Fricción de pavimentos

XVI CONGRESO ARGENTINO DE VIALIDAD Y TRÁNSITO OCTUBRE DE 2012 – CÓRDOBA, ARGENTINA -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ÁREA TEMÁTICA 3: PAVIMENTOS Nº DE ORDEN: 137

AVANCES Y NORMATIVAS PARA LA MEDICIÓN DE FRICCIÓN EN PAVIMENTOS AUTORES: Ing. Pablo F. Lucchetti - Ing. Erwin Kohler INSTITUCIÓN: Siproma Argentina Argentina S.A. - Dynatest Chile PAÍS: Argentina  – Chile

Pág. 1 de 22

RESUMEN Las propiedades de fricción en los pavimentos tienen directa relación con los accidentes de tránsito, que a nivel mundial causan miles de muertes cada año. Es necesario que los pavimentos sean diseñados y mantenidos de manera que ofrezcan una adecuada resistencia al deslizamiento, y es responsabilidad de los ingenieros de caminos velar por un correcto manejo de este parámetro. Aunque la fricción no es el único nivel de servicio que debe cuidarse en los pavimentos, en Latinoamérica, como así también en el resto del mundo, existe la necesidad de mejorar lo que el pavimento ofrece en el centímetro superior de su estructura. Este trabajo presenta y compara equipos de medición y metodologías para evaluar la fricción del pavimento y también la motivación que respalda a los nuevos desarrollos y normativas internacionales. internaci onales. Se describen describen algunos programas en ejecución de la administración administrac ión de carreteras de los Estados Unidos para la gestión de la fricción del pavimento, y se incluye conceptualmente la fricción en el conjunto de parámetros que debe controlarse para obtener  infraestructura vial que sirva las necesidades del público.

Introducción Para contribuir a la seguridad vial se deben definir reglas y requerimientos diseñados para reducir los accidentes y las consecuencias asociadas (muertes, lesiones, pérdidas económicas). En EE.UU., entre 1990 y 2010, se produjeron en promedio unos 6 millones de accidentes al año en carreteras (contando todos los tipos de vehículos). Aproximadamente el 13,5 por ciento de accidentes mortales y el 25 por ciento de todos los accidentes se producen cuando los pavimentos están mojados. La literatura también apoya la idea de que hasta un 70 por ciento de los accidentes de pavimento mojado pueden ser prevenidos o minimizados a través de mejoras en fricción y textura de pavimento [Henry 2000]. Los accidentes de carretera son eventos complejos y son el resultado múltiples factores que contribuyen. Estos factores se dividen en tres categorías principales: relacionados con el conductor, relacionado con un vehículo y relacionados en la la condición de la carretera. De estas tres categorías, categorías, las agencias de administración administración vial sólo pueden controlar controlar las condiciones de de la carretera. La naturaleza exacta de la relación entre la fricción del pavimento (generalmente en casos de que este esté mojado) y los accidentes es específica en cada caso, ya que intervienen muchos otros factores. Por lo tanto requiere un estudio particular para cada red vial.

Pág. 2 de 22

Un ejemplo de tal relación desarrollada para calzadas simples (1+1) en el Reino Unido muestra que se duplica el riesgo de colisión si la fricción del pavimento se reduce a la mitad, como se muestra en la siguiente figura [Viner et al., 2004].

Figura 1. Relación entre fricción de pavimento y riesgo de accidente

Fricción y Textura Superficial Fricción del pavimento 

Fricción es la fuerza que resiste el movimiento relativo entre un neumático de vehículo y la superficie del pavimento. Esta fuerza resistiva se genera cuando el neumático gira o se desliza sobre la superficie del pavimento.

Figura 2. Diagrama de fuerzas simplificado actuando en un rueda en rotación [AASHTO 2008]

Pág. 3 de 22

La fricción del pavimento permite mantener a los vehículos en la carretera, ya que le da al conductor la posibilidad de controlar y maniobrar su vehículo de manera segura, tanto en sentido longitudinal (frenar) como lateral (curvas). La relación que se muestra en la siguiente figura es la base para el sistema de frenos antibloqueo (ABS), que aprovecha el punto de máxima fricción y minimiza la pérdida de fricción debida a la acción de deslizamiento. Los vehículos con ABS están diseñados para aplicar los frenos en forma intermitente, de manera que el deslizamiento se lleva a cabo cerca de la máxima fricción. El frenado ABS varía con el diseño propio del fabricante, pero se desactiva antes de que se alcance el pico y se activa en un tiempo establecido por debajo del pico.

Figura 3. Coeficiente de fricción en el pavimento en función del porcentaje de deslizamiento

Textura superficial del pavimento 

La textura se define como las desviaciones de la superficie del pavimento respecto a una superficie plana perfecta. Estas desviaciones se reconocen a tres niveles distintos de escala, según la longitud de onda ( λ) y el pico a pico de sus componentes de amplitud (A). Los tres niveles de textura, según lo establecido en 1987 por “ International Association of Road Congresses” (AIPCR), son los siguientes: Pág. 4 de 22

•

•

•

Micro-textura (longitudes de onda λ <0,5 mm, A = 0,001 a 0,2 mm)  – Corresponde a la rugosidad de la superficie en el nivel microscópico. Es función de las propiedades superficiales de las partículas de agregados en la mezcla de asfalto o de hormigón. Se puede decir que es la aspereza de los áridos, y proporciona el contacto directo entre neumático y pavimento, afectando la capacidad de frenado en seco. Macro-textura (longitudes de onda λ = 0,5 a 50 mm, A = 0,1 a 20 mm) - La determina la disposición en conjunto de los agregados que sobresalen de la superficie de la capa de rodadura. Afecta la capacidad de frenado en presencia de agua y afecta las emisiones de ruido en la interfase rueda/pavimento. Mega-textura (longitudes de onda λ = 50 a 500 mm, A = 0,1 a 50 mm) - Es definida por  defectos o ondulaciones en la superficie del pavimento. Es la mayor categoría en textura, y además de afectar la fricción y el ruido, también afecta la suavidad de rodado pues causa deformaciones en la rueda. Longitud de Referencia Tramo de ruta

Rugosidad/Irregularidad Amplificación ~ 50 veces

Megatextura Macrotextura

Perímetro de rueda Amplificación ~ 5 veces

Área de contacto de rueda

Microtextura

Amplificación ~ 5 veces

Partícula de agregado

Figura 4. Irregularidades y tipos de textura en la superficie de los pavimentos [adaptado de Sandberg, 1998]

Métodos de Medición de Fricción y Textura Para la medición de fricción existen varios dispositivos comercialmente disponibles que utilizan distintos tipos de neumáticos o bloques de goma de prueba y variadas condiciones de carga. La Textura superficial del pavimento, ya sea micro, macro-, o mega-textura, se puede medir  también en una variedad de formas, incluyendo dispositivos de alto rendimiento (laser), técnicas volumétricas, y técnicas de medición de drenaje de agua. Tanto para fricción como para textura, algunos dispositivos o método se pueden usar a velocidad de carretera, y por lo tanto no requieren cierren de pista o control del tránsito. Una descripción de aparatos y métodos Pág. 5 de 22

de medición de fricción y de textura se puede encontrar en la referencia [NCHRP 2009]. Información más actualizada, con experiencia de los autores se presenta a continuación.

Fricción 

En laboratorio o a velocidades reducidas de circulación, los dispositivos más utilizados para medir las características de fricción del pavimento son el Péndulo Británico ( British Pendulum  Tester, BPT ) y el Medidor dinámico de fricción ( Dynamic Friction Tester, DFT ). El BPT sigue la norma ASTM E 303 y el DFT la ASTM E 1911. Ambos dispositivos miden fricción mediante la determinación de la pérdida de energía cinética de un péndulo deslizamiento o rotación del disco cuando está en contacto con la superficie del pavimento. La pérdida de energía cinética se convierte en una fuerza de fricción y que es por lo tanto la fricción del pavimento. Ambos son portátiles y fáciles de manejar. El BPT adolece de falta de r epetitividad por dependencia “a la mano” del operador, además de problemas con las correcciones por temperatura [Steven 2009].

Esto ha llevado al desprestigio del BPT en algunos lugares. El DFT mide fricción a distintas velocidades a medida que disminuye su rotación. Un ejemplo de uso de estos aparatos en investigación se puede encontrar en [Ongel et al, 2008].

Figura 5. Péndulo Británico y Medidor dinámico de fricción (vista inferior y en operación)

Para realizar mediciones de fricción con más altos rendimientos se utilizan equipos con uno o dos neumáticos de prueba que miden las propiedades de fricción del pavimento en uno de los siguientes modos: Rueda bloqueada Rueda parcialmente bloqueada Fuerza lateral

Pág. 6 de 22

Un modo adicional es el caso especial de dispositivos para medir fricción en el rango de funcionamiento que va desde rueda bloqueada a rueda parcialmente bloqueada, que se conocen como aparatos de deslizamiento variable (en inglés “variable slip”), y que no son muy comunes. Aquí nos referiremos solo a aparatos con modo deslizamiento fijo (“fixed slip ”), que

son más prácticos y que están ganando gran popularidad en los últimos años. La Figura 6 muestra un ejemplo real del tipo de información que se obtiene del valor de la fricción a medida que se varía el deslizamiento, como se indicó en la Figura 3. Obviamente es atractivo conocer la fricción en diferentes condiciones de frenado. Al usar frenos  ABS lo que importa es el valor cerca del máximo que el pavimento pueda ofrecer. Para condiciones de frenos de emergencia sin ABS, es decir, rueda bloquead, lo que importa es el valor de fricción cuando la rueda no está girando, que corresponde a los valores más estables de la segunda mitad de la curva de la Figura 6.

Figura 6. Ejemplo de valores de Skid Number (SN) a medida que la rueda deja de girar

Medición de Rueda Bloqueada 

En los EE.UU. el método de rueda bloqueada (ASTM E 274) es hasta ahora el más común. Este método está pensado para evaluar las propiedades de fricción de la superficie bajo condiciones de frenado de emergencia de un vehículo sin frenos antibloqueo. Un ejemplo es el equipo Pavement Friction Tester, PFT . Los resultados de la prueba de rueda bloqueada se reportan como Skid Number (SN), con valores de 0 a 100. La traducción de “skid” en inglés es

patinar, resbalar o derrapar. Se utilizan ruedas lisas (ASTM E 524) o ruedas con ranuras (ASTM E 501). La rueda lisa es más sensible a la macrotextura mientras que la rueda con ranuras es más sensible a la microtextura. Además de los EE.UU., el PFT se utiliza regularmente en Turquía, Taiwán, India, Reino Unido, Arabia Saudita, y otros. No se utiliza todavía en Sudamérica.

Pág. 7 de 22

Figura 7. Pavement Friction Tester

Rueda parcialmente bloqueada de deslizamiento fijo 

Dispositivos de este tipo miden la fuerza de fricción con neumáticos lisos que se desplaza a una velocidad de deslizamiento constante (12 a 20 por ciento). Se aplica agua a 0,5 mm de espesor  en carreteras y 1,0 mm de espesor en aeropuertos, y la aplicación se hace delante de la rueda de medición, que puede ser retráctil montada bajo un vehículo, o sobre en un pequeño remolque. La medición se hace velocidades establecidas de por ejemplo 50 Km/h. La rotación de la rueda de medición es reducida a un porcentaje de la velocidad del vehículo mediante un mecanismo de frenado hidráulico o un sistema de cadena o correa. La fuerza de fricción se mide mediante transductores de fuerza o medidores de tensión y torsión. Los datos son normalmente reportados en intervalos de 1m. Algunos ejemplos de este tipo de aparatos se listan a continuación. La mayoría apunta a cumplir la norma ASTM E 1551 Highway and runway friction testers (HFT/RFT)  Airport Surface Friction Tester (ASFT) Saab Friction Tester (SFT) U.K. Griptester  Finland BV-11 Road Analyzer and Recorder (ROAR) La Figura 8 muestra el modelo 6875 Highway Friction Tester, HFT , que contiene el mecanismo de medición montado directamente bajo una camioneta en lugar de ser un carro de arrastre, como el Griptester de la Figura 9. Los siguientes comentarios son para comparar el HFT con el Griptester. El HFT está integrado con el vehículo, y eso ayuda a la maniobrabilidad lo que resulta en menos tiempo para Pág. 8 de 22

completar las mediciones. La fuerza vertical (normal a la de fricción) en la rueda de medición se mantiene constante bajo cualquier condición. Equipos más livianos solamente pueden asumir, o a lo más medir, la fuerza normal. En superficies irregulares este tipo de equipos puede hasta perder contacto con la superficie y en esos casos los resultados de fricción son imprecisos. Requiere menos tiempo para empezar y terminar de medir, porque no hay que instalar nada, y basta una sola persona para realizar la operación completa. En sectores con gradiente longitudinal el HFT sigue siendo capaz de medir con alta precisión, mientras que los carros livianos tipo GripTester presentan dificultades de operación con pendientes superiores a los 2 grados. El sistema de entrega de agua del HFT cumple con ASTM, mientras que GripTester no cumple. Esto significa que en presencia de viento cruzado, el agua que se pretende aplicar para el ensayo no va estar frente a la rueda. El HFT es calibrado en su totalidad conforme a ASTM.

Figura 8. Highway Friction Tester Pág. 9 de 22

Figura 9. GripTester

Fuerza lateral 

Los aparatos de medición de fuerza lateral miden la fricción lateral en el pavimento perpendicular a la dirección de viaje usando uno o dos neumáticos en ángulo. Según  ASTM E 670 se debe aplicar agua en la superficie (15 L/min) y se debe arrastrar una o dos ruedas en ángulo que roten libremente sobre la superficie (normalmente a 40 mph o 64 Km/h). Se registran la fuerza lateral, la carga sobre el (los) neumático(s), distancia recorrida y velocidad del vehículo. Los datos normalmente se promedian en intervalos de 1 m. La Figura 10 muestra ejemplos de Mu-Meter, y la Figura 11 muestra el SCRIM. El Mu-meter es un aparato para medición de fricción en aeropuertos, que para ser usado en carreteras debe instalarse para medir en la huella. Al ser un carro liviano tiene problemas de medición en pavimentos con IRI medio a alto. Utiliza dos ruedas en ángulo de 7.5 grados (dos ruedas que se deben reponer  cuando se desgastan, en lugar de una como otros equipos). El SCRIM (Sideway Force Coefficient Routine Investigation Machine) es un equipo de alto costo inicial y de alto costo de operación, popular en países cercanos a las tecnologías del Reino Unido. Usa una sola rueda en ángulo de 20 grados.

Pág. 10 de 22

Figura 10. Mu-Meter

Figura 11. SCRIM

Medición de Textura Dado que la textura afecta la fricción, se describen aquí brevemente las formas de medir  macrotextura, que se pueden agrupar de la siguiente forma: Técnicas volumétricas: corresponden a la determinación de una altura usando un volumen conocido y midiendo el área que se cubre. A este grupo pertenecen el ensayo de la mancha de arena. Alternativamente en aeropuertos se grasa de lubricación en lugar de arena. Otra técnica es el Outflow Meter, que deja pasar un volumen conocido de agua por los intersticios de contacto de un cilindro de vidrio con un borde de goma que se apoya sobre el pavimento. Técnicas perfilométricas: son métodos basados en la determinación de la geometría del perfil de la superficie. Entre estos están el Circular Track Meter (CTM), el Laser Texture Scanner  (LTS), y los perfilómetros laser de alta velocidad. El CTM tiene dimensiones y aspecto muy similar al DFT mostrado en la última imagen de la Figura 5.

Pág. 11 de 22

Figura 12. Parte inferior del CTM y un LTS en operación.

En contraposición a los equipos CTM y LTS, es posible medir textura de forma continua sin interrumpir el tránsito. Para ello se utilizan láser de alta tasa de muestreo incluidos en los equipos para evaluación de perfilometría para obtener el IRI, como los que se muestran en la Figura 13. Hay que prestar atención al indicador de textura que estos aparatos entregan. Debe ser idealmente la profundidad de textura de forma objetiva, como el Mean Profile Depth o MPD (normado por ASTM E1845). Hay perfilómetros laser para IRI que solo entregan un índice llamado SMTD o Sensor-Measured Texture Depth, que no tiene ninguna utilidad porque se refiere simplemente a una desviación estadística de elevaciones medidas que no se relacionan con la textura del pavimento, y que ya por muchos años se ha descontinuado su uso en países desarrollados. Para proporcionar suficiente fricción superficial, se recomienda generalmente que la profundidad de textura sea superior a 0.5 mm para cualquier mediciones individual y 0.8mm en promedio [Hibbs y Larson 1996].

Figura 13. Ejemplos de perfilómetros láser de alto rendimiento capaces de entregar MPD Pág. 12 de 22

International Friction Index 

La AIPCR patrocinó un estudio de armonización de fricción internacional en 1992, en la que participaron representantes de 16 países. El experimento se realizó en 54 sitios en los Estados Unidos y Europa e incluyó 51 sistemas de medición diferentes. Se evaluaron varios tipos de equipos medidores de fricción, incluida la rueda bloqueada, deslizamiento fijo, fuerza lateral, péndulo, deslizamiento variable, y algunos dispositivos prototipo. La textura superficial se midió mediante la mancha de la arena, perfilómetros láser, un sistema óptico y el Outflow Meter. Uno de los principales resultados del experimento AIPCR fue el desarrollo del Índice de Fricción Internacional (IFI). El IFI intenta estandariza cómo se informa la fricción en función de la velocidad de deslizamiento. Para mostrar cómo la fricción depende de la velocidad, se reporta el gradiente de los valores de fricción medidos por debajo y por encima de 60 km/h, y se usa en un modelo exponencial para el índice IFI. Este gradiente se llama el número de velocidad (SP) y se reporta en el rango de 1 a 500 km/h). El experimento confirmó que SP se relaciona con la macrotextura. Lamentablemente la adopción del uso del IFI no se ha consolidado todavía.

PROGRAMA DE GESTIÓN DE FRICCIÓN DE PAVIMENTO  Aunque el diseño de fricción del pavimento es un componente relativamente pequeño del proceso general de diseño de pavimentos, es crítico debido a su impacto sobre la seguridad en las carreteras. Para crear una superficie de pavimento con fricción adecuada, debe prestarse atención a las actividades de construcción y de material que influyen en las características de la superficie de texturizado y macrotextura. La consideración de fricción abarca la política de la red de caminos y aspectos de ingeniería de nivel de proyecto. Las políticas de diseño y de evaluación de fricción representan la actitud de una agencia de carretera, que debiera en un marco general y en sus procesos, garantizar que todos los proyectos de pavimento cuenten con plena y adecuada capacidad para satisfacer las necesidades de fricción . Se espera que un marco de gestión exitosa de fricción incluya (1) un sistema de evaluación de fricción de pavimento en servicio, con alguno de los equipos mencionados más arriba o similares, (2) orientaciones sobre la selección, diseño y aplicación de superficies que mejoran la fricción para proporcionar un nivel adecuado de seguridad para la vida deseada del tratamiento, y (3) un sistema para correlacionar fricción con información de accidente de pavimento mojado. Pág. 13 de 22

En los primeros dos actúa directamente el ingeniero de pavimentos, y el último corresponde a la autoridad, ya sea a nivel local, provincial, o nacional (o concesionario privado). En el sistema tradicional de gestión de pavimentos (PMS), los pavimentos son agrupados en secciones homogéneas basadas en una consistencia en las características estructurales, la historia de construcción, y el tráfico [NCHRP 2009]. Los programas para gestión de fricción del pavimento definen las secciones con la consideración adicional de consistencia en todo el tramo del nivel de demanda de fricción. Idealmente, los programas de gestión de fricción deben considerar a los factores que influyen en los niveles de demanda de fricción, como la geometría de la autopista, el medio ambiente, las características del tráfico, y las características vehículo / conductor. Sin embargo, las características vehículo / conductor generalmente no se incluyen en estos programas debido a la dificultad en la evaluación de sus efectos. Varias Agencias de Carretera en los EE.UU. y otros países han establecido categorías de demanda de fricción teniendo en cuenta a los demás factores (geometría de la carretera, las características de la carretera o del medio ambiente, y las características del tráfico). Para desarrollar políticas de gestión de la fricción del pavimento, una agencia debe identificar el enfoque global para la gestión de la f ricción del pavimento y el proceso para su aplicación. En lo que queda de este artículo se presenta un posible método de análisis para definir niveles de fricción, y se muestran casos y recomendaciones de AASHTO, la Administración Federal de Carreteras de EEUU, y el Departamento de Transporte de Texas.

Criterios de Análisis de Datos 

Debido a que las condiciones y circunstancias a lo largo de una carretera van cambiando, no hay un único nivel de una fricción que se pueda definir como el límite entre pavimentos "seguros" y "potencialmente peligrosos". La situación ideal sería ofrecer en el pavimento un mismo nivel de fricción alto que cumpla o exceda todas las demandas de fricción en todas las vías. Pero apuntar a esta práctica sería algo prohibitivo (y en gran medida innecesario) y no generaría el costo-beneficio asociado con una buena estrategia de ingeniería. Un enfoque más práctico, por lo tanto, es mantener un adecuado nivel de fricción de pavimento, basado en la demanda de fricción de cada sección, por tipo de vialidad. Este enfoque garantiza la provisión de niveles de fricción adecuada para una variedad de carretera (intersecciones, enfoques a las señales de tráfico, curvas cerradas) y las condiciones del tráfico. Existen diversos métodos para establecer niveles de de fricción de investigación o de intervención, en términos de FN o en términos de IFI(F(60),SP). Estos métodos se derivan de muchos años de debates en reuniones internacionales y talleres sobre fricción de pavimento (p. ej., del comité E17 de la ASTM, o el comité AFD90 del TRB, o el comité T4.2 de la AIPCR, y los talleres de estudio y comparación de fricción organizados por la NASA en la isla Wallops).

Pág. 14 de 22

Un método para establecer umbrales o límites de fricción es usar la distribución de fricción y la tasa de accidentes relacionados a problemas de fricción, para cada categoría de caminos. Esto involucra los siguientes pasos [NCHRP 2009]: Paso 1- Graficar un histograma de fricción de pavimento para una categoría dada de camino, basada en datos reales actuales e históricos. Sobre el mismo gráfico, trazar el cociente entre accidentes en pavimento mojado y accidentes en pavimento seco para las mismas secciones de pavimento que la distribución de frecuencia de fricción (Figura 34). Paso 2: Determinar la fricción de pavimento media y la desviación estándar de la distribución de frecuencias de fricción de pavimento. Paso 3: Fijar el nivel de investigación como el valor de fricción media menos "X" desviaciones estándar (por ejemplo 1.5 ó 2.0) de la distribución de secciones y ajustar a donde la razón entre accidentes en mojado a seco empieza a aumentar  considerablemente. Paso 4: Fijar el nivel de intervención como la fricci ón media menos “Y” desviaciones estándar (por ejemplo 2.5 o 3.0) de la distribución de las secciones y ajustar el nivel a un mínimo de la razón entre accidentes en mojado a seco que sea satisfactorio o al punto que corresponda a la cantidad de dinero disponible para reparar la cantidad total resultante de secciones de la carretera.

Nivel de Investigación   s   o    d    i    d   e   m   s   e   r   a   g   u    l   e    d   o   r   e   m    ú    N

Nivel de Intervención Accidentes

Media – X*(Desv.Est) Media – Y*(Desv.Est)

mojado/seco

   %  ,   o   c   e   s    /   o    d   a    j   o   m   s   e    t   n   e    d    i   c   c    A

Fricción F(60),Sp o alternativamente FN 

Figura 14. Establecimiento de niveles para investigación e intervención de fricción [NCHRP 2009].

Pág. 15 de 22

Guia de fricción AASHTO 2008 

De acuerdo con  AASHTO 2008, un programa integral de gestión de la fricción requiere la consideración de la fricción del pavimento, la textura del pavimento, las tasas de accidentes, y debe incluir los siguientes componentes claves: -

-

Definición de Red: Sectorización de la red de carreteras en secciones de acuerdo a los niveles de fricción necesarios en el pavimento para realizar el frenado, maniobras de giro, y aceleración. Las categorías de demanda de fricción se establecen en función de diversos factores viales, como la alineación horizontal y vertical de la carretera, las características de las carreteras (presencia y tipos de intersecciones o cruces, carriles especiales de giro, y divisiones centrales), el medio ambiente carretera (urbano o rural), y las características del tráfico (volumen de tráfico, la composición y velocidad). Recolección de datos a Nivel de Red: Metodologías para relevar la información necesaria para establecer el estado de la Red Vial (protocolos de fricción y de las pruebas de textura, los datos de la fricción y textura, los datos de accidentes, etc.) Análisis de datos a Nivel de Red: Análisis de los datos relevados para establecer niveles de fricción para identificar las secciones que requieren una investigación detallada o intervención. Evaluación detallada: Evaluación de secciones deficientes para identificar acciones correctivas. Selección y priorización de zonas para la rehabilitación de pavimentos: Identificación de secciones a ser intervenidas a corto y a largo plazo, junto con los posibles tratamientos de restauración y fechas de intervención.

Cada sección de pavimento debe tener en toda su extensión niveles de demanda de fricción similares. Por lo tanto en la definición de cada sección del pavimento se debe considerar toda combinación de los siguientes factores que influyen en la demanda de fricción: • • • • • •

número de accidentes, tipo y gravedad (o una combinación de éstos). Los niveles de tráfico (por ejemplo, un criterio basado en un número determinado de vehículos o camiones por carril o por día). Clase funcional de la carretera (por ejemplo, todos los sitios en o por encima de una cierta clase funcional en la red). Zonas climáticas (por ejemplo, todos los sitios con un intervalo especificado de precipitaciones anuales o el número de días húmedos al año). Lugares de alto riesgo (por ejemplo, curvas, intersecciones, cruces de ferrocarril, sitios donde una barrera está instalada en las curvas). Edad de superficie.

El diseño de fricción a nivel de proyecto implica seleccionar agregados y tipos de mezcla y técnicas de texturizado que cumplan tanto los requisitos de fricción inicial y de largo plazo (Figura 15). En pavimentos asfálticos se habla de macrotextura, que depende del diseño de la mezcla, y en pavimentos rígidos se habla de texturizado o terminación superficial. Pág. 16 de 22

Fuentes de Agregados

AgregadosA (pulimiento alto )

Agregados B (pulimiento medio)

Protocolo de la Agencia para ensayos de agregados en laboratorio

Ensayo 1 2 3 . . .

Criterio >5 <25 >50 . . .

Mezclas o texturas especificadaspor la agencia

Categorías de diseño de fricción

Categoría I Demanda baja <= fricción de diseño < B-X A-X A-Y Tipo de mezclao textura X (macro-t baja)  Y (macro-t moderada) Z (macro-t alta)

AgregadosC (pulimiento bajo)

Categoría II Demanda media <= fricción de diseño <

C-X B-X A-Z C-Y C-Z B-Z

Categoría III Demanda alta fricción de diseño >

Opciones de agregadosy mezcla/textura

Figura 15. Ajuste de especificaciones de agregados y mezclas texturas para cubrir demanda de fricción [AASHTO 2008].

Administración Federal de Carreteras (FHWA) de EEUU 

Seguridad en Carreteras y gestión de la fricción de pavimentos En 1967 la Administración Federal de Carreteras (FHWA) de EEUU estableció en el programa de Seguridad en Carreteras que "cada Estado debe tener un programa de diseño, construcción y mantenimiento para mejorar la seguridad en las carreteras". La política de la FHWA relacionada con los programas de mejoras viales de seguridad está contenida en la norma “23 CFR 924.5” y dice: "Cada Estado debe desarrollar, implementar y evaluar sobre una base

anual un Programa de Mejoramiento de Seguridad en Carreteras (Highway Safety Improvement Program, HSIP)” que tiene el objetivo general de reducir significativamente la ocurrencia y la

posibilidad de muertes y lesiones graves como resultado de accidentes en todas las carreteras públicas." También estableció que cada agencia estatal de carreteras debe implementar un programa para gestionar la fricción del pavimento en las vías públicas para proporcionar datos que establezcan prioridades relativas para los proyectos de obras de mejoras de la seguridad de las carreteras.

Pág. 17 de 22

Diseño, construcción y mantenimiento de fricción En relación a diseño, prácticas de construcción y mantenimiento para obtener adecuadas características de fricción, el documento "Textura Superficial de Pavimentos de Asfalto y Hormigón" de la FHWA proporciona información técnica del estado de la práctica para proporcionar adecuada textura y fricción de la superficie en las carreteras. Este documento es una circular técnica disponible online [FHWA 2005]: Medición de fricción del pavimento Como se indicó antes en este artículo, hay varios tipos de medición de fricción. La FHWA reconoce y clarifica que el método de rueda bloqueada simula el frenado de emergencia sin frenos anti-bloqueo, el método de fuerza lateral mide la capacidad para mantener el control en las curvas, y los métodos de deslizamiento fijo y variable se relacionan con frenos con antibloqueo. Indica que los sistemas de medición de fricción de Fuerza lateral y de deslizamiento variable en la actualidad no son ampliamente utilizados en las carreteras estadounidenses. El método de rueda bloqueada (ASTM E-274) se puede utilizar con neumáticos estriados (ASTM E-501) o con neumáticos lisos (ASTM E-524), pero el neumático estriado es el neumático de prueba más común utilizado por las agencias de carreteras en EE.UU. Los métodos de rueda bloqueada y de deslizamiento fijo se recomiendan como métodos apropiados para la evaluación de la fricción del pavimento en las carreteras estadounidenses. La ventaja del método de deslizamiento fijo sobre el método de la rueda bloqueada es la capacidad de funcionar de forma continua sobre una sección de prueba, y la mejor relación de frenado con frenos antibloqueo. Un estudio [USDOT 2006] indica que ya en el año 2000 el estado de Arizona decidió cambiar el método de medición y adoptar el Highway Slip Friction Tester debido a su facilidad de uso”. Desde Febrero 2012 la FHWA está ofreciendo demostraciones en EE.UU del equipo de deslizamiento fijo1. “

Dado que todos los métodos de ensayo de fricción pueden ser insensibles a la macrotextura en circunstancias específicas, se recomienda que la prueba de fricción se complemente con medición de macrotextura (ASTM E-1845). Las mediciones macrotextura puede realizarse de forma independiente para calcular el gradiente de velocidad (Sp), que se puede combinar con los resultados de fricción de la mayoría de los equipos de fricción para determinar Índice de Fricción Internacional (IFI).

1

Información de la demostración FHWA disponible en http://www.thetranstecgroup.com/frictiontester 

Pág. 18 de 22

Fricción de pavimentos en el Departamento de Transporte de Texas 

TxDOT (el Departamento de Transporte de Texas) construyó su primer equipamiento para medir fricción en 1963 y así comenzó una larga serie de proyectos de investigación para establecer valores adecuados de fricción. Implementó el “Program de Reducción de  Accidentes para días de Lluvia” (Wet Weather Accident Reduction Program “WWARP” ). Como parte de esta implementación, el TxDOT debió: establecer y mantener programas para garantizar las características antideslizantes de los pavimentos. desarrollar e implementar metodologías para la detección y mejora de los lugares con una incidencia significativa de los accidentes en días de lluvia utilizando los sistemas de registro de accidentes y medidas para hacer frente a esos lugares  Aplicar métodos de análisis de las características antideslizantes de secciones de carreteras de prueba, para : o Asegurarse de pavimentos que se estaban construyendo brinden una adecuada resistencia al deslizamiento o Desarrollar una visión general de las propiedades antideslizantes resistentes de su red de carreteras o Proporcionar información para su uso en el desarrollo de proyectos de mejora de la seguridad y la aplicación de tratamientos que optimicen el costo-beneficio. Dentro de TxDOT, la sección de Construcción , Materiales y Pavimentos es la responsable de desarrollar, implementar y mantener el programa WWARP. El resto de las divisiones de TxDOT están encargadas de dar apoyo responsable, incluyendo las operaciones de tráfico, de planificación, transporte, programación y mantenimiento. La Tabla 1 presenta un ejemplo de cómo establecer criterios para diferentes niveles de fricción. Básicamente, mientras más difícil son las condiciones para conducir, más alta es la demanda de fricción.

Pág. 19 de 22

Tabla 1. Ejemplo de niveles de demanda de fricción en base a factores de vialidad y situación [basado en TxDOT 2004] Tipo de infraestructura vial

 Acceso controlado

 Acceso sin control

Factores de la vialidad y su situación Distancia media entre ramas de entrada y salida (metros) Pistas o carriles especiales Situación Despeje lateral (espacio a la mediana y ancho de bermas) Distancia media entre accesos a propiedades (metros) Distancia entre intersecciones (metros) Pistas o carriles especiales Situación Tipo de mediana

Ejemplo de criterios para diferentes niveles de demanda de fricción Leve Moderado Severo >550

400 a 550

< 400

Carril incompleto

Sin carril especial

Rural/Urbana

Urbana

 Adecuado (suficiente espacio)

Parcialmente restringido

Restringido severamente

>160

50 a 160

< 50

> 1600

500 a 1600

< 500

Carril central para virar izquierda

Sin carril de viraje

Residencial/Comercial

Comercial

Mediana angosta (< 50m)

Sin mediana

Carril especial conecta completamente entre entradas/salidas Rural

Carril para virar (o prohibición de viraje) Principalmente residencial Mediana ancha (> 50m)

Pág. 20 de 22

RESUMEN Y RECOMENDACIONES El foco principal de los organismos viales ha ido cambiado sus prioridades de tal manera que ahora debe modernizar las carreteras existentes y hacerlas más seguras (asumiendo que ya se ha conseguido la conectividad y construcción mínima). Este artículo presentó aspectos básicos de fricción y textura de pavimentos, incluyendo comparación de tipos de medición. Se describió el proceso de gestión de fricción y mostró experiencias de AASHTO, la FHWA y el departamento de transporte de Texas. Con su fuerte vínculo con la seguridad, la fricción del pavimento es una faceta fundamental para el sistema de transporte por carretera. Sin embargo, para los organismos responsables puede ser difícil lograr y mantener un adecuado nivel de fricción del pavimento. Aunque hay muchas razones para esta dificultad, las tres más evidentes son: (a) la complejidad de la interfaz de la fricción del pavimento-neumático, (b) la controversia en cuanto al grado de la agencia de la responsabilidad de velar por la seguridad del usuario (c) con respecto a los costos y beneficios de un programa de mejores de la fricción de los pavimentos. Esta tendencia ha sido revertida poco a poco en EE.UU. y es un área de preocupación y de acción también en otros países, motivados por los altos niveles de muertes, lesiones y daños debidos a accidentes relacionados a la superficie del pavimento. Esto ha conducido al desarrollo de sistemas de gestión para mejorar la de fricción y textura de los pavimentos.  A pesar de que es imposible para una agencia corregir todas las deficiencias del pavimento de inmediato, es muy importante implementar programas que identifiquen deficiencias, que se advierta al público sobre los peligros potenciales, y utilizar cuidados razonables y los recursos disponibles para corregir los peligros.

Pág. 21 de 22

Referencias  AASHTO 2008. Guide for Pavement Friction. AASHTO Joint Technical Committee on Pavements. American Association of State Highway and Transportation Officials. Washington, DC. FHWA 1980. Skid Accident Reduction Program, Technical Advisory T 5040.17. Federal Highway  Administration. Washington, DC. FHWA 2005. Surface Texture for Asphalt and Concrete Pavements, Technical Advisory T 5040.36. Federal Highway Administration. Washington, DC. FHWA 2010. Pavement Friction Management. Technical Advisory T 5040.38 - Federal Highway  Administration. Washington, DC. Henry 2000. Evaluation of Pavement Friction Characteristics. NCHRP Synthesis 291. National Cooperative Highway Research Program, Washington, DC. Hibbs and Larson 1996. Tire Pavement Noise and Safety Performance, PCC Surface Texture Technical Working Group. B. O. and R. M. Larson. FHWA-SA-96-068. Federal Highway  Administration, Washington, DC. NCHRP 2009. Guide for Pavement Friction. Informe NCHRP Project 01-43 Ongel et al 2008. Investigation of Noise, Durability, Permeability, and Friction Performance Trends for Asphaltic Pavement Surface Types: First- and Second- Year Results”. Autores Ongel A., Harvey,J.T., Kohler,E., Lu,Q., Steven,B.D. Informe UCPRC-RR-2007-03 del “Centro de Investigación de Pavimentos Universidad de California

Salgado et al 2009. Técnicas e Índi ces para Evaluación de Macrotextura en Pavimentos”.  Autores Salgado, M.; Kohler, E. y Achurra, S. Artículo en el XVII Simposio Colombiano Sobre Ingeniería de Pavimentos, Medellín, Colombia Sandberg, U. and J.A. Ejsmont. 2002. “Tyre/Road Noise Reference Book”, ISBN 91 -631-2610-9, Informex, Kisa, Sweden Steven 2009. Friction Testing of Pavement Preservation Treatments: Temperature Corrections and Operator/Machine Variability. Technical Memorandum: UCPRC-TM-2008-05 TxDOT 2006 Wet Weather Accident Reduction Program (WWARP). Informe nr. 070530 USDOT 2006. Assessment of Friction-Based Pavement Methods and Regulations. US Department of Transportation Report DTFH61-03-X-00030 Viner et al 2004. “Review of UK Skid Resistance Policy,” Autores H., R. Sinhal, y T. P arry.

 Artículo preparado para el 5to Simposio Internacional de Características Superficiales de Pavimentos, Toronto, Ontario, Canadá.

Pág. 22 de 22