Estudio comparativo de la condición de superficial de pavimentos mediante equipos de bajo costo

*Por Fernando Paniagua, Pablo Callizo, Aisar Canan del Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Católica de Asunción, Paraguay.

 

Hacer gestión de infraestructura en nuestras redes de caminos en cada uno de nuestros países de ALC es aun débil o tema pendiente, principalmente en caminos que se encuentren fuera de competencia de la administración central como municipios y gobernaciones, sobretodo en la gestión de aquellos caminos que denominados rurales o vecinales.
El contexto o motivación principal de este estudio aplicado en Paraguay, fue revisar y discutir sobre alternativas de evaluación en dos indicadores básicos y necesarios, referente a la condición funcional, el IRI (Índice de Regularidad Superficial_ m/km) y coeficientes de fricción (µ). Se pretendió medir la prestación de servicio en pavimentos intermedios, que históricamente fueron los empedrados, adoquinados y mismo camino de tierra mantenido periódicamente.
El rezago de infraestructura (60 a 90 % de caminos de tierra) es importante y la necesidad pavimentar y mantener caminos no pavimentados es alta, pero él no disponer de indicadores mínimos de la condición de lo existente, o simplemente no asignar correctamente inputs al momento de generar proyectos de factibilidad, puede mejorarse midiendo siempre que utilice datos correctos para evaluarlos a cada condición. El empedrado ha sido una alternativa que hoy va extinguiéndose en Paraguay, quizá tenga bondades que ayudan a disminuir velocidades en zonas urbanas y elimina el barro y polvo en zonas rurales, pero el confort es altamente castigado y cuestionado, pero nunca cuantificado.
La calidad o condición de servicio en cualquiera sea el tipo de camino, necesita ser medida. Increíblemente el teléfono celular puede ser una ayuda de referencia. Este estudio pretende generar herramientas que evite excusas al momento de no tener datos o evitar hacer gestión de activos viales, y se llevó a cabo con los ingenieros Pablo Callizo y Aisar Canan de la Universidad Católica de Asunción para condiciones locales.

OBJETIVOS
Este estudio pretendió investigar equipos de bajo costo, que evalúen indicadores en caminos no solamente pavimentados. Específicamente se ha evaluado, Regularidad Superficial_ IRI y Coeficiente de Fricción _µ en cinco tipos de pavimentos con equipos considerados de bajo costos y cuyos resultados puedan servir de aproximaciones respecto a estos indicadores, tan necesarios y que ayudan a la gestión de activos viales y correspondiente toma de decisiones en responsables con competencia vial.
Adicional y experimentalmente se pretendió medir Coeficientes de Fricción en estos pavimentos como otro indicador, también como equipos de bajo costo y que sensibilicen a las condiciones de humedad y material.

Metodología de Estudio
¿Respecto a la intensión de Evaluar Pavimentos, teóricamente el abordaje general pretende realizar evaluaciones funcional y estructural, cada una desglosada en distintos indicadores ordenada en la Tabla 1.
En amarillo se marca la selección de ambos indicadores (IRI y coeficiente de fricción µ), bajo la intensión de limitar las primeras mediciones en distintos tipos pavimentos locales. En el caso del Coeficiente de fricción, se propuso medir en condiciones de superficie seca y mojada.
Respecto al IRI, se revisaron los posibles equipos de medición, buscando alternativas según las distintas clases y separadas por su respectiva precisión. Luego de averiguar y gestionar la disponibilidad de equipos para obtener estos indicadores, la única disponibilidad derivaba en equipos de la administración central del Ministerio de Obras Publicas local. Esta situación nos llevó a investigar herramientas, gestionar la adquisición o simplemente prestar.
Para el Indicador de Coeficiente de Fricción (µ), una vez revisada la literatura, sobre rangos típicos de estos valores según los distintos tipos de pavimentos, parte de la revisión se muestran en la Tabla 2, midiendo desaceleración en vehículos típicos a más de 30 mph, donde se esquematizó conceptualmente la obtención del Coeficiente de Fricción y sus valores, mediante un acelerómetro instalado en el vehículo.
La Guía AASHTO define: «La fricción del pavimento es la fuerza que resiste el movimiento relativo entre el neumático de un vehículo y la superficie del pavimento”.
No se dispone de equipos en Paraguay, sin embargo, se optó por revisar la literatura y seleccionar dos herramientas de medición del Coeficiente de Fricción: la denominada Rueda de Arrastre, la cual es una réplica de una investigación realizada en Nueva Zelanda respecto a evaluar cambios en la condición de frenado entre pavimentos y bermas o banquinas de pasto, desarrollado en dicho estudio, y por otro lado los denominados acelerómetros o medidor de fuerza inercial.
Respecto a la selección especifica de los cinco tipos de pavimentos de evaluar, se tuvieron en cuenta tres aspectos:
-Cercanía (distancia a Asunción) de cada tipo de pavimento.
-Material y estado en que se encontraba.
-Reconocido como pavimento típico/local o de construcción vial.

En todos los casos implicó la búsqueda y selección de equipos para la Medición de IRI(m/km) y Coef. de Fricción(µ), consideradas de bajo costo (disponibles) para evaluar cinco pavimentos locales o próximos.
Definidos los indicadores y tipo de equipos, así como la factibilidad de obtenerlos o fabricarlos, se concretaron cuatro en el caso del IRI y dos en el caso del µ.

ANÁLISIS DE RESULTADOS
A continuación, se muestran los resultados individuales según tipo de pavimento:
-CAMINO DE TIERRA (No Pavimentado)
Los resultados IRI varían entre ellos entre 8.5 m/km y 11.3 m/km, si bien las diferencias pueden ser de un rango de tres, la aplicación móvil representa un buen promedio. Las correlaciones, pueden podrían calificarse como aceptable. Como orden de magnitud se determinó un valor IRI promedio de 9.7 m/km.
Respecto al valor µ, este suelo (laterítico /arcillosa) tiene un comportamiento característico ante presencia del agua, volviéndose extremadamente resbaladizo. Parte de esto lo reconocieron los equipos de medición cuyos valores bajaron drásticamente ante condición mojada, sensibilizando los µ ante cada condición y una drástica caída del orden del de más 50%, muy similar a la situación en tiempos de lluvias.

-EMPEDRADO
Este tipo de pavimento es criticado principalmente por su incomodidad al conducir, coincidente con ello, los resultados obtenidos han sido relativamente muy altos, entre 16m/km y 19m/km. Las correlaciones entre los métodos de medición son buenas, pero la variabilidad en las mediciones de la Aplicación Móvil (RoadRoid) ha sido alta ante la repetición de ensayos. Los resultados muestran altos valores IRI que deben ser tenidos en cuenta en los estudios de factibilidad y costo de operación. Respecto al valor µ, si bien fueron de difícil de medir se obtuvieron resultados, pero dada la irregularidad de la superficie, la dispersión ha sido muy alta.

-ADOQUINES
Los valores altos IRI en los adoquinados se ven reflejados principalmente por la unión entre ellos. En este pavimento se midió con dos equipos, cuyos valores se encontraron entre 8.4 m/km y 9.8 m/km, con una correlación buena. Respecto al valor µ, en la condición mojada se nota una variación mayor al 30% (0.81 vs 0.53) entre la condición mojada y seca.

-HORMIGON. Pavimento rígido.
En este tipo de pavimento se eligieron dos condiciones, en buen estado y en mal estado.
Los valores IRI en el pavimento rígido en mal estado variaron entre 8.5 m/km y 10 m/km para los tres tipos de equipos utilizados, considerándose como una correlación muy buena. Los valores altos se dan principalmente por las juntas entre losas (no tratadas) y reparaciones del tipo bacheo u otros.
Respecto al valor µ, en la condición mojada se nota una variación mayor al 45% (0.92 vs 0.48) entre la condición mojada y seca. Debiendo principalmente a la condición de superficie pulida de los agregados, al menos en este pavimento.

HORMIGÓN EN BUEN ESTADO
Los valores IRI en el pavimento rígido en mal estado variaron entre 3.26 m/km y 5.06 m/km para los dos tipos de equipos utilizados, considerándose como una correlación medianamente aceptable.
Los valores para la medición con Merlín en parte coinciden con las juntas, lo cual castiga el valor IRI, sin embargo, la relativa buena ejecución del pavimento no esconde el sonido de juntas al transitar por ellos, reflejados en valores IRI por encima de 3 y 4 m/km.
Respecto al valor µ, en la condición mojada se nota una variación mayor al 30% (0.93 vs 0.63) con la rueda de arrastre y mayor al 10% (0.66 vs 0.58) entre la condición mojada y seca. Quizá el vehículo con el acelerómetro se vea beneficiado por las juntas en el frenado a diferencia la rueda que mayormente se arrastra sobre una sola losa.

-ASFALTO. Pavimento flexible
En este tipo de pavimento se midieron en tres tramos, en condiciones en estado bueno y malo, adicionalmente en un proyecto con una comparativa con el equipo laser. La elección de diversos estados se dio por necesidad de observar sensibilidad de los equipos ante sus evidentes condiciones diferenciada por su estado superficial.
A continuación, se analiza cada una:
1-Asfalto en mal estado: Esta avenida es conocida por el mal estado, dado principalmente por ondulaciones y exudación, especialmente en el carril lento, el cual fue medido. Los valores IRI para los tres equipos utilizados resultaron entre 6.7 m/km y 9.4 m/km, con correlaciones aceptables. Si bien los valores son altos, estos son replica de lo percibido ante las ondulaciones mencionadas.
Respecto al valor µ, en la condición mojada se nota una variación casi del 50% (0.60 vs 0.31) con la ruda de arrastre muy sensible a la condición de superficie exudada o con agregados escondidos y mayor presencia de asfalto liso y endurecido.
2-Asfalto estado bueno: Entre los equipos de medición hubo diferencias significativas, independiente de la magnitud de los valores que se encuentran entre 1.5 m/km y 2.9 m/km, habiendo mejor relación entre el equipo Merlín y la aplicación móvil. Sin ser concluyentes se recomienda repetir las mediciones y evaluar de mayor manera la consistencia entre la repetibilidad de los equipos. Respecto al valor µ, en la condición mojada se nota una variación un poco mayor al 30% (0.64 vs 0.44) con la ruda de arrastre.
3-Asfalto tramo adicional: Adicionalmente se obtuvieron datos de mediciones realizadas con un perfilómetro láser (Clase I) en un tramo de la Ruta 2, km 14 al km 34, de aproximadamente 20km. A continuación, se compara con el Rugosimetro RIII y la Aplicación Móvil RoadRoid, ambos Clase III. Los valores IRI tienen una correlación de mayor al 90%, considerada como muy buena.

RESUMEN DE RESULTADOS
En la Figura N° 2 se resumen los resultados de mediciones del indicador IRI.
Y en la Figura N° 3 se resumen los resultados de mediciones del Coeficiente de Fricción (µ).

CONCLUSIONES IRI
Los resultados en general discrepan entre sí, estas variaciones son mayores en los pavimentos con mayor IRI (especialmente empedrados), no obstante, luego del análisis estadístico, se observan valores promedios similares cuando se comparan los distintos tipos de equipos en un mismo tipo pavimento.
Los valores IRI empedrado resultaron mayores a 16 m/km, muy diferente a la recomendación de la institución de transporte.
En adoquines los valores IRI resultaron mayores a 8 m/km, similar a pavimentos rígidos en relativo mal estado.

CONCLUSIONES Coeficiente de Fricción µ
Los resultados µ medidos en distintos pavimentos con los dos tipos de herramientas (rueda de arrastre y el acelerómetro de frenado), en general, se encuentran dentro del rango de los valores típicos. Sin embargo, sus valores pueden tomarse únicamente como referencia de magnitud, y cada valor promedio se debe obtener con alta repetición de ensayos.
Las mediciones han sensibilizado a la condición de superficie, seca o mojada, siendo importante la pérdida de fricción en tierra (disminución≈50%). En pavimentos, el uso del acelerómetro sirve para evaluar fricción y toma decisiones sin necesidad de intervenir superficies si estas no satisfacen condiciones de seguridad en calles, intersecciones, etc.

Ver tablas y figuras aquí.