Notas
 
Instituto Mexicano del Transporte
Publicación mensual de divulgación externa

NOTAS núm. 76, octubre 2003, artículo 2
Consideraciones para la aplicación del índice de fricción internacional en carreteras de méxico
 

Referencia

Introducción

Los accidentes que ocurren en el sistema carretero de México son un factor que afecta drásticamente la calidad y eficiencia del servicio en las carreteras, reflejado en los tiempos y costos de operación. Por lo anterior, existe un gran interés en los factores que contribuyen a generar accidentes viales y en la forma de poder evaluar, simular y definir ciertos parámetros que garanticen la seguridad en las carreteras.

 

Las cualidades de fricción en el pavimento juegan un papel importante dentro de la seguridad en carretera. La superficie de rodamiento debe proporcionar un adecuado nivel de fricción en la interfaz neumático – pavimento para proveer seguridad de operación a los vehículos.

 

Los métodos y sistemas usados en el mundo para medición de textura y resistencia al deslizamiento varían significativamente; es por esta razón que el comité técnico de la Asociación Internacional de Congresos de Carreteras (PIARC) en Caracterización Superficial, decidió emprender un experimento internacional para comparar y armonizar mediciones de textura y resistencia al deslizamiento.

 

El objetivo general del experimento fue comparar la gran diversidad de métodos de evaluación usados alrededor del mundo y desarrollar un método capaz de convertir los resultados producidos por diferentes equipos a una escala común llamada Índice de Fricción Internacional (IFI), para así proveer una base para la estandarización y armonización internacional.

 

En este artículo se presenta una breve descripción del experimento mencionado, el procedimiento de obtención del IFI a partir de mediciones de textura y resistencia al deslizamiento y, finalmente, su interpreta-ción y uso en vista de su aplicación para evaluar periódicamente las condiciones de seguridad en carreteras.

 

Experimento de armonización “PIARC”

El modelo PIARC puede ser utilizado en la administración de pavimentos estableciendo niveles de intervención del IFI, considerando ciertos valores o niveles mínimos de fricción y textura, según las condiciones prevale-cientes y las necesidades requeridas en cada país o zona.

Para ello, se trabaja con un gráfico que indica la relación entre los valores de fricción, FR, y los valores de textura, Tx.

 

PIARC propuso un experimento efectuado en carreteras de Bélgica y España en 1992 donde los tramos seleccionados representaron una gran variedad de pavimentos, tanto asfáltico, como de concreto hidráulico, cubriendo una gama de valores y parámetros de micro, macro y megatextura, pulido y desgaste.

Los principales objetivos del experimento fueron los siguientes:

·        Desarrollar y valorar las relaciones entre las medidas de fricción y textura tomadas con distintos equipos, variando las condiciones físicas de ensayo: textura, velocidad, ángulo de esviaje, neumático de ensayo, clima, materiales, etc.

 

·        Cuantificar la relación entre las medidas de la fricción y la textura tomadas con equipos distintos en condiciones específicas.

 

·        Determinar la frecuencia y los errores de medida propios de los equipos.

 

·        Evaluar el número de muestras y la frecuencia de muestreo que requieren los distintos métodos para alcanzar una consistencia adecuada.

 

·        Establecer una escala internacional de fricción a la que puedan referirse todos los equipos y evaluar su aptitud para determinar valores en esta escala.

 

Con base en estos objetivos, y conociendo el mecanismo de la adherencia entre el neumático y el pavimento, se evaluó la capacidad de resistencia al deslizamiento de dos formas distintas:

 

·        Midiendo directamente el coeficiente de fricción entre el neumático y el pavimento mojado.

 

·        Analizando la macrotextura o la capacidad de drenaje superficial del pavimento (para estimar la reducción de la adherencia que se produce al aumentar la velocidad).

 

El coeficiente de fricción depende del número de puntos de contacto entre el neumático y los pétreos del pavimento; es por ello que la calidad del pétreo juega un papel importante debido a que entre más áspero y anguloso sea, mayor fricción existirá. Los equipos de fricción fueron ensayados a velocidades de 30, 60 y 90 Km/Hr. Se ha observado que no existe un comportamiento generalizado con respecto al efecto de la velocidad; algunos se comportan mejor a velocidades altas y otros a velocidades bajas. Se compararon los resultados de todos los equipos de fricción entre sí, independientemente del tipo de equipo, de neumático y de principio de medida.

 

En cuanto a la textura, los análisis se han centrado en la macrotextura. La medida de referencia ha sido el ensaye de Círculo de Arena (ASTM E965) que proporciona un valor medio de la textura MTD (por sus siglas en inglés Mean Texture Depth).

 

Como resumen de las observaciones experimentales que se realizaron, se puede establecer lo siguiente: “Al aumentar la velocidad, disminuye la fricción. Esta disminución es tanto menor cuanto mejor es la capacidad de evacuación del agua que proporciona la macrotextura”. El hecho de que no existen valores exactos conocidos de la fricción de un pavimento ha obligado a establecer unos valores de referencia arbitrarios (denominados Golden Values) de la fricción en cada uno de los tramos medidos.

 

Índice de Fricción Internacional (IFI)

El Modelo PIARC es la base de la definición del IFI a través de los parámetros F60 y Sp. El IFI de un pavimento se expresa por el par de valores (F60, Sp) expresados en paréntesis y separados por una coma; el primer valor representa la fricción y el segundo la macrotextura. El primero es un número adimensional y el segundo es un número positivo sin límites determinados y con unidades de velocidad (km/h). El valor cero de fricción indica deslizamiento perfecto y el valor uno adherencia.

 

Determinación del IFI

Con los valores anteriormente descritos, se dice entonces que el tramo de pavimento en estudio tiene un valor del Índice de Fricción Internacional que se expresa como IFI(F60,Sp). El conocimiento de esos parámetros permite además conocer la curva de referencia estimada de fricción en función de la velocidad de deslizamiento (Fig. 1).

 

Descripción de la prueba del Círculo de Arena

Este método es adecuado para pruebas de campo y determina el promedio del espesor de la macrotextura de la superficie del pavimento. Cuando se utiliza en conjunción con otras pruebas, el espesor de la macrotextura derivada puede ser utilizado para determinar la capacidad de resistencia al deslizamiento de los materiales en pavimentos o la sugerencia de un mejor acabado.

 

Las mediciones del espesor de la textura producidos utilizando este método de prueba se ve influenciada por las características de la macrotextura de la superficie. La forma de la partícula del agregado, tamaño y distribución son características de la textura superficial no tomada en cuenta en este procedimiento.

 

Los valores del espesor de la macrotextura superficial en el pavimento determinados por este método, con el material y procedimientos establecidos aquí, no necesariamente concuerda o se correlaciona directamente con otras técnicas de medición de textura superficial.

 

Este método también es adecuado para propósitos de investigación y desarrollo, en donde se realizan comparaciones entre superficies de pavimento en la misma evaluación.


Procedimiento

Los materiales y método de prueba estándar constan de una cantidad de material uniforme, un recipiente de volumen conocido, una pantalla adecuada para protección contra el viento, brochas para limpiar la superficie, un disco plano para dispersar el material sobre la superficie y una regla o dispositivo para determinar el área cubierta.

 

Este procedimiento involucra la dispersión de un volumen conocido de material sobre una superficie de pavimento limpia y seca, la medición de dicha área cubierta y, subsecuentemente, se calcula el promedio del espesor entre la parte inferior de los vacíos y la parte superior de los agregados.

 

Esta medición del espesor de la textura superficial refleja las características de la macrotextura. Este método de prueba no se considera conveniente para utilizarse en superficies estriadas o pavimentos con vacíos grandes.

 

Superficie de prueba. Inspeccione la superficie del pavimento y seleccione un área seca homogénea que no contenga características únicas o localizadas, tales como grietas y juntas.

 

Material de prueba. Llene el volumen del material conocido con un material seco y golpee suavemente la base del cilindro. Llene con material hasta la parte superior del cilindro y nivele con una regleta.

 


Medición del ensaye. Vierta el volumen del material en la superficie limpia dentro del área protegida por la pantalla contra viento. Disperse cuidadosamente el material en el parche circular con la herramienta de disco, con la parte cubierta con hule hacia abajo. Mida y registre el diámetro del área cubierta por el material, como mínimo de cuatro localizaciones igualmente espaciadas alrededor de la circunferencia de la muestra.

 

Número de mediciones de la prueba. El mismo operador deberá desarrollar al menos cuatro mediciones del espesor de la macrotextura, espaciadas aleatoriamente sobre un tipo de superficie de pavimento ensayado.

 

Ejemplo

Carretera Matehuala-Saltillo   Km 207   Ruta: 57 (Después de Caseta).

En la figura 2 se observa una textura cerrada, repercutiendo en el valor de Sp dando un promedio sumamente bajo, presentando también una fricción baja debido a que se utilizó material pétreo de origen calizo, lo que produce un pulimento acelerado de la superficie, con diámetros promedio de circulo de arena de 100 cm.


Gráficas de Aceptación o Rechazo

El modelo PIARC puede ser utilizado en la administración de pavimentos estableciendo niveles de intervención del IFI, considerando ciertos valores o niveles mínimos de fricción y textura, según las condiciones prevale-cientes y las necesidades requeridas en cada tipo de carretera. Para ello, se utiliza un diagrama que relaciona los valores de textura, Tx con los valores de fricción, FRs. Lo anterior aplica para cualquier equipo utilizado para medir dichos parámetros. En el diagrama se ubican la curva que definirá la frontera de valores mínimos permisibles, de fricción (curva F) y la línea T relacionada con el valor mínimo recomendado de textura.

En la  figura 3 se muestra como debe interpretarse cada zona de la gráfica y así poder considerar si el tramo en estudio tiene o no las características adecuadas de fricción y textura.

La interpretación de cada uno de los cuadrantes en la fig. 3 es la siguiente:

 

1.      En el primer cuadrante encontramos que la superficie de pavimento requiere mejorar la macrotextura, esto podrá ser posible mediante la colocación de un riego de sello o una microcarpeta con el diseño adecuado que permita desalojar el volumen de agua que se presente por la precipitación específica de ese lugar.

 

2.      En el segundo cuadrante (siguiendo las manecillas del reloj) notamos que, según nuestros límites de F60 y Sp, encontraremos los puntos que cumplen con una adecuada micro y macrotextura para las necesidades de nuestra carretera.

 

3.      En el tercer cuadrante encontramos que se requiere mejorar la microtextura, esto podrá ser posible si se mejora la calidad del material pétreo de la carpeta (o si se utiliza concreto hidráulico cuidando que cuente con un buen rayado).

 

4.      En el cuarto cuadrante se presenta la situación más crítica del pavimento, ya que se requiere mejorar ambas, micro y macrotextura.

 

La definición de los materiales mínimos de fricción (curva F) y de textura (línea T) necesita de la definición, de parte de los administradores de la conservación de la red carretera en cuestión, de los valores de intervención del IFI, que denotaremos de la siguiente manera:

 

IFI* (F60*, Sp*)

Una vez definidos los dos valores que conforman el IFI se procede a determinar la curva F y la línea T.

 

Conclusiones

Aspectos generales

La principal ventaja es la propuesta de una escala común de valores de fricción y textura denominado IFI en la que se engloben todos los resultados de medidas de fricción en pavimentos de carreteras y aeropuertos con una precisión aceptable. Las administraciones de carreteras y aeropuertos podrán adoptar una escala universal sin tener que cambiar sus métodos actuales, su experiencia o sus datos históricos. Se podrán comparar los umbrales de intervención.

 

Este índice puede ser utilizado como parámetro de evaluación superficial y los usuarios de aeropuertos y carreteras podrán recibir informes sobre las condiciones de fricción en una escala idéntica en cualquier región o país, así como tipo de pavimento (flexible o rígido), lo que contribuirá a la mejora de la seguridad para la operación vehicular. Además de las diversas causas por la que se originan los accidentes, existe el riesgo potencial del Hidroplaneo, que se encuentra fundamentalmente asociado con la macrotextura.

 

La aplicación del modelo PIARC requiere de una mayor experiencia para adquirir la sensibilidad necesaria, a partir del par ordenado, para determinar la condición actual de la carretera.

 

Se comprobó que la utilización de la textura no sólo da mejores correlaciones, sino que reduce los errores y la dispersión en los equipos. Esto se nota aun más cuando aumenta la velocidad de deslizamiento, constituyendo uno de los motivos para utilizar 60 km/hr en vez de una velocidad de deslizamiento más baja.

 

Los contratistas que deseen trabajar en el extranjero podrán adaptarse a las especificaciones basadas en métodos de control locales.

 

Los técnicos e investigadores tendrán un claro conocimiento de los fenómenos del deslizamiento y de los efectos de la textura.

 

Limitantes del Modelo

No es posible llegar a clasificar con absoluta soltura, por categorías de calidad, la fricción de un pavimento en función del IFI. Las constantes pueden variar con respecto al tiempo, así que será necesario hacer una calibración anual (como mínimo) con alguno de los equipos participantes. Además, no es posible tener una forma de calibración práctica y tangible como en el caso del Índice de Regularidad Internacional (IRI).

 

Cuestiones pendientes

Existe un IFI para cada punto donde se ha medido la fricción y la macrotextura, pero es necesario establecer un criterio de obtención del IFI por tramo, que pudiera ser el hectómetro por homogeneidad con el IRI, y definirse por la medida de los IFI parciales obtenidos en cada punto, dependientes de la frecuencia de muestreo del equipo, recomendándose al menos 5 valores del IFI para promediar en el hectómetro.

 

Establecer una clasificación, de tal forma que se establezca una política de seguridad vial y de mejora de los pavimentos.

 

Actualmente el uso de este índice se está analizando en diversos países, estudiando la compatibilidad con la práctica de conservación de carreteras, quedando pendiente el convertirse en norma o recomendación de amplio uso internacional.

 

Perspectivas

Realizar más investigaciones para adquirir la sensibilidad en cuanto al criterio de interpretación de los datos, y así también establecer diversos umbrales de intervención, dependiendo del tipo o clase de carretera que estemos evaluando.

 

Debería estudiarse cómo afecta la forma de la textura a la fricción para conocer que propiedades de la textura se relacionan mejor con la fricción. La profundidad de la textura podría no ser la mejor medida para los modelos de fricción.

 

Estudiar los equipos de medida de fricción y textura para conocer su grado de sensibilidad a la velocidad.

 

Realizar un estudio con diversas superficies de rodamiento (con diferentes materiales o texturas), tales como: concreto asfáltico, concreto hidráulico y diversos tipos de tratamientos superficiales que se aplican en el país.

 

 

Diana Berenice LÓPEZ VALDÉS

Paul GARNICA ANGUAS

 

 
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