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Evaluaci�n de las condiciones de seguridad y comodidad de la capa de rodadura de la avenida de los choferes (km 1+044.62)

 

Evaluation of the safety and comfort conditions of the surface layer of the avenue of drivers (km 1+044.62)

 

Avalia��o das condi��es de seguran�a e conforto da camada superficial da avenida dos motoristas (km 1+044,62)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: Vsornoza1@gmail.com

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de enero de 2023 *Aceptado: 14 de febrero de 2023 * Publicado: 23 de marzo de 2023

 

      I.         Ingeniero Civil. Universidad Estatal del Sur de Manab�. Jipijapa, Manab�, Ecuador.

    II.         Ingeniero Civil, Master en Gesti�n Ambiental menci�n Gesti�n Ambiental de Evaluaci�n del Impacto Ambiental, Docente de la Carrera de Ingenier�a Civil de la Universidad Estatal del Sur de Manab�, Jipijapa, Manab�, Ecuador.

  III.         Ingeniera en Estad�stica Inform�tica, M�ster en Comunicaci�n y Marketing, Docente de la Carrera��� de Ingenier�a Civil de la Universidad Estatal del Sur de Manab�. Jipijapa, Manab�, Ecuador.

 

Resumen

El presente art�culo se refiere a las caracter�sticas que debe cumplir un pavimento, una de estas es que la superficie no muestre irregularidades, las cuales afectan la seguridad, la comodidad, el confort y el costo de los usuarios, jugando un rol muy importante en los aspectos de funcionalidad y seguridad vial, es por ello que los trabajos de mantenimiento del pavimento est�n dirigidos a procurar que las condiciones de la superficie de rodamiento permitan una circulaci�n del tr�fico automotor acompa�ado de bienestar al transitar por dicha �rea. La presente investigaci�n estuvo orientada a la evaluaci�n de la capa de rodadura de la Avenida de los Choferes para lo cual se tom� en consideraci�n par�metros como la Microtextura y Macrotextura, siendo estos, aspectos que permiten destacar valores de fricci�n y resistencia al deslizamiento; tambi�n, se re�nen modelos matem�ticos que relacionan la fricci�n con la velocidad de deslizamiento en condici�n de pavimento mojado. Como resultado de esta investigaci�n se destacan las ventajas de contar con la propuesta para calcular el �ndice de Fricci�n Internacional (IFI) hecha por la organizaci�n Permanent International Association of Road Congresses (PIARC), aplicando normas del MTOP y bas�ndose en el modelo mencionado, los resultados obtenidos permitieron dejar en evidencia el regular estado de la v�a, lo cual conlleva a que a futuro haya problemas de transitabilidad sino se toman medidas preventivas r�pidamente.

Palabras Clave: Pavimento; Microtextura; Macrotextura; Seguridad vial; Fricci�n.

 

Abstract

This article refers to the characteristics that a pavement must meet, one of these is that the surface does not show irregularities, which affect the safety, convenience, comfort and cost of users, playing a very important role in the aspects of functionality and road safety, which is why the pavement maintenance works are aimed at ensuring that the conditions of the rolling surface allow a circulation of automotive traffic accompanied by well-being when traveling through said area. The present investigation was oriented to the evaluation of the surface layer of the Avenida de los Choferes, for which parameters such as Microtexture and Macrotexture were taken into consideration, these being aspects that allow highlighting values ​​of friction and slip resistance; Also, mathematical models that relate friction to sliding speed in wet pavement conditions are gathered. As a result of this research, the advantages of having the proposal to calculate the International Friction Index (IFI) made by the organization Permanent International Association of Road Congresses (PIARC) stand out, applying MTOP standards and based on the aforementioned model, the The results obtained made it possible to demonstrate the regular state of the road, which leads to traffic problems in the future if preventive measures are not taken quickly.

Keywords: Pavement; Microtexture; Macrotexture; Road safety; Friction.

 

Resumo

Este artigo refere-se �s caracter�sticas que um pavimento deve atender, uma delas � que a superf�cie n�o apresente irregularidades, que afetem a seguran�a, comodidade, conforto e custo dos usu�rios, desempenhando um papel muito importante nos aspectos de funcionalidade e seguran�a rodovi�ria , raz�o pela qual os trabalhos de manuten��o do pavimento visam garantir que as condi��es da superf�cie de rolamento permitam uma circula��o do tr�fego autom�vel acompanhada de bem-estar ao circular por essa zona. A presente investiga��o foi orientada para a avalia��o da camada superficial da Avenida de los Choferes, para a qual foram levados em considera��o par�metros como Microtextura e Macrotextura, sendo estes aspectos que permitem destacar valores de atrito e resist�ncia ao deslizamento; Al�m disso, s�o obtidos modelos matem�ticos que relacionam o atrito com a velocidade de deslizamento em condi��es de pavimento molhado. Como resultado desta pesquisa, destacam-se as vantagens de ter a proposta de c�lculo do �ndice de Atrito Internacional (IFI) feita pela organiza��o Associa��o Internacional Permanente de Congressos Rodovi�rios (PIARC), aplicando os padr�es MTOP e com base no modelo mencionado, o The os resultados obtidos permitiram demonstrar o estado regular da via, o que origina problemas de tr�nsito no futuro se n�o forem tomadas medidas preventivas rapidamente.

Palavras-chave: Pavimento; Microtextura; Macrotextura; Seguran�a rodovi�ria; Atrito.�����������������������������������������������������������������

 

Introducci�n

El mantenimiento vial ocupa un lugar muy importante en la atenci�n de los responsables de la infraestructura vial. Los usuarios ya no est�n satisfechos con tener rutas de comunicaci�n, sino que requieren de rutas que les permitan moverse de manera r�pida, c�moda, econ�mica y segura.

La superficie de un pavimento debe proporcionar fricci�n adecuada para mantener un nivel de calidad de ruedo para garantizar la satisfacci�n de los conductores. En particular, el rozamiento generado entre los neum�ticos del veh�culo y la superficie de la acera es un factor clave para controlar y reducir los accidentes de tr�fico.

En la actualidad, debido a las diferencias de resultados en las mediciones de fricci�n obtenidas con diferentes m�todos y equipos, el Comit� T�cnico de Caracter�sticas Superficiales de la Asociaci�n Internacional Permanente de los Congresos de Carreteras (AIPCR) decidi� llevar a cabo un experimento internacional lo que dio como resultado la definici�n del �ndice de Fricci�n Internacional (IFI) como un indicador para definir el estado de una carretera de acuerdo� la textura y caracter�sticas de fricci�n.

Ante lo expuesto se desataca que el conocimiento de la macrotextura es necesario para la evaluaci�n de la adhesi�n neum�tico-pavimento, propiedad que se relaciona directamente con la seguridad vial y en donde la falta de adherencia dificulta en cierta parte las maniobras de frenado y aumenta el riesgo de accidentes.

En la ciudad de Jipijapa la mayor�a de los pavimentos son flexibles, constituidos en su forma m�s sencilla por la subrasante, una capa sub-base, una capa base y una carpeta asf�ltica de rodamiento, tal es el caso de la Avenida de los Choferes, v�a de cuatro carriles, que conecta una de las salidas de la ciudad y de gran transitabilidad, lo que conlleva a que su superficie sea de gran importancia tanto para el confort como para la seguridad de los usuarios.

La importancia de este trabajo radica en dar a conocer mediante ensayos en el pavimento las condiciones de una v�a del cant�n Jipijapa, para de esta forma aseverar si la calzada dispone de una buena adherencia con los neum�ticos en todo instante, especialmente en zonas de frenado y curvas o cuando este se encuentre mojado, a trav�s del c�lculo del �ndice de Fricci�n Internacional (IFI).

 

Desarrollo

Pavimento

Es el conjunto de capas de materiales seleccionados interpuestos que reciben la carga del tr�fico directamente para luego transmitirlas a la capa inferior con la finalidad de proporcionar una superficie de rodamiento eficiente, en otras palabras, la estructura del pavimento tiene como objetivo absorber y disipar la carga del veh�culo para que de esta forma no se vea afectado el comportamiento de la subrasante (Casta�o et al., 2009).

En el dise�o de pavimentos se utiliza tradicionalmente la tecnolog�a de dise�o basada en pavimentos r�gidos y flexibles, desde la prueba AASHTO de Estados Unidos en 1956, esta tecnolog�a ha sido ampliamente utilizada en todo el mundo (AASHTO, 1993), es por ello que en el Ecuador, la mayor�a de pavimentos son flexibles y estos deben cumplir con las condiciones necesarias para un correcto funcionamiento, estas son el ancho, trazo horizontal y vertical, suficiente resistencia a la carga para evitar posibles fallas y grietas y una mejor adherencia del veh�culo y el pavimento incluso en condiciones de humedad (Bahamondes et al., 2013).

 

Evaluaci�n Funcional de Pavimentos

La evaluaci�n funcional del pavimento determinar� su deterioro en base a est�ndares de seguridad y confort asi mismo determinar� los par�metros de su comportamiento futuro sin da�ar sus partes estructurales. Existen diferentes indicadores para analizar el estado de la superficie de un pavimento, cada indicador tiene una tabla y se expresa mediante una f�rmula (Fiallos, 2017).

 

Serviciabilidad de Pavimentos

La serviciabilidad se utiliza como una medida del comportamiento del pavimento, el mismo que est� relacionado con el comportamiento funcional que se puede proporcionar a los usuarios cuando estos circulan por la v�a (�vila et al., 2013). Tambi�n se relaciona con las caracter�sticas f�sicas que puede presentar el pavimento como grietas, fallas, entre otras; que podr�an afectar la capacidad de soporte de la estructura (Naranjal et al., 2018).

El concepto de serviciabilidad est� basado en cinco aspectos fundamentales: Las carreteras est�n hechas para el confort y conveniencia del usuario; La calidad de la transitabilidad; La serviciabilidad puede ser expresada por medio de la calificaci�n hecha por los usuarios; Existen caracter�sticas f�sicas de un pavimento que pueden ser medidas objetivamente; El comportamiento puede representarse por la historia de la serviciabilidad del pavimento (Morales, 2005).

 

P�ndulo Brit�nico TRRL

Este instrumento es muy difundido internacionalmente, fue desarrollado por el TRRL y tiene sus mediciones normalizadas seg�n ASTM E-303 (Roco et al., 2016). Es un equipo de alto rendimiento para la medida continua de la adherencia neum�tico-pavimento, que determina el Coeficiente de Fricci�n Transversal de la superficie a ensayar (G�lvez, 2015).

Se usa un p�ndulo con una base para medir la fricci�n, durante el ensayo, el p�ndulo se libera desde una altura normalizada para rozar el pavimento durante el giro, el tiempo que tarda el p�ndulo en rozar el pavimento (p�rdida de energ�a), se usa para establecer en la escala del aparato el n�mero del p�ndulo brit�nico (NPB) (Reyes, 2016).

 

M�todo del c�rculo de arena

Esta norma describe el procedimiento a seguir para determinar la textura de la superficie de un pavimento utilizando c�rculos de arena, sirve para determinar medidas puntuales de la macrotextura (Guerrero, 2016). Se Trata de un ensayo puntual que determina la profundidad valorada como cociente entre el volumen conocido de una arena muy fina y homog�nea, de grano con di�metro comprendido entre 0.17 y 0.25 mil�metros (como valor medio se adopta 0.2mm), que se extiende en el pavimento en un �rea sensiblemente circular, cuyo radio se mide (Esparza, 2015).

En cada ensayo es preciso realizar 4 determinaciones alineadas en la direcci�n del eje de la v�a y separadas 1 metro entre s� (CET, n.d.). El resulatado del ensayo se expresa en mm y representa la profundidad media de los huecos rellenos por la arena y se la denomina MTD (Profundidad Media de Textura).

 

Modelo PIARC

Los m�todos y sistemas usados a trav�s del mundo para medici�n de textura y resistencia al deslizamiento var�an significativamente; es por esta raz�n que el comit� t�cnico de la Asociaci�n Internacional Permanente de Congresos de Carreteras (PIARC) en Caracterizaci�n Superficial, en 1992, decidi� emprender un experimento internacional para comparar y armonizar mediciones de textura y resistencia al deslizamiento (Garnica & Solorio, n.d.). El modelo PIARC es simplemente una modificaci�n del de Pensilvania para el caso en que la velocidad de referencia es de 60 km/h. El modelo se describe entonces en funci�n de una constante �FR60� que corresponde al valor de la fricci�n medida para esa velocidad de deslizamiento (L�pez & Garnica, 2002). El modelo es de tipo exponencial por lo cual permite convertir la medida de fricci�n realizada a cualquier velocidad (FRs), a una medida de fricci�n de 60kph (FR_6o), a partir de una constante de referencia de la velocidad (Vp) (Sandoval, 2000).

 

Estudio de tr�fico

El estudio del tr�fico es la base para las actividades de previsi�n, planificaci�n, mejora, etiquetado y definici�n geom�trica en planos de planta y elevaciones. Suele utilizarse este tipo de estudios, para realizar investigaciones que permitan comprender el impacto de diferentes elementos de la v�a, es decir, para comprender si la infraestructura implementada cumple con los requisitos (EADIC, 2015). Para llevar a cabo una investigaci�n de tr�fico, es necesario comprender completamente el funcionamiento por carretera de la infraestructura, ya sean existentes o recientemente implementadas (Chiquito, 2014).

 

Mediciones de flujo vehicular

Seg�n el objetivo al que se destine, la informaci�n deber� expresarse en los siguientes niveles de precisi�n: ��������� Tr�fico promedio diario anual (TPDA), que es la medida m�s recurrente de flujo vehicular, en donde el TPDA representa el tr�nsito total que circula por la carretera durante un a�o dividido por 365, o sea que es el volumen de tr�nsito promedio por d�a (MTOP, 2013a); Tr�fico en horas pico, la cual es la medida utilizada para efectos de dise�o geom�trico y; Trafico medio por per�odo que es la medida representativa de las condiciones de tr�fico de acuerdo a la periodizaci�n definida en el modelo de simulaci�n/asignaci�n de tr�fico adoptado (MTOP, 2013b).

 

Conteo vehicular

Es contar el n�mero de veh�culos que pasan por una v�a, diferenciando su sentido de circulaci�n, y que clase de veh�culo es en un per�odo de tiempo determinado (Mej�a, 2017), este se puede realizar de manera Los conteos se pueden realizar de manera manual o autom�tica, refiri�ndose a una unidad de tiempo que pueden ser minutos, horas, d�as, semanas, a�os, etc.

 

Materiales y m�todos

La presente investigaci�n es de tipo experimental con un enfoque cuantitativo porque permiti� conocer la situaci�n actual y el �ndice de fricci�n del sector la Avenida de Choferes.

Seg�n (Mu�oz, 2018), la investigaci�n cuantitativa es un m�todo de investigaci�n que utiliza herramientas de an�lisis matem�tico y estad�stico para describir, explicar y predecir fen�menos mediante datos num�ricos.

El nivel o tipo de investigaci�n fue de tipo aplicativo, porque se procede a analizar la v�a mediante ensayos in situ llevando a la pr�ctica las teor�as generales.

En el estudio realizado se utilizaron dos equipos de medici�n para la obtenci�n de datos y elaboraci�n del c�lculo del IFI, estos son: el P�ndulo Brit�nico y el M�todo del C�rculo de Arena.

Finalmente se utiliz� el M�todo del Modelo PIARC, para calcular la fricci�n del pavimento.

 

Resultados

Los resultados obtenidos mediante los ensayos realizados en las calles de la Avenida de los Choferes de la ciudad de Jipijapa son los que se muestran en la siguiente tabla:

 

Tabla 1: Mediciones del ensayo con el p�ndulo de fricci�n.

Fuente: Elaborado por autora del proyecto.

 

Tabla 2: Mediciones del ensayo del c�rculo de arena.

Fuente: Elaborado por autora del proyecto.

 

 

Seg�n el MTOP, la microtextura es la desviaci�n que presenta su superficie en relaci�n con una superficie plana de dimensiones caracter�sticas en sentido longitudinal, inferiores a 0,5 mm, mientras que la macrotextura de un pavimento es la desviaci�n que presenta su superficie en relaci�n con una superficie plana de dimensiones caracter�sticas en sentido longitudinal comprendidas entre 0,5 y 50 mm.

 

Figura 1: Representaci�n gr�fica de valores de microtextura y macrotextura.

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Fuente: Elaborado por autora del proyecto.

 

�Despu�s de diversas mediciones realizadas en distintos tipos de superficies, nace la siguiente sugerencia, la cual puede estar sujeta a cambios, seg�n se incremente la experiencia. Para valores de fricci�n con p�ndulo brit�nico en pavimento mojado (condici�n cr�tica), seg�n el Banco Mundial, es propuesto lo siguiente:

 

Tabla 3: Criterio para evaluar los valores de fricci�n en la superficie del pavimento.

Fuente: Banco Mundial.

 

Se puede notar que el tramo de pavimento de la avenida de los Choferes, seg�n el valor de fricci�n obtenido est� en el rango de REGULAR a BUENO� lo cual indica que el pavimento en circunstancias mojadas, no alcanza un nivel de seguridad en su resistencia al patinaje ya sea en momento del frenado, controlando al veh�culo en zona de curvas o en distintas maniobras que el conductor se vea obligado a realizar.

Para el MTOP la pr�ctica actual en relaci�n con el control de este par�metro durante el per�odo de servicio de un pavimento, consiste en el establecimiento de 2 umbrales: El umbral de investigaci�n, que es un nivel de alarma, en el cual a�n no existen riesgos evidentes contra la seguridad, pero que exige una investigaci�n detallada para establecer la rapidez y la extensi�n de la perdida de fricci�n, para programar y acometer el tratamiento id�neo de manera oportuna; El umbral de intervenci�n, que corresponde al nivel de activaci�n inaplazable del tratamiento correctivo.

En concordancia con lo anterior y teniendo en cuenta las exigencias de las Especificaciones Generales de Construcci�n de Carreteras del MTOP para los pavimentos nuevos o reci�n rehabilitados (Ver tabla 4) se presentan los valores del coeficiente de resistencia al deslizamiento, medidos con el p�ndulo brit�nico, recomendados como umbrales de investigaci�n y de intervenci�n para los pavimentos asfalticos de las carreteras nacionales.

 

Tabla 4: Criterio para evaluar los valores de fricci�n en la superficie del pavimento.

Fuente: Banco Mundial.

Nota: Si el estudio adelantado en el umbral de investigaci�n determina que el pavimento debe ser mejorado antes de que alcance el nivel de intervenci�n, prevalecer� la recomendaci�n del estudio sobre el valor indicado en la Tabla.

Tras los resultados obtenidos del coeficiente de deslizamiento, se pone de manifiesto la carencia de criterios espec�ficos de dise�o y la necesidad de unificar m�todos o ensayos que garanticen la seguridad y comodidad de los tramos fuera de estudio, favoreciendo as� la movilidad en la ciudad.

Una vez obtenidas las mediciones del c�rculo de arena y p�ndulo de fricci�n se proceden con el c�lculo para obtenci�n del IFI, para ello previamente se debe calcular cada parametro necesario, a continuacion se resumen los valores ya calculados:

 

Tabla 5: C�lculo del IFI.

 

Fuente: Elaborado por autora del proyecto.

 

Los resultados obtenidos se ven reflejados gr�ficamente en el siguiente gr�fico:

 

 

 

Figura 2: Representaci�n de los valores del IFI.

Fuente: Elaborado por autora del proyecto.

 

En la gr�fica se puede observar que los valores de IFI est�n por debajo de la curva de referencia que es la que representa de manera real la verdadera relaci�n existente entre fricci�n y velocidad de deslizamiento.

A continuaci�n, se muestra la interpretaci�n de cada zona de la gr�fica para que s epoda considerar si el tramo en estudio tiene o no las caracter�sticas adecuadas de fricci�n y textura.

 

Figura 3: Diagrama de Fricci�n VS. Macrotextura.

Fuente: Elaborado por autora del proyecto.

 

Los valores encontrados en el primer cuadrante indican que la superficie del pavimento requiere mejorar la macrotextura, lo cual podr� ser posible mejorar con la colocaci�n de un riego de sello o una micro carpeta con el dise�o adecuado que permita desalojar el volumen de agua que se presente por la precipitaci�n especifica de ese lugar. Por otro lado, los valores que se encuentran en el IV cuadrante dejan en evidencia la situaci�n m�s cr�tica del pavimento, y se requiere mejorar tanto la micro y macrotextura.

 

Conclusiones

En un pavimento cuanto mayor sea el valor de la macrotextura mejor ser� la capacidad de evacuaci�n del agua en la interface neum�tico-pavimento, pero esto influenciar� a que sea mayor� el nivel de ruido, es por esta raz�n que se debe medir la seguridad de un pavimento en cuanto a carpeta asf�ltica por la relaci�n existente entre la banda de rodadura del neum�tico y la superficie de rodadura (calzada), debido a que el nivel de adherencia entre estos dos elementos determinar� el comportamiento din�mico del veh�culo, es por esto que surge la necesidad de estudiar el coeficiente de fricci�n que est� �ntimamente relacionado con la macrotextura y la microtextura del pavimento.

Ante los resultados alcanzados del IFI de la v�a en estudio, el MTOP en base a informaci�n recopilada se lleg� al siguiente argumento: La calidad de los agregados utilizados en la v�a en estudio no fue la adecuada para una buena adherencia neum�tico-pavimento (microtextura); por otro lado, la macrotextura tampoco favorece a la evacuaci�n del agua en el pavimento, por ende, estos factores deben mejorarse.

 

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� 2023 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).