capitulo 5, Acuerdo 029 de 1998.



5

Agradecimientos

Este proyecto no hubiese sido posible sin la colaboración de nuestras familias, quienes fueron

nuestro sustento no solo durante la ejecución de este, si no a lo largo de la formación académica

que nos brindó la Universidad Distrital, por ello agradecemos a padres, hermanos y compañeros

de proyecto por representar el apoyo incondicional en el desarrollo de este proyecto.

Hacemos un especial reconocimiento al Ing. Carlos Alfredo Rodríguez Rojas, Ing. Wilmar

Fernández y al Ing. Oscar Reyes ya que nos gestionaron los diferentes permisos para desarrollar

el proyecto en las instalaciones de la Universidad Militar Nueva Granada además de contar con

sus valiosos aportes, el apoyo y dedicación durante este proceso, permitiéndonos ampliar

nuestros conocimientos y culminar esta etapa de manera grata.

Finalmente extendemos nuestras gratitudes a aquellas personas que nos colaboraron y nos

prestaron su ayuda en algún momento de este proceso.



6

Contenido

Pág.

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 15

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................................................................. 16

JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................................................ 17

OBJETIVOS ................................................................................................................................................... 18

2 ANTECEDENTES ................................................................................................................................... 19

1 MARCO TEÓRICO ................................................................................................................................ 21

Índice de regularidad internacional (IRI) ................................................................................................ 21

Escala y características del IRI ............................................................................................................... 22

Equipo ..................................................................................................................................................... 23

Obtención del Índice de Rugosidad Internacional (IRI) ......................................................................... 25

2 MARCO GEOGRÁFICO ......................................................................................................................... 28

3 METODOLOGÍA ................................................................................................................................... 30

3.1 FASE I: Recopilación y documentación de información: ........................................................... 31

3.2 FASE II: Planeación ................................................................................................................... 35

3.2.1 Etapa 1: Acercamiento al área de trabajo ............................................................................ 35

3.2.2 Etapa 2: Alistamiento de equipos de trabajo ....................................................................... 35

3.2.3 Etapa 3: Elaboración de GCP .............................................................................................. 36

3.3 FASE III: Trabajo De Campo ..................................................................................................... 36

3.3.1 Etapa 1: Inspección del área de trabajo ............................................................................... 36

3.3.2 Etapa 2: Materialización de GCP ........................................................................................ 37

3.3.3 Etapa 3: Nivelación Geométrica ......................................................................................... 38

3.3.4 Etapa 4: Posicionamiento estático de mojones ................................................................... 39

3.3.5 Etapa 5: Posicionamiento RTK ........................................................................................... 39

3.3.6 Etapa 6: Vuelo con DJI Phantom 4 ..................................................................................... 40

3.4 FASE IV: Trabajo en oficina ...................................................................................................... 41

3.4.1 Etapa 1: Postproceso GPS estático ...................................................................................... 41

3.4.2 Etapa 2: Ajuste de nivelación .............................................................................................. 42

3.4.3 Etapa 3: Ajuste de RTK ...................................................................................................... 43



7

3.4.4 Etapa 4: Post-proceso vuelo ................................................................................................ 43

3.4.5 Etapa 5: Generación de modelos ......................................................................................... 45

3.4.6 Etapa 6: Calculo de IRI ....................................................................................................... 46

3.5 FASE V: Productos ..................................................................................................................... 48

4 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS .................................................................................. 49

4.1 Post-proceso GPS ........................................................................................................................ 49

4.1.1 Cambio de época ................................................................................................................. 51

4.1.2 Coordenadas RTK ............................................................................................................... 52

4.2 Nubes de puntos .......................................................................................................................... 52

4.3 Nivelación Geométrica ............................................................................................................... 53

4.4 Escanografia Laser ...................................................................................................................... 57

4.5 Vuelo Fotogramétrico ................................................................................................................. 58

4.6 Recopilación de Resultados ........................................................................................................ 61

4.6.1 Test de exactitud posicional ................................................................................................ 61

4.6.2 Test de exactitud posicional en Altura ................................................................................ 61

4.6.3 Comparación de métodos .................................................................................................... 62

4.6.4 Rendimientos y costos por metodologías ............................................................................ 64

4.7 Ortofotografia de alta resolución ................................................................................................ 65

4.8 Curvas de nivel ........................................................................................................................... 65

5 Futuras aplicaciones de análisis de IRI mediante proceso fotogramétrico ........................................ 66

5.1 Superficies y Perfiles cada 20cm ................................................................................................ 66

5.1.1 Superficie UAV................................................................................................................... 69

6 METODOLOGÍA PROPUESTA PARA CALCULO DE IRI POR MÉTODO FOTOGRAMÉTRICO ................... 70

FASE I: Planeación ................................................................................................................................. 71

Etapa 1: Acercamiento al área de trabajo ............................................................................................ 71

Etapa 2: Alistamiento de equipos de trabajo ....................................................................................... 71

FASE II: Trabajo De Campo ................................................................................................................. 71

Etapa 1: Materialización de puntos de foto control ............................................................................ 71

FASE III: Trabajo En Oficina ................................................................................................................. 72

Etapa 1: Post proceso GPS estático ..................................................................................................... 72

Etapa 3: Generación de modelos ......................................................................................................... 72



8

7 Recursos .............................................................................................................................................. 73

8 Conclusiones ....................................................................................................................................... 74

9 Recomendaciones ............................................................................................................................... 75

Bibliografía .................................................................................................................................................. 77

Anexos ......................................................................................................................................................... 79



9

Lista De Figuras

Pág.

Figura 1 Escala de valores Índice de Rugosidad Internacional .................................................................................... 22 Figura 2 Perfilometro .................................................................................................................................................. 24 Figura 3 Nivelación Topográfica ................................................................................................................................ 24 Figura 4 Perfilometro Portátil .................................................................................................................................... 25 Figura 5 Ubicación Geográfica .................................................................................................................................. 28 Figura 6 Ubicación especifica area de trabajo ............................................................................................................. 29 Figura 7 Metodología aplicada .................................................................................................................................... 30 Figura 8 Recopilación de información .......................................................................................................................... 31 Figura 9 Pista de Pruebas ........................................................................................................................................... 35 Figura 10 Equipos empleados ..................................................................................................................................... 35 Figura 11 Puntos de Control ....................................................................................................................................... 36 Figura 12 Área de trabajo ........................................................................................................................................... 37 Figura 13 Materialización de Puntos de Control ........................................................................................................ 37 Figura 14 Puntos de Control ....................................................................................................................................... 38 Figura 15 Nivelación Geométrica ............................................................................................................................... 38 Figura 16 Posicionamiento GPS estático .................................................................................................................... 39 Figura 17 Posicionamiento GPS - RTK ...................................................................................................................... 40 Figura 18 Planeación vuelo transversal ..................................................................................................................... 40 Figura 19 Planeación vuelo longitudinal .................................................................................................................... 41 Figura 20 Configuración puntos de control ABCC - BOGA Leica Geo Office .......................................................... 42 Figura 21 Ajuste de Nivelación ................................................................................................................................... 42 Figura 22 Georreferenciacion GCP Pix4D ................................................................................................................. 44 Figura 23 Configuración Post-proceso Pix4D ............................................................................................................ 44 Figura 24 Nube de Puntos ........................................................................................................................................... 45 Figura 25 Generación de perfiles de huellas .............................................................................................................. 46 Figura 26 Generación de cotas de huellas .................................................................................................................. 46 Figura 27 Configuración de Proval ............................................................................................................................ 47 Figura 28 Perfil Cálculo de IRI - Proval .................................................................................................................... 47 Figura 29 Productos generados .................................................................................................................................. 48 Figura 30 Sección Transversal .................................................................................................................................... 55 Figura 31 Cálculo de IRI por Nivelación Geométrica ................................................................................................ 56 Figura 32 Cálculo de IRI con Escáner ........................................................................................................................ 58 Figura 33 Cálculo de IRI por Fotogrametría .............................................................................................................. 60 Figura 34 Test de altura .............................................................................................................................................. 61 Figura 36 Diferencia de IRI entre metodologías ......................................................................................................... 62 Figura 37 Comparación de IRI ................................................................................................................................... 63 Figura 38 Ortofotografia de alta resolución - Drone.................................................................................................. 65 Figura 39 Perfiles IRI sobre superficie ....................................................................................................................... 67 Figura 40 Perfil IRI con UAV superficie 25 cm .......................................................................................................... 67 Figura 41 Perfil IRI Nivelación ................................................................................................................................... 68 Figura 42 Perfil IRI con Escáner ................................................................................................................................ 68 Figura 43 Análisis superficie UAV .............................................................................................................................. 69 Figura 44 Metodología Propuesta .............................................................................................................................. 70



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Listado De Tablas

Tabla 1 Efemérides precisas estaciones MAGNA-ECO .............................................................................................. 49 Tabla 2 Coordenadas navegadas vértices ................................................................................................................... 49 Tabla 3 Coordenadas ajustadas vértices ..................................................................................................................... 49 Tabla 4 Coordenadas vértices Cajicá época actual .................................................................................................... 51 Tabla 5 Coordenadas vértices Cajicá época 1995,4 ................................................................................................... 51 Tabla 6 Coordenadas BM3 .......................................................................................................................................... 52 Tabla 7 Características nubes de puntos ..................................................................................................................... 53 Tabla 8 Ajuste de Nivelación* ..................................................................................................................................... 54 Tabla 9 Secciones transversales .................................................................................................................................. 54 Tabla 11 Calculo de IRI por nivelación geométrica.................................................................................................... 56 Tabla 12 Calculo de IRI por escanografia .................................................................................................................. 57 Tabla 13 Detalles de vuelos fotogramétricos .............................................................................................................. 59 Tabla 14 Calculo de IRI por método fotogramétrico .................................................................................................. 59 Tabla 15 Exactitud posicional ..................................................................................................................................... 61 Tabla 16 Calculo de IRI con UAV y Escáner .............................................................................................................. 62 Tabla 17 Comparación calculo IRI ............................................................................................................................. 63 Tabla 18 Rendimientos metodologías IRI .................................................................................................................... 64 Tabla 19 Superficie UAV 0,25m .................................................................................................................................. 67 Tabla 20 Superficie nivelación 0,25m ......................................................................................................................... 67 Tabla 21 Superficie Escáner ........................................................................................................................................ 68



11

Resumen

Un parámetro que determina la regularidad de la capa de rodadura de una vía y la comodidad a la

hora de conducción o transitar sobre la misma es el índice de rugosidad internacional el cual se

basa en el concepto de rugosidad que es la desviación de una determinada superficie respecto a

una superficie plana teórica.

Desde que surge este parámetro hasta el día de hoy se han aplicado varias metodologías para su

estimación acorde a los nuevos avances tecnológicos empleado equipos convencionales como

el nivel y la mira usados en topografía hasta perfilómetros o sistemas inerciales o

electromecánicos, arrojando diferentes rendimientos, costos y grados de precisión.

Hoy en día se presenta un gran avance tecnológico en cuanto a equipos de medición con la

posibilidad de emplear nuevas metodologías para la estimación del índice de rugosidad

internacional. Es por ello que este trabajo se basa en el cálculo del IRI empleando técnicas de

fotogrametría por medio de vehículos aéreos no tripulados teniendo como referencia o punto de

comparación dos metodologías empleadas actualmente como lo son el nivel topográfico y el

escáner laser.

Finalmente al realizar la comparación del método fotogramétrico con el escáner laser se

generan resultados con diferencias tolerables abriendo la posibilidad de utilizar metodologías

que analicen toda la superficie e identificar deterioros en el pavimento, generando valores

agregados al cálculo del IRI.

Palabras Clave. Índice Internacional de Rugosidad (IRI), Rugosidad, Perfil, Proval,

Fotogrametría, superficie, secciones transversales.



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Abstract

A parameter that determines the regularity of the track layer of a track and the comfort at the

time of driving or transit on it is the index of international roughness which is based on the

concept of roughness that is the deviation of a certain surface with respect to a theoretical flat

surface.

Since this parameter has emerged to date, several methodologies have been applied for its

estimation according to the new technological advances used by conventional equipment such as

the level and the point used in topography to profile or inertial or electromechanical systems,

yielding different yields, costs and degrees of accuracy.

Today there is a great technological advance in measuring equipment with the possibility of

using new methodologies for the estimation of the international roughness index. This is why

this work is based on the calculation of IRI using photogrammetry techniques by unmanned

aerial vehicles having as reference or point of comparison two methodologies currently used

such as the topographic level and the laser scanner.

Finally, when comparing the photogrammetric method with the laser scanner, results are

generated with tolerable differences, opening up the possibility of using methodologies that

analyze the entire surface and identify deteriorations in the pavement, generating values added to

the IRI calculation.

Key words. International Roughness Index (IRI), Rugosity, Profile, Proval, Photogrammetry,

surface, cross sections.



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Acrónimos

AIN / .AIH: Almacena el índice de atributo de los campos activos en una tabla o el tema de la

tabla de atributos.

ASC: Son archivos de comandos que se han escrito en el lenguaje de programación Action

Script. Estos archivos contienen código que se utiliza para controlar las aplicaciones basadas en

Flash.

UAV: Unmanned Aerial Vehicle

DBF: Es la base de datos, en formato dBASE, donde se almacena la información de los atributos

de los objetos.

FBN / .FBX: Almacena el índice espacial de las entidades para los shapefiles que son

inalterables (solo lectura).

GEO: Los documentos GEO son Archivos 3D asociados con VideoScape 3D Object.

IMG: Archivos binarios con .img extensión de archivo que almacenan primas imágenes de disco

de disquetes, discos duros o discos ópticos.

JPEG: (Joint Photographic Experts Group) es una compresión con pérdida técnica de imágenes

en color. A pesar de que puede reducir los tamaños de archivos a aproximadamente 5% de su

tamaño normal, algún detalle se pierde en la compresión

KML (Keyhole Markup Language) es un lenguaje de marcado basado en XML para representar

datos geográficos en tres dimensiones.

LAZ: Formato comprimido de fichero

MDE: Modelo Digital de Elevación, que permite caracterizar las formas del relieve y los

elementos u objetos presentes en el mismo.

MDT: (Modelo Digital de Terreno) es una representación de la topografía (altimetría y/o

batimetría) de una zona terrestre

PNG: Portable Network Graphics, un formato gráfico basado en un algoritmo de compresión sin

pérdidas.

POINT CLOUD: Conjunto de puntos de datos en algún sistema de coordenadas tridimensional,

estos puntos se definen generalmente por X, Y, y Z coordenadas, y con frecuencia están

destinadas a representar la superficie externa de un objeto.



14

PRJ: Es el archivo que guarda la información referida al sistema de coordenadas en formato

WKT.

RAW: Formato de archivo digital de imágenes que contiene la totalidad de los datos de la

imagen tal y como ha sido captada por el sensor digital de la cámara fotográfica.

RMS (root mean square) es la media cuadrática o valor cuadrático medio de una magnitud de

una cantidad variable.

SBN / .SBX: Almacena el índice espacial de las entidades.

SHP: Es el archivo que almacena las entidades geométricas de los objetos.

SHP.XML: Almacena los metadatos del shapefile.

SHX: Es el archivo que almacena el índice de las entidades geométricas.

TFW: Archivos GIS asociados con Digital Raster Graphic World.

TILE: Es la parte gráfica de una imagen que puede ser utilizada para completar partes de un

fondo por medio de un tileset (conjunto de tiles).

UTM: Universal Transverse Mercator, sistema de coordenadas transversal de

Mercator.

VANT: Vehículo Aéreo No Tripulado



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1. INTRODUCCIÓN

La rugosidad está definida como las 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. Es decir, 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.

Por ello el IRI se convierte en uno de los aspectos fundamentales en el diseño de pavimentos,

donde se evalúan aspectos de seguridad y confort, detalles de micro-textura, rugosidad y

pendientes sobre el pavimento, características que hacen la diferencia entre un viaje confortable

y uno caótico o accidentado. Allí es donde desempeña un papel importante el análisis del IRI.

Además de indicar variables de regularidad, este garantiza el cumplimiento de aspectos

fundamentales sobre las vías, como lo son, las pendientes longitudinales, peraltes, bombeos,

materiales, rugosidad, entre otros. El IRI (International Roughness Index) permite determinar la

calidad del acabado de la superficie mediante las irregularidades verticales, para garantizar la

seguridad y comodidad del usuario al transitar por la vía. Aunque existen variedad de métodos

expuestos para el cálculo de este índice, actualmente estos se ven limitados en aspectos como

calidad y eficiencia.

Con el surgimiento de nuevas tecnologías se hace necesario analizar la posibilidad de emplear

nuevos métodos fotogramétricos y validarlos con metodología empleada actualmente, ello con

el fin de garantizar los resultados de calidad y precisión arrojados. Y de esta forma ofrecer datos

confiables de índice calculado para determinar el estado de funcionamiento de la vía en cuestión,

como se muestra a continuación.



16

En la primera parte del documento se hará una introducción al tema en cuestión, seguido de una

minuciosa recopilación de la metodología empleada tanto en campo como en oficina, con sus

respectivos resultados y análisis, para dar por concluido con las conclusiones y recomendaciones

arrojadas por el proyecto.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

(Patiño, Anguas, & Rodríguez, 1998)

Las alteraciones del perfil longitudinal de una vía provocan vibraciones en los vehículos que la

recorren. Por tanto, la rugosidad es la desviación de la superficie respecto a una superficie plana,

con dimensiones características que afectan la dinámica del vehículo y la calidad al rodar. Para

conocer sus valores se han establecido indicadores y el más conocido y ampliamente utilizado es

el índice de rugosidad internacional, IRI, que se expresa en m/km. En la actualidad se emplean

variedad de equipos para el cálculo del IRI, entre los que se encuentran el nivel topográfico de

precisión, sistemas de tipo respuesta RTRRMS, Perfilómetro óptico, Perfilómetro láser,

Perfilómetro portátil (con inclinómetro), entre otros. Las precisiones de ellos dependen del tipo

de mecanismo que capture la información, sin embargo se considera que el más preciso sigue

siendo el método topográfico de nivelación geométrica.

El método topográfico se utiliza solamente para efectos de calibración de otros equipos dado que

su uso en proyecto de grandes longitudes resulta costoso en tiempo y recursos. Es así como

algunos equipos ofrecen mayor exactitud, pero la recolección de información en campo se hace

dispendiosa. Por otro lado, se hallan equipos que ofrecen mayor rendimiento dejando de lado la

calidad de la información recolectada, pero siempre sobre los rangos permitidos.

Al tener en el entorno esta deficiencia en los equipos empleados, se crea un vacío en la precisión

y la cantidad de la información tomada, dificultando el cálculo y análisis de factores

fundamentales para el buen servicio de la vía, como lo es poder evaluar la comodidad de los

usuarios, vida útil del tramo y costos de operación.

A pesar que existen diversos métodos de obtención del IRI en carreteras intermunicipales, aun es

escasa la evidencia de equipos y métodos ajustables a la medición de IRI en zonas urbanas. Se



17

espera que la utilización de drones con cámaras de alta resolución permitirá obtener valores de

IRI con precisiones aceptables que aquellas obtenidas con equipos topográficos u otro tipo de

metodologías.

JUSTIFICACIÓN

Dado que uno de los componentes fundamentales para el desarrollo económico de un país es el

estado y calidad de sus vías, es necesario emplear metodologías y procesos que estén a la

vanguardia de certificar las normas y características que deben tener dichas vías para garantizar

los tiempos proyectados de durabilidad y programar mantenimientos preventivos evitando así

el deterioro de dichas vías.

Hoy en día uno de los parámetros que se exige a nivel mundial para la puesta en servicio de una

vía es el IRI, el cual garantiza la comodidad y seguridad de un usuario al transitar por una vía,

actualmente obtener este parámetro por métodos de alta calidad se hace muy dispendioso o

costoso; y empleando métodos que generan rendimiento en campo desmejora la precisión de la

información, es por eso que mediante la toma de fotografías se pretende medir este coeficiente

y así generar unos resultados de calidad, garantizando así un resultado eficiente con unos

productos representativos para su respectivo análisis.

Finalmente dado que aún no se cuenta con evidencia metodológica contundente del tema se hace

necesario poner en desarrollo un proyecto en el cual se evidencien las metodologías y resultados

aplicados.



18

OBJETIVOS

Obtener el IRI mediante metodología fotogramétrica y métodos tradicionales de topografía, en

un trayecto de vía compuesta por pavimento flexible.

Emplear información recopilada en el desarrollo y avance del cálculo del IRI y sus

respectivos resultados.

Aplicar métodos topográficos para la recolección de la información que evalué el IRI en

un trayecto de vía que cumpla las condiciones necesarias.

Realizar el proceso fotogramétrico sobre el trayecto seleccionado, para su posterior post-

proceso.

Documentar los procedimientos y resultados obtenidos durante la recolección de la

información.



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2 ANTECEDENTES

Deterioro en la Malla Vial de Transmilenio y sus Efectos Sociales en la Población

(Diaz & Bernal, 2016)

El deterioro de la malla vial del Sistema Integrado Transmilenio ha tenido gran influencia sobre

la calidad de vida de sus usuarios a nivel social, por ello se ha querido conocer con datos más

específicos la contribución de estos aspectos en la vida de los ciudadanos mediante tres variables

de estudio: El nivel de deterioro del pavimento, la reducción de velocidad de los buses y el

Índice de Rugosidad Internacional (IRI).

Influencia del Deterioro de las Losas de Transmilenio en las Velocidades de Tránsito

(Sanabria & Fino, 2015)

En éste se proyectó analiza, investiga y presenta el problema que generan las losas desgastadas

del sistema Transmilenio en el cambio de velocidad de los articulados. Para esto se desarrolla

una previa consulta sobre la historia del sistema Transmilenio, como también la investigación

pertinente sobre los materiales con que fue construida la malla vial (materiales, cálculos,

estudios, etc.) antes de su inauguración. Para el correcto desarrollo del proyecto, se establece una

metodología que consta de 6 etapas, las cuales seguirán un estricto orden, pues los resultados

finales y el obtener conclusiones acertadas dependió en un alto grado de la identificación y

localización de tramos con las condiciones adecuadas para el estudio, Indice de Condición del

Pavimento (PCI), medición de las velocidades de los articulados en diferentes condiciones,

cálculos probabilísticos y topográficos (Nivelación Trigonométrica), aplicación del Índice de

Rugosidad Internacional (IRI) y finalmente una cuantificación de perdidas monetarias.

Determinación del índice de rugosidad internacional de la malla vial de BOGOTÁ

(Gonzalez, 2016)

El índice de Rugosidad Internacional (IRI) fue propuesto por el Banco Mundial en 1982 como un

estándar estadístico de la rugosidad y ha servido como parámetro de referencia de la medición de

la calidad de la rodadura de las carreteras a nivel internacional. Con el paso del tiempo se ha

extendido su aplicación a las vías urbanas, sin embargo, estas presentan un sinnúmero de



20

singularidades como son procesos constructivos, manejo del tránsito, presencia de

intersecciones, accesos a predios, geometría, tipos de vías y velocidades de operación, existencia

de redes de servicios públicos, presencia de señalización horizontal, y condiciones particulares

del tránsito en las ciudades, entre otros aspectos. En algunas vías de la malla vial arterial

principal de la ciudad de Bogotá se ha presentado una problemática para la medición de este

índice, puesto que, la exclusión de algunas de las singularidades en mención, trae como

consecuencia la reducción considerable de tramos homogéneos y continuos para evaluar este

índice que puedan representar la regularidad del pavimento de la totalidad de la vía en estudio,

además de inconvenientes, en algunos casos, para obtener los umbrales del IRI exigidos por la

entidad contratante que ejerce como administrador vial. Teniendo en cuenta el interés del IDU de

obtener información de parámetros que permitan establecer con mayor certeza la condición del

estado del pavimento de la malla vial de Bogotá, se realizó el levantamiento, procesamiento y

análisis, de información superficial, funcional y estructural de las estructuras de pavimento de los

elementos de calzada que conforman la malla vial de Bogotá.

Metodología para estimar el índice de rugosidad internacional (IRI) urbano por medio de

escanografia laser

(Poveda & Betancourt, 2015)

Es importante estimar el índice de rugosidad internacional (IRI) para determinar el grado de

confort y seguridad de las personas que transitan por vías urbanas, y así realizar inventarios del

estado y condiciones de una red vial. En el presente trabajo se propuso una metodología para

estimar el IRI mediante el uso de escanografia laser. Se estimó el IRI con el método

convencional (Nivel y mira) y escanografia laser. Como resultado se encontró que la precisión

del Índice de rugosidad internacional (IRI) obtenido mediante la utilización de escanografia

laser, no tiene diferencias significativas frente al método convencional, lo cual lo hace un

método preciso, rápido y confiable. La escanografia es un método de alto rendimiento en las

mediciones y económicamente viable, en la medida que los tramos a evaluar sean de longitud

considerable.



21

1 MARCO TEÓRICO

(Análisis y criterios para el cálculo del Índice de Rugosidad Internacional (IRI) en vías urbanas

colombianas que orienten la elaboración de una especificación técnica, 2012)

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

Índice de regularidad internacional (IRI)

(Instituto Nacional de Vías)

El Índice de Rugosidad Internacional (IRI), se define como la acumulación del movimiento

vertical que sufre la suspensión de una rueda (un cuarto de carro) cuando este recorre la

superficie a una velocidad de referencia de 80 km/h.

En este sentido, es un índice de comodidad de rodadura, y constituye el parámetro de la vía que

percibe el usuario.

El Método describe el procedimiento para determinar la rugosidad superficial (irregularidades de

la superficie) de una sección de pavimento, mediante el índice IRI (international roughness index

ó índice internacional de rugosidad). El índice de rugosidad internacional es calculado a partir de

la medición del perfil longitudinal de las huellas externas e interna de un pavimento, medido con

un perfilómetro de carreteras. El promedio estadístico de estos dos valores de IRI es reportado

como la rugosidad de una sección del pavimento.

Para definir el IRI se emplea un modelo matemático que simula la suspensión y masas de una

cuarta parte de un vehículo tipificado, que circula a 80 Km/h por el tramo de carretera que se

pretende evaluar. Los parámetros que definen las masas, rigideces y amortiguaciones de este

vehículo



22

El IRI se define como

Ecuación 1 Cálculo de IRI

Se puede, por tanto, definir el IRI como el desplazamiento acumulado en valor absoluto de la

masa superior respecto a la inferior, dividido por la distancia recorrida.

Siendo x el intervalo fijado y n el número de intervalos recorridos

Escala y características del IRI

(Alta Tecnología en Ingeniería de Pavimentos y Seguridad Vial, 2011)

Las unidades están en mm/m, m/km o in/mi

EI rango de la escala del IRI para un camino pavimentado es de 0 a 12 m/km. (0 a 760

in/mi), donde 0 es una superficie perfectamente uniforme y 12 un camino intransitable.

Para una superficie con pendiente constante sin deformaciones (plano inclinado perfecto),

el lRI es igual a cero. Por lo que la pendiente, como tal, no influye en el valor del lRI, no

así los cambios de pendiente.

Para los caminos pavimentados el rango esperado del IRI es de 0 a 12 m/km, donde 0

representa una superficie perfectamente uniforme y 12 un camino intransitable; para

caminos no pavimentados la escala se puede extender hasta el valor de 20 m/km, como lo

muestra la figura 1.

Fuente: Alta Tecnología en Ingeniería de Pavimentos y Seguridad Vial

Figura 1 Escala de valores Índice de Rugosidad Internacional



23

En términos de los requerimientos del contrato, los valores de IRI normativos para niveles de

aceptación y rechazo son:

Intervalo de aceptación 0 < IRI ≤ 2.95 m/Km

Intervalo de rechazo IRI > 2.95 m/Km

Entre los aspectos más importantes a tener en cuenta a la hora de definir el IRI sobre una

superficie se encuentran:

Seguridad y comodidad: Una buena regularidad superficial permite ofrecer condiciones

de seguridad y comodidad para los usuarios de las vías.

Costos de operación vehicular: Tiene incidencia en los costos de operación de los

vehículos, puesto que, dependiendo de la magnitud de las irregularidades superficiales, la

velocidad de circulación puede verse afectada negativamente, lo cual puede reflejarse por

un mayor desgaste en llantas y componentes mecánicos de los vehículos y mayor

consumo de combustible.

Efectos dinámicos: Los efectos dinámicos producidos por las irregularidades de las vías,

pueden reflejarse no solo en los vehículos, sino también en modificaciones de estado de

esfuerzos y deformaciones en la estructura del pavimento, lo que puede incrementar los

costos en las actividades de conservación (mantenimiento, rehabilitación o

reconstrucción).

Acciones de conservación de las vías: La rugosidad inicial de los pavimentos es un

indicador de la calidad de la construcción de las vías.

Equipo

(Instituto Nacional de Vías)

Existen dos categorías de equipos para medir las irregularidades del perfil longitudinal con el

máximo nivel de precisión, los cuales se diferencian únicamente por la velocidad con que

efectúan las mediciones (rendimiento) y no por la precisión con que lo hacen.

Entre los equipos más reconocidos como lo muestra la figura 2, figura 3 y figura 4 para esta

técnica se encuentran:

Equipos de Alto Rendimiento:

o Perfilómetro óptico



24

o Perfilómetro láser

Figura 2 Perfilometro

Fuente: National Instruments

http://sine.ni.com/

Equipos de bajo rendimiento (portátiles)

o Nivel y mira (topográficos).

Figura 3 Nivelación Topográfica

Fuente: Topografía aplicada a Obra Civil.

http://www.aotecnica.com/

o Perfilómetro portátil (con inclinómetro).



25

Figura 4 Perfilometro Portátil

Fuente: http://www.admas.eu

Obtención del Índice de Rugosidad Internacional (IRI)

(Alta Tecnología en Ingeniería de Pavimentos y Seguridad Vial, 2011)

Al término de la prueba o recolección de datos el equipo empleado guarda automáticamente los

datos obtenidos en archivos ejecutables para uso del Software Proval.

El uso de este software permite cargar el perfil obtenido y de esta manera procesar las gráficas

obteniendo el IRI del subtramo recorrido, el software resulta ser de operación compleja ya que es

necesario ajustar los parámetros de medición para posteriormente mediante las corridas del

programa nos devuelva el IRI para el subtramo almacenado.

Estándar de calidad posicional empleado en cartografía

(Alan & Luis, 2005)

Desde el punto de vista de la calidad posicional de los mapas topográficos existen diversos test o

métodos que permiten hacer el seguimiento de la exactitud posicional X,Y y/o Z del mapa.

Al basarse en procedimientos estadísticos, podremos fijar ciertos niveles de confianza con los

que se obtendrán resultados. No obstante, siempre deberemos partir de la hipótesis de

normalidad en la distribución de los errores. Este aspecto es perfectamente asumible siempre y

cuando el número de datos sea lo suficientemente amplio. A pesar de ello, y en el caso de tener

alguna duda al respecto, deberemos acreditar la normalidad de la muestra empleando, por

ejemplo, el test de Kolmorov-Smirnov.



26

Todos los test empleados se basan en la comparación del mapa con una fuente de mayor

exactitud. Ésta podrá ser bien un mapa de mayor exactitud (cartografía a escala

significativamente superior y/o con una mayor calidad posicional controlada previamente), o

bien datos tomados sobre el terreno con una exactitud superior a la de la cartografía a analizar.

En este último aspecto, el empleo de los actuales sistemas de posicionamiento global (G.P.S.)

reducen considerablemente los costes en esta fase del proceso.

Test NSSDA

(Alan & Luis, 2005)

Aplicaciones corrientes: las agencias federales de los Estados Unidos que realicen labores de

producción de datos cartográficos analógicos y/o digitales han de cumplir con los estándares del

FGDC de acuerdo con el NSSDA (National Standard for Spatial Data Accuracy)

Método de comparación: emplea fuentes de mayor exactitud.

Componente posicional: analiza tanto la componente horizontal (XY de forma conjunta), como la

componente vertical (Z).

Clases de elementos: puntos

Correspondencia con un estándar de exactitud predefinida: basado en el RMSE de la muestra. El

propio usuario, o agencia que solicita la cartografía, es quien decide los umbrales de aceptación.

Este test viene a sustituir al NMAS y al ASPRS.

Descripción: con la obtención del RMSE para XY por un lado, y para Z por otro, calcula el error

real de la muestra analizada en función de un determinado nivel de confianza impuesto por el

usuario (generalmente el 95 %). Este test nos muestra un índice de calidad de la cartografía en

unidades reales sobre el terreno.

Procedimiento:

seleccionar una muestra de, al menos, 20 puntos perfectamente definidos sobre la

cartografía y sobre la fuente de mayor exactitud.

detectar los errores previos de inconsistencia, signos, ...

calcular el RMSEx para la componente X según la Ec. y de forma análoga para

componente Y.

calcular el RMSEr para la componente posicional (XY) según la ecuación:



27

Ecuación 2 Error medio cuadrático en la componente posicional XY

calcular el coeficiente de exactitud posicional a un 95 % de confianza dependiendo de

dos opciones:

a) en caso de que RMSEx = RMSEy , empleando la ecuación:

Ecuación 3 Coeficiente de exactitud posicional XY para RMSEx = RMSEy

b) en caso de que RMSEx ≠ RMSEy , empleando la ecuación:

Ecuación 4 Coeficiente de exactitud posicional XY para RMSEx≠ RMSEy

calcular el RMSEZ para la componente Z de forma análoga a la Ec.

Ecuación 5 Error medio cuadrático en la componente Z

calcular el coeficiente de exactitud posicional a un 95 % de confianza para la componente

Z:

Ecuación 6 Coeficiente de exactitud vertical Z



28

2 MARCO GEOGRÁFICO

El proyecto se llevó a cabo en el municipio de Cajicá ubicado en la Provincia Sabana Centro de

Cundinamarca, en las instalaciones de la Universidad Militar Nueva Granada la cual cuenta con

75,5 hectáreas destinadas a procesos de academia e investigación, la figura 5 representa la

ubicación geográfica de municipio de Cajicá.

Figura 5 Ubicación Geográfica

Actualmente, el proyecto Campus Nueva Granada cuenta con cerca de 9.881 m2 de aulas y

auditorios, 16.825 m2 de laboratorios e invernaderos, 18.824 m2 de zonas de bienestar y 571 m2

de biblioteca.

Además de los edificios administrativos y de las facultades que cuentan con auditorios propios,

sala de internet, aulas y cafeterías, se contempla la ejecución de edificaciones especiales que se

integren a la labor educativa de la universidad de acuerdo a los requerimientos de cada programa

y a las preferencias de cada estudiante. Entre sus obras a destacar se encuentra la “pista de

prueba”, la cual es una área de pavimento en su mayoría flexible sobre la cual se desarrolló el

presente proyecto, la figura 6 representa la ubicación especifica de la pista de pruebas.



29

Figura 6 Ubicación especifica area de trabajo



30

3 METODOLOGÍA

El presente trabajo de grado se desarrolló teniendo en cuenta las siguientes fases, con el fin de

dar cumplimiento a los objetivos planteados: Se inició con un proceso de recolección de

información, con el fin evaluar con que tipos de productos se contaban y cuales eran necesarios

generar para así proceder a la obtención de ellos por medio de trabajo en campo y

procesamientos. La figura 7 muestra las fases y metodología del proyecto.

Figura 7 Metodología aplicada

Comparación del Índice de Rugosidad Internacional (IRI) a partir de información obtenida por métodos fotogramétricos

31

3.1 FASE I: Recopilación y documentación de información:

En la figura 8 se detalla la documentación recolectada a lo largo del proceso, la cual fue el soporte técnico para el desarrollo de la

siguiente metodología.

Figura 8 Recopilación de información



32

Básicamente la recolección de información se clasifico en tres grandes aspectos que fueron,

definición, metodología y medida del IRI.

En cuanto a textos que profundizan la definición del IRI, se encuentran “El IRI: un indicador de

la regularidad superficial” de (Sánchez & Solminihac, 1989), el cual profundiza en una escala

única de valores para la medida de la regularidad superficial de los caminos, que permite

considerar factores como seguridad, confort y costo de uso de los vehículos. También

encontramos “The little book of profiling” de (W & M., 1998) el cual cubre tres preguntas

básicas: ¿Cómo funcionan los perfiladores?, ¿Qué se puede hacer con sus mediciones?, ¿Qué se

puede hacer para reducir los errores?

Pasando a textos concernientes a la metodología, se encontraron “Índice Internacional de

Rugosidad en la red carretera de México” de (Patiño, Anguas, & Rodríguez, 1998) el cual

describe el concepto de Índice Internacional de Rugosidad (IRI), los procedimientos para el

cálculo del mismo y su correlación con los equipos de medición de rugosidad. Describe la

utilidad y ventajas de evaluar el estado superficial de la red nacional de carreteras en valores del

Índice Internacional de Rugosidad.

Asi mismo la “Metodología para la determinación de la rugosidad de los pavimentos con equipo

de bajo costo y gran precisión” de (Rodríguez, 1999) presenta una metodología basada en los

conceptos publicados por el Laboratorio Británico de Investigación de Transportes y Caminos

(TRRL) en 1990, sobre el rugosímetro denominado MERLIN, y en los resultados obtenidos

durante 5 años de empleo intensivo del equipo en diferentes tipos de pavimentos.

“Indice de rugosidad del terreno a escala municipal a partir de modelos de elevación digital de

acceso público” de (Goerlich & Cantarino, 2010) el cual construyó un índice de rugosidad

basado en la pendiente de las celdas vecinas. La rugosidad es por tanto una característica

diferente de la altitud y con una distribución espacial sustancialmente distinta. La conclusión

básica es que el índice de rugosidad calculado resume una característica útil del paisaje, como lo

es la altitud, la longitud o la proximidad a la costa. Además, la disponibilidad del modelo digital

del terreno de rugosidades permite el cálculo de valores promedio para el índice a cualquier nivel

de agregación geo- gráfica que se desee, como provincias o municipios.



33

Finalmente “Obtención del Índice De Rugosidad Internacional (IRI) en la vialidad las torres de la

zona metropolitana de la cd. De toluca, estado de México.” De (Fierros, 2011) es un texto que

presenta la metodología utilizada para el cálculo del IRI en los municipios de Toluca y Metepec

en el Estado de México, definiendo el Índice de Rugosidad Internacional matemáticamente como

la suma de irregularidades verticales (en valor absoluto) de la superficie de rodamiento de un

camino con respecto a una superficie plana ideal, dividida entre la distancia recorrida, su unidad

de medida es el m/km o mm/m.

En cuento a textos relacionados con la medida del IRI se destacan dos que son los que riguen la

norma colombiana de INVIAS para la metodología y cálculo del IRI, el primero de ellos el de

“Determinación Del Índice Internacional De Rugosidad (IRI) Para Medir La Rugosidad De Los

Pavimentos I.N.V. E – 790 – 13” la cual describe el procedimiento para determinar la rugosidad

superficial (irregularidades de la superficie) de una sección de pavimento, mediante el índice IRI

(international roughness index ó índice internacional de rugosidad). El índice de rugosidad

internacional es calculado a partir de la medición del perfil longitudinal de las huellas externas e

interna de un pavimento, medido con un perfilómetro de carreteras. El promedio estadístico de

estos dos valores de IRI es reportado como la rugosidad de una sección del pavimento. Además

de esta norma también se encuentra la de “Cálculo Del Índice Internacional De Rugosidad De

Carreteras (IRI) Utilizando Medidas Del Perfil Longitudinal I.N.V. E – 794 – 07” sobre la cual el

INVIAS describió el procedimiento que se debe seguir para el cálculo del Índice Internacional de

Rugosidad (IRI) en un hectómetro, a partir del perfil longitudinal de un tramo de carretera.

El método tiene aplicación para los perfiles longitudinales definidos por sus cotas a intervalos

iguales de longitud inferior a treinta centésimas de metro (0.30 m). Los procedimientos

aceptables para determinar el perfil son el de mira y nivel de precisión, y el equipo Face –

Dipstick, ambos con cotas aproximadas al milímetro (mm).

Además de las normas mencionadas anteriormente el texto de “Análisis y criterios para el

cálculo del Índice de Rugosidad Internacional (IRI) en vías urbanas colombianas que orienten la

elaboración de una especificación técnica” de (Caro & Peña, 2012) resume el desarrollo y

resultados de la investigación sobre el Índice de Rugosidad Internacional (IRI) para pavimentos

en vías urbanas, a partir de recopilación de experiencias nacionales e internacionales, mediciones

de campo, evaluaciones de IRI en diferentes tipos de perfiles y análisis de resultados obtenidos



34

en vías de Bogotá, correlacionando lo obtenido en cada fase de la investigación, planteando

conclusiones y recomendaciones. Incluye aspectos relacionados con el origen del IRI, escalas de

medición, alcance en pavimentos urbanos, equipos para medición y verificación de su

calibración, umbrales y tratamiento de singularidades.

Aplicación de la norma astm e950-09 para determinar la repetibilidad y precisión en un

perfilómetro inercial mark iii – dynatest” (Paredes, 2013) se encuentra la aplicación de la Norma

Americana ASTM E 950-09 para determinar Repetibilidad / Precisión y Sesgo para los

diferentes perfilómetros inerciales que se tengan a disposición a nivel nacional e internacional,

no solo para el equipo utilizado en este estudio que es un RSP Mark III - Dynatest.

Por ultimo “Medida y análisis de la rugosidad.” De (Varela, 2015) es un texto que desarrolla

temas de definición de la red de pavimentos para inventario, empleo de sistemas de información

geográfica, Ramales y secciones(pistas, calles, parqueaderos), secciones de un tipo de

pavimento, Inspección del Pavimento, inventario de daños (PCI: Pavement Condition Index

ASTM), Evaluación estructural no destructiva, medida del perfil longitudinal, evaluación de la

oferta de fricción, evaluación de la condición, desarrollo de modelos de predicción de condición,

tráfico, clima, materiales, métodos constructivos y condiciones locales, análisis de condición y

toma de decisiones, formulación del plan de trabajo multianual.



35

3.2 FASE II: Planeación

3.2.1 Etapa 1: Acercamiento al área de trabajo

Durante esta etapa se procedió a hacer una primera visita al lugar de interés, con el fin de

conocer la pista y así mismo socializar con el personal del campus el objetivo del proyecto, en la

la figura 9 se presenta la pista de pruebas.

Figura 9 Pista de Pruebas

3.2.2 Etapa 2: Alistamiento de equipos de trabajo

Debido a que se llevarían a cabo varias actividades en la zona, fue necesario contar con un nivel

topográfico automático dsz3-32x, una pareja de GPS Geomax Zenith 25 y un sistema aéreo no

tripulado Drone Dji Phantom 4, como lo muestra la Figura 10 cada uno de estos con sus

respectivos controles de calidad y actualizaciones para mayor detalle de características sus

especificaciones se encuentran en los anexos citados.

Figura 10 Equipos empleados



36

(Ver anexo 1,2 y 3)

3.2.3 Etapa 3: Elaboración de GCP

Fue necesario hacer dos tipos de marquillas, unas para marcar los GCP marquiila con circuo

amarillo y otra para los puntos de control de las secciones transversales, como se muestra en la

figura 11.

Los GCP se marcaron con números de 1 al 9 con el fin de tener concordancia entre los datos

tomados en campo y las fotografías capturas por el sistema aéreo no tripulado. Los puntos de

control de las secciones transversales se nombraron con las letras del alfabeto de la A a la J para

identificar cada una de la secciones y a la vez estos iban enumerados del 1 al 7 para así

diferenciar los puntos de anden, borde vía, huella y eje.

3.3 FASE III: Trabajo De Campo

3.3.1 Etapa 1: Inspección del área de trabajo

Ubicados sobre terrenos de la universidad militar nueva granada se identificó la pista de prueba,

la cual se encontró en condiciones óptimas para la realización del proyecto; teniendo en su

recorrido una capa de pavimento flexible y de pavimento rígido, como lo muestra la figura 12.

Figura 11 Puntos de Control



37

3.3.2 Etapa 2: Materialización de GCP

Para la correcta materialización de los GCP y de las secciones transversales se procedió a medir

sobre la capa asfáltica puntos específicos, como lo son el andén, borde de la vía, huellas y eje

dejándolos debidamente señalizados como lo muestra la figura 13.

La materialización de estos puntos se efectuó con marquillas de papel contac utilizando dos tipos

de puntos como lo muestra la figura 14.

GCP: los cuales tenían un tamaño de 20cm x 20cm y circulo amarillo

Puntos de identificación de las secciones transversales: los cuales tenían

un tamaño de 10cm x 10cm color rojo uniforme.

Figura 12 Área de trabajo

Figura 13 Materialización de Puntos de Control



38

3.3.3 Etapa 3: Nivelación Geométrica

La nivelación se realizó por el método geométrico con el fin de tener un control de precisión en

la información recolectada, dándole altura a cada uno de los puntos materializados, es decir, a los

andenes, bordes vía, huellas y eje, como lo muestra la 15.

Figura 15 Nivelación Geométrica

Figura 14 Puntos de Control



39

3.3.4 Etapa 4: Posicionamiento estático de mojones

Se basa en la determinación de posiciones de alta confiabilidad mediante el tratamiento de

archivos recolectados por el usuario y archivos recolectados por estaciones de monitoreo

continuo, en esta actividad se emplean efemérides precisas, equipos por lo general de doble

frecuencia y se hacen rastreos de por lo menos una hora en adelante este tiempo lo determina la

distancia de la que se encuentra el usuario de una estación de monitoreo continuo. El

posicionamiento estático se realizó sobre las dos placas más próximas a la pista de prueba

denominadas BM3 y BM4 con un tiempo de rastreo de aproximadamente tres horas esto con el

fin de tener información de sobra dado el caso que las estaciones más cercanas estarán fuera de

funcionamiento y se tuviera que procesar con estaciones más retiradas una vez recolectada la

información de campo se pasa a una etapa de oficina, la cual se basa en eliminar errores

provocados por mala señal de satélites, ruidos , ionosfera, ajuste de centro de fase acorde al

modelo de antena empleado, la figura 16 detalla la recolección de la información GPS.

Figura 16 Posicionamiento GPS estático

3.3.5 Etapa 5: Posicionamiento RTK

Dejando como base el GPS ubicado en el punto BM3 se procedió a tomar coordenadas de cada

uno de los puntos de las secciones transversales, teniendo en cuenta que fueron diez secciones

ubicadas cada 10 metros y cada una de ellas contaba con 9 puntos de chequeo, además de los 9



40

GCP ubicados geométricamente, la figura 17 representa la captura de información en tiempo real

mediante un controlador.

3.3.6 Etapa 6: Vuelo con DJI Phantom 4

Una vez materializados los puntos de control se procedió a dar inicio a los sobrevuelos sobre la

pista, teniendo en cuenta factores de viento, luz solar y tránsito de peatones o vehículos.

Se realizaron 4 vuelos para contar con suficiente información para su posterior post-proceso. Los

vuelos a realizaron fueron a 10 y 20 metros cada uno con direcciones de líneas de vuelo tanto

longitudinales como transversales, como lo muestran la figura 18 y figura 19.

Figura 17 Posicionamiento GPS - RTK

Figura 18 Planeación vuelo transversal



41

La aplicación utilizada para el proceso de vuelo fue DJI GS Pro, sobre la cual se planearon los 4

vuelos con una velocidad de 5m/s, un traslape frontal de 84% y lateral de 64%, siempre con un

ángulo de 90° en el gimbal. Los tiempos de vuelo aproximados fueron entre 3 y 6 minutos

aproximadamente.

Figura 19 Planeación vuelo longitudinal

3.4 FASE IV: Trabajo en oficina

3.4.1 Etapa 1: Postproceso GPS estático

El software utilizado para el postproceso de los puntos GPS fue Leica Geo Office, sobre el cual

se montaron los dos puntos estáticos junto con las dos bases asignadas que fueron ABCC y

BOGA del sistema de estaciones continuas SIRGAS. A continuación se detallan algunas

configuraciones a tener en cuenta durante el post-proceso como lo muestra la figura 20.

Se fijaron las estaciones ABCC y BOGA como puntos de control,

teniendo en cuenta la corrección semanal de cada una de estas.



42

Se importa la antena empleada durante el posicionamiento estático, que en

este caso fue una Geomax Zenith 25

Finalmente se procede a hacer el ajuste, verificando que se resuelvan

correctamente ambigüedades y se ajusten los vectores.

3.4.2 Etapa 2: Ajuste de nivelación

Una vez ajustados los puntos GPS se obtuvo una altura elipsoidal a la cual se le hizo su

correspondiente ajuste de ondulación para obtener la cota geoidal. La cual sirvió de amarre para

el posterior ajuste de la nivelación geométrica, sobre la figura 21 detalla la cartera de

nivelación.

Figura 20 Configuración puntos

de control ABCC - BOGA Leica

Geo Office

Figura 21 Ajuste de Nivelación



43

En el proceso de ajuste se tuvieron en cuenta el error de puntería, error vertical, error de mira y

error angular.

3.4.3 Etapa 3: Ajuste de RTK

Tras contar con coordenadas ajustadas se procede a hallar el delta norte y delta este entre dicha

coordenada y la tomada en campo para así hacer el respectivo ajuste de los puntos tomados con

RTK en campo.

Para ello es necesario antes hacer el traslado de época a 1995,4 del BM3 que es el punto de

amarre.

Una vez ajustadas las coordenadas en RTK se procede a la creación del origen Cajicá, con el fin

de proyectar las medidas en un plano local de referencia, con los siguientes parámetros:

Proyección: Transversal de Mercator

Falso Este 1007253.773]

Falso Norte 1038009.242

Meridiano Central -74.01210486

Factor de Escala: 1.000400837

Latitud de Origen: 4.939917317],

Unidades: Metros

(Ver anexo 4)

3.4.4 Etapa 4: Post-proceso vuelo

Tras contar con las coordenadas de los puntos de control se procede a ejecutar los procesos de

generación de ortofotografia y nube de puntos en el software PIX4D, como se muestra en la

figura 22.

Se ingresan las fotos capturadas durante el vuelo, especificando el origen

plano cartesiano de Cajicá

Se ingresan las coordenadas de los 9 GCP, ubicando con precisión cada

uno de los puntos materializados sobre la fotografías.



44

Figura 22 Georreferenciacion GCP Pix4D

Por último se da inicio al procesamiento de las imágenes teniendo en

cuenta en su configuración algunos aspectos que se detallan en la figura

23.

Figura 23 Configuración Post-proceso Pix4D

1. Proceso inicial: se toma la opción de proceso completo y generación de ortofotografia

para reporte preliminar.



45

2. Unión de nube de puntos: se selecciona el tamaño de imagen, densidad de puntos y

número mínimo de puntos de correlación; además del formato de exportación de la nube

de puntos.

3. DSM y orto mosaico: Sobre este módulo se selecciona el formato de salida del DSM y

de la orto fotografía; Adicionalmente se personalizada la densidad de la nube de puntos

generada junto con su formato.

3.4.5 Etapa 5: Generación de modelos

Una vez generada la nube de puntos del software PIX4D se procede a

generar la superficie de estos puntos sin ningún tipo de filtrado.

Luego se procede a generar una nueva nube con un espaciado de 25cm

según normatividad colombiana para el cálculo de IRI, la figura 24 detalla

la nube de puntos generada.

Tras contar con las nubes debidamente filtradas se hacen los perfiles por

cada una de las huellas identificadas, para de esta forma exportar en

formato .txt las cotas respectivas, la figura 25 detalla los perfiles de huella

generados.

Figura 24 Nube de Puntos



46

Figura 25 Generación de perfiles de huellas

3.4.6 Etapa 6: Calculo de IRI

Luego de contar con cada una de las superficies se procede a generar un perfil sobre las huellas,

obteniendo de esta forma un archivo en .txt con la información requerida, la figura 26 detalla el

perfil y el archivo de coordenadas y cotas generadas.

Figura 26 Generación de cotas de huellas

Se procede con el alistamiento del archivo para cargarlo al software Proval, el cual debe incluir

solo cotas.



47

Tras obtener el archivo con cotas, se genera un nuevo proyecto en Proval y se cargan los datos

antes mencionados. Teniendo en cuenta en su configuración que las unidades de intervalo y

elevación son ingresadas en metros, como se detallan en la figura 27.

Figura 27 Configuración de Proval

Finalmente al obtener el perfil se calcula el IRI, por medio de la herramienta “Analys QR” como

se evidencia en la figura 28.

Figura 28 Perfil Cálculo de IRI - Proval



48

Los perfiles generados permiten evidenciar la variación de la altura de la información tomando

como referencia un plano base ideal, en el proyecto se generaron 4 perfiles los cuales se trazaron

por el área en la que transitan con más frecuencia los vehículos detallando así el estado en el que

se encuentra la capa de rodadura del área de interés.

Este proceso se llevó a cabo por cada una de las metodologías empleadas.

(Ver Anexo 6)

3.5 FASE V: Productos

Entre los productos más relevantes se encuentra, la nube de puntos, la orto fotografía de alta

resolución el MDE y perfiles de huellas, como se detalla en la figura 29.

Figura 29 Productos generados



49

4 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

4.1 Post-proceso GPS

Las estaciones de monitoreo continuo que se emplearon para la determinación de coordenadas

precisas fueron ABCC y BOGA que emplean tiempos de rastreo a los 15 segundos de

propiedad del Instituto Geográfico Agustín Codazzi ubicadas en la ciudad de Bogotá estas

distan de los puntos de interés a 34,17 kilómetros aproximadamente, los tiempos de rastreo para

el vértice BM3 fueron de 3 horas 31 minutos 18 segundos y para BM4 3 horas 26 minutos 50

segundos, la máscara de elevación para evitar señales sobre el horizonte fue de 15° y el tiempo

de rastreo que se configuro a la hora de posicionar los vértices fue de un segundo. La tabla 1,

tabla 2 y tabla 3 indican las características de la información procesada.

Tabla 1 Efemérides precisas estaciones MAGNA-ECO

Estación de

referencia Latitud Longitud

Altura elipsoidal

(m)

ABCC 4° 39´ 40.44601" 74° 07´ 36.91996" 2576,244

BOGA 4° 38´ 19,25669" 74° 04´ 47,81813" 2609,820

Tabla 2 Coordenadas navegadas vértices

Nombre del

punto Latitud Longitud

Altura elipsoidal

(m)

BM3 4° 56´ 24.75386" 74° 00´ 45.16220" 2582,743

BM4 4° 56´ 28,09666" 74° 00´ 41,72921" 2582,202

Tabla 3 Coordenadas ajustadas vértices

Nombre del

punto Latitud Longitud

Altura elipsoidal

(m)

BM3 4° 56´ 24.73069" 74° 00´ 45.16556" 2582,743

BM4 4° 56´ 28,06325" 74° 00´ 41,73350" 2582,096



50

Como se detalla en las anteriores tablas 1, tabla 2 y tabla 3 el ajuste para el vértice BM3 es de

0.71 metros y para el vértice BM4 es de 1,035 metros valores que para un trabajo de alta

precisión son significativos.


51

4.1.1 Cambio de época

El cambio de época se realiza con el fin de entregar las coordenadas en época 1995,4 pues es la época que determino el instituto

geográfico Agustín Codazzi para Colombia ya que hasta esta época se tubo control de toda la red geodésica de alta precisión y se dejó

como marco de referencia, esto se basa en determinar las velocidades para las tres componentes (este x, norte y y cota z ) que ha

tenido el punto desde 1995,4 hasta la fecha de posicionamiento o rastreo, efecto que se da por el movimiento de las placas tectónicas

del planeta, a continuación en la tabla 4 se representan los ajuste por modelo de velocidad que se aplicaron

Tabla 4 Coordenadas vértices Cajicá época actual

Punto

Coordenadas geográficas época 2017,59

Coordenadas geocéntricas magna sirgas época 2017,59

Velocidades

Latitud (Norte) Longitud (Oeste) Altura

elipsoidal (m)

X (m) Y(m) Z (m)

v(X) v(Y) v(Z) DF

BM3 4° 56’ 24,73069” 74° 0’ 45,16556’’ 2582,743 1750936,452 -6111291,263 545818,7264 0,0013 0,0015 0,0125 22,19

BM4 4° 56’ 28,06325’’ 74° 0’ 41,73350’’ 2582,096 1751035,529 -6111253,027 545920,6991 0,0013 0,0015 0,0125 22,19

Para mitigar errores de factor de escala que alteran las medidas que se toman sobre la superficie se realizó una proyección plana local

para emplear sobre la zona objeto de estudio, a continuación la tabla 5 representa las coordenadas en el origen anteriormente

mencionado:

Tabla 5 Coordenadas vértices Cajicá época 1995,4

Punto

Coordenadas magna sirgas

geocéntricas época 1995,4

Coordenadas geográficas wgs-84 época 1995.4

Coordenadas magna sirgas

planas plana cartesiana

origen Cajicá 1995,4 Ondulación

punto (m)

Alt.

Geoidal

(m) X (m) Y (m) Z (m)

Latitud (Norte) Longitud (Oeste)

Altura elipsoidal

(m)

Este (m) Norte (m)

BM3 1750936,423 -6111291,296 545818,449 4° 56’ 24,72161’’ 74° 0’ 45,16670’’ 2582,743 1007204,79 1038040,564 25,49 2557,250

BM4 1751035,500 -6111253,061 545920,422 4° 56’ 28,05418’’ 74° 0’ 41,73469’’ 2582,094 1007310,57 1038142,973 25,49 2556,604



52

4.1.2 Coordenadas RTK

Son coordenadas obtenidas empleando la metodología de recolección de información en

tiempo real que surge del uso de equipos GPS de doble frecuencia, pues estos equipos permiten

ubicar una antena de rastreo sobre un vértice geodésico de coordenadas certificadas y emplear

otra antena en modo Rover. Se posiciono la base sobre el vértice BM3 al cual se le tomaron unas

coordenadas navegadas que posteriormente se compararon con las ajustadas arrojando un delta

de ajuste que se relaciona en la tabla número 6.

Tabla 6 Coordenadas BM3

BM-3 Norte (m) Este (m) Delta Norte

(m)

Delta Este

(m)

GPS ESTÁTICO 1995,4 1038040,547 1007204,810 0,369 1,080

RTK NAV 1995,4 1038040,916 1007205,890

La anterior metodología garantiza el correcto posicionamiento de la nube de detalles y las diez

secciones transversales distribuidas cada 10 metros en la franja de estudio de cien metros de

largo por seis metros de ancho.

4.2 Nubes de puntos

En el proyecto se trabajaron tres metodologías, nivelación geométrica, escáner laser y

fotogrametría cada metodología deja como resultado productos de diferentes características. A

continuación la tabla7 resume la estadística de las diferentes nubes obtenidas.

(Ver Anexo 8)



53

Tabla 7 Características nubes de puntos

Nube Método Espaciado

(m)

Densificació

n (puntos/m2)

Cantidad

Puntos

Alt. Min

(m)

Alt. Max

(m)

Deltas h

(m)

1 Nivelación 10 N.A 73 2555,969 2556,895 -0,926

2 Nivelación 0,25 14 8.986 2555,979 2556,894 -0,915

3 UAV sin

Georref. 0,02 2.254 1.678.074 2632,962 2634,188 -1,226

4 UAV sin

Georref. 0,25 13 10.123 2632,967 2634,188 -1,221

5 UAV 0,25 14 9.196 2556,008 2556,917 -0,909

6 UAV 2cm 0,02 2.249 1.505.585 2556,005 2556,916 -0,911

7 UAV sin

Proceso N.A 16.281 10.908.049 2555,974 2556,964 -0,99

8 Scanner sin

Proceso N.A 110.688 13.889.495 2469,492 2470,366 -0,874

4.3 Nivelación Geométrica

Nivelación geométrica sobre 10 secciones transversales distribuidas en un tramo de vía de cien

metros de largo por seis metros de ancho conformada cada una por nueve puntos de interés

los cuales detallaban las huellas del vehículo, los bordes y eje de la vía y la altura del sardinel, el

amarre de altura se tomó del mojón BM-3 materializado cerca de la zona objeto de estudio,

desde allí se determinó la altura de los diferentes puntos que conformaron las secciones

transversales y se contra nivelo cerrando en el mismo punto de inicio, esto con el fin de llevar un

control de errores del trabajo y realizar un ajuste adecuado, la tabla numero 8 enuncia los

errores máximos, su clasificación y los errores que inciden en un trabajo altimétrico.

(Ver Anexo 5)



54

Tabla 8 Ajuste de Nivelación*

Parámetro Resultado

Error cierre 0,003

1 orden 0,006

Error Puntería 0,003

Error Vertical 0,006

Error Mira 0,001

Error Angular 0,007

kpto 0,0000300

ci 0,0000002941

* Unidades dadas en metros

Las características de las diez secciones se relacionan en la tabla número 9 donde se detallan

pendientes longitudinales de la zona objeto de estudio, bombeos detallados de cada calzada y

diferencias de alturas longitudinal entre el punto inicial y final del tramo.

Tabla 9 Secciones transversales

A B C D E F G H I J Dif Alt

Long

Pend

Long %

1 2557,157 2557,026 2556,927 2556,848 2556,759 2556,648 2556,539 2556,492 2556,387 2556,302 0,855 0,95%

2 2556,879 2556,773 2556,679 2556,599 2556,51 2556,399 2556,324 2556,263 2556,137 2556,085 0,794 0,88%

3 2556,884 2556,788 2556,691 2556,61 2556,525 2556,412 2556,324 2556,274 2556,155 2556,107 0,777 0,86%

4 2556,895 2556,827 2556,723 2556,646 2556,559 2556,461 2556,35 2556,302 2556,196 2556,111 0,785 0,87%

5 2556,889 2556,831 2556,736 2556,654 2556,568 2556,472 2556,364 2556,311 2556,211 2556,127 0,762 0,85%

6 2556,883 2556,821 2556,736 2556,655 2556,567 2556,466 2556,361 2556,31 2556,211 2556,158 0,726 0,81%

7 2556,876 2556,776 2556,713 2556,638 2556,54 2556,438 2556,342 2556,278 2556,192 2556,081 0,796 0,88%

8 2556,874 2556,758 2556,703 2556,63 2556,527 2556,428 2556,331 2556,266 2556,181 2556,075 0,799 0,89%

9 2557,117 2557,019 2556,92 2556,846 2556,762 2556,651 2556,548 2556,494 2556,398 2556,322 0,795 0,88%

Bombeo

Der 0,017 0,058 0,057 0,055 0,058 0,074 0,041 0,048 0,074 0,042

Bombeo

Izq 0,015 0,073 0,033 0,025 0,041 0,044 0,033 0,044 0,03 0,082

* Unidades dadas en metros



55

De la tabla 9 se concluye que la pendiente longitudinal promedio del tramo es del 0,87% y los

promedio de diferencia de altura de los puntos iniciales a finales es de 0.79 , y en cuanto a

pendientes transversales es decir bombeos de calzada su valor no es muy estable y fluctúa entre

un 8% y 1,5% los resultados evidencian que la calzada derecha tiene mayor bombeo que la

calzada izquierda, comportamiento que se evidencia en las tres metodologías empleadas, a

continuación la Figura 30 detalla el comportamiento de la sección típica transversal.

Identificados los comportamientos longitudinales y transversales de la vía se procedió a realizar

el cálculo respectivo del índice de rugosidad internacional mediante el software Proval

empleando dos tipos de superficie, una nube original con un total de 73 puntos y un espaciado de

10 m y otra nube densificada por software cada 25 cm como lo dice la norma.; Las características

del perfil generado fueron de una longitud de 100 metros de largo por 20 centímetros de ancho

simulando el área típica que cubre la llanta de un vehículo; con un tope de datos de 1024 puntos

por perfil estimando una distribución de 51 puntos por metro cuadrado de huella, el resultado de

dicho índice se muestra en la tabla 11.

Figura 30 Sección Transversal



56

Tabla 10 Calculo de IRI por nivelación geométrica

Método IRI ( m/km)

Huella 1 Huella 2 Huella 3 Huella 4

Nivelación 10 m 1,4 1,2 1,3 1,2

Nivelación 0,25 m 1,5 1,3 1,3 1,2

Como lo evidencia la tabla 11 las diferencias al emplear superficies con diferentes

densificaciones mediante el método de nivelación geométrica no son significativas en la

estimación del índice de rugosidad internacional dando como resultado un valor mínimo de

1,247 m/km y un máximo de 1,55 m/km en el cual clasifican Pavimento nuevo, superficie de

grava fina, o superficie con un excelente perfil longitudinal y transversal (por lo general sólo se

encuentran en longitudes cortas).

En la figura 31 se detallan las diferencias de la estimación del IRI con diferentes densidades de

puntos empleando el método topográfico de nivel de precisión.

Figura 31 Cálculo de IRI por Nivelación Geométrica

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

HUELLA 1 HUELLA 2 HUELLA 3 HUELLA 4

Nivelacion 10m 1,4 1,2 1,3 1,2

Nivelacion 0,25m 1,5 1,3 1,3 1,2

IRI k

m/m

IRI - Nivelacion Geometrica



57

4.4 Escanografia Laser

Con una configuración de resolución de 1/8, calidad de 4X, tamaño de 5134 X 2134,

configuración de rango de escaneo de área completa, ángulo horizontal a 360° y ángulo vertical

a 90° según documento de referencia se realizó la toma de la información sobre la vía.

Para efectos de homogenizar la información se editó la nube y se generó una nube específica

sobre la vía quedando una nube de puntos de 13.883.603 puntos para el cálculo del IRI por las

secciones empleadas en la nivelación geométrica, dando los resultados que se relacionan a

continuación en la tabla 12.

Tabla 11 Calculo de IRI por escanografia

Método IRI (m/km)


Scanner 4,2 3,7 3,6 3,1

Como se evidencia en la tabla 12 el valor calculado del IRI mediante escanografia laser fluctuo

entre 3,1 m/km y 4,2 m/km, valores que según la escala de medición corresponden a una

superficie que ofrece un manejo confortable hasta 80-100 km / h. con ondulaciones suaves o

balanceo. Depresiones insignificantes (por ejemplo, <5 mm / 3m) y no hay baches; A

continuación la figura 32 evidencia los valores calculados.



58

Figura 32 Cálculo de IRI con Escáner

4.5 Vuelo Fotogramétrico

Se empleó un vehículo aéreo no tripulado tipo multirotor DJI Phanthon versión 4, con sensor

RGB integrado de 12.4 megapíxeles modelo FC 330, empleando la aplicación Ground Station

Pro (GSP); Las configuraciones usadas para la captura de información fotogramétrica fueron:

Angulo de captura paralelo a la trayectoria principal (parallel to main path)

Modo de captura seguro (hover&capture at point)

Modo de vuelo interior (Inside Mode)

Velocidad de vuelo de 5 m/s

Traslape frontal del 84%

Traslape lateral del 64%

Angulo de soporte de cámara (gimbal) 90°

Acción al final de la misión (return to home alt 20m) retornar a punto de despegue a

20m.

A continuación en la tabla 13 se detallan las características de cada uno de los vuelos

realizados:

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5


IRI (

m/k

m)

Escaner



59

Tabla 12 Detalles de vuelos fotogramétricos

ID Orientación

del vuelo Altura (m)

Resolución

(cm/px)

Líneas de

vuelo

Numero

de fotos

Área

cobertura

(Ha)

Long.

Vuelo (m)

Tamaño imagen

(pixel)

Tiempo vuelo

(min)

1 Longitudinal 10 0,4 2 96 0,19 244

4000 x 3000

4,7

2 Transversal 10 0,4 19 93 0,09 256 4,8

3 Longitudinal 20 0,9 1 33 0,2 147 1,47

4 Transversal 20 0,9 10 51 0,19 284 2,56

Procesados los diferentes vuelos acorde a las características anteriormente mencionadas

se optó por emplear como modelo de comparación el vuelo numero 2 transversal de 10 m

de altura ya que fue el que mejor resultado arrojo luego del proceso fotogramétrico .

Se generó una nube de puntos original de nueve millones cuatrocientos cuarenta y seis

mil seis cientos dieciocho puntos (9.446.618) en formato LAZ, una orto fotografía en

formato TIFF con una resolución espacial de 0.003m y curvas de nivel a un intervalo de

10cm, información que con su respectivo proceso se empleó para la determinación del

índice de rugosidad internacional.

Se generaron varias superficies con densidades de puntos diferentes como se mencionó

en la tabla 13 las cuales permitieron calcular un IRI que fluctuó entre los valores de 3,4

m/km y 6,6 m/km cabe a clara que esta variación se generó por los diferentes filtros que

se le aplico a la información a continuación la tabla 14 representa los valores de IRI

acorde a la superficie empleada.

Tabla 13 Calculo de IRI por método fotogramétrico

Método IRI (m/km)


UAV sin Georref. 2cm 4,2 3,9 3,9 3,7

UAV sin Georref. 25cm 3,9 3,9 3,7 3,4

UAV 25cm 4,5 4,3 4,3 4,2

UAV 2cm 5,0 4,5 4,8 4,3

UAV sin Proceso 6,6 5,2 5,6 6,0



60

Como resultado se pudo evidenciar que esta metodología estuvo en un rango de 3 m/km a

6 m/km valores que según la escala de medición del IRI representan manejos

confortables con movimientos agudos y algo de rebote.

La metodología de UAV a 25cm según norma tiene una gran correlación con la

metodología de escenografía laser pues los valores de estas dos metodologías fluctuaron

para UAV entre 4,2 m/km y 4,5 m/km y para escáner laser entre 3,1 m/km y 4,2 m/km.

Valores que según escala de INVIAS sería una clasificación entre aceptable a pobre es

decir un pavimento algo rugoso con tendencias a rugosidades notorias.

La Figura 33 refleja los valores en los que fluctúa el método fotogramétrico para el

cálculo del IRI.

0

1

2

3

4

5

6

7

UAV sinGeorref.

2cm

UAV sinGeorref.

25cm

UAV 25cm UAV 2cm UAV sinProceso

IRI (

m/k

m)

Calculo de IRI por Metodo Fotogrametrico

Huella 1

Huella 2

Huella 3

Huella 4

Figura 33 Cálculo de IRI por Fotogrametría



61

4.6 Recopilación de Resultados

4.6.1 Test de exactitud posicional

Método de NSSDA: Análisis tanto la componente horizontal (XY de forma conjunta), como la

componente vertical (Z).

Con la obtención del RMSE para XY por un lado, y para Z por otro, se calcula el error real de la

muestra analizada en función de un nivel de confianza del 95 %. Este test nos muestra un índice

de calidad de la cartografía en unidades reales sobre el terreno, como lo muestra la tabla 15.

Tabla 14 Exactitud posicional

Parámetro ∆E (m) ∆N (m)

Sumatoria 0,172 0,003

Media Arit. 0,00716667 0,000125

RMS 0,03846037 0,00067082

Desviación estándar 0,03437013 0,00059948

RMS xy 0,038466219

Coeficiente de exactitud posicional XY

para RMSEx ≠ RMSEy 0,047890706

4.6.2 Test de exactitud posicional en Altura

La figura 34 y figura 35 relaciona la estadística básica de cada una de las secciones

transversales, entre la información recolectada por nivelación geométrica y metodología

fotogramétrica (UAV).

Figura 34 Test de altura

Sección Dif.

Cota

Media

Aritmética

Desv.

Estándar RMS

A -0,009 -0,001 0,003 0,003

B 0,082 0,012 0,029 0,031

C 0,154 0,022 0,054 0,058

D 0,242 0,035 0,035 0,091

E 0,198 0,028 0,069 0,075



62

F 0,078 0,011 0,027 0,029

G 0,015 0,002 0,005 0,006

H 0,016 0,002 0,006 0,006

I -0,101 -0,014 0,035 0,038

J -0,027 -0,004 0,009 0,010

*Unidades dadas en metros

4.6.3 Comparación de métodos

La tabla 16 y la figura 36 detallan la diferencia de cálculo de IRI mediante escanografia laser y

metodología fotogramétrica sobre las secciones marcadas en este trabajo, valores que varían

entre 0.2 m/km y 1 m/km

Tabla 15 Calculo de IRI con UAV y Escáner

Método IRI (m/km)


UAV 0,25 m 4,5 4,3 4,3 4,2

Escáner 4,2 3,7 3,6 3,1

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2


IRI (

m/k

m)

Diferencias de IRI

Figura 35 Diferencia de IRI entre metodologías



63

La tabla 17 y la figura 37 representan la variación del IRI de la información calculada entre las

secciones empleadas en el trabajo de grado “Metodología para estimar el índice de

rugosidad internacional (IRI) urbano por medio de escanografia laser.” y la metodología

del presente proyecto.

Tabla 16 Comparación calculo IRI

Método IRI (m/km)

Eje Borde Izquierdo

Escáner 3,8 4,6

UAV 3,3 4,1

Nota: La información empleada de escáner fue recuperada de “Metodología para estimar el

índice de rugosidad internacional (IRI) urbano por medio de escanografia laser.” María Poveda –

Nicolás Betancourt; 2015

Figura 36 Comparación de IRI

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Eje Borde Izquierdo

IRI (

m/k

m)

Comparación de IRI


64

4.6.4 Rendimientos y costos por metodologías

La tabla 18 detalla un resumen de las metodologías aplicadas para la determinación del valor de rugosidad internacional y su grado de

complejidad.

Tabla 17 Rendimientos metodologías IRI

Equipo Grado de

precisión Implementación

Complejidad

del equipo

Tiempo aprox.

(tramo 100m)

Costo equipo /

día

Costo

profesional

Rendimiento

km/día Observaciones

Nivel y

Mira Muy alta

Mediciones de

perfil de

pavimento y

calibraciones

Simple 2 días $ 60.000 $ 360.000 20 días

el uso de estos equipos para

proyectos largos no es

práctico y los costos son

elevados

Escáner

laser Muy alta

Recopilación de

información de

arquitectura y

topografía.

Compleja 2 horas $ 300.000 $ 120.000 3 días

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.

Sistema

aéreo no

tripulado

(UAV)

Alta

Recopilación de

información

fotogramétrica

Compleja 1 hora $ 150.000 $ 120.000 2 días

Equipos con alta precisión

permiten la comparación de

resultados y son estables en el

tiempo.



65

4.7 Ortofotografia de alta resolución

Es uno de los productos que se genera al emplear el método fotogramétrico dicha orto foto esta

compuestas por múltiples fotografías tomadas a la misma altura y controlada por una línea de

vuelo o waypoints que garantizan los traslapes tanto longitudinales como laterales que se deben

tener para la generación de la misma ya que sin traslapes no existen puntos de correlación que

generen el orto mosaico y por ende el modelo 3D, en la figura 38 se detalla orto fotografía de a

zona de estudio.

Figura 37 Ortofotografia de alta resolución - Drone

4.8 Curvas de nivel

Otro de los productos que se generó a partir del uso de los tres métodos fue la generación de

curvas de nivel sobre las superficies tratadas pues estas nos permiten evidenciar de manera

gráfica la variación de alturas sobre la misma área de interés para este caso las huellas o zonas

por donde transitan los vehículos con mayor frecuencia.

Para una correcta correlación de resultados se generaron curvas de nivel de:

Ortofotografia sin georreferenciar a 25 cm

Ortofotografia sin georreferenciar a 2 cm

Nivelación a 10m

Ortofotografia georrefereciada 2cm



66

Nivelación 25cm

Ortofotografia georrefereciada 25 cm

Ortofotografia sin procesos

Scanner

(Ver Anexo 7)

5 Futuras aplicaciones de análisis de IRI mediante proceso fotogramétrico

5.1 Superficies y Perfiles cada 20cm

Una vez procesada la información de los tres métodos empleados se procedió a generar

superficies con múltiples perfiles, esto con el fin de evidenciar la variación de los resultados

que se da al modelar la información, con el fin de evidenciar anomalías sobre la capa de

rodadura y el comportamiento de la misma.

Ya que actualmente el método se limita a tomar información sobre las huellas o la trayectoria

ideal de los vehículos.

Se realizaron dos modelamientos de superficie los cuales se mencionan a continuación:

1. Generación de once perfiles espaciados cada veinte centímetros

Se basó en emplear tres superficies fotogramétrica, escáner y nivelación geométrica,

sobre estas superficies se promedió un IRI que no dependía de solo cuatro huellas si no

de los múltiples perfiles generados a continuación se relación las figura 1, figura 2 y

figura 3 las cuales detallan el comportamiento de los datos sobre cada superficie.



67

R² = 0,1643

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

4,2

4,4

4,6

4,8

0 2 4 6 8 10 12 14

IRI (

m/k

m)

Superficie UAV (25cm)

Figura 39 Perfil IRI con UAV superficie 25 cm

Figura 38 Perfiles IRI sobre superficie

La figura 40 representa el IRI de múltiples perfiles sobre la superficie UAV dando como

resultado una dispersión de R= 0.16 como el valor es bajo el modelo no es confiable.

Tabla 18 Superficie UAV

Perfil IRI (m/km)

1 4,313

2 4,179

3 4,467

4 4,325

5 4,408

6 4,650

7 4,642

8 4,307

9 3,890

10 3,716

11 4,105

Prom. 4,273



68

R² = 0,3372

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

0 2 4 6 8 10 12

IRI (

m/k

m)

Nivelacion Geometrica (25cm)

Figura 40 Perfil IRI Nivelación

La figura 41 representa el IRI de múltiples perfiles sobre la superficie geométrica dando como


Tabla 19 Superficie nivelación

La figura 42 representa el IRI de múltiples perfiles sobre la superficie escáner dando como


Tabla 20 Superficie Escáner

Perfil IRI (m/km)

1 1,4

2 1,6

3 1,7

4 1,5

5 1,3

6 1,2

7 1,2

8 1,3

9 1,3

10 1,4

11 1,3

Prom. 1,4

Perfil IRI (m/km)

1 3,582

2 3,517

3 3,554

4 3,719

5 4,102

6 4,144

7 3,682

8 3,294

9 3,482

10 2,853

Prom 3,5929

R² = 0,1629

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 2 4 6 8 10 12

IRI (

m/k

m)

Escaner

Figura 41 Perfil IRI con Escáner



69

5.1.1 Superficie UAV

Figura 42 Análisis superficie UAV



70

6 METODOLOGÍA PROPUESTA PARA CALCULO DE IRI POR MÉTODO

FOTOGRAMÉTRICO

Realizado este trabajo surge una nueva metodología con unos resultados viables para estimar el

índice de rugosidad internacional y abriendo la posibilidad de no solo regirse sobre el trazo

ideal de la huella por donde circularan los vehículos si no de realizar un análisis de la

información sobre toda la capa de rodadura; soportándose sobre un valor agregado como es la

orto fotografía de alta resolución que puede ser empleada para identificar fenómenos como

baches sobre la vía, estado de demarcación, fenómenos como la piel de cocodrilo en sus distintos

niveles, ahuellamiento, grietas de contracción o de bloque, y mancha en pavimento (exudación),

a continuación se detalla el esquema que detalla las fases de dicha metodología:

Figura 43 Metodología Propuesta



71

FASE I: Planeación

Etapa 1: Acercamiento al área de trabajo

Durante esta etapa se procede a hacer una primera visita al lugar de interés, con el fin de conocer

el entorno y así mismo socializar con el personal de interés el objetivo del proyecto.

Etapa 2: Alistamiento de equipos de trabajo

Debido a que la labor conjuga varias actividades, se debe alistar una pareja de GPS o en su

defecto una estación total y un sistema aéreo no tripulado, cada uno de estos con sus respectivos

controles de calidad y actualizaciones.

Etapa 3: Elaboración de GCP

Es necesario hacer unas marquillas, con el fin de emplear de puntos de control terrestre pues

estas se le determinaran coordenadas de alta precisión para el pos proceso fotogramétrico.

FASE II: Trabajo De Campo

Etapa 1: Materialización de puntos de foto control

Ubicados sobre el área de interés de pavimento flexible se distribuyen los puntos de control a

emplear dándole una forma geométrica consistentes esto con el fin de que el modelo se escale y

se oriente de la manera más apropiada su ubicación debe ser homogénea.

Etapa 2: Determinación de las coordenadas de los puntos de control

La metodología para determinar las coordenadas de precisión de cada punto de control es muy

diversa y está altamente relacionada con el equipo a emplear pues si no se tiene un vértice

geodésico certificado se debe hacer un posicionamiento estático y RTK, o si se emplea estación

total se debe llevar control de errores con poligonal abierta o cerrada dependiendo de la

ubicación de los vértices certificados.

Etapa 3: Toma de fotografías con sistema aéreo no tripulado

Una vez materializados y posicionados los puntos de control se procede a dar inicio a los

sobrevuelos sobre el área de interés, teniendo en cuenta factores de viento, luz solar, tránsito de

peatones y vehículos.

Se realiza un vuelo a una altura de 10 m generando un GSD de 0.08 m , de sentido transversal

al eje de la vía vuelos con una velocidad de 5m/s, un traslape frontal de 84% y lateral de 64%,

siempre con un ángulo de 90° en el Gimbal.



72

Etapa 4: validación de información recolectada

Terminada toda la etapa de recolección de información se recomienda realizar una revisión a las

fotografías capturadas y si es posible un pos proceso rápido de acuerdo al software de

fotogrametría empleado, esto con el fin de evidenciar inconsistencias o posibles errores.

FASE III: Trabajo En Oficina

Etapa 1: Post proceso GPS estático

Acorde al equipo empleado y el método usado se procede a realizar el ajuste topográfico

requerido los cuales se basan en corrección de errores sistemáticos, humanos y naturales.

Etapa 2: post proceso fotogramétrico

Tras contar con las coordenadas de los puntos de control se procede a ejecutar los procesos de

generación de orto foto y nube de puntos en el software fotogramétrico indicado.

Etapa 3: Generación de modelos

Culminado el proceso fotogramétrico se inicia el trabajo con los productos generados es decir

con las nubes de puntos se generan las superficies y perfiles requeridos.

Etapa 4: Análisis de resultados

Con la información recolectada se migra a formato txt. Con el fin de graficarla sobre el software

Proval especializado para análisis de IRI; por otra parte las superficies se migran a formato

raster esto con el fin de hacer análisis estadísticos empleando el software ArcGis.

Etapa 5: Salidas gráficas y productos

Culminadas todas las etapas se generan salidas graficas con la ortófoto de alta resolución

identificando allí perfiles e irregularidades sobre la superficie. Y migrando a formatos

comerciales o comúnmente conocidos en el ámbito de la ingeniería.



73

7 Recursos

RECURSOS CANTIDAD VALOR EN PESOS TIEMPO

(Días) TOTAL

HUMANOS

Personal en campo 3 $ 100.000 4 $ 1.200.000

Personal en oficina 2 $ 80.000 120 -----

FÍSICOS

Lugar de pruebas 1 0 4 -----

Vehículo de transporte 1 120.000 4 $ 480.000

MATERIALES

Papelería 1 50.000 0 $ 50.000

Otros 1 50.000 0 $ 50.000

TECNOLÓGICOS

Nivel de precisión 1 30.000 1 $ 30.000

Escáner Laser 1 1.500.000 1 $ 1.500.000

Equipos de computo 2 0 120 -----

Equipo GPS 1 300.000 1 $ 300.000

Drone 1 500.000 1 $ 500.000

INSTITUCIONALES

Instalaciones de la universidad 1 0 120 -----

Recursos literarios 1 0 15 -----

Software post-proceso 1 35.000 30 $ 1.050.000

Subtotal $ 3.960.000

AIU 10% $ 396.000

TOTAL $ 4.356.000



74

8 Conclusiones

Al realizar filtros de espaciado de las nubes de puntos con el fin de homogenizar datos es

notable que el método fotogramétrico tiene variaciones en comparación con el método

de escánografia laser según las franjas de referencia que se tomaron para realizar el

cálculo.

El método topográfico convencional que se emplea para la estimación del IRI tiene

limitaciones a la hora de la recolección de información pues es imposible recolectar

nubes de datos tan densas como las generadas por el sistema aéreo no tripulado o el

método de escanografia laser; dejando así una incertidumbre de detalle de información

que afecta la estimación de dicho parámetro.

La metodología propuesta empleando fotogrametría por medio se sistemas aéreo no

tripulados, ofrece valores agregados como lo es la orto fotografía de alta resolución

abriendo así la posibilidad de identificar daños o deterioros sobre el pavimento tales

como piel de cocodrilo, exudación, grietas, ahuellamiento y baches.

Los tiempos de recolección de la información empleando fotogrametría son inferiores

frente a métodos convencionales, minimizando impactos como cierre de vías por lapsos

de tiempo extensos ya que esta captura de información solo tarda unos minutos en tramos

considerables y se minimiza el riego de accidentalidad laboral ya que no se debe tener

personal expuesto sobre la vía.

El desarrollo de este proyecto deja la posibilidad abierta de no solo estimar el IRI sobre

la huella o zona que se supone transitan los vehículos con mayor frecuencia si no de

analizar toda la superficie de rodadura con el fin de determinar una rugosidad de mayor

detalle y por ende de mayor precisión.



75

9 Recomendaciones

Es necesario tener un control de materiales o partículas que no pertenecen a la capa de

rodadura ya que estos pueden alterar el resultado de las medidas realizadas.

A la hora de realizar la toma de fotografías aéreas se debe tener en cuenta la incidencia de

la luz solar, dependiendo del material de los GCP esta se puede hacer con el sol en el

cenit o por lo contrario en horas donde el sol este por fuera del cenit es decir antes de las

10 am después de las 2 PM.

Se debe bloquear el tránsito de vehículos, personas o cualquier elemento que pueda

obstruir la toma de fotografías esto con fines de seguridad y garantizar la correcta toma

de información.

Las líneas de vuelo deben ser transversal al recorrido de la vía, esto garantiza que no se

presenten distorsiones o alteraciones en el modelo 3D, ya que se aumenta la cantidad de

información recolectada.

La metodología propuesta se desarrolló en una pista de pruebas con pendiente

longitudinal muy baja, sin curvas horizontales ni verticales se deben hacer estudios con

las condiciones anteriormente mencionadas con el fin de validar el comportamiento de

este método.

El tamaño de los GCP debe ser de mínimo 5 x GSD, esto con el fin de garantizar su

correcta visualización a la hora de post-procesar y la distribución de estos GCP debe ser

homogénea teniendo en cuenta las diferencias de nivel que existan.



76

La metodología propuesta acorde a los resultados que se obtuvo se recomienda emplearla

para estudios de IRI en redes viales de tránsito urbano con fines de prevención y

mantenimiento, con umbrales de precisión preestablecidos, si se requiere más detalles se

recomienda un método convencional.



77

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Anexos

Anexo 1 Especificaciones GPS

Anexo 2 Especificaciones nivel

Anexo 3 Especificaciones Drone

Anexo 4 prj. origen Cajicá

Anexo 5 Ajuste de nivelación geométrica

Anexo 6 Perfiles IRI

Anexo 7 Curvas de nivel

Anexo 8 Nubes de puntos

Anexo 9 Test exactitud posicional xy

Anexo 10 Test exactitud posicional z

informaciÓn obtenida por mÉtodos...

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