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La instrumentación de los firmes puede constituir una poderosa herramienta para la investigación de su comportamiento, por lo que en el Paquete de Trabajo 3 “Desarrollo de sistemas de instrumentación avanzada para la monitorización del estado del firme” del Proyecto REPARA 2.0 se trata de definir y desplegar un nuevo esquema de instrumentación para la monitorización dinámica del estado del firme, así como avanzar en el empleo de las comunicaciones inalámbricas para transmitir datos provenientes de los sensores insertados (incorporados) en el firme. Además, se está desarrollando el procesamiento avanzado de la información que suministre la instrumentación, con objeto de definir modelos que permitan predecir de forma más fiable el proceso de deterioro de un firme y, de esta forma, poder gestionar el mantenimiento y conservación viarias de una forma más eficiente.

Por ello, en el marco de las actividades del paquete de Trabajo 3 se ha instalado un sistema de pesaje dinámico de vehículos en la autovía A-1, en el término municipal de El Molar, cuyo objetivo es proporcionar al gestor viario una información completa y actualizada permanentemente sobre los pesos de los vehículos y sus ejes, que constituyen unos datos de entrada fundamentales en los modelos de predicción del proceso de deterioro de un firme viario.

El lugar preseleccionado para la instalación del sistema de pesaje en movimiento fue en la Autovía A-1, pk 41,6, en el carril derecho de la calzada sentido Madrid, a la altura del término municipal de EL Molar (Madrid).

Las razones de escoger este emplazamiento han sido, en primer lugar, que los datos de pesaje que se recogieran fueran los de una carretera con tráfico representativo del existente en las autovías de la Red de Carreteras del Estado, aspecto que cumple la A-1 en este tramo, donde el tráfico pesado es de carácter predominantemente interurbano de medio y largo recorrido.

Por otro lado, se trató de escoger un tramo de autovía en que las características del firme fueran con alto grado de probabilidad lo suficientemente buenas como para cumplir las condiciones mínimas exigidas por las Especificaciones Europeas del Pesaje en Movimiento. Por ello, se consideró desde el primer momento la nueva variante del El Molar en la A-1, pues se trataba de un tramo de nueva construcción de no muy lejana apertura al tráfico.

El emplazamiento específico escogido se trata de un tramo en alineación recta, casi llano o con pendiente ligeramente descendente, en el que no se encuentran salidas o entradas a la autovía que puedan causar perturbaciones al tráfico ni tramos de aceleración o deceleración brusca en una longitud superior a los 2 km anteriores ni en los 500 m posteriores, lo que permite asegurar que, en principio, se van a cumplir las condiciones exigidas al respecto en las Especificaciones Europeas.

Comprobaciones realizadas en el emplazamiento

Una vez preseleccionado el lugar de emplazamiento del sistema de pesaje, el personal del CEDEX se trasladó a la carretera con objeto de comprobar la idoneidad del sitio mediante:

• La ausencia de fisuras se comprobó mediante inspección visual y se escogió un punto preciso donde no existieran baches, fisuras u otros defectos.
• La ausencia de roderas se comprobó colocando la llamada “regla de 3 m” encima de la superficie del pavimento a todo lo ancho de un carril. Esta regla consiste en un perfil metálico de 3 m de longitud, totalmente recto, que permite identificar la presencia de hendiduras o roderas en la superficie del firme.
• Se comprobó en el lugar de emplazamiento de los sensores de pesaje que la profundidad de roderas era de 0,5 cm aproximadamente, es decir, dentro de la tolerancia para calificar el emplazamiento como bueno.
• Se realizó una medición de la deflexión del firme bajo carga, con objeto de comprobar que su capacidad resistente era la adecuada en todo un tramo que abarca desde unos 100 m antes del punto de instalación de los sensores hasta unos 70 m después de estos.
• Para medir la deflexión dinámica, se utilizó el equipo conocido como deflectómetro de impacto que se puede ver en la Ilustración 1. Este equipo mide la deflexión que se produce en el firme al dejar caer una carga de 50 kN, obteniéndose un valor medio en el tramo de unas 10 centésimas de milímetro (0,1 mm), que puede calificarse como emplazamiento entre bueno y excelente, según las Especificaciones Europeas.

Ilustración 1: Deflectómetro de impacto con el que se efectuaron las medidas de las deflexiones en el emplazamiento (Imagen: Fractalia)

Instalación del sistema de pesaje en la carretera

Con objeto de salvaguardar la seguridad de los trabajadores durante la realización de los trabajos, se decidió que las tareas que hubiera que efectuar dentro de los carriles, se ejecutarían con un corte total de tráfico en toda la calzada. Al estar el emplazamiento relativamente cerca del área metropolitana de Madrid, esto supuso tener que realizar una parte importante de la instalación en horas nocturnas, en las que baja significativamente la intensidad de tráfico.

Por otro lado, una vez ejecutada la instalación de los sensores en la carretera, era necesario que el carril en el que estaban instalados permaneciera cerrado al tráfico al menos otras 8 horas, con objeto de asegurar el endurecimiento de las resinas y mástic de sellado antes de que se sometieran al impacto directo de las cargas de los vehículos.

Las operaciones que es preciso llevar a cabo para ejecutar la instalación en la carretera de un sistema de pesaje dinámico son:

1. Replanteo y marcado de los sensores en el pavimento
2. Corte del pavimento con sierra de disco de diamante para practicar unas rozas de unos 5 cm de profundidad
3. Colocación de los sensores piezopolímeros y el cable del lazo inductivo en las rozas
4. Sellado de las rozas con resina epoxi para los sensores y mástic asfaltico para el lazo
5. Ejecución de la obra civil (peana, canalizaciones) que sirve de base para el armario donde se alojan los equipos electrónicos de registro y del armazón del panel solar.

A continuación, se muestran algunas imágenes sobre las operaciones de instalación llevadas a cabo:

Ilustración 2: Ejecución del corte del pavimento con sierra de diamante para excavar las rozas donde se introducen los sensores piezopolímeros y el cable del lazo de induccióno (Imagen: Fractalia)

Ilustración 3: Colocación y sellado del sensor piezopolímero utilizando resina tipo epoxi con acelerante (Imagen: Fractalia)

Ilustración 4: Vista del armario con los equipos electrónicos en su interior y del panel solar para suministro de energía eléctrica (Imagen: Fractalia)

Ilustración 5: Aspecto final de los sensores de peso y el lazo de inducción una vez instalados en la calzada (Imagen: Fractalia)

Calibración

Una vez instalados los equipos, se procedió a realizar su puesta en funcionamiento, mediante la cual el sistema de pesaje empieza a obtener datos de los pesos y otras características de los vehículos que pasan por el carril de forma continua.

No obstante, estos datos proporcionados por el equipo no son directamente utilizables, pues es necesario realizar una calibración del sistema de pesaje dinámico, con objeto de hacer corresponder la magnitud de los datos con sus valores reales.

La calibración realizada fue de tipo dinámico y consistió en hacer pasar repetidas veces, sobre los sensores del sistema de pesaje instalados en la carretera, dos camiones de distinto tipo y peso conocido a su velocidad normal de recorrido, calculándose el llamado factor de calibración que iguala los pesos reales de estos camiones con los valores medios de pesos proporcionados por el equipo para las distintas pasadas realizadas por estos.

Una vez determinado el factor de calibración e introducido en el equipo, el sistema de pesaje dinámico ya está listo para proporcionar los pesos de todos los vehículos que circulan por el carril.