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Introducción
La seguridad, en términos generales, suele definirse como la cualidad o condición de ser seguro (es decir, libre de peligro, lesiones o daños) así como cualquier dispositivo o acción diseñada para evitar que se produzca una colisión. Por lo tanto, es lógico que la seguridad en las carreteras se pueda caracterizar como un entorno de conducción libre de peligro o, más apropiadamente, que funcione con normas y características diseñadas para minimizar las colisiones y las consecuencias asociadas (muertes, lesiones, pérdidas económicas).
Desde los primeros años del transporte de vehículos de motor, los organismos gubernamentales y los grupos industriales han trabajado continuamente para instituir medidas de seguridad en las carreteras. Sin embargo, en las últimas décadas, la demanda social de movilidad y el crecimiento económico han aumentado considerablemente, lo que ha dado lugar a una espiral de viajes en vehículo y a niveles de riesgo sin precedentes para los usuarios de las carreteras.
Las pruebas empíricas de estudios de investigación, muestran que es más probable que se produzcan colisiones de vehículos en pavimentos húmedos (con niveles de fricción más bajos) y que, a medida que los niveles de fricción del pavimento disminuyen, se produce el correspondiente aumento de los índices de colisión.
La fricción del pavimento desempeña un papel vital para mantener los vehículos en la carretera, ya que proporciona a los conductores la capacidad de controlar/maniobrar sus vehículos de forma segura, tanto en la dirección longitudinal como en la lateral. Es un dato clave para el diseño geométrico de las carreteras, ya que se utiliza para determinar la idoneidad de la distancia mínima de frenado, el radio horizontal mínimo, el radio mínimo de las curvas verticales de cresta y la sobreelevación máxima en las curvas horizontales. En general, cuanto mayor sea la fricción disponible en la interfaz pavimento-neumático, mayor será el control del conductor sobre el vehículo (NCHRP 2009).
Derivado de lo anterior, es que se ha puesto un creciente interés en las características friccionantes de los materiales con los cuales se construyen las superficies de rodadura de los pavimentos carreteros. Las propiedades friccionantes de un agregado están estrechamente relacionadas a la resistencia al deslizamiento que adquiere un pavimento en su superficie final. Esta característica está predominantemente afectada por la microtextura de los agregados; es por ello que es deseable que el agregado posea suficiente resistencia a ser pulido por el paso de los vehículos. Es por ello que es importante determinar el comportamiento de los agregados a través de ensayes de valor de pulimento residual, para conocer en qué medida contribuirán a lograr superficies de rodadura adecuadas y seguras. Esta característica es de interés para la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, desde hace varios años, de tal manera que se solicita cumplir con valores específicos de valor de pulido residual mínimos tanto en carpetas asfálticas como en superficies de rodadura constituidas por concreto hidráulico.
1. La microtextura y la macrotextura
Tanto la microtextura como la macrotextura juegan papeles muy importantes en la evaluación superficial y acabado de la superficie de rodadura. La microtextura se refiere a las irregularidades en la superficie de las partículas de agregado, y depende de la rugosidad inicial en su superficie del agregado, así como de su capacidad de retenerla que se verá modificada ante la acción del tránsito. La macrotextura corresponde a las irregularidades más grandes en la superficie del pavimento. Estas irregularidades más grandes están asociadas con los espacios entre las partículas de agregado (Figura 1).
Figura 1. Características de la microtextura y de la macrotextura (Florková, et al. 2015).
Para mantener un valor de resistencia al deslizamiento adecuado, la superficie de rodadura debe tener microtextura y macrotextura convenientes. Los agregados pétreos, son los que presentan mayor susceptibilidad al pulido o pérdida de la microtextura superficial debido al paso de los vehículos. El grado de pulido que cada agregado puede presentar depende de sus características mineralógicas y del volumen de tránsito que circulará sobre la vía. Para determinar las características friccionantes de un agregado, se utiliza el ensayo de pulimento acelerado, el cual simula el desgaste que sufre el agregado debido al paso de los vehículos; el parámetro determinado, se denomina valor de pulido residual (VP) o coeficiente de pulimento acelerado.
2. Valor de Pulido (VP)
La geología del territorio nacional es tan diversa como su orografía, lo que nos lleva a contar con materiales pétreos y agregados con diferentes composiciones mineralógicas y, por lo tanto, tendrán diferentes niveles de desgaste.
El valor de pulido (VP) se obtiene después de someter al agregado a ciclos de desgaste exhaustivos. Este proceso de pulimento acelerado al que se somete el material, busca determinar la fricción residual del agregado (VPR), ya que se evalúa su propiedad friccionante en este estado de pulido. El VPR se expresa en valores adimensionales.
De acuerdo a la normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, dentro de los requisitos de calidad que establece para materiales pétreos que se empleen en mezclas asfálticas (según el tipo de mezcla a utilizar) y en el diseño de concretos hidráulicos, se deben analizar, entre otras características importantes, el VPR o Pulimento acelerado. En algunas capas de rodadura ya se estipulan características de valor de pulimento acelerado como se puede apreciar en las Tablas 1 y 2; para los casos citados el valor de pulimento acelerado mínimo del agregado a utilizar es 30.
Tabla 1. Requisitos de calidad del material pétreo para mezclas asfálticas de granulometría abierta, granulometría discontinua, tipo SMA y granulometría discontinua, tipo CASAA (N-CMT-4-04/17).
Tabla 2. Requisitos en valor de pulimento acelerado por sistema de riegos (N-CMT-4-04/17).
3. Ensaye de pulimento acelerado
El ensayo de pulimento acelerado es una medida de la susceptibilidad al pulimento del agregado debido a la acción del tránsito cuando forma parte de la superficie de rodamiento de una carretera, y se realiza de acuerdo a la norma TEX-438-A del Departamento de Transporte de Texas (Texas DOT).
La prueba consiste en someter a pulido probetas elaboradas con agregado que pasa la malla de 3/8” y se retiene en la malla de 1/4” (Figura 2). Éstas, se montan en la rueda metálica de la máquina de pulimento acelerado y se someten al pulido durante determinado número de horas (dependiendo el método de prueba utilizado) (Figura 3); el pulido se logra mediante el empleo de un neumático liso de hule macizo, abrasivo, y agua.
Figura 2. Probetas elaboradas con el agregado de prueba.
Figura 3. Vista de las probetas en rueda de ensaye.
De acuerdo con el procedimiento de prueba, para simular el desgaste que sufre el agregado en el campo, se emplea una máquina de pulimento acelerado, la cual consta de una rueda metálica de 41 cm de diámetro y 6 cm de ancho que gira a 320 rpm, un neumático liso de hule macizo de aproximadamente 20 cm de diámetro, un contrapeso de 725 N. Dos mecanismos de alimentación de abrasivo; uno, de abrasivo grueso, y otro de abrasivo fino; y un mecanismo de alimentación de agua. En la Figura 4 se muestra la máquina de pulimento acelerado.
Figura 4. Equipo para pulimento acelerado.
Después de que las probetas han sido sometidas a desgaste, se determina el grado de pulido de cada una de ellas con el péndulo de fricción (Figura 5). El resultado de cada lectura se expresa como el VPR.
Figura 5. Medición de valor de pulido con péndulo británico.
Este ensaye se realiza en repeticiones mínimo de 7 probetas elaboradas de un mismo material (mismo banco). De cada probeta se obtienen cuatro lecturas del péndulo. El gran promedio (promedio de probetas individuales y luego promedio de probetas) es el reportado como resultado del material y se le denomina VPR.
El Instituto Mexicano del Transporte, desde hace varios años, ha evaluado diferentes materiales utilizados en las carreteras nacionales; en la Figura 6 se muestra la distribución del VPR obtenidos en los estudios realizados. De igual forma, en la Figura 7 se puede apreciar la frecuencia relativa acumulada de dicha propiedad.
Figura 6. Distribución de frecuencias de los resultados de VPR para los bancos de materiales evaluados.
Figura 7. Frecuencias relativas acumuladas de los resultados de VPR realizados.
4. Sanidad e intemperismo
Las pruebas de pulimento pueden complementarse con las pruebas de residuo insoluble en ácido (TEX-612-J) y sanidad del agregado usando sulfato de magnesio (intemperismo acelerado) (TEX-411-A) clasificándose con base en los resultados de las pruebas mencionadas y el historial de comportamiento en campo del agregado.
5. Conclusiones
A partir de los ensayes de pulimento realizados en el Instituto Mexicano del Transporte, se destaca la curva bimodal de la distribución de frecuencias de valores de VPR, en donde el primer pico corresponde a valores alrededor de 24 y 27 y que corresponden principalmente a materiales eminentemente sedimentarios calizas o dolomitas; el segundo pico, que corresponde a valores entre 30 y 36, primordialmente corresponden a materiales volcánicos, basaltos, riolitas, andesitas y granitos. Lo anterior no implica que un material sedimentario no pudiera llegar a cumplir con el valor mínimo de 30 establecido en la normativa SCT para superficies de rodadura; sin embargo, parece poco probable.
Es conveniente llevar a cabo una caracterización de materiales en el país con respecto a valor de pulimento acelerado. Este trabajo podría hacerse en conjunto con los Centros SCT. La base de datos obtenida podría ponerse a disposición de la comunidad ingenieril involucrada en la construcción de infraestructura vial, así como propuestas de materiales que cumplan con los requisitos de calidad necesarios para carreteras nacionales.
Es importante destacar que se han realizado esfuerzos para mejorar el comportamiento de superficies de rodadura, particularmente cuando los materiales de la región no cumplen con las características deseadas, proponiendo mezclar materiales que no cumplen con materiales cuyo valor de pulido es alto, como los granitos, basaltos, escoria producto de fundición, entre otros.
Bibliografía:
N CMT 4 04 /17. Libro CMT. Características de los materiales. Parte 4. Materiales Para Pavimentos. Título 04. Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas. Normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, México 2017.
N CMT 4 04 /17. Libro CMT. Características de los materiales. Parte 4. Materiales Para Pavimentos. Título 04. Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas. Normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, México 2017.
National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine 2009. Guide for Pavement Friction. Washington, DC: The National Academies Press.
Test Procedure for Acelerated polish test for coarse aggregate. TxDOT Designation: Tex-438-A. August 1999
Usage of microscope method for detection of aggregate microtexture. Zuzana Florkováa, Jozef Komačkab, XXIV R-S-P seminar, Theoretical Foundation of Civil Engineering (24RSP) (TFoCE 2015). PÉREZ Alfonso LÓPEZ Guadalupe FRANCO Miguel |
