MEDICIÓN DE RUIDO EN CARRETERAS DE COSTA … · Información técnica del documento 1. Informe LM-PI-UMP-048-R1 2. Copia No. 1 3. Título y súbtitulo: MEDICIÓN DE RUIDO EN CARRETERAS

MEDICIÓN DE RUIDO EN CARRETERAS DE COSTA RICA INF-PI-UMP-048-R1

PITRA; Camacho-Garita, Edgar 1; Mora-Campos, Ericka 2; Vargas-Pérez, Luis Felipe 3; Aguiar-Moya, José Pablo 4 y Loria-Salazar, Luis Guillermo 5

1 Ingeniero Unidad de Materiales y Pavimentos PITRA LanammeUCR 2 Asistente Unidad de Materiales y Pavimentos PITRA LanammeUCR 3 Asistente Unidad de Materiales y Pavimentos PITRA LanammeUCR

4 Coordinador Unidad de Materiales y Pavimentos PITRA LanammeUCR 5 Coordinador General Programa de Infraestructura del Transporte LanammeUCR

Palabras Clave: Ruido en pavimento, pavimentos silenciosos, ruido del tráfico

Resumen: Estudio preliminar de los elementos asociados a la generación de ruido en carretera debido a al paso de los vehículos, factibilidad de implementación de un método para la medición de la interfaz llanta-pavimento, elementos necesarios para mediciones en el borde de carretera.

El estudio recorre desde la normativa costarricense aplicable, hasta las variables involucradas en el fenómeno físico de generación de ruido.

Adicionalmente se exploran las experiencias internacionales en cuanto a medición y contención del ruido generado en las carreteras.

Es razonable apreciar que, por la extensión de las posibles zonas a intervenir, la tendencia internacional en cuanto a manejo del ruido en carretera es que se tomen medidas para la contención del ruido donde la intensidad y exposición generen un perjuicio (a quienes habiten los alrededores de las carreteras).

Modificaciones sobre la superficie de ruedo continúan en estudio, sin llegar a ser concluyentes.

Referencias 1. Bernhard, R., Wayson, R. L., Haddock, J., Neithalath, N., El-Aassar, A., Olek, J., ... & Weiss, W. J. (2005). An introduction to tire/pavement noise

of asphalt pavement. Institute of Safe, Quiet and Durable Highways, Purdue University. 2. FHWA. Highway traffic noise analysis and abatement policy and guidance. Federal Highway Administration. Washington, D.C. 1995. 3. Suárez, P. M., & Jiménez, A. M. (2005). El ruido ambiental urbano de Madrid: caracterización y evaluación cuantitativa de la población

potencialmente afectable. Boletín de la Asociación de Geógrafos Españoles, 153-180. 4. Trevino, M; Dossey, T. A Research Plan for Measuring Noise Levels in Highway Pavements in Texas. FHWA/TX-07/0-5185-1. Austin, TX. 2006. 5. WSDOT. WSDOT Noise Policy and Procedures. Washington Department of Transportation. Washington. 2011.

Camacho‐Garita, E., Mora‐Campos, E., Vargas‐Pérez, L., Aguiar‐Moya J.P., & Loría‐Salazar, L. G. (2015).

Medición de Ruido en Carreteras de Costa Rica. Universidad de Costa Rica. San José, Costa Rica:

Programa Infraestructura del Transporte (PITRA), LanammeUCR.

Programa de Infraestructura del Transporte (PITRA)

Preparado por:

Unidad de Materiales y Pavimentos

San José, Costa Rica Noviembre, 2015

Documento generado con base en el Art. 6, inciso g) de la Ley 8114 y lo señalado en el Cap. IV, Art. 66 Reglamento al Art. 6 de la precitada ley, publicado mediante decreto DE-37016-MOPT. Preparado por: Unidad de Materiales y Pavimentos del PITRA-LanammeUCR [email protected]

Informe: LM-PI-UMP-048-R1

MEDICIÓN DE RUIDO EN CARRETERAS DE COSTA RICA

Información técnica del documento

1. Informe LM-PI-UMP-048-R1

2. Copia No. 1

3. Título y súbtitulo: MEDICIÓN DE RUIDO EN CARRETERAS DE COSTA RICA

4. Fecha del Informe 30 / 11 / 15

7. Organización y dirección Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales Universidad de Costa Rica, Ciudad Universitaria Rodrigo Facio, San Pedro de Montes de Oca, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500 / Fax: (506) 2511-4440

8. Notas complementarias

9. Resumen Estudio preliminar de los elementos asociados a la generación de ruido en carretera debido a al paso de los vehículos, factibilidad de implementación de un método para la medición de la interfaz llanta-pavimento, elementos necesarios para mediciones en el borde de carretera. El estudio recorre desde la normativa costarricense aplicable, hasta las variables involucradas en el fenómeno físico de generación de ruido. Adicionalmente se exploran las experiencias internacionales en cuanto a medición y contención del ruido generado en las carreteras. Es razonable apreciar que, por la extensión de las posibles zonas a intervenir, la tendencia internacional en cuanto a manejo del ruido en carretera es que se tomen medidas para la contención del ruido donde la intensidad y exposición generen un perjuicio (a quienes habiten los alrededores de las carreteras). Modificaciones sobre la superficie de ruedo continúan en estudio, sin llegar a ser concluyentes.

10. Palabras clave Ruido en pavimento, pavimentos silenciosos, ruido del tráfico

11. Nivel de seguridad: Ninguno

12. Núm. de páginas 47

13. Preparado por: Ing. Edgar Camacho Garita

Unidad de Materiales y Pavimentos

Fecha: 30 / 11 / 15

Ericka Mora Campos Unidad de Materiales y Pavimentos

Fecha: 30 / 11 / 15

Luis Felipe Vargas Pérez Unidad de Materiales y Pavimentos

Fecha: 30 / 11 / 15

14. Revisado por: 15. Aprobado por: Ing. José Pablo Aguiar Moya, Ph.D.

Coordinador Unidad de Materiales y Pavimentos Aguiar Moya, P

UMP

Fecha: 30 / 11 / 15

Ing. Fabián Elizondo Arrieta Sub-Coordinador PITRA

Fe cha: 30 / 11 / 15

Ing. Guillermo Loría Salazar, Ph.D. Coordinador General PITRA

Fecha: 30 / 11 / 15

Propuesta LM-PI-UMP-048-R1 Fecha de emisión: 30 de noviembre de 2015 Página 5 de 47

Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica

Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440

TABLA DE CONTENIDO

MEDICIÓN DE RUIDO EN CARRETERAS DE COSTA RICA ...................... 7

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 7

2. OBJETIVO ........................................................................................................... 7

3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 8

4. ASPECTOS TEÓRICOS ..................................................................................... 8 4.1 DEFINICIONES Y CONCEPTOS .......................................................................................................9

5. EXPERIENCIAS INTERNACIONALES ....................................................... 10

6. NORMATIVA COSTARRICENSE RESPECTO AL MANEJO DEL RUIDO ..................................................................................................................... 16

7. MEDICIONES EN CARRETERA .................................................................. 18 7.1 VARIABLES INVOLUCRADAS ..................................................................................................... 18

7.2 MEDICIÓN DE LA INTERFAZ LLANTA-PAVIMENTO .............................................................. 20

FACTORES QUE AFECTAN EL SONIDO ENTRE LLANTA-PAVIMENTO ....................................................... 20

Tipo de neumático ........................................................................................................................ 20

Humedad ...................................................................................................................................... 20

Temperatura del pavimento ......................................................................................................... 21

Edad del pavimento ..................................................................................................................... 26

EQUIPOS DE MEDICIÓN ...................................................................................................................... 27

Método CPX (Close Proximity Method) ...................................................................................... 27

Micrófonos para medir intensidad de sonido .............................................................................. 29

7.3 MEDICIONES EN MARGEN DE CARRETERA............................................................................. 30

MÉTODOS ESTADÍSTICOS (STATISTICAL PASS-BY METHODS, SPB) ....................................................... 30

MÉTODO CONTROLADO (CONTROLLED PASS-BY METHOD, CPB) ....................................................... 31

8. OPCIONES PARA REDUCCIÓN Y CONTENCIÓN Y EL CONTROL DE RUIDO .............................................................................................................. 32

8.1 MODIFICACIÓN DE LA SUPERFICIE DE RUEDO ...................................................................... 32

PAVIMENTOS DRENANTES ................................................................................................................... 32

PAVIMENTOS MICROAGLOMERADOS ................................................................................................... 33

8.2 MEDIDAS DE CONTENCIÓN ......................................................................................................... 34




BARRERAS O PANTALLAS ACÚSTICAS.................................................................................................... 34

Pantallas de hormigón ................................................................................................................. 35

Pantallas metálicas ...................................................................................................................... 36

Pantallas transparentes ............................................................................................................... 37

Pantallas de GRC ........................................................................................................................ 38

Pantallas de madera .................................................................................................................... 38

Pantallas mixtas ........................................................................................................................... 39

Cubriciones parciales o totales de la calzada o vía de circulación ............................................ 39

Barreras hechas de vegetación .................................................................................................... 40

Diques de suelo (tierra) ............................................................................................................... 41

9. ELEMENTOS FINALES .................................................................................. 43

10. REFERENCIAS ............................................................................................... 44




MEDICIÓN DE RUIDO EN CARRETERAS DE COSTA RICA

1. INTRODUCCIÓN

Estudios a nivel mundial han demostrado que una de las fuentes de ruido más dominantes en la actualidad es aquella asociada con el transporte. Los ruidos asociados al tráfico tienden a ser dominantes tanto en las áreas urbanas como en los ambientes rurales (FHWA, 1995). El ruido generado por el tráfico vehicular es un sonido no deseado que resulta de los distintos componentes del tráfico. Este se ha convertido en una inconveniencia para las comunidades y el público en general. Adicionalmente, se cataloga como una preocupación ambiental que en muchos Estados y Ciudades del mundo está siendo regulado de distintas maneras.

Tradicionalmente, cuando existe la preocupación de ruido asociado a tráfico, se suelen colocar barreras de ruido. No obstante, existen otras alternativas de mitigación basadas en el análisis de las distintas fuentes de ruido asociadas al tráfico. El ruido es generado cuando hay objetos en movimiento que generan cambios pequeños y rápidos en la presión del aire. Estos cambios o movimiento generan vibraciones en las moléculas (las vibraciones es lo que percibimos como ruido).

A nivel de autopistas, el ruido depende de los volúmenes de tráfico (mayor cantidad de vehículos genera más ruido), velocidad del tráfico (mayor ruido a mayores velocidades) y porcentaje de vehículos pesados en la vía (WSDOT, 2011). Por tanto el ruido es una combinación del sonido producido por los motores de los vehículos, el sistema de escape de gases y las llantas. Los factores anteriores se pueden ver amplificados por condiciones como altas pendientes, donde el motor debe revolucionarse más (WSDOT, 2011). Igualmente, factores como la vegetación, la distancia y barreras naturales o artificiales ayudan a mitigar el ruido.

En lo correspondiente al estudio de los materiales, la investigación de distintos tipos de pavimentos (ej. pavimentos con graduación abierta, cambios en la textura) y el estudio de la interacción llanta-pavimento ha tomado mucha importancia pues se ha reconocido como una posible forma de generar pavimentos más silenciosos. Los estudios recientes indican que a mayores velocidades, la fuente principal del ruido es la interacción llanta-pavimento (Trevino & Dossey, 2006). Por tanto, tratar de minimizar el ruido mediante cambios en las características superficiales el pavimento, en vez de la utilización de barreras sonoras, podría ser una alternativa de mitigación de ruido costo-eficiente.

A manera de aclaración, en Costa Rica, la regulación del ruido está estipulada en el “Reglamento para el Control de Contaminación por Ruido, N° 28718-S”. No obstante, dicho documento no es específico en regulaciones referentes al ruido de tráfico, sino más bien establece los límites de ruido según el uso del suelo.

2. OBJETIVO

El propósito del presente proyecto es el de estudiar la factibilidad de implementar un método de medición de ruido tanto a nivel de interfaz llanta-pavimento, como para mediciones de ruido en los bordes de la carretera.




El cumplimiento de dicho objetivo involucrará la revisión y el estudio de distintas técnicas o normativas de medición, así como el análisis de distintos equipos o tecnologías para realizar las mediciones.

Todo esto enmarcado dentro del proyecto Pavimentos Verdes, que busca introducir el uso de técnicas de materiales que garanticen un uso más sustentable de los recursos, así como la reducción del impacto asociada al uso de los mismos.

3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Como objetivos específicos se busca alcanzar lo siguiente:

1. Revisión de experiencias a nivel internacional en la medición del ruido en pavimentos. 2. Análisis de normativas de medición de ruido. 3. Propuesta e implementación de metodología de medición de ruido en interfaz llanta-pavimento

y bordes o laterales del pavimento. 4. Medición del ruido en distintas rutas a nivel nacional. 5. Planteamiento de opciones para control de ruido en carreteras nacionales.

4. ASPECTOS TEÓRICOS

Según Bernhard el ruido en carretera es generado por cuatro fuentes: 1. Ruido del motor y el tren de transmisión de los vehículos, 2. Ruido de los escapes, 3. Ruido aerodinámico y 4. Ruido de la interacción llanta pavimento (Bernhard, 2005); el autor resume la contribución de las diferentes sub-fuentes como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Contribución de varias sub-fuentes en el ruido en carretera. (Bernhard, 2005)

De lo planteado por el autor mencionado podemos apreciar dos elementos relevantes en el fenómeno del ruido generado en carretera, como lo son la importancia proporcional del ruido generado por la interfaz llanta-pavimento y como el aumento de la velocidad aumenta el ruido generado y modifica las fuentes principales del mismo.




Otros autores y autoridades como la Federal Highway Administration (FHWA, 1995) señala la composición del tránsito como un elemento relevante en el fenómeno, pues entre mayor sea la proporción de vehículos pesados mayor será el ruido generado.

Una relación sencilla para entender esta relación es que el ruido generado por un camión a 55 millas por hora equivale 10 vehículos livianos a la misma velocidad (FHWA, 1995).

Con estos conceptos presentes, se plantearán algunos elementos teóricos adicionales para una mejor comprensión de las variables involucradas, la escala y la forma de medirlas. Así mismo se plantearán las bases para la definición de procedimientos de ensayo de medición y aspectos de regulación vía planteamiento de aspectos normativos.

4.1 DEFINICIONES Y CONCEPTOS

El sonido, en un sentido físico, corresponde a las variaciones de presión generadas mediante la vibración de superficies.

En cuanto a ruido diferentes autores hacen referencia como sonidos no deseados, y los cuales constituyen pérdidas considerables de energía. En el contexto de las carreteras las principales fuentes de ruido son el contacto llanta-pavimento, diversos sistemas de escape, la aerodinámica, los motores y los elementos asociados a estos.

El decibel (dB) es la unidad de medida del nivel de presión del aire, es una relación de sonido con respecto a un nivel de referencia estándar. Básicamente es “la unidad utilizada para expresar la magnitud de una modificación de una señal o nivel sonoro” (Menso, 1993). Como el decibel tiene una amplia definición, más allá del sonido, es normal encontrar las referencias de decibeles asociados a sonidos como “dBA”. El uso del dBA indica que se utiliza una ponderación según curva A (según las frecuencias de los sonidos) para que la escala sea representativa de la precepción del oído humano (Suárez & Jiménez, 2005).

La forma en que el fenómeno del ruido se presenta en el tiempo ha motivado el uso de indicadores que reflejen la permanencia o temporalidad de los sonidos, entre los que se encuentran:

LP (nivel de presión sonora), LAF (nivel de presión LP con ponderación de escala A, escala audible para el oído humano), Leq (nivel de presión equivalente a un sonido continuo, para todo el tiempo de medición,

también expresado como LAeqt o LAeq) LAE (nivel de exposición al sonido, también expresado como SEL)

Uno de los principales impulsores del estudio del ruido generado por la carreteras ha sido el desarrollo de vías en zonas previamente habitadas (principalmente en EEUU), siendo de esta manera más notorio el impacto causado por la puesta en funcionamiento de las carreteras. Para estas situaciones los indicadores como el sonido equivalente para 24 horas (Leq24) (SEL, LAE) han tomado relevancia para poder cuantificar la exposición de las comunidades al nivel de ruido (LEE, 1996).

Otro componente importante en el complejo fenómeno del ruido, es la forma en que este se percibe por el oído humano según varíe la distancia, la presencia de otros sonidos y la presencia de obstáculos. A fin de ilustrar mejor esta percepción del sonido podemos tomar el ejemplo de un salón de clases, como se aprecia en la Figura 2. El área de influencia del sonido directo se ve disminuida por la distancia del profesor a los alumnos sentados al fondo del aula, así como por la presencia de una fuente de ruido




(ventilador); en esta configuración se puede apreciar que la percepción de la voz del profesor que tienen los alumnos al fondo del aula se verá muy reducida.

Figura 2. Variación de la percepción del sonido con la distancia.

Fuente: http://www.aulasfiberglass.com/cursos/acustica_aulas/images/figura06.gif

El nivel de sonido existente (FHWA, 1995) se refiere al nivel de ruido existente en un área como producto de las fuentes mecánicas y la actividad humana previo a la construcción de la carretera. Resulta interesante aprovechar dicho concepto para medir el nivel de ruido una vez que se ha construido la carretera, pero en ausencia de vehículos.

5. EXPERIENCIAS INTERNACIONALES

En diversos países el fenómeno del ruido generado por las carreteras ha tomado importancia, pues se ha entendido que ha mayor nivel de ruido generado se reduce la calidad de vida de los usuarios de la carretera y de los pobladores cercanos a la vía; siendo estos últimos los que sufren una mayor exposición.

En Melbourne, Australia, un proyecto de carretera de peaje conocido como CityLink contiene una llamativa aplicación para el control del ruido generado por una carretera. El denominado Sound Tube (Poole, 2006) es una estructura metálica concebida para contener el ruido generado por la circulación de los vehículos.

Figura 3. Sound Tube, en Melbourne Australia. (Flickr, 2015)




Hay algunos factores que influyeron para optar por una solución como la anterior, con un costo asociado de cinco millones de dólares (Rugless, 1999). Entre los principales podemos mencionar que la construcción del proyecto de carretera de peaje se desarrolló posterior a la existencia de un conjunto de edificios de apartamentos cercanos al trazado de la carretera (150 metros). Adicionalmente la existencia de una regulación del nivel de exposición sonora al que podía exponerse un edificio residencial en esa zona, 63dB (A), comparados con los 70dB(A) sin la estructura (Rugless, 1999).

Desde varios años atrás existen metodologías para el cálculo y la medición del ruido en carreteras; por ejemplo el Departamento de Transporte de Londres (1988) en su manual de cálculo del ruido producido por el tránsito, expone importantes pautas para el desarrollo de investigación de esta área. Específicamente en relación con la medición de niveles de ruido, el documento brinda recomendaciones sobre cuando realizar las mediciones, el equipo existente al momento para la toma de datos, el proceso de medición y el análisis de datos obtenidos.

En cuanto al procedimiento de medición, se presentan pautas acerca de la posición del micrófono, tiempos de muestreo, conteo de tránsito, entre otros.

Anterior a esto, a finales de la década de 1970 investigadores daneses analizaron la atenuación del ruido por tránsito por medio de franjas de árboles. Se seleccionaron lugares de medición de topografía plana junto a la carretera. Se tomaron mediciones mediante micrófonos de forma simultánea en cuatro posiciones: 0 y 5 m frente a cada franja de árboles, y 3 m detrás de la franja a 1 y 5 m sobre el terreno (Kragh, 1981).

Fueron usados diversos equipos como medidores de nivel de sonido Briiel & Kjaer de tipo 2203 o 2209 (en la actualidad existen modelos más modernos), además de grabadoras como Revox A77. La calibración al inicio y final de cada grabación se realizó con un calibrador acústico Briiel & Kjaer tipo 4230. El análisis en tiempo real de 1/3 de octavo de ancho de banda se realizó por medio de una minicomputadora PDP-8/e de Digital Equipment Corporation (Kragh, 1981).

Los resultados mostraron que las franjas de árboles de 10 a 25 m de ancho, generaron incrementos muy bajos en la atenuación del ruido en comparación con las mediciones de propagaciones de sonido sobre terreno cubierto por césped u otras superficies porosas. También se obtuvo que a frecuencias mayores a 2 kHz se midió una mayor atenuación de ruido por medio de las franjas (Kragh, 1981).

Por otro lado, se indica que se obtuvieron resultados diferentes a investigaciones basadas en ruido producido por ferrocarril. Estas diferencias se atañen a variaciones en el espectro de frecuencias, ancho de las franjas y posiblemente también a densidad de vegetación (Kragh, 1981).

En las últimas dos décadas, el tema de la contaminación sónica se ha vuelto uno de los de los principales problemas ambientales para los países europeos. Organismos como el Parlamento Europeo han mostrado su preocupación por el tema y es por esto que la Comunidad Europea creó cerca de 2002 la Directa Ambiental sobre el Ruido (END por sus siglas en ingles), con el fin de combatir la problemática del ruido en área urbanas. Para lo anterior, la END se vale de la introducción de indicadores de ruido comunes, métodos de medición uniformes, así como mecanismos de evaluación de planificación acústica (Borelli, Repetto y Schenone, 2014).

Los efectos de carreteras, ferrocarriles, tráfico aéreo y la actividad industrial son los de mayor efecto y por tanto, los de mayor interés al determinar los niveles de ruido. Se espera sean incorporadas mejores herramientas de planificación acústica sin embargo por el momento, la END cuenta con dos en específico: mapa estratégico de ruido y plan de acción. El mapa estratégico de ruido es un mapa que




permite una evaluación global de la exposición al ruido en cierta área, a causa de diversas fuentes de ruido; permite también realizar predicciones globales dentro de dicha área (Borelli, Repetto y Schenone, 2014).

Italia es uno de los países que ha optado por desarrollar un mapeado estratégico del ruido por medio de la implementación en municipalidades y las autoridades a cargo de la infraestructura. Una de las ciudades que ha tomado la batuta en este campo es Genoa, en ella se analizó un viaducto que cruza una zona densamente poblada en términos de molestias por ruido y perturbaciones al dormir (Borelli, Repetto y Schenone, 2014).

La ruta es de 5 km de longitud y por ella transitan cerca de 25 millones de vehículos de forma anual. Se utilizó un software comercial llamado MITHRA-SIG, para generación de un modelo numérico predictivo del campo acústico. El resultado gráfico del modelo desarrollado se presenta en la Figura 4 (Borelli, Repetto y Schenone, 2014).

Figura 4. Mapa de ruido del viaducto, a) Lden y b) Lnoche. Fuente: Borelli, Repetto y Schenone, 2014

Autores como Alberola, Flindell y Bullmore (2005), han estudiado la variabilidad en el ruido producido por el tránsito de vehículos. Basándose en bases de datos de mediciones de ruido en campo, identifican qué variables de entrada se relacionan más con la variabilidad de medición, para luego desarrollar modelos de predicción de la variabilidad para futuras mediciones o cálculos.

La base de datos usada presenta resultados de monitoreo continuo de ruido por dos semanas en 50 puntos en un gran área potencialmente afectada por un desarrollo de una nueva carretera. Se dispusieron geográficamente de 10 sensores, que cubrieran cada una de las cinco regiones en las que se dividió el área principal. En un punto central se colocó una estación meteorológica de monitoreo para medición de velocidad y dirección de viento, temperatura, humedad y precipitación (Alberola, Flindell y Bullmore, 2005).

Para la obtención de los datos se usaron equipos Larson Davis LD-820, que consisten en medidores de niveles de sonido, y también sistemas de registro o guardado de los datos generados. Se muestra en la Figura 5 el instrumento de medición utilizado en el estudio en cuestión. Los instrumentos fueron colocados lejos de paredes o elementos reflectantes de sonido a una altura de 4m desde el suelo siguiendo recomendaciones de la END (Alberola, Flindell y Bullmore, 2005).




Figura 5. Medidor de nivel de sonido modelo 820

Fuente: Larson Davis, Inc; s.f.

El estudio arrojó resultados como que se encontró una gran relación inversa entre las desviaciones estándar de las mediciones de LAeq por hora con los valores promedio de niveles de ruido así como con la media aritmética. La variabilidad de mediciones del ruido de tránsito aumenta para LAeqs de 1 minuto de desviaciones estándar típicas de: 1,5 dB para promedios generales de ruido de alrededor de 70 LAeq y superiores, hasta cerca de 4,5 dB para promedio bajos de cerca de 50 LAeq. Cualquier variabilidad por encima de la tendencia general se asocia a fuentes de ruido importante no asociadas al tráfico, condiciones de propagación atípicas o mal funcionamiento del equipo. Los resultados del estudio pueden ayudar a determinar aquellos rangos de incertidumbre asociada al ruido ambiental (Alberola, Flindell y Bullmore, 2005).

Gaja et al. (2003) presentan técnicas de muestreo para obtener el nivel anual equivalente de ruido en condiciones de tráfico urbano por medio cinco años de continua medición de ruido en Valencia, España. Para esto se utilizaron sonómetros Bruel and Kjaer modelo 2260 que enviaban información de niveles de sonido cada 15 minutos. Se utilizó un micrófono colocado a 4 m del suelo en el centro de la Plaza de España.

Se obtuvieron resultados de nivel de sonido equivalente para un día (LAeq, 24 h) nunca inferiores a 65 dB. Los cinco años de resultados presentaron LAeq, año entre 72 y 73,5 dB. Se calculó la cantidad de días aleatorios suficientes para obtener resultados confiables, en aras de considerar el nivel equivalente de 24 horas como representativo del nivel anual equivalente. Ante lo anterior, para un 90% de probabilidad, se obtuvo que el LAeq, 24 h estaría en un rango de [−1.08, 1.3] respecto al nivel anual (Gaja et al., 2003).

Para terminar con algunos de los resultados de investigación europeos más importantes en este campo; se presenta un estudio de la Universidad Católica de Lovaina, Bélgica. La investigación se centra en el ruido generado por discontinuidades de la carretera tomando en cuenta el ruido exterior e interior; considerando factores como velocidad de ruedo, presión de inflado, temperatura de la llanta y precarga (Kindt et al., 2009).

Se efectuó un experimento de laboratorio en que se utilizaron dos llantas rotando una contra otra con cierta carga vertical. El efecto de las discontinuidades de la carretera se reprodujo por medio de




elementos de aluminio adheridos a la llanta. Se muestra en la Figura 6 la configuración empleada para el desarrollo del experimento (Kindt et al., 2009).

Figura 6. Equipo utilizado en la investigación de la Universidad de Lovaina

Fuente: Kindt et al., 2009

El estudio presenta respuestas estructurales y acústicas medidas, y la variación de éstas ante cambios en los factores ya mencionados. Por otro lado, el ruido en el interior del vehículo se midió utilizando un vehículo de tamaño medio pasando en un superficie plana por diversas barras de aluminio de pequeño diámetro. Se utilizaron micrófonos en los asientos del conductor y del usuario trasero (Kindt et al., 2009).

El estudio concluye que aún con limitaciones inherentes, la investigación contribuye a entender de mejor manera el problema estudiado. La resonancia acústica de la llanta aumenta el ruido percibido en el interior, sin importar la presión de inflado o la amplitud de la excitación. Por otro lado, la resonancia acústica no contribuyó en gran medida a los datos medidos del ruido en la interfaz pavimento-llanta (Kindt et al., 2009).

Cambiando de continente, en África existen estudios notables en Egipto y Nigeria. En Egipto, los autores Ali y Tamura (2002 y 2003), han medido y recopilado información sobre niveles de ruido en el área conocida como el Gran Cairo, además de evaluar los niveles de molestia generados según el ruido medido. Dentro de los resultados obtenidos se midieron niveles de ruido por tránsito de hasta 80 dB, mientras que en la legislación del país existe un máximo establecido de 65 dB. Se analizó también el cambio en los niveles de ruido luego de restricciones de cornetas, camiones y buses ruidosos.

En Nigeria, específicamente la Universidad de Calabar ha realizado estudios similares a los desarrollados en Egipto. Se llevaron a cabo mediciones de campo en 60 lugares alrededor de 8 ciudades, las mediciones fueron de tipo instantáneo y por períodos de 24 h (Onuu, 2000).

Se obtuvieron valores de hasta 105 dB. Los valores de Leq y Ldn fueron 84,6 y 68,0 dB respectivamente. Se usaron medidores de nivel de ruido Bruel and Kjaer modelo 2203 con filtro de 1/3




de octavo de banda y grabadoras de sonido de la misma marca modelo 7005. Es evidente que se desarrolló una investigación muy completa y de gran seriedad, la siguiente figura muestra parte de los resultados medidos y los obtenidos mediante modelos para diversos volúmenes de tránsito (Onuu, 2000).

Figura 7. Resultados de niveles de ruido para investigación en el sureste nigeriano

Fuente: Onuu, 2000

En el continente americano, dos investigaciones en el sur de éste son remarcables. La primera por Ramirez y Domínguez (2013), intenta desarrollar modelos estocásticos y determinísticos que permitan la predicción de ruido producido por el tránsito urbano según el tipo de vehículo y su velocidad. En específico, uno de los modelos con caracterización estocástica dinámica, brindo ligeramente mejores resultados que otros modelos de alto reconocimiento internacional. El modelo fue sujeto a prueba en 2 carriles de carretera en Bogotá Colombia.

Fue necesaria la realización de mediciones en campo; en este caso fueron utilizados sonómetros Extech tipo II. Las mediciones se llevaron a cabo a 1,2 m de altura y a 1 m de distancia de la carretera. Fue necesario además registrar la velocidad de los vehículos mediante equipo Bushnell (Ramirez y Domínguez, 2013).




Otro estudio desarrollado por Dintrans y Préndez (2013), toma un caso de estudio en la ciudad de Santiago en Chile y evalúa la efectividad de diferentes medidas para la reducción del ruido del tránsito. El método de evaluación modela y cuantifica el impacto, de las medidas de reducción de ruido analizadas, en la población cercana a las carreteras. Entre las medidas evaluadas se encuentran nuevas superficies de carretera, reducciones de volúmenes de tránsito y reducciones de velocidad.

Por su parte, en el continente asiático se han realizado investigaciones en Japón, Hong Kong, Tailandia, Irán, entre otros países. Puede destacarse los escritos de Meiarashi et al. (1996), Suksaard et al. (1999), Fujikawa et al. (2005), y Rahmani et al. (2011); como representativos de muchos de los enfoques que se le puede dar a investigaciones en este campo en términos de mediciones en campo, modelado, reducción de ruido y otros.

Interesante el trabajo de Ho et al. (2013) al intentar entender y cuantificar el aumento del ruido por tránsito debido al deterioro de la superficie de ruedo y de la llanta del vehículo. El estudio mostró para cinco tipos de superficies de bajo ruido, un incremento de 1,2 a 1,5 dB por año en el ruido en la interfaz rueda-carretera.

Mak, Hung y Lee (2012) analizan por medio de la transformada rápida de Fourier aplicada al espectro de ruido en la interfaz llanta-carretera, el efecto de la textura en la superficie en el ruido por tránsito. Se utilizó para el desarrollo del estudio el método CPX en obtención de los niveles de ruido.

Oshima y Li (2013) realizaron un exhaustivo estudio en Japón en aras de analizar la propagación de ruido por tránsito debido a ráfagas de viento. La investigación se efectuó a través de mediciones de campo.

6. NORMATIVA COSTARRICENSE RESPECTO AL MANEJO DEL RUIDO

La normativa en Costa Rica en cuanto a control de contaminación por ruido está definida por el decreto 28718-S, y las modificaciones planteadas en los decretos 32692-S (procedimiento de medición), 37522-S (extensión del período diurno para actividades culturales, musicales y deportivas).

El decreto 28718-S, derogó los artículos 6 y 50 del decreto 11492-S, del 22 de abril de 1980 y sus reformas. Por lo que el decreto 28718-S constituye la mayor fuente normativa en el tema en la actualidad para el país. El mismo está orientado al control de ruido habitacional e industrial; donde básicamente las regulaciones existentes permiten rangos para franjas horarias diurnas y nocturnas, según el tipo de actividad desarrollada.

Así mismo define al Ministerio de Salud como ente rector en el tema, y como encargado de realizar las mediciones oficiales. Ante el incumplimiento de los niveles sonoros permitidos se dictan órdenes sanitarias para la reducción o atenuación de las fuentes de contaminación.

Se define una clasificación de zonas, según el uso del suelo, teniendo cuatro grupos:

A. Zona urbano-residencial (residencias, hoteles, campamentos, cabañas, asilos de ancianos, escuela, colegios, guarderías y similares).

B. Zona comercial (restaurantes, cafeterías, sodas, supermercados, bares, gasolineras, estacionamientos, ferreterías, lavanderías, cines, gimnasios, salas de baile, oficinas y otros similares)




C. Zona industrial (Patio de contenedores, terminales de camiones, depósitos de materiales, minería, fábricas, maquiladoras, panaderías, lecherías, granjas, industrias diversas y similares).

D. Zona tranquilidad (Hospitales, clínicas, hospitales de salud mental y tribunales de justicia).

El artículo 20 define los límites de sonido permitidos, indicando:

“Artículo 20- Límites de niveles de sonido. Ninguna persona permitirá u ocasionará la emisión de cualquier sonido, que exceda los niveles establecidos en las siguientes tablas, las cuales representan los diferentes niveles de sonido permitidos para la fuente emisora en cada una de las zonas receptoras definidas, tanto para el período diurno como para el nocturno, medidas en el interior de las instalaciones o habitaciones:…”

Se reproducen en la Tabla 1 los valores definidos para los diferentes límites.

Tabla 1. Normativa costarricense según Decreto 28718-S, artículo 20, tablas 1, 2 y 3. Valores en dB(A).

Zona Receptora

Fuente emisora

Zona residencial Zona comercial Zona industrial Zona tranquila

Diurno Nocturno Diurno Nocturno Diurno Nocturno Diurno Nocturno

Zona residencial 65 45 65 55 70 60 50 45

Zona commercial 65 45 65 55 75 65 50 45

Zona industrial 65 45 70 65 75 75 50 45

Los períodos en referencia están definidos como diurno de 6:00 am a 8:00pm, y nocturno de 8:00pm a 6:00am.

La normativa dictada por el decreto 28718-S, no hace referencias explícitas al ruido generado por las carreteras, producto del paso de los vehículos; sin embargo con los valores de referencia presentado en la Tabla 1 se pueden aplicar a las carreteras siempre que se superen los parámetros señalados y por ende exista una afectación a la salud pública.

Otra norma con relación es la ley 7331, en el artículo 122 se hace referencia al nivel de ruido generado por el escape de los vehículos. Las mediciones en referencia las realizan los inspectores de tránsito mediante el uso de sonómetros, y mediante la revisión técnica vehicular en la frecuencia que corresponda según el tipo de vehículos (semestral para los vehículos de servicio público y anual para los demás vehículos).




Tabla 2. Valores del nivel de ruido permitido a los escapes de los vehículos medidos en la fuente.

Ley 7331 (1993) Modificación propuesta

vía reglamento (en proceso 2015)

Automóviles, taxis y otros con peso bruto inferior a

3,5Tm 96 dB (A)

90 dB (A) livianos

92 dB (A) carga liviana

Bicimotos, motocicletas, microbuses y otros vehículos

con un peso bruto entre 3,5Tm y 8Tm

98 dB (A) 96 dB (A)

Autobuses, busetas y otros vehículos con un peso bruto

mayor a 8 Tm 100 dB (A) 94 dB (A)

Tabla 3. Valores del nivel de ruido permitido a los dispositivos instalados (sirenas y otros) de los vehículos medidos directamente en la fuente.

Ley 7331 (1993)

Nivel máximo de ruido permitido

Automóviles, taxis y otros con peso bruto inferior a

3,5Tm 96 dB (A)

Bicimotos, motocicletas. 105 dB (A)

Vehículos de emergencia 120 dB (A)

Pese a que este artículo regula el nivel de ruido generado por los escapes de los vehículos, los demás factores, así como el comportamiento conjunto de los vehículos y componentes no está definido ni controlado explícitamente en la legislación.

7. MEDICIONES EN CARRETERA

7.1 VARIABLES INVOLUCRADAS

A fin de realizar mediciones acústicas en campo, y abordar las diferentes variables involucradas, se procede a realizar una descripción general de las mismas, a fin de entender la naturaleza multifactorial del fenómeno de generación de ruido en carretera. Para de esta forma realizar mediciones en campo y poder diferenciar el origen de los componentes del ruido.

Interacción llanta-superficie de ruedo




La interacción de la llanta con la superficie de ruedo es citada por diversas fuentes como una de las variables más influyentes en la generación de ruido en carretera. En sí misma la relación implica varios mecanismos de generación de ruido, donde según Bernard (Bernard, 2005), los principales son:

El impacto de la rueda El aire que entre y el aire que sale de la superficie de contacto Slip-stick (fuerzas de tracción de la llanta) Stick-snap (adhesión de la llanta)

Otros factores de la superficie

La superficie es una variable que resulta interesante desde el punto de vista de la Administración de una carretera, pues puede ser modificada para mejorar las condiciones de ruido generado por la interacción llanta-superficie:

Tipo de superficie Humedad de la superficie Macrotextura de la superficie Regularidad superficial (IRI) Condiciones ambientales (viento, humedad, otro)

Factores asociados al tipo de vehículo

Tamaño y tipo del motor Tipo de rueda Nivel de carga Velocidad de operación Presión de inflado de las llantas Aerodinámica

El ruido generado por el motor de los vehículos es un componente que aumenta conforme aumenta el tamaño del motor, así como varía según el mantenimiento que se le brinde al mismo.

Vehículos de transporte de carga con motores de gran tamaño serán varias veces más ruidosos que los vehículos livianos, la FHWA sitúa esta relación en 10 veces más ruidosos para una velocidad de 90km/hr (FHWA, 1995).

Así mismo para velocidades de operación bajas el motor de los vehículos tomará mayor importancia frente a variables como la aerodinámica de los vehículos que influyen de mayor forma en velocidades de operación altas. Variables como la pendiente de la carretera también influyen en mayor esfuerzo que realiza el motor.

A mayores presiones de inflado, la rigidez de las llantas contribuirá en mayor medida a la generación de ruido. Las zonas de contacto de la llanta con la superficie se modificarán según varíe la presión de inflado, así como la resonancia dentro de la estructura de las llantas.

Aspectos que generan puntos temporales altos de ruido, como: compresión de motores grandes (zonas con pendiente negativa), sirenas y otros; escapan al control mediante variaciones de las condiciones de la calzada, sino que deben controlarse mediante el uso de dispositivos de protección (los cuales serán revisados en una sección posterior).




Considerando que el ruido generado es generalmente un desperdicio de energía, los cambios que se puedan realizar (tipo de superficie, regularidad, macro-textura y otros) para reducir el nivel de ruido, también permitirán optimizar la energía utilizada para el trasporte en general.

7.2 MEDICIÓN DE LA INTERFAZ LLANTA-PAVIMENTO

Considerando que uno de los principales factores que ocasionan el ruido en la carretera es la interacción entre la llanta y el pavimento. En el siguiente apartado se describen factores que afectan la intensidad de este sonido e investigaciones realizadas que respaldan los resultados, además de algunos equipos que permiten realizar estos estudios.

Factoresqueafectanelsonidoentrellanta‐pavimento

Tipo de neumático

NCAT (National Center for Asphalt Technology) en el 2004, realizó un estudio en el cual se describió dos mecanismos, en las llantas, que producen este ruido: las vibraciones mecánicas de la rueda, que incluye el impacto de la huella y mecanismos de adhesión, y el fenómeno aerodinámico (Slama, 2012).

El caso del fenómeno aerodinámico, se puede producir de varias formas, la salida del aire que se encuentra dentro de pavimento al girar la rueda, esta expulsión rápida de aire puede generar sonido. Lo mismo en el caso contrario, después de pasar la rueda sobre el pavimento, los espacios vacíos del pavimento succionan aire y este desplazamiento rápido del aire también puede producir sonido.

Como parte de la investigación de NCAT, se evaluaron con diferentes tipos de neumáticos el sonido generado, este se midió con el equipo CPX-trailer.

Tabla 4. Resultados del experimento de NCAT para diferentes tipos de neumáticos. (Hanson, 2004)

Tipo de neumático CPX Nivel de sonido dB(A)

ASTM Slick 91.2

UniRoyal Tiger Paw 92.4

ASTM 501- Ribbed 93.8

Firestone FR 380 93.9

MasterCraft Glacier Grip 94.7

Goodyear Aquatread 94.9

Michelin Rain Forest 95.2

Se observa una diferencia máxima de 4 dB(A) entre los resultados obtenidos. Los autores de la investigación realizaron un análisis de varianza y se concluyó que el tipo de llanta afecta significativamente la presión de sonido.

Humedad

El Instituto de Investigación en tráfico y carreteras en Suecia, realizó una investigación en donde evaluó el nivel de ruido entre la interfaz llanta-carretera y la potencia del motor del vehículo, y tres




tipos de condiciones: húmeda, media y seca. En la siguiente figura se muestran los resultados obtenidos.

Figura 8. Efecto en el ruido de la potencia del vehículo y la interfaz llanta-pavimento, para diferentes porcentajes de vehículos pesados y cuatro tipos de tráfico diferentes. (Poole, 2013)

Se puede observar en los gráficos que, el efecto de la humedad en carreteras aumenta considerablemente el ruido comparado con un pavimento seco, esto para el caso de la relación llanta-pavimento, superando el sonido de la potencia del vehículo en velocidades cercanas a los 30 km/h. En condiciones secas, si un vehículo transita a velocidades menores a 50 km/h el sonido producto de la potencia del automóvil, es mayor que el provocado por la llanta y el pavimento, si se sobrepasa esa velocidad de 50 km/h, el sonido entre estos dos factores se vuelve similar.

Temperatura del pavimento

En la literatura revisada, se han realizado mediciones de ruido entre llanta y pavimento, asociando los resultados a la temperatura del pavimento. Uno de los autores fue el Laboratorio de Acústicos aplicado a Ingeniería Civil en la Universidad de Castilla-La Mancha en España, en el cual realizaron esta investigación, con ayuda del equipo el CPX-tráiler, en una carretera urbana en Ciudad Real, construida con una superficie de asfalto semidenso de tipo S-12.

Se realizaron cinco mediciones de ruido entre llanta-pavimento en la carretera, a 50 km/h, dando como resultado un promedio de 88.9 dB(A) y una desviación estándar de 0.1 dB (A), como se muestra en la siguiente figura.




Figura 9. Medidas de sonido entre llanta-pavimento. (Bueno et al, 2011)

Las medidas de la temperatura se realizaron inmediatamente después de cada medición. Las mediciones de temperatura se realizaron con termómetro infrarojo de Velleman Components DVM77.

Primeramente, antes de proceder con el análisis de la temperatura, se analizó la influencia de la temperatura del pavimento en el comportamiento del sonido, si se aumenta la velocidad. Este lo realizaron aumentando continuamente la velocidad de 30 a aproximadamente 90 km/h.

Figura 10. Nivel de sonido contra logaritmo de la velocidad y la regresión lineal. (Bueno, 2011)

El estudio concluye que en esta superficie de asfalto semidenso, el comportamiento acústico respecto a la velocidad, es independiente de la temperatura del pavimento.




Seguidamente, continuando con la investigación, tomaron una velocidad de referencia de 50 km/h y se obtuvo lo siguiente.

Figura 11. Mediciones de ruido en función de la distancia para diferentes temperaturas del pavimento. (Bueno, 2011)

Se puede observar en la Figura 11 como al disminuir la temperatura del pavimento, los niveles de ruido disminuyen. De esta forma, los autores deciden realizar una relación lineal y obtienen los siguientes resultados para una velocidad de referencia de 50 km/h que depende linealmente de la temperatura del pavimento.

Figura 12. Relación línea entre la temperatura superficial del pavimento y el nivel de ruido en la superficie de la carretera analizada. (Bueno, 2011)




Velocidad y superficie del pavimento

El Instituto de Ciencias en India (IISc, por sus siglas en inglés), realizó un estudio con el equipo CPX para medir el efecto del ruido entre la llanta-pavimento de acuerdo a la velocidad del vehículo y tipo de superficie de rodadura.

Este estudio se llevó a cabo en la ciudad Bangalore. Para este caso se trataron tres tipos de pavimento:

Concreto asfáltico convencional (AC, por sus siglas en inglés) Concreto con cemento Portland (PCC, por sus siglas en inglés) Concreto asfáltico plástico modificado (PMAC, por sus siglas en inglés)

Las características de estas mezclas se muestran a continuación:

Tabla 5. Características de granulometría para los tres tipos de pavimentos analizados.

Malla (mm) % Pasando

AC PMAC PCC

40 100 100 100

20 100 100 96.3

19 100 100 NA

13.2 95.1 87 NA

10 NA NA 41.2

9.5 79 79 NA

4.75 61 58 4.8

2.36 49.4 51 NA

1.18 40 41 NA

0.6 31.4 31 NA

0.3 26.9 24 NA

0.15 16 14 NA

0.075 4 7 NA

Tabla 6. Características de materiales utilizados en los pavimentos asfálticos.

Propiedades AC PMAC

Contenido de asfalto (%) 5 5

Grado del asfalto Pen 60/70 Pen 80/100

Procesado de plástico - 8% del peso del asfalto

Contenido de vacíos (%) 4.3 4.4

Estabilidad Marshall (kN) 10.8 17




Tabla 7. Características de materiales utilizados en el pavimento rígido.

Tipo de cemento Portland Grado 43 OPC

Resistencia a la compresión

3 días 25.3 N/mm2

7 días 38.3 N/mm2

En este proyecto se escogieron cinco tramos en AC, tres en PCC y 2 en PMAC. Se realizaron medidas a 30, 35 y 40 km/h. Los resultados fueron los siguientes:

Tabla 8. Resultados de ruido obtenidos para las diferentes carreteras

Tipo de superficie del

pavimento Sección

Distancia (m)

Edad del pavimento

(años)

Velocidad (km/h)

Carreras Ruido

promedio (dB(A))

Desviación estándar del

ruido (dB(A))

Concreto asfáltico

convencional (AC)

Margosa Road 1200 4

30 3 94.2 1.3

35 3 96.1 1.3

40 3 99 1.3

Sampige Road 1200 1.5

30 3 93.6 1.5

35 3 95.7 1.6

40 3 97.7 1.7

Sankey Road 1400 4

30 3 91.7 6.3

35 3 99.3 1.1

40 3 99.7 1.1

C.V.Raman Avenue

1800 1

30 3 93.3 2.3

35 3 97 1.2

40 3 98.4 1.1

West of Chord Roada

3280 0.5 30 3 93.1 2.9

60 3 99.9 2.6

Concreto con cemento

Portland (PCC)

Ravindu Toyota Road

(Yeshwanthpur) 1280 3

30 3 94 1.9

35 3 99.1 3

40 3 99.4 5.9

Rahman Khan Road

(Yeshwanthpur) 720 3

30 3 96.1 3.5

35 3 100 3.1

40 3 101.7 3.9

Vijayanagar Underpass

600 4

30 3 97.3 3.8

35 3 100.6 2.3

40 3 102.6 3

Asfalto modificado con

polímeros (PMAC)

Cunningham Road 680 6

30 3 98.1 1.5

35 3 98.9 3.3

40 3 102.5 1.4

Miller's Road 1200 6

30 3 96.8 3.1

35 3 99.3 2.1

40 3 102.8 2.4




De los resultados obtenidos, se concluyen varias situaciones respecto a la velocidad del vehículo.

Pavimento AC: Se presentan reducciones de 2–3 dB(A) si se reduce la velocidad de 40 a 30 km/h en intervalos de 5 km/h.

Pavimento PCC: Se presentan reducciones de 3–4 dB(A) si se reduce la velocidad de 40 a 30 km/h en intervalos de 5 km/h.

Pavimento PMAC: Se presentan reducciones de 2–4 dB(A) si se reduce la velocidad de 40 a 30 km/h en intervalos de 5 km/h.

Si se analiza de acuerdo al tipo de pavimento, se obtienen los siguientes resultados:

Figura 13. Ruido entre llanta-pavimento de acuerdo al tipo de superficie del pavimento(Boodihal, 2014)

Al comparar mezclas asfálticas y de concreto, los autores indican que, existen dos parámetros que contribuyen al nivel de ruido, el primero, la viscoelasticidad del asfalto provocando un efecto flexible que el concreto no tiene y, el segundo, la porosidad de la mezcla, donde el asfalto posee entre 4-6 % de contenido de vacíos, mientras el concreto entre 0.1—1%. Los espacios vacíos ayudan sustancialmente a absorber ondas acústicas entre la interface llanta-pavimento. (Boodihal, 2014)

Edad del pavimento

La NCAT en una investigación en Colorado en pavimentos de mezcla asfáltica, clasificó las mediciones de ruido según la edad del pavimento. Como se esperó, los pavimentos con mayor edad presentan mayores niveles de sonido, con variaciones alrededor de los 5 dB(A). Los resultados obtenidos se muestran en el siguiente gráfico.




Figura 14. Nivel de ruido respecto a la edad del pavimento (Hanson, 2004)

Equiposdemedición

Existen diferentes equipos que ayudan a medir el ruido entre el neumático y el pavimento, y así cuantificar la contribución de este fenómeno respecto al ruido del tráfico.

Existen varias formas de realizar estas mediciones sin embargo, existen pocos procedimientos que permiten realizar mediciones entre la interfaz llanta-pavimento, sin que afecte el sonido de los alrededores. Un equipo que en la mayoría de la literatura revisada es utilizado para las mediciones, es el método CPX con un tráiler, este se describe a continuación.

Método CPX (Close Proximity Method)

El método CPX o conocido como el método del tráiler, ha sido el equipo que mayormente se ha utilizado para diversos tipos de investigaciones, este permite calcular el ruido entre la interfaz llanta-pavimento. La norma ISO 11819-2 describe el método de proximidad (CPX), la cual regula el proceso de medición de este equipo.

El CPX-tráiler consiste en una o dos llantas, dependiendo del equipo, que se encuentran en contacto con el pavimento, dos o más micrófonos que miden el sonido y un peso extra que simula una carga aplicada sobre la llanta. Posee una cubierta que permite eliminar el sonido de fondo y evitar ondas de sonido exteriores. Además, permite realizar mediciones con diferentes tipos de ruedas.




Figura 15. a) CPX-tráiler utilizado por la compañía holandesa M+P. b) Interior del CPX-tráiler con una llanta

En cuanto a la colocación de los micrófonos, en la siguiente figura se muestran varias recomendaciones de la ubicación de estos, de acuerdo con la norma ISO.

Figura 16. Ubicación de los micrófonos de acuerdo a la ISO 11819-2 (Slama, 2012)

a) b)




Tabla 9. Distancias de los micrófonos de acuerdo a la ISO 11819-2 (Slama, 2012)

Micrófono h d1 d2 d3

Obligatorio (2 posiciones) 100 mm 200 mm 200 mm 283 mm

Opcional (1 posición) 100 mm 200 mm 0 mm 200 mm

Opcional (2 posiciones) 100 mm Al centro de la llanta 650 mm

Micrófonos para medir intensidad de sonido

Otro método para lograr obtener mediciones de la interfaz llanta-pavimento, es utilizar micrófonos en la llanta de un vehículo como se muestra en la siguiente figura.

Figura 17. Equipo de medición (Hanson, 2004)

Este procedimiento lo realizó la NCAT, recolectaron datos usando dos micrófonos de 12.5 mm de diámetro y preamplificadores espaciados a 16 mm y protegidos con una pantalla de espuma. Entre los micrófonos y la llanta dejaron un espacio de 100 mm, y entre 70-80 mm entre los micrófonos y pavimento, esto en la parte delantera y trasera del neumático.

Los datos recolectados por los dos micrófonos se promedian para estimar la intensidad del sonido. Este procedimiento presenta la facilidad de que se puede montar en cualquier llanta de un vehículo.




7.3 MEDICIONES EN MARGEN DE CARRETERA

Las mediciones al margen de carretera complementan las mediciones realizadas directamente a la interacción llanta-pavimento. Cuando se realizan mediciones al margen de carretera se puede recurrir al procedimiento para la medición del ruido dictado por el decreto 32692-S.

Dicho decreto resume conceptos, características de los equipos, procedimientos de medición, cálculo de niveles de presión sonora; mismos previamente planteados en este informe y en concordancia con el decreto 28718-S. La evolución de la tecnología ha permitido que los elementos planteados en los decretos puedan ser calculados directamente por los equipos de medición, y calculados de forma instantánea.

Como parte del informe para la administración federal de carreteras de Estados Unidos, Lee hace una síntesis de los instrumentos a utilizar para la realización de mediciones en el margen de carretera (Lee, 1996):

Sistema de micrófonos (micrófono y preamplificador) Grabador de nivel gráfico (opcional) Instrumentación de grabado / Medición Calibrador Simulador de micrófono Generador de ruido rosa Pantalla contra viento Trípode Cableado Instrumentos meteorológicos Unidad para detección de velocidad de vehículos Dispositivo para conteo de vehículos

Dicho informe titulado “Measurement of Highway-Related Noise”, fue publicado por la FHWA en 1996 para estandarizar los procedimientos para medición del ruido en carretera.

Entre las diferentes formas de realizar la medición, la medición Leq de 15 minutos es un sustituto de medición aceptado para reemplazar mediciones de una hora de duración (WSDOT, 2011).

Métodosestadísticos(StatisticalPass‐byMethods,SPB)

Este método de medición consiste en colocar micrófonos al lado de la carretera. En Europa, la norma ISO 11819-1 describe el procedimiento que se recomienda. Esta norma indica colocar micrófonos a 7.5 m desde el centro del carril de medición, a una altura de 1.2 m por encima del pavimento. Estos resultados se analiza para determinar el índice estadístico pass-by (SPBI, por sus siglas en inglés).

El procedimiento desarrollado por la FHWA indica que la ubicación debe ser 15 m y no 7.5 m como lo indica la ISO, y a 1.5 m sobre el pavimento. La superficie del terreno debe ser un terreno duro para que sea acústicamente representativo. En el lugar de medición, el tráfico debe operar a una velocidad constante.

Estos ambos métodos, el propuesto por la FHWA y la ISO, pueden presentar variaciones, para esto las condiciones de medición se vuelven muy restrictivas. La carretera debe ser recta y sin ondulaciones, no




puede haber superficies reflectantes de sonido a 30 m del micrófono de medición, el vehículo debe moverse a una velocidad uniforme, entre otras. Las mediciones se realizan a vehículos individuales por lo que deben estar acústicamente separados de otros ruidos producto del tráfico. (Hanson D., et al, 2004)

Métodocontrolado(ControlledPass‐byMethod,CPB)

Este método, descrito por la NCAT en el 2004, consiste en seleccionar el tipo de vehículo que se desea evaluar en un sitio de ensayo especialmente diseñado que contempla ciertas restricciones. Este método no se encuentra normado, sin embargo, se han realizado varias investigaciones con este método. La Universidad Marquette de Wisconsin realizó el estudio con un Ford Taurus 1996 que operaba a 60, 65 y 70 mph. Realizaron mediciones colocando dos micrófonos a 5 ft por encima del pavimento, y posicionados a 25 ft del centro del carril, con una separación uno del otro de 200 ft, y se realizaron 3 corridas para tener datos suficientes para cada velocidad.

Otra manera es muestrear la aceleración de un vehículo. En este procedimiento se selecciona la entrada a una “trampa” en el sitio de muestra, el vehículo empieza a acelerar a su máxima potencia. Un medidor de sonido se encuentra colocado a una distancia desde el carril y se usa para capturar el nivel de sonido máximo que el vehículo tiene al pasar por la “trampa”. Este procedimiento tiende a enfatizar el sonido de la potencia del vehículo pues este se encuentra en un proceso de aceleración. (Hanson D., et al, 2004)




8. OPCIONES PARA REDUCCIÓN Y CONTENCIÓN Y EL CONTROL DE RUIDO

Como parte del proceso de mejora continua en la infraestructura que requiere Costa Rica es necesario apreciar las experiencias mencionadas que han tenido diferentes países en cuanto a contención de los ruidos generados por los móviles en carretera.

Podemos apreciar que existen interesantes campos de aplicación para los dispositivos de contención y control del ruido, principalmente orientados a vías de acceso restringido y alta velocidad de circulación; como lo son viaductos a desnivel y proyectos en concesión de obra pública. Pero en general las medidas de contención serán necesarias en zonas sensibles al ruido y/o que requieran atención.

Se plantean a continuación algunos elementos que deben obedecer a un proceso de selección y diseño final de la solución a brindar, así como de una evaluación posterior de la efectividad de la medida, y posibles mejoras a la misma. Así como existirán zonas puntuales donde se dan concentraciones de ruido, y donde las apropiadas medidas de mitigación mejorarán la calidad de vida de los vecinos.

En este apartado se pretende resumir diferentes opciones que permitan reducir los niveles de ruido a los que se ven expuestos usuarios y vecinos de las diferentes rutas nacionales. Teniendo claro que en la medida que el nivel de ruido en carretera sea controlado, se podrá mejorar la calidad de vida de los costarricenses. No obstante, según se ha discutido previamente, la solución propuesta deberá responder a un estudio exhaustivo de ruido de manera que se garantice que la inversión sea eficiente.

8.1 MODIFICACIÓN DE LA SUPERFICIE DE RUEDO

Pavimentosdrenantes

Este tipo de pavimento ha sido creado particularmente para mejorar la circulación con la lluvia y evitar el fenómeno conocido como hidroplaneo. Este tipo de superficie ofrece una rodadura silenciosa (García, 2011). En la Figura 18, se muestra una comparación de ruido generado en diferentes tipos de superficie.

Figura 18. Medida del ruido de rodadura sobre diferentes tipos de pavimentos (García, 2011)




Pavimentosmicroaglomerados

El empleo de microaglomerados de granulometría discontinua (con fuere contenido de agregado grueso y poca presencia de fino, permiten obtener una superficie de rodadura muy lisa y de macrotextura negativa, que hace que los mecanismos de generación de ruidos se vean amortiguados. Esto es producto a las pocas excitaciones que producen vibraciones o deformaciones de los neumáticos y los fenómenos de compresión y expansión de bolsas de aire se ven disminuidos por la elevada macrotextura del pavimento. (García, 2011)

Para garantizar una buena durabilidad de estas mezclas de granulometría discontinua, deben presentar una elevada resistencia a la abrasión. (García, 2011)

La Figura 19 muestra una comparación entre nivel de ruido entre un pavimento convencional y un pavimento con microaglomerados.

Figura 19. Disminución del ruido del tráfico mediante el empleo de un microaglomerado (García, 2011)




8.2 MEDIDAS DE CONTENCIÓN

Barrerasopantallasacústicas

Las barreras acústicas sirven como obstáculo entre la fuente generadora de sonido y el receptor, siempre que interrumpa la línea de visión entre éstos, pues su eficiencia acústica se genera por el fenómeno de difracción. El grado de atenuación que produce una barrera, está ocasionada por la geometría del problema, es decir, de cómo y dónde se instale.

Figura 20. Esquema geométrico entre la fuente de sonido y el receptor (García, 2011)

En la siguiente figura se muestran diferentes propuestas para disminuir el ruido en carreteras, desde medidas sencillas de implementar, hasta modificar la infraestructura existente.

Figura 21. Propuestas de lucha contra el ruido en las cercanías de una autopista (García, 2011)




En un manual para el control de ruido desarrollado para la ciudad de Vancouver, preparado por Wakefield Acoustics Ltd., menciona los siguientes tres requisitos para que una barrera sea efectiva.

“1. Debe ser lo suficientemente alta y larga para bloquear claramente la línea de visión del receptor de ruido a la zona de la fuente de ruido. Para el tráfico arterial de flujo libre, los neumáticos son la fuente de ruido dominante, por lo que la zona de origen se encuentra cerca de la acera donde a menudo puede ser protegido por barreras de altura moderada. Cuando las velocidades promedio son más bajos, y especialmente cuando la mezcla de camiones pesados es alta, el motor y el ruido de escape también son importantes y, para ser eficaces, las barreras de ruido deben ser más altas.

2. Debe ser lo suficientemente denso y estar libre de huecos y grietas de tal forma que no haya transmisión significativa del sonido a través de él.

3. Debe ser continua a lo largo de la zona que genera ruido. Por ejemplo, una barrera no sería eficaz si se interrumpe constantemente para dar espacio a las calzadas y caminos.”

Las pantallas pueden ser de diferentes tipos de materiales, siempre y cuando sea un material pesado y durable. Estos pueden ser postes y paneles de concreto, bloques de concreto, paneles corrugados de acero, postes de acero, postes y tablas de madera, bermas de tierra y vegetación. Estas barreras, en su mayoría, son superficies duras que no absorben ni destruyen las ondas de sonido sino que les cambia de dirección, lejos de las zonas sensibles al sonido. (Wakefield Acosutics Ldt. et al, s.f.)

Pantallas de hormigón

Este tipo de pantallas constan de una placa matriz de hormigón estructural y otra de hormigón poroso. Esta estructura permite que la onda sonora se introduzca por los espacios y se disipe en forma de calor por efecto del rozamiento. Al ser placas prefabricadas, son fáciles de montar y de reparar, además de requerir mínimo mantenimiento (Serrano et al, 2009).

En general, presentan un buen aislamiento, fácil mantenimiento y gran durabilidad (mayor a 20 años). Entra las precauciones se encuentran analizar el efecto de las reflexiones sonoras, peligro por impacto de vehículos, riesgo de caída de la pantalla y riesgos de obstaculización de la visión. Generalmente se usan en zonas de gran estabilidad de suelo-cimentación (Marrades, 2008).

La pantalla antirruido de hormigón puede presentar un índice de absorción de 5’14 dB (A2) y un índice de aislamiento de 46 dB (B3), esto a partir de las normas UNE-EN 1793-1 y UNE-EN 1793-2, esto según el grupo distribuidor Grupo Postigo S.A, España.




Figura 22. Pantalla de hormigón (Grupo Postigo, s.f.)

Pantallas metálicas

Se instala como paneles modulares con una placa perforada, un material absorbente sonoro y una placa lisa. A las placas se les debe someter en un tratamiento anti-corrosión pues se encontrarían a la intemperie (Serrano et al, 2009).

Dentro de las ventajas de estas barreras se encuentra la poca reflexión, gran ligereza, fácil mantenimiento y reposición, buen comportamiento a impacto de vehículo, posibilidad de colores y plasticidad. Entre las precauciones se encuentra analizar por riesgos de obstaculización de la visión, sensibilidad al vandalismo y una vida moderada (15 – 20 años). Usualmente se utilizan en los tableros de puente y zonas altas de taludes, cuando existen zonas sensibles en margen contrario, riesgo de interacción pantalla-carrocerías y en pantallas de gran altura (Marrades, 2008).

La pantalla antirruido metálica puede presentar un índice de absorción de 12 dB (A4) y un índice de aislamiento de 27 dB (B3), esto a partir de las normas UNE-EN 1793-1 y UNE-EN 1793-2, esto según el grupo distribuidor Grupo Postigo S.A, España.

Figura 23. Pantallas acústicas metálicas en vía férrea (Grupo Postigo, s.f.)




Figura 24. Pantalla acústica metálica en carretera (Panacor, 2014)

Pantallas transparentes

Estas pantallas facilitan el ingreso de la luz en los lugares que quedarían en sombra si se coloca una barrera, también se pueden colocar por seguridad y estética. Sólo aportan aislamiento. Estas barreras pueden ser de vidrio y policarbonato. El vidrio tiene la cualidad de la durabilidad, sin embargo, no es muy resistente a impactos, mientras que el policarbonato tiene buena resistencia a choques, sin embargo, lleva un mayor mantenimiento que el vidrio. Existen otros tipo de barreras, hechas de polimetacrilato y metacrilato, materiales más baratos que el policarbonato, mejor durabilidad y transparencia aunque sensible a las variaciones de temperatura (Serrano et al, 2009).

En general, algunas de las ventajas es que posee buen aislamiento, gran permeabilidad visual, fácil integración, buena apariencia estética y posibilidad de curvar.

Dentro de las precauciones se encuentra analizar el efecto de las reflexiones sonoras, el peligro por impacto de vehículos, comportamiento al riesgo de incendio, riesgo de accidentes de fauna, considerable sensibilidad al vandalismo y una vida moderada de 15 a 20 años. Usualmente se usan en tableros de puentes y zonas altas de taludes, cercanas a viviendas sin otras en frente y partes altas de otro tipo de pantallas (Marrades, 2008).

Estas pantallas pueden tener una trasparencia del 90% según ASTM D1003, rigidez del 93% según UNE-EN ISO 178:2003 y una resistencia a la tracción del 92% según UNE-EN ISO 527, esto según el grupo distribuidor Grupo Postigo S.A, España.




Figura 25. Pantalla acústica transparente (Arteco, 2014)

Pantallas de GRC

Consiste en un hormigón en el que el armado metálico es sustituido por hebras de fibra de concreto que se encargan de absorber los esfuerzos a tracción, dotando al material a una elevada resistencia a la flexión, y de esta forma se pueden reducir los espesores y conseguir un peso ligero, facilitando por tanto su manipulación y transporte (Serrano et al, 2009).

Figura 26. Pantalla acústica GRC (Global Composite, 2013)

Pantallas de madera

Estas pantallas utilizan maderas de alta densidad, normalmente tropicales que resistan bien la intemperie. Otra clase de pantalla se trata de una doble pared de troncos que alberga tierra en su interior, su durabilidad es escasa a menos que sea tratada químicamente (Serrano et al, 2009).

Entre las ventajas se encuentra la posibilidad de alta absorción acústica, gran integración medio ambiental en entornos naturales y buenas posibilidades estéticas, dentro de las precauciones se encuentra por riesgos de obstaculizar la visión, comportamiento ante incendios, el mantenimiento puede resultar costoso, sensibilidad al vandalismo y una vida moderada de 15 a 25 años. Su uso habitual es en zonas de integración específica en el entorno (Marrades, 2008).




Figura 27. Pantalla acústica de madera (Grupo Postigo, s.f.)

Pantallas mixtas

La combinación de barreras transparentes con paneles metálicos, aportando capacidad de absorción acústica y cierto grado de trasparencia (Serrano et al, 2009).

Figura 28. Pantalla acústica mixta (Grupo Postigo, s.f.)

Cubriciones parciales o totales de la calzada o vía de circulación

Se refiere a cubrir las carreteras de forma total o parcial para evitar que el sonido se propague. Se requiere de un alto presupuesto de ejecución sin embargo es el método más eficaz para combatir el ruido (Serrano et al, 2009).




Figura 29. Estructura que cubre parcialmente la carretera (Segués F., 2008)

Figura 30. Estructura que cubre totalmente la carretera (Alegre D., 2008)

Barreras hechas de vegetación

Constituidas por masas de vegetación muy densas, no siendo eficaces las plantaciones de algunas pocas filas de árboles y arbustos junto a la carretera. Se emplean para aumentar considerablemente el grado de absorción acústica de muros de contención, paredes de trincheras, accesos, etc. (Serrano et al, 2009).




Figura 31. Barrera de vegetación (Kotzen, B., 2009)

Diques de suelo (tierra)

De acuerdo con Pigasse y Kragh (2011), los diques de tierra son un sistema para aislar el sonido de una manera amigable con el ambiente. Utilizando este tipo de barreras en lugares rurales, se mezclan bien con el alrededor. Algunas de las ventajas de las bermas son las siguientes:

Poseen una apariencia natural y no se perciben como barreras acústicas. Crean una sensación de espacio abierto. Los costos de construcción y mantenimiento son bajos. Tienen una percepción de efectividad muy alta. Usualmente tienen una vida útil ilimitada. En la siguiente figura se muestra una equivalencia entre la berma de tierra y una barrera vertical, a manera de ejemplo, un talud de altura de 4 m hace el mismo efecto que una barrera de 3.25 m vertical (H2).




Figura 32. Comparación entre el desempeño acústico de una barrera vertical y una berma de tierra (Pigasse & Kragh, 2011).




9. Elementos finales

La medición del ruido generado por la interacción llanta pavimento se entiende como un importante elemento que compone el ruido generado en carretera, el cual para ser apropiadamente medido requiere el uso de equipo especializado, igual o similar al sistema CPX mostrado en la sección 7.2. Para ampliar de una forma apropiada en el estudio del ruido generado por dicha interacción se requiere el uso (adquisición) de equipo de esa naturaleza.

De las experiencias desarrolladas en diferentes países resalta que si bien se han realizado esfuerzos en el estudio y la modificación de las superficies de ruedo para reducir el ruido generado, la mayor cantidad de los esfuerzos y recursos se han centrado en la contención del ruido generado. Tomando como el principal parámetro las mediciones en el margen de la carretera.

La normativa costarricense plantea las bases necesarias para la protección de la salud y la calidad de vida de los habitantes, sin embargo es necesario que dicha legislación puntualice algunos elementos asociados con el ruido generado por el paso de vehículos en las carreteras. De manera que sea claro para la Administración el alcance de las medidas a tomar.

Así mismo siendo Costa Rica un país caracterizado por las zonas de protección silvestre, es importante plantear las bases para lo que podría ser la una mejora de Parques Nacionales y Áreas Protegidas contra el ruido generado en carretera.

El uso de barreras de contención para el ruido generado en carreteras no solo es una buena alternativa para el control del fenómeno, sino que es una práctica ampliamente utilizada en diferentes ciudades a nivel mundial. Particularmente donde vías muy transitadas se encuentran con zonas habitacionales o sensibles, especialmente para vías de acceso restringido como viaductos o similares.

Se plantea ampliar el alcance de lo planteado en este informe, y ahondar en el estudio de algunos elementos presentados. Particularmente mediante el uso de equipo especializado para realizar mediciones de ruido al margen de carretera. Es necesario aprovechar la experiencia que existe en el país para generar el conocimiento necesario para resolver los problemas de la infraestructura vial.

En este sentido es importante contar con el apoyo del personal de la Escuela de Física de la Universidad de Costa Rica. De manera que puedan realizarse de la mejor manera disponible las mediciones. Así como trabajar en la definición de los mejores materiales para contención del ruido en las carreteras de Costa Rica.

A modo de síntesis, es valioso señalar que en la medida que podamos controlar el ruido generado en carretera, mediante los elementos aquí presentados, podremos generar una mejora sustancial en la calidad de vida de todos los usuarios y vecinos de las carreteras de nuestro país.




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