MOP - Dirección de Vialidad - Laboratorio Nacional MÉTODO DE HOMOLOGACIÓN DE MEDICIONES DE RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO Y MACROTEXURA

Transcripción

1 MOP - Dirección de Vialidad - Laboratorio Nacional 22/07/2015 MÉTODO DE HOMOLOGACIÓN DE MEDICIONES DE RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO Y MACROTEXURA Cristian Vargas Moreira Subdepartamento de Auscultaciones y Prospecciones 1 INTRODUCCIÓN HOMOLOGACIÓN Acción de poner en relación de igualdad las medidas obtenidas con distintos procedimientos y equipos. Bajo esta acepción, la homologación lleva a que las mediciones de un mismo fenómeno físico, registradas con diferentes instrumentos, sean comparables entre sí. 1

2 INTRODUCCIÓN - La técnica de homologación fue desarrollada para obtener las relaciones entre las medidas de los equipos Grip Tester y SCRIM. - Está basada en los conceptos de IFI, EFI e IRFI. - Forma parte del Proyecto FONDEF D03I 1042 Investigación y Desarrollo de Procedimientos para la Investigación y Control de Fricción Superficial en Pavimentos en Chile. - Se emplean las mediciones de los equipos Grip Tester, SCRIM y Perfilómetros Láser. INTRODUCCIÓN - La principal diferencia entre los equipos SCRIM y Grip Tester es el principio de medición que utilizan para obtener el coeficiente de resistencia al deslizamiento. - El equipo SCRIM proporciona como medida el SFC que es un coeficiente de resistencia al deslizamiento transversal. - El equipo Grip Tester proporciona como medida el GN que es un coeficiente de resistencia al deslizamiento longitudinal. - El equipo Perfilómetro Láser proporciona como medida el SMTD (Sensor Measured Texture Depth) que es un índice que entrega la profundidad de la macrotextura del pavimento en milímetros. 2

3 POR QUÉ ES NECESARIO HOMOLOGAR? - Se debe poseer un medio de comparación entre equipos de medición, ya que usan distintas tecnologías y principios. - Se debe poseer un medio de comparación entre equipos de perfilometría láser que difieran en el método de estimación de la macrotextura. - Dada la relación que existe entre resistencia al deslizamiento y macrotextura, las cuales en su conjunto definen la fricción superficial de un pavimento, se debe considerar el efecto de las medidas de una respecto a la otra. POR QUÉ ES NECESARIO HOMOLOGAR? - Es necesario poseer un medio de comparación entre las medidas registradas a distintas velocidades por un determinado equipo de medición de resistencia al deslizamiento. - Durante la gestión de pavimentos, es fundamental poseer un medio de comparación entre distintos equipos de medición de resistencia al deslizamiento y macrotextura cuando se han concebido umbrales referidos a la medida de un equipo en particular que opera en la red. 3

4 ANTECEDENTES GENERALES Algunas de las principales técnicas de homologación son: - IFI: International Friction Index - EFI: European Friction Index - IRFI: International Runway Friction Index International Friction Index (IFI) - Durante la celebración del Congreso Mundial de Carreteras de Bruselas en 1987, el Comité de Características Superficiales de la PIARC (Asociación Mundial de Carreteras) planteó la necesidad de homologar las medidas de resistencia al deslizamiento y macrotextura, debido a la gran cantidad de equipos existentes en el mundo. - Esta iniciativa condujo al desarrollo en 1992, del Experimento Internacional PIARC de Comparación y Armonización de las Medidas de Textura y Resistencia al Deslizamiento. 4

5 International Friction Index (IFI) - El objetivo principal del experimento fue homologar los equipos para luego llevarlos a una escala común que explicara la fricción superficial de un pavimento. El experimento se realizó con 47 equipos provenientes de 51 países del hemisferio norte, en 54 tramos en servicio de carreteras y aeropuertos. - Las mediciones de resistencia al deslizamiento se efectuaron a 3 velocidades distintas con la mayoría de los equipos a 30 Km/h, 60 Km/h y 90 Km/h. International Friction Index (IFI) - A partir de los resultados obtenidos en dicho experimento se construyó el Índice de Fricción Internacional o IFI. - Este índice describe la fricción normalizada a una velocidad de referencia de 60 km/h ofrecida por un pavimento que posee una textura determinada, a partir de la medición de su resistencia al deslizamiento con un equipo cualquiera y a cualquier velocidad. 5

6 European Friction Index (EFI) - Pocos años después de completado el Experimento PIARC, en Europa surgió la inquietud de ampliar, actualizar y perfeccionar los resultados iniciales de dicho estudio mediante el Proyecto HERMES (Harmonisation of European Routine and Research Measurement Equipment for Skid Resistance of Roads and Runways). - Este proyecto estuvo destinado a elaborar una norma europea de fricción en pavimentos y a definir un nuevo índice de fricción, llamado European Friction Index o EFI. International Runway Friction Index (IRFI) - Su desarrollo surge de la necesidad de las instituciones aeronáuticas de Estados Unidos y Canadá para establecer un valor de referencia de fricción en pistas de aterrizaje y de movimientos en aeropuertos cubiertas por nieve y hielo. - Se consideró como equipo patrón un equipo virtual correspondiente a la media aritmética de las medidas de varios equipos, luego se adoptó un valor referencia como la media aritmética obtenida por dos equipos. - A partir de este estudio se elaboró la norma actualmente vigente ASTM E Standard Practice for Calculating the International Runway Friction Index (ASTM, 2004) 6

7 ENFOQUE - El enfoque propuesto se basa en el modelo de la PIARC, dado que incorpora la interdependencia entre la resistencia al deslizamiento y la macro textura, y a su vez, es un método aceptado y aplicado internacionalmente. - Para la homologación de resistencia al deslizamiento se definió como referencia el equipo SCRIM, dado que se trata de un equipo robusto, estable y que presenta medidas con buena repetibilidad. Asimismo, los valores de umbrales definidos para la red vial nacional se han establecido en términos del Coeficiente SCRIM (SFC). Para la flota de equipos Grip Tester se consideró como equipo patrón un equipo virtual correspondiente a la media aritmética de las medidas de los equipos Grip Tester. HOMOLOGACIÓN DE LA RD Y MACROTEXTURA - Un paso previo a la homologación de las medidas de resistencia al deslizamiento es asegurar que las flotas de equipos realicen mediciones con una precisión y exactitud que permita definir un equipo como equipo patrón. - Esto implica evaluar repetibilidad y reproducibilidad (R&R) de las mediciones realizadas con los equipos pertenecientes a una flota determinada. 7

8 REPETIBILIDAD Valor de las diferencias en magnitud de un conjunto de mediciones repetidas, realizadas sobre una superficie determinada, con un mismo equipo, una misma rueda de ensaye, con el mismo operador, bajo las mismas condiciones de medición en una superficie de pavimento. Se expresa mediante la desviación estándar ponderada y el valor p obtenido del análisis de varianza de medidas repetidas con un 95 % de probabilidad. REPRODUCIBILIDAD Valor de las diferencias en magnitud de un conjunto de mediciones repetidas, realizadas sobre una superficie determinada, con equipos distintos, ruedas de ensaye distintas, y operadores distintos, bajo las mismas condiciones de medición en una superficie de pavimento. Se expresa mediante la desviación estándar ponderada y el valor p obtenido del análisis de varianza de medidas repetidas con un 95 % de probabilidad. 8

9 TOMA DE DATOS EN TERRENO Para evaluar la reproducibilidad de la flota de vehículos, es necesario realizar mediciones en terreno bajo condiciones controladas. Para ello es necesario ejecutar las siguientes etapas: - Etapa 1: Selección de Tramos de Medición - Etapa 2: Calibración de Equipos - Etapa 3: Preparación de Tramos de Medición - Etapa 4: Ejecución de Mediciones - Etapa 5: Procesamiento de Datos SELECCIÓN DE TRAMOS - Tipo de Superficie: Considerar 2 superficies de carpeta asfáltica preferentemente mezcla cerrada, 2 superficies de hormigón cepillado, 2 superficies de hormigón texturizado y 2 superficies tratamiento superficial. Esto garantiza variedad de macro texturas y de resistencia al deslizamiento. - Longitud: tramos rectos de 800 m de longitud. Esta longitud permite ejecutar la totalidad de las maniobras requeridas durante la medición. - Geometría: Baja pendiente longitudinal, presencia de bermas de al menos 50 cm de ancho. 9

10 SELECCIÓN DE TRAMOS - Estado de la Superficie: superficie regular libre de cualquier defecto superficial que provoque vibraciones verticales excesivas del equipo (baches, grupos de grietas, ahuellamiento, ondulaciones, juntas mal selladas, cantoneras de puentes, resaltes, lomos de toro, excesiva suciedad, etc.). - Entorno: Debe evitarse tramos en donde exista concentración de actividades urbanas, movimientos de vehículos y peatones que puedan inducir maniobras repentinas. Asimismo, debe evitarse donde las condiciones de sombra impidan el secado de la superficie o lo retarden excesivamente. SELECCIÓN DE TRAMOS - Estado de la Superficie: superficie regular libre de cualquier defecto superficial que provoque vibraciones verticales excesivas del equipo (baches, grupos de grietas, ahuellamiento, ondulaciones, juntas mal selladas, cantoneras de puentes, resaltes, lomos de toro, excesiva suciedad, etc.). - Entorno: Debe evitarse tramos en donde exista concentración de actividades urbanas, movimientos de vehículos y peatones que puedan inducir maniobras repentinas. Asimismo, debe evitarse donde las condiciones de sombra impidan el secado de la superficie o lo retarden excesivamente. - Seguridad: Disponibilidad de espacio para montar y desmontar equipos, y de espacio para ejecutar los giros de retorno. 10

11 PREPARACIÓN DE LOS TRAMOS - Los tramos de medición seleccionados deberán balizarse con pintura que ofrezca un alto contraste con la superficie, a fin de garantizar que el operador del equipo identifique claramente los eventos durante la medición. - En cada tramo de medición, deberán colocarse 5 balizas de acuerdo a la siguiente Figura. Deberá registrarse el kilometraje de cada baliza. PREPARACIÓN DE LOS TRAMOS 11

12 EJECUCIÓN DE MEDICIONES Se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: - No efectuar mediciones en días de lluvia o con condiciones climáticas inestables. - Numerar cada equipo, con rótulos, 1, 2, 3,., N. Esta numeración determina el orden de ejecución de mediciones con cada equipo y permite reconocer el origen de datos en la etapa de procesamiento. - Se realizaran 5 pasadas en total por cada equipo. Estas pasadas deberán realizarse en la siguiente secuencia: Pasada 1 Equipo 1, Pasada 1 Equipo 2,, Pasada 1 Equipo N. Pasada 2 Equipo 1, Pasada 2 Equipo 2,, Pasada 2 Equipo N.. Pasada 5 Equipo 1, Pasada 5 Equipo 2,, Pasada 5 Equipo N. EJECUCIÓN DE MEDICIONES - La partida de cada equipo a excepción del equipo puntero, deberá realizarse con un desfase tal que permita el secado de la superficie del pavimento mojada por el equipo que le antecedió. Esto permite garantizar la igualdad de condiciones de la superficie del pavimento en cada medición. - Cada operador del equipo deberá estabilizar la velocidad de medición en 50 Km/h entre las balizas Inicio Medición (IM) e Inicio Tramo (IT), debiendo mantenerla estabilizada hasta la baliza Fin Medición (FM). 12

13 EJECUCIÓN DE MEDICIONES - El operador deberá registrar como evento cada una de las balizas indicadas en la Figura A.1. En caso que no se realice, se deberá descartar la pasada completa y repetirla. - Los valores de resistencia al deslizamiento se registraran cada 5 metros. - Los datos obtenidos del trabajo de terreno deberán ser entregados por el operador al analista en archivo electrónico. Cada archivo tendrá el siguiente nombre: Rol Ruta-Numero Equipo-Pasada Realizada. *. Por ejemplo, el archivo G * representa una medición realizada en la ruta G-25 por el equipo 1, correspondiente a la pasada 4. EJECUCIÓN DE MEDICIONES - Después de ejecutada cada pasada, se deberá verificar lo siguiente: Registro de Balizado: Se deberá verificar que cada una de las balizas descritas en la figura A.1 hayan sido registradas. Estabilidad de Velocidad: Se deberá verificar que en todas las mediciones la velocidad de medición se encuentre dentro de la tolerancia de 50 Km/h ± 4 Km/h. Caudales de Agua: Se deberá verificar que los caudales de agua registrados se encuentren dentro de las tolerancias. - En caso que no se cumplan los requisitos indicados anteriormente, se deberá repetir la pasada. 13

14 PROCESAMIENTO DE DATOS - A los datos recolectados no se les debe aplicar corrección por velocidad y/o temperatura. - Se deberá conformar un archivo único en planilla electrónica en donde se disponga en columnas consecutivas cada una de las mediciones realizadas rotuladas de acuerdo al siguiente formato: En dicha Tabla, Km representa el kilometraje; Od. la lectura del odómetro del equipo; Se la velocidad de medición; Q el caudal de agua; GN corresponde a Grip Number. Los códigos de los encabezados P1-E1 hasta P5-EN corresponden al número de pasada realizada con cada equipo. EJECUCIÓN DE MEDICIONES - Se deberá realizar las siguientes verificaciones adicionalmente a las verificaciones realizadas en terreno: Ajuste Kilométrico. Mediante la localización de las balizas respecto de los kilometrajes, se deberá ajustar las lecturas de cada equipo de modo que todas queden alineadas respecto de los kilómetros de inicio correspondiente a las balizas Inicio Medición (IM). Identificación de datos no validos. Se deberá calcular el promedio y la desviación estándar para cada pasada. Posteriormente se verificará la presencia de datos puntuales que se encuentren fuera de la banda de 4 desviaciones estándares. En caso de existir datos con este comportamiento en al menos una de las pasadas, se deberá eliminar dicho punto de medición en todas las pasadas. 14

15 ECUACIONES DE HOMOLOGACIÓN La homologación consiste en llevar un valor de resistencia al deslizamiento medido a una velocidad de deslizamiento determinada, a un valor de referencia que se localiza en la denominada curva de fricción de referencia, como se muestra en la Figura: HOMOLOGACIÓN DE LA RD Y MACROTEXTURA SFCe (Coeficiente SCRIM equivalente): Valor de resistencia al deslizamiento equivalente al coeficiente SCRIM. Se obtiene al aplicar las ecuaciones de homologación de los equipos Grip Tester y SCRIM. Para macrotexturas altas (> ó = 1 mm): Para macrotexturas bajas (< 1 mm): 15