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Introducción Dentro de los objetivos que tiene la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), está el de proveer una red carretera segura y confortable para contribuir a la movilidad de personas y mercancías en todo México. Para este fin, la Secretaria celebra contratos con particulares que le apoyan a administrar, operar, regular y construir de manera satisfactoria esta red. Los contratistas y/o proveedores a través de licitaciones públicas, deben cumplir con todos los lineamientos técnicos y requisitos legales para poder prestar sus servicios a la SCT. Para poder asegurar que estos últimos se cumplan con la calidad necesaria, se llevan a cabo actividades orientadas al cumplimiento de estos requisitos que se encuentran establecidos para cada proyecto u obra. Es entonces, por medio de la realización de exámenes a los resultados obtenidos de un proceso de medición, muestreo y pruebas - tanto de campo como de laboratorio - que se pueden evaluar las propiedades inherentes a un concepto de obra, de sus acabados, de los materiales y de los equipos de instalación permanente que se utilizan en su ejecución, comparándolas con las especificadas en el proyecto.
Figura 1. Evaluaciones de campo y laboratorio.
Servicios Especializados: Verificación de equipos de auscultación Las evaluaciones que licita la Secretaria incluyen la auscultación de carreteras, como parte de los diagnósticos para la identificación de mejoras o deficiencias en los caminos; así como para la aceptación o rechazo en la conclusión de algún proyecto de obra. Así, entendemos como auscultación como el procedimiento de explorar físicamente de manera directa o indirecta (por medio de equipos), indicadores o parámetros que pudieran revelar una patología en los caminos, ya sea inmediatamente después de su construcción o bien, durante su operación. Los equipos de auscultación son aquellos que nos brindan datos que permiten conocer este estado de la carretera, tanto en su construcción como en la fase de operación. Así, la auscultación es una herramienta de gran importancia para la adecuada gestión de las infraestructuras permitiendo optimizar recursos a través de la toma de decisiones pertinentes, basadas en el análisis de los datos obtenidos. Existen parámetros determinantes en este diagnóstico, por un lado se encuentran los superficiales que dependen primordialmente de la superficie de rodadura, tales como el Índice de Perfil (IP), el Índice de Regularidad Internacional (IRI), el Coeficiente de Fricción (CF), la Macrotextura y los Deterioros. Y, por otro lado, los estructurales que tiene que ver con todas las capas que consta el pavimento; en este caso, la determinación de la Capacidad Estructural, por medio de deflexiones, es el parámetro a auscultar. Para asegurar que los equipos que evalúan estos parámetros en las obras públicas a cargo de la SCT, la Dirección General de Servicios Técnicos solicita en todas las licitaciones que involucren, en este tipo de determinaciones, una verificación por parte del Instituto Mexicano del Transporte (IMT) a los equipos de auscultación de las empresas licitantes que ofrecerán dichos servicios. Dicha verificación es parte de los servicios especializados que ofrece el Instituto a través del Grupo de Mecánica de Geomateriales en la Coordinación de Infraestructura. El Área de Mecánica de Suelos y Materiales Granulares (MSMG) emite un informe de verificación conteniendo calibraciones, controles contra referencia y normativa, un análisis estadístico de las mediciones y los resultados de cada uno de los equipos bajo el parámetro a evaluar. A continuación, se describen brevemente los parámetros superficiales y estructurales que se determinan en las verificaciones de estos equipos de auscultación, el procedimiento que se realiza en el laboratorio de manera general, así como el análisis estadístico de los datos obtenidos.
Índice de Perfil Este indicador se utiliza para determinar la calidad del acabado en la superficie de rodamiento durante la construcción y se realiza con un perfilógrafo Tipo California (Figura 2), que cumple con la norma ASTM E 1274 Método Estandarizado para la Medición de la Irregularidad de Pavimentos usando un Perfilógrafo (Standard Test for Measuring Pavement Roughness Using a Profilograph), publicada por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materials - ASTM). Esta práctica se ha extendido ampliamente en México y cubre casi la totalidad de las obras de pavimentación o repavimentación, con lo que se ha elevado sensiblemente la calidad de los trabajos, llegando en tramos cortos y casos extraordinarios a IP = 0. Para evaluar las condiciones superficiales de las franjas de rodamiento de una carretera, se deben realizar periódicamente estudios de índice de perfil, con el fin de analizar las posibles irregularidades que se presenten sobre su eje longitudinal ya que, un exceso de éstas, puede afectar la correcta operación de los vehículos que circulan.
Figura 2. Equipo para la medición de IP, perfilógrafo Tipo California.
Índice de Regularidad Superficial (IRI) Las irregularidades de un pavimento provocan las aceleraciones verticales en un vehículo, influyendo negativamente en la comodidad y confort del conductor y que, cuando estas son importantes, pueden afectar a la seguridad de la circulación. La regularidad superficial es la principal y, a veces, la única característica de la superficie de rodamiento que percibe el usuario de las carreteras. El IRI es una medida estándar de la regularidad superficial propuesta por el Banco Mundial, como resultado de la medición de un perfil real, al aplicarle un modelo matemático de análisis para reducir un perfil a un índice estandarizado. Es determinada de acuerdo a la norma ASTM E1364 – 95 Método Estandarizado para la Medición de la Irregularidad de Pavimentos por Método de Nivel Estático (Standard Test Method for Measuring Road Roughness by Static Level Method). En la Figura 3 observamos un equipo de alto desempeño donde la medición del IRI se realiza por medio de láser.
Figura 3. Equipo para la medición del IRI, perfilómetro láser.
Coeficiente de fricción (CF) Una de las principales características que debe cumplir una superficie de rodamiento es la de una buena adherencia con los neumáticos en todo momento, especialmente en zonas de frenado y curvas cuando se encuentra en condiciones de pavimento mojado; esto es fundamental para la seguridad de los usuarios. El coeficiente de fricción, es el factor resultante de la relación entre la fuerza de fricción desarrollada en la interfaz de un neumático parcialmente bloqueado al rodamiento con la superficie y el peso sobre el neumático, mismo que es el parámetro de importancia en esta adherencia. Debido a que la adherencia, o resistencia al deslizamiento, va disminuyendo por efecto del pulimento causado por el tránsito, representa un importante indicador del comportamiento de la superficie. La determinación de este parámetro se realiza en México conforme al ensayo normalizando en condiciones mojado y velocidad de la norma ASTM E 670 - 94 Método Estandarizado para la Medición de la Fricción por Fuerza Lateral en Superficies Pavimentadas usando un Mu-Meter (Standard Test Method for Side Force Friction on Paved Surfaces Using the Mu-Meter).
Figura 4. Equipo para la medición de fricción, Mu-meter MK6.
Macrotextura y Deterioros La textura influye directamente en la capacidad del pavimento para evacuar el agua de la interfaz llanta - pavimento y, de forma indirecta, en el valor del coeficiente de fricción de la superficie de rodadura del pavimento. El círculo de arena es el método puntual para conocer, más específicamente, la macrotextura de una superficie. Conocida como el promedio de la profundidad de la textura (MTD, por sus siglas en inglés - Mean Texture Depth), el círculo de arena determina la macrotextura a un volumen conocido a un tipo de arena especifico y caracterizado para obtener diámetros al ser esparcida en un punto a determinar y obteniéndose un valor para la textura en ese punto. La evaluación de deterioros es de - entre los parámetros del estado de las carreteras - el de mayor subjetividad, debido a que se depende en gran medida a la interpretación de un ingeniero experto en el tema para cuantificar su gravedad. Existen en la actualidad equipos de alto desempeño, que mejoran la determinación de estas mediciones, tanto del parámetro de textura como los deterioros y proporcionan una gran cantidad de datos a velocidades de operación superiores a las convencionales, ofreciendo evaluaciones más rápidas y eficientes.
Figura 5. Círculo de arena para medición de Macrotextura; y Deterioros.
Capacidad Estructural La capacidad estructural es medida a través de la aplicación de una carga y la determinación de la deformación producida en su superficie por efectos de la misma. La deflexión, es el parámetro universalmente empleado para la caracterización de la capacidad estructural de un pavimento y, los ensayos de deflexión, pueden ser ejecutados por diferentes equipos en función de la geometría de la carretera y de las características de la superficie de rodamiento. Sin embargo, el deflectómetro de impacto (HWD, por sus siglas en inglés) es el más utilizado por el Sector para la medición de este parámetro. La ASTM D 4694-96 Método Estandarizado para la Medición de Deflexiones con un Dispositivo de Caída de Peso por Impulso de carga (Standard Test Method for Deflections with a Falling-Weight-Type impulse Load Device), es la norma que establece el procedimiento para la determinación de la capacidad estructural.
Figura 6. Equipo para la medición de la capacidad estructural, deflectómetro de impacto Dynatest (HWD).
Verificación de equipos Para la emisión de un informe de verificación - documento que certifica que el equipo de auscultación cumple satisfactoriamente los estándares requeridos por la Secretaria para la evaluación de carreteras en sus proyectos de obra - los equipos deben cumplir con diversos procedimientos para la calibración y medición, referidos en la norma correspondiente, así como con los controles establecidos por el IMT. Para lo anterior, el área de MSMG tiene varios tramos carreteros, dentro y fuera de las instalaciones del Instituto, puntualmente caracterizados en cada uno de los parámetros a determinar en las distintas verificaciones de equipos. Dichos tramos se mantienen periódicamente evaluados con instrumental calibrado por entidades como el Centro Nacional de Metrología (CENAM) y el Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial (CIDESI). El mantener estos tramos de referencia involucra coordinación entre recursos materiales, recursos humanos y financieros; se necesita de personal capacitado para la medición puntual de cada parámetro, revisiones periódicas (al menos 1 vez al año, y en algunos casos cada 6 meses), vehículos, consumibles y equipo de seguridad, así como calibraciones y mantenimientos de equipos de auscultación propios del Instituto. La seguridad del personal, tanto del propio, como del externo (clientes), es un factor muy importante el cual va a la par con el procedimiento de evaluación de los equipos. Debido a que los tramos abiertos requieren desviar la circulación del tránsito, es necesario la adecuada coordinación entre todo el personal involucrado en el servicio, equipo de seguridad, señales y horarios de trabajo. Una vez que una empresa solicita, vía el Director General, un servicio de verificación de sus equipos, se realiza un contrato y después del pago correspondiente se programa en la agenda de servicios la realización del mismo. El tiempo en que se lleva a cabo una verificación depende básicamente del equipo, los parámetros a determinar, el funcionamiento del mismo y el procedimiento de prueba, debido a que cada parámetro y equipo puede involucrar variables de distinta naturaleza. Después de la recepción de los equipos en el laboratorio, se realizan las verificaciones pertinentes que pueden involucrar odómetros, celdas de carga, parámetros metrológicos, entre otros; posteriormente, los equipos realizan mediciones en cada uno de los tramos referenciados y, los valores obtenidos, se someten a un análisis estadístico en el cual se determina la desviación con respecto a los valores de referencia.
Análisis estadístico En probabilidad y estadística, la distribución t de Student es una distribución de probabilidad que ayuda a estimar la media de una población normalmente distribuida cuando el tamaño de la muestra es pequeño. Se emplean pruebas de hipótesis en distribución t de Student, debido a que precisamente se trata de muestras pequeñas (tamaño de muestra menor a 30), y lo que se desea probar es saber si dos familias de datos (muestras) provienen de una misma población. Para el caso de los servicios de verificación, se usa para saber si el grupo de registros realizados por un equipo y, los datos que se tienen como referencia, no son estadísticamente diferentes, y ambos grupos de mediciones representen el parámetro real que tiene un tramo.
Empleando la distribución de t de Student se verifica estadísticamente los requisitos de calidad establecidos por la Secretaría para detectar deficiencias y desviaciones significativas. En esta nota se presenta un ejemplo de este análisis en la verificación de un equipo perfilógrafo Tipo California, equipo que se emplea en la determinación de índice de perfil (IP). En la Tabla 1, se muestra el grupo de datos obtenidos por el equipo y los valores de referencia. El valor numérico que presenta cada tramo en la tabla (ID Tramo), es el promedio de cuatro mediciones efectuadas consecutivamente, ya que es el número de repeticiones para tener la certeza del valor registrado.
Tabla 1. Mediciones de IP obtenida por el equipo en estudio y los valores de referencia.
En la Tabla 2, se muestra el análisis realizado para la prueba t de Student suponiendo varianzas desiguales. El nivel de significancia a de la prueba es a=0.05 para t de dos colas.
Tabla 2. Análisis estadístico, prueba t de Student.
Para cuando el valor estadístico t es menor o igual al valor crítico de t (dos colas), no hay evidencia estadística de que sean diferentes; P(T<t) dos colas mayor a 0.05, por lo que no hay diferencia significativa entre las medias de las dos muestras. Para el caso, P(T<t) = 0.8589 de dos colas, el cual es mayor a 0.05, no hay evidencia estadística que indique que el perfilógrafo en verificación registre valores diferentes a los valores de referencia. En la Figura 7, se observa la distribución y correlación lineal entre el grupo de datos; para este caso, se obtuvo una R2 de 0.9969.
Figura 7. Distribución y correlación lineal entre mediciones.
Finalmente, se emite el informe de verificación correspondiente en el cual se integran todo los datos obtenidos en la verificación del equipo y se realizan recomendaciones con base a los resultados.
Conclusiones · El aseguramiento de la calidad permite manejar un mismo lenguaje entre los equipos de auscultación de carreteras; asimismo, implementa líneas de acción para el logro de los estándares objetivo en un proyecto. · La información veraz que se obtiene de la evaluación para conocer el estado físico de las carreteras, es fundamental para determinar la rentabilidad de la conservación de una carretera. Resulta primordial tener datos fiables sobre las características tanto superficiales como estructurares de las mismas. · Los análisis estadísticos constituyen una herramienta para dar certeza a los exámenes de evaluación, evitando desviaciones y logrando la oportuna corrección y una apropiada gestión de recursos. · Los procedimientos para las verificaciones de estos equipos forman parte del SGC del IMT, lo que las mantiene en una mejora continua y evaluación por parte de los clientes de estos servicios tecnológicos.
Referencias Manual M-MMP-4-07-002-06 Superficie de Rodadura: Índice de Perfil. (2006). Secretaria de Comunicaciones y Transportes. México. Norma D 4694-96 ASTM. (2012). Método estandarizado para la medición de deflexiones con un dispositivo de caída de peso por impulso de carga (Standard Test Method for Deflections with a Falling-Weight-Type impulse Load Device). Sociedad Americana para Pruebas y Materiales. Estados Unidos. Norma E 1274-03 ASTM. (2012). Método estandarizado para la medición de la irregularidad de pavimentos usando un perfilógrafo (Standard Test for Measuring Pavement Roughness Using a Profilograph). Sociedad Americana para Pruebas y Materiales Estados Unidos. Norma E 1364-95 ASTM. (2012). Método estandarizado para la medición de la irregularidad de pavimentos por método de nivel y estadal (Standard Test Method for Measuring Road Roughness by Static Level Method). Sociedad Americana para Pruebas y Materiales Estados Unidos. Norma E 670-94 ASTM. (2012). Método estandarizado para la medición de la fricción por fuerza lateral en superficies pavimentadas usando un Mu-Meter (Standard Test Method for Side Force Friction on Paved Surfaces Using the Mu-Meter). Sociedad Americana para Pruebas y Materiales. Estados Unidos. Norma N-Cal-1-01/05 (2005). Ejecución del Control de Calidad durante la Construcción o Conservación. Secretaría de Comunicaciones y Transportes. México. Norma N-Cal-1-03/03 (2003). Análisis Estadísticos de control de Calidad. Secretaria de Comunicaciones y Transportes. México. Publicación Técnica No. 170. (2001). Consideraciones para la aplicación del índice de fricción internacional en carreteras de México. Instituto Mexicano del Transporte. México. Publicación Técnica No. 252. (2004). Uso y calibración de deflectómetros de impacto en la evaluación estructural de pavimentos. Instituto Mexicano del Transporte. México.
LÓPEZ Guadalupe PÉREZ Alfonso GARNICA Paul TÉLLEZ Rodolfo |
