PROPUESTA DE UN MÉTODO CIBERFÍSICO PARA EL CONTROL DE CALIDAD EN LA ETAPA DE COMPACTACIÓN DEL AFIRMADO PARA PAVIMENTOS EN PERÚ

Abstract

En la actualidad, la mayoría de los proyectos de pavimentación cuentan con un método de control para evaluar la calidad de compactación in situ del suelo para el afirmado del pavimento. El grado de compactación del suelo se mide cuantitativamente mediante la densidad seca en las cuales, se tiene que evaluar las densidades del terreno en distintos puntos y de esa forma dar la conformidad de compactación. Los ensayos comúnmente utilizados para liberar áreas compactadas son el cono de arena (Instituto Nacional de Calidad [INACAL], 2013; Advancing Standars Transforming Markets [ASTM], 2024a), el densímetro nuclear (ASTM, 2017), aplicado en ciclos de 250 m², y el método del globo de agua o hule (ASTM, 2024b). Por lo tanto, en la presente tesis se realiza una investigación sobre los métodos de control de calidad para la compactación de suelo con el fin de analizar sus resultados de una forma eficiente y eficaz aplicando el sistema tradicional y el sistema ciberfísico automatizado el cual permite obtener una compactación uniforme en toda el área a pavimentar obteniendo la densidad requerida para cada capa del pavimento. Asimismo, la verificación del control de calidad en este método se realiza en tiempo real sobre la operación de las máquinas compactadoras, el cual reduce significativamente el tiempo de ejecución de dichos ensayos. Se toma como caso de estudio un proyecto del sector vial para identificar las incidencias de la problemática respecto a los retrasos, y luego realizar la comparativa entre el control de calidad tradicional contra el control de calidad aplicando el sistema ciberfísico (sistema MÁQUINA-GESTIÓN DE INFORMACIÓN-MATERIAL-PROCESAMIENTO DEL SISTEMA-DECISIONES HUMANAS). Los resultados del análisis comparativo muestran un aumento del 44.47% de la productividad en la ejecución de la partida, un ahorro de tiempo de compactación entre 72,72% y 52,83%, y una reducción de 30% de los costes de construcción del método ciberfísico de control de calidad automatizado sobre el control de calidad tradicional. Finalmente, los resultados de la validación dan como resultado un 83.23%, demostrando una alta concordancia entre los expertos entre ingenieros y operarios, respaldando la solidez y fiabilidad del método ciberfísico propuesto. Se puede concluir que el método ciberfísico es adecuado para el control de calidad en el proceso de compactación puesto que crea un enfoque colaborativo el cual es beneficioso para las obras ingenieriles de gran envergadura garantizando una óptima compactación con los recursos necesarios.

Nowadays, most paving projects have a control method to evaluate the quality of in-situ compaction of the soil for pavement reinforcement. The degree of compaction of the soil is measured quantitatively by means of the dry density in which, it is necessary to evaluate the densities of the soil at different points and thus give the conformity of compaction. The tests commonly used to release compacted areas are the sand cone (National Institute of Quality [INACAL], 2013; Advancing Standards Transforming Markets [ASTM], 2024a), the nuclear densimeter (ASTM, 2017), applied in 250 m² cycles, and the water or rubber balloon method (ASTM, 2024b). Therefore, this thesis investigates quality control methods for soil compaction in order to analyze its results efficiently and effectively by applying the traditional system and the automated cyber-physical system, which allows for uniform compaction across the entire area to be paved, obtaining the required density for each layer of the pavement. Likewise, quality control verification in this method is performed in real time on the operation of the compaction machines, which significantly reduces the execution time of these tests. A project in the road sector is taken as a case study to identify the incidences of the problem regarding delays, and then make a comparison between traditional quality control versus quality control by applying the cyber-physical system (MACHINE-INFORMATION MANAGEMENT-MATERIAL-SYSTEM PROCESSING-HUMAN DECISIONS system). The results of the comparative analysis show a 44.47% increase in productivity in batch execution, a compaction time saving between 72.72% and 52.83%, and a 30% reduction in construction costs of the cyber-physical method of automated quality control over traditional quality control. Finally, the validation results yield 83.23%, demonstrating high expert agreement between engineers and operators, supporting the robustness and reliability of the proposed cyber-physical method. It can be concluded that the cyber-physical method is suitable for quality control in the compaction process since it creates a collaborative approach which is beneficial for large-scale engineering works ensuring optimal compaction with the necessary resources.