ES2254302T3 - Dispositivo y procedimiento para medir el ruido y la porosidad de los asfaltos. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para medir el ruido y la porosidad de asfaltos, caracterizado porque comprende: - al menos dos micrófonos (7, 7¿) colocados el uno en el lado derecho y el otro en el lado izquierdo de un vehículo, asociados respectivamente a al menos dos ruedas (5, 5¿) del vehículo (4) de manera a poder detectar la presión acústica producida por el contacto entre el neumático de las ruedas (5, 5¿) y el asfalto (3) sobre el cual el vehículo está transitando, - un transductor (6) de posición capaz de medir el avance del vehículo sobre el asfalto (3), y - un analizador (10) espectral multicanal conectado a la salida de los micrófonos (7, 7¿) y del transductor (6) deposición para analizar las señales que salen de los micrófonos (7, 7¿) y del transductor (6) de posición y a los datos de salida relativos al ruido y a la porosidad del tramo de asfalto recorrido.

Description

Dispositivo y procedimiento para medir el ruido y la porosidad de los asfaltos.

La presente invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para medir/controlar el nivel de ruido y la porosidad de los asfaltos de carretera, particularmente apropiado para ser usado en el control de la condición del asfalto que forma la capa de desgaste de las carreteras, autovías y similares.

El ruido producido por el asfalto se mide actualmente por diversos procedimientos.

Se conoce un sistema que utiliza micrófonos colocados a una distancia preestablecida de la calzada de la carretera para medir el ruido producido por el tráfico. Dicho sistema tiene el inconveniente de medir el ruido en ese momento particular, en ese lugar, con ese tráfico y no puede proporcionar ninguna indicación de cuánto afecta el tipo de asfalto a la medición. Con este sistema se mide principalmente el ruido del carril más cercano al micrófono y no se puede determinar el ruido de los otros carriles. El ensayo de medición no se puede reproducir porque no se pueden reproducir las condiciones "medioambientales".

Otro sistema conocido proporciona micrófonos colocados enfrente y/o en el lateral y/o detrás de una rueda de un carro insonorizado para medir el ruido de rodamiento de la rueda. Dicho sistema utiliza carros monorueda, no previstos para ninguna regulación de autovías, tales como las italianas. Dichos carros monorueda requieren una escolta apropiada y no pueden transitar a gran velocidad.

Otro sistema de por sí conocido proporciona un carro con altavoces que emite una señal acústica de frecuencia conocida hacia el asfalto y micrófonos que reciben dicha señal acústica que mide el ruido residual. Dicho sistema no mide el ruido producido, sino cuánto ruido es capaz de absorber el asfalto. Además, la velocidad de muestreo y de adquisición de datos de dicho sistema es muy lenta.

El documento DE-4213222 presenta un procedimiento para medir la rugosidad de la carretera llevando a cabo un análisis espectral de la señal grabada a través de un micrófono fijado cerca de un neumático de un vehículo.

Sin embargo, la información obtenida no se refiere al ancho total de la carretera.

Se conocen diversos procedimientos para medir la drenabilidad y la porosidad del asfalto. La drenabilidad y la porosidad están relacionadas la una con la otra. De hecho, no puede haber drenabilidad a menos que el asfalto tenga poros en los cuales pueda correr el agua.

Con el fin de medir la drenabilidad de un asfalto, se usa el sistema comúnmente conocido como "Cilindro belga". En este sistema se llena un cilindro con agua y se coloca sobre el asfalto. De esta manera se mide el tiempo que tarda una cantidad conocida de agua en salir del cilindro y dispersarse en las cavidades del asfalto. Evidentemente, para llevar a cabo la medición, el carril debe estar cerrado al tráfico y la respuesta de la medición se refiere solamente al lugar en el cual se ha llevado a cabo.

La porosidad de un asfalto se mide con el sistema llamado "altura de arena". Dicho sistema utiliza un rayo láser para medir la profundidad de las cavidades en el asfalto. El rayo láser no mide toda la capa de drenaje contenida en el asfalto. De hecho, dicho medición se lleva a cabo solamente hasta que el rayo láser encuentra el primer obstáculo. De este modo, este procedimiento no es capaz de detectar si hay otras cavidades que permitan el drenaje por debajo de la primera cavidad.

Se conoce igualmente un sistema, concebido por el mismo solicitante, que mide tanto el ruido como la porosidad del asfalto colocando un micrófono detrás de una rueda de un carro que transita rápidamente a lo largo del asfalto y evaluando el espectro obtenido a partir de la señal acústica detectada por el micrófono.

Este sistema de medición, denominado "medición de alto rendimiento", está basado en un carro de dos ruedas, en el cual se coloca un transductor de posición sobre una rueda del carro y se coloca un micrófono sobre la rueda derecha del carro. Los datos medidos por el transductor y por el micrófono se combinan, se comprimen y se encuentran disponibles en una hoja de cálculo para obtener una medida del ruido y de la porosidad del asfalto a lo largo del recorrido cubierto por el carro.

Este sistema también tiene algunos inconvenientes y limitaciones.

La medición del ruido y de la porosidad se refiere a una banda de asfalto igual a la huella de la rueda del carro y la rueda del carro transita generalmente a una distancia de aproximadamente un metro del borde derecho del carril de tráfico. El usuario final utiliza los datos obtenidos por el sistema y tiende a olvidar las limitaciones anteriormente descritas, considerando en consecuencia que la situación medida solamente en el lado derecho del carril analizado se aplica a toda la calzada. Por consiguiente, este sistema de medición da lugar a una incertidumbre acerca de los datos analizados.

La figura 1 muestra un tramo recto de una autovía que tiene una pendiente transversal hacia la derecha del 2,5%. En presencia de asfalto de drenaje, el agua corriente lleva la suciedad presente en el carril de adelantamiento y en el carril de tráfico a lo largo de la pendiente hacia la parte más baja. En algún caso la suciedad no fluye hacia la salida sino que se asienta entre el carril de tráfico y el arcén. Puesto que el punto de medición está aproximadamente a un metro del borde derecho del carril de tráfico, la medición está penalizada por la presencia de suciedad. En este caso el espectro medido por el aparato indicará la presencia de suciedad y por lo tanto una baja porosidad, que corresponde exactamente a la situación detectada.

A partir de los datos medidos, la situación de toda la calzada podría ser:

-

sucia en la parte derecha y limpia en la parte izquierda por las razones explicadas anteriormente,

o

-

sucia en la parte derecha y también en la parte izquierda debido a que se está produciendo el deterioro y el desgaste de todo el pavimento. En el segundo caso, el bloqueo de los poros detectados en el lado derecho se debería extender sin duda a toda la calzada.

En conclusión, consideradas las variables del fenómeno, no se puede extender un único punto de medición situado en la parte derecha del carril de tráfico a toda la calzada.

Como se muestra en la figura 2, durante una curva a la derecha, la pendiente de la calzada hacia la derecha aumenta y se vuelve a producir el problema anterior. Igualmente hay el problema de los camiones articulados que tienden a "cortar la esquina" y las rodadas creadas por su paso se concentran en la derecha. A menudo hay también un aplanamiento del asfalto causado por la carga incrementada en las ruedas interiores respecto del radio de curvatura del vehículo.

La posición de la rueda del carro en el cual está colocado el micrófono de medición es tal que el espectro detectado por el micrófono, en este caso también, indica el bloqueo de los poros del asfalto, exactamente en el punto de medición, no coincidiendo probablemente con el resto de la calzada.

En este caso igualmente la situación debería ser analizada como se ha indicado anteriormente. La calzada podría estar sucia en la parte derecha y limpia en la parte izquierda por las razones que se acaban de explicar, o sucia en la parte derecha y también en la parte izquierda debido a que se está produciendo el deterioro y el desgaste de todo el pavimento y en este último caso la detección del bloqueo de la porosidad detectada en el lado derecho se debería extender sin duda a toda la calzada.

A partir de todo lo anterior, se puede deducir que en este caso también, los datos medidos con un único punto de medición no ofrecen seguridad y el fenómeno del bloqueo de los poros puede o no, afectar a toda la calzada.

Como se muestra en la figura 3, una curva a la izquierda tiene una pendiente hacia la izquierda. El carril de tráfico es mayor que el carril de adelantamiento y la rueda de medición puede estar en la zona más limpia de la calzada. En este caso el espectro medido indica la presencia de poros abiertos en el asfalto. Sin embargo, esta medición no se puede extender al resto de la calzada. De hecho, podría haber problemas de cierre de los poros en el carril de adelantamiento, los cuales se extienden también al carril de tráfico, pero puesto que la medición se realiza sólo en el extremo derecho del carril de tráfico, el fenómeno no se puede detectar.

El objeto de la presente invención es eliminar los inconvenientes de la técnica anterior proporcionando un dispositivo para medir el ruido y la porosidad del asfalto que es eficiente, versátil, práctico y sencillo de fabricar.

El objeto se consigue, según la invención, con las características enumeradas en la reivindicación independiente 1 anexa.

Otro objeto de la invención es proporcionar un procedimiento para medir el ruido y la porosidad del asfalto que es preciso y fiable.

Este objeto se consigue, de acuerdo con la invención, con las características enunciadas en la reivindicación independiente 8 anexa.

Las realizaciones ventajosas de la invención son evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes.

El dispositivo y el procedimiento para medir el ruido y la porosidad del asfalto, de acuerdo con la invención, están basados en la utilización de un carro provisto de dos ruedas, en el cual un transductor de posición está colocado en una rueda y un micrófono para detectar la señal acústica procedente del ruido entre la rueda y el asfalto está posicionado en cada una de las dos ruedas.

Dicho sistema tiene diversas ventajas.

La medición se realiza a una velocidad constante y el límite de velocidad máxima para el carro está establecido por el código de circulación en autovía.

No son necesarios ni el cierre temporal de los carriles ni los escoltas para el carro y el tráfico puede circular normalmente incluso mientras se está realizando el ensayo, sin afectar al resultado.

A continuación se expondrán las ventajas del sistema de medición con dos micrófonos de acuerdo con la invención respecto del sistema de medición con un micrófono según la técnica anterior.

En el sistema de medición según la invención, el primer micrófono está posicionado cerca de la primera rueda de medición del carro que transita a una distancia de aproximadamente un metro del borde izquierdo del carril. El resultado más evidente es que los datos obtenidos están duplicados, puesto que los dos micrófonos detectan una pluralidad de fuentes distintas de ruido que están separadas la una de la otra.

En el caso de datos homogéneos, que coinciden con las curvas de los espectros obtenidos a partir de las dos fuentes de sonido, es lógico pensar que la zona entre los dos puntos medidos se comportará como los dos puntos medidos. Por consiguiente, en este caso, la zona de medición ya no es igual al ancho del neumático usado, como en la medición con un micrófono, pero para los datos homogéneos es igual a la distancia entre los extremos de las dos ruedas. Es decir, se obtiene una zona de medición casi diez veces tan ancha como la zona de medición del sistema de la técnica anterior.

Para las tres situaciones vistas anteriormente, carretera recta, curva a la derecha y curva a la izquierda, ya no hay ninguna diferencia en el análisis porque la medición ya no se realiza sobre el lado derecho, sino también en el lado izquierdo, de este modo ya no hay ninguna duda acerca de la interpretación de los datos medidos.

Si tanto el micrófono derecho como el micrófono izquierdo señalan la presencia en el asfalto de poros cerrados, hay una situación de deterioro que afecta a todo el carril.

Si tanto el micrófono derecho como el micrófono izquierdo señalan la presencia de poros abiertos, hay una situación óptima que afecta a todo el carril.

Si el micrófono derecho señala la presencia de poros cerrados en el asfalto y el micrófono izquierdo señala la presencia de poros abiertos, se localiza un problema sólo en le lado derecho del carril.

Si el micrófono derecho señala la presencia de poros abiertos en el asfalto y el micrófono izquierdo señala la presencia de poros cerrados, se localiza un problema en el lado izquierdo del carril que no puede ser detectado con la técnica anterior del sistema que utiliza sólo un micrófono en la rueda derecha del carro.

Las características adicionales de la invención se harán más comprensibles mediante la siguiente descripción detallada, en referencia a una realización puramente ilustrativa y por lo tanto no limitativa de las mismas, ilustrada en los dibujos anexos, en los que:

La figura 1 es una vista esquemática que ilustra a partir de la parte posterior de un vehículo a motor que remolca un carro sobre el cual está montado un dispositivo de la técnica anterior para medir el ruido y la porosidad del asfalto, el vehículo a motor y el carro están transitando sobre un tramo recto de una autovía mostrada en sección;

La figura 2 es una vista esquemática similar a la figura 1, en la que el vehículo a motor y el carro están transitando sobre un tramo de autovía con una curva a la derecha, mostrada en sección;

La figura 3 es una vista esquemática similar a la figura 1, en la cual el vehículo a motor y el carro están transitando sobre un tramo de autovía con una curva a la izquierda en sección;

La figura 4 es una vista esquemática similar a la figura 1, en la que está montado un dispositivo para medir el ruido y la porosidad del asfalto de acuerdo con la invención en el carro.

La figura 5 es un diagrama de bloques que ilustra la cadena de adquisición de datos del dispositivo para medir el ruido y la porosidad del asfalto según la invención.

El dispositivo para medir el ruido y la porosidad del asfalto según la invención se describirán ahora con la ayuda de las figuras 4 y 5.

La figura 4 muestra u vehículo a motor 1 que transita sobre una superficie de carretera 2 sobre la cual está depositada una capa de asfalto 3. El vehículo a motor 1 remolca un carro 4 soportado por dos ruedas 5, 5' provistas con neumáticos con una circunferencia de al menos 1,75 metros y un ancho de 160 mm o más para tener una huella adecuada sobre el suelo. Las dos ruedas 5, 5' montan neumáticos idénticos.

Un micrófono 7, 7' que tiene un transductor electroacústico está posicionado detrás de cada rueda 5, 5' del carro. El transductor electroacústico mide la presión acústica relativa al contacto entre el asfalto y el neumático, convirtiendo el fenómeno físico (presión acústica) en una señal electrónica analógica (señal acústica).

La posición de los micrófonos 7, 7' respecto de la fuente del ruido son idénticas. La distancia de los micrófonos 7,7' de las ruedas 5, 5' respectivas es tal que la medición no se ve afectada por la cercanía de otras fuentes de ruido.

Tal como lo muestra el diagrama de bloques de la figura 5, las salidas de la señal analógica procedente de los micrófonos 7, 7' están conectadas a los respectivos preamplificadores 8, 8' de señal que permiten que las señales eléctricas analógicas procedentes de los micrófonos 7, 7' sean filtradas y amplifica-
das.

Los dos preamplificadores 8, 8' de señal están conectados a dos canales de entrada de un analizador 10 de espectro multicanal provisto con una gran capacidad de almacenamiento. De esta manera, las señales eléctricas analógicas procedentes de los micrófonos 7, 7' filtradas y amplificadas por los preamplificadores 8, 8' de señal, son enviadas en tiempo real al analizador 10 de espectro.

Con referencia a la figura 4, un transductor 6 de posición capaz de medir la distancia cubierta por el carro 4 está montado en la rueda 5 izquierda del carro. A cada revolución de la rueda 5 el transductor 6 de posición transmite una señal analógica de encendido/apagado. El transductor 6 de posición detecta las revoluciones de la rueda 5 y emite una señal analógica de acuerdo con las revoluciones detectadas.

Tal como se muestra en el diagrama de bloques de la figura 5, el transductor 6 de posición está conectado directamente a un canal de entrada del analizador 10 de espectro. De esta manera el analizador 10 de espectro graba el número de revoluciones realizadas por la rueda 5 y sobre la base de la circunferencia de la rueda 5 se calcula la distancia que ha transitado el carro 4.

Los datos adquiridos por el analizador 10 de espectro durante la medición son procesados para extraer la información necesaria para la evaluación
final.

Para permitir una evaluación cuantitativa y cualitativa correcta de las emisiones de sonido detectadas, los micrófonos 7, 7' están conectados al analizador 10 de espectro y los datos medidos no se graban sobre medios de grabación (DAT u otros) que podrían alterar los valores transmitidos.

En particular, antes de proceder a la combinación de los datos procedentes del transductor 6 con los datos procedentes de los micrófonos 7, 7' para la determinación de los valores que corresponden a los puntos de distancia en millas, se realizan algunos controles. Con este fin, el analizador 10 de espectro tiene canales adicionales de entrada para la introducción de los datos que proceden de dichos controles.

En particular se realizan controles sobre:

-

la velocidad instantánea de cobertura del tramo de carretera,

-

presencia o ausencia de factores de perturbación (que son señaladas en los canales adicionales del analizador de espectro),

-

verificación de los puntos de datos para la sincronización de los puntos de distancia en millas.

Los datos recibidos por el analizador de espectro a continuación se comprimen, proporcionando una referencia geográfica y hechos disponibles en un formato utilizable con hojas de cálculo.

Estos datos siempre están divididos por el canal de adquisición y de este modo por la fuente de sonido.

El analizador de espectro tiene una salida que se puede conectar a un procesador. De esta manera, con el fin de descargar los datos medidos, el analizador de espectro se puede conectar ocasionalmente a un procesador 11 provisto con un software apropiado para leer hojas de cálculo. Las hojas de cálculo se pueden visionar mediante una pantalla de visualización 12 conectada al procesador 11 y se pueden imprimir en formato de papel mediante una impresora 13 o un trazador de gráficos 14 conectado al procesador
11.

Diversas unidades de información están disponibles en una única línea de la hoja de cálculo, siendo las más importantes:

-

el punto de distancia en millas al cual se refiere la medición;

-

el canal de adquisición (que identifica la posición de la rueda de medición dentro del carril);

-

el espectro de la medición (expresado en dBa; y presentada para cada banda de 1/3 de una octava);

-

el nivel calibrado equivalente "A" (es decir, calibrado según el filtro de tipo "A" que asimila la respuesta del oído humano, reduciendo los infrasonidos y los ultrasonidos adquiridos por los instrumentos) expresado en dBa; y

El índice de porosidad es un índice para evaluar la apertura o cierre de los poros en el asfalto y consecuentemente su capacidad de amortiguar el sonido.

El manto bituminoso tradicional con poros cerraos tiene un espectro con su máxima intensidad centrado entre 1.250 Hz y 1.600 Hz, mientras que un manto del tipo drenaje y amortiguación de sonido, con poros abiertos, tiene un pico de entre 800 Hz y un máximo de 1.000 Hz.

Procesando matemáticamente los valores numéricos adquiridos para cada tercera parte de una octava, se obtiene un parámetro de al cual se le da una referencia numérica. Cuanto más bajo es la referencia del parámetro de porosidad, más poros abiertos tiene el asfalto y por lo tanto más se asemeja a una capa de desgaste, drenaje y amortiguación del sonido. Cuanto mayor es el parámetro de porosidad, mas poros cerrados tiene el asfalto y por lo tanto más se asemeja a una capa de desgaste tradicional.

La presente descripción se refiere específicamente a un dispositivo que tiene dos micrófonos asociados respectivamente a las dos ruedas de un carro. Sin embargo, también se puede proporcionar un carro u otro vehículo con más de dos ruedas. En este caso, el dispositivo según la invención comprenderá una pluralidad de micrófonos asociados respectivamente a las ruedas del carro o del vehículo.

Se pueden hacer numerosas variaciones y modificaciones de detalle comprensibles para un experto en la materia a la presente realización de la invención, sin por lo tanto salirse del alcance de la invención establecido en las reivindicaciones anexas.

Claims (9)

1. Dispositivo para medir el ruido y la porosidad de asfaltos, caracterizado porque comprende:

-

al menos dos micrófonos (7, 7') colocados el uno en el lado derecho y el otro en el lado izquierdo de un vehículo, asociados respectivamente a al menos dos ruedas (5, 5') del vehículo (4) de manera a poder detectar la presión acústica producida por el contacto entre el neumático de las ruedas (5, 5') y el asfalto (3) sobre el cual el vehículo está transitando,

-

un transductor (6) de posición capaz de medir el avance del vehículo sobre el asfalto (3), y

-

un analizador (10) espectral multicanal conectado a la salida de los micrófonos (7, 7') y del transductor (6) deposición para analizar las señales que salen de los micrófonos (7, 7') y del transductor (6) de posición y a los datos de salida relativos al ruido y a la porosidad del tramo de asfalto recorrido.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho vehículo es un carro (4) con dos ruedas (5, 5') capaz de ser remolcado por un vehículo (1).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque están interpuestos unos preamplificadores (8, 8') respectivos de señales capaces de filtrar y amplificar la señal que sale de los micrófonos (7, 7') entre dichos micrófonos (7, 7') y dicho analizador espectral (10).

4. Dispositivo según una reivindicación cualquiera entre las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado porque el analizador espectral (10) proporciona canales de entrada adicionales para la entrada de las señales de control obtenidas sobre:

-

la velocidad instantánea de cobertura del tramo de asfalto,

-

la presencia o ausencia de factores que interfieren con la medición de la presión acústica, y

-

la verificación de los puntos de datos de referencia para la sincronización de los puntos de distancia en millas.

5. Dispositivo según una reivindicación cualquiera entre las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado porque dicho transductor (6) de posición está asociado a una rueda (5) del vehículo (4) para detectar las revoluciones de dicha rueda durante su avance.

6. Dispositivo según una reivindicación cualquiera entre las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado porque dicho analizador (10) espectral proporciona una salida capaz de conectarse a un procesador (11) para transferir los datos procedentes de dicho analizador (10) espectral.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho procesador (11) está conectado a una pantalla de visualización (14) para visualizar los datos relativos al ruido y a la porosidad del asfalto y una impresora (13) o un trazador de gráficos (12) para la impresión en papel de dichos datos relativos al ruido y a la porosidad del asfalto.

8. Procedimiento para medir el ruido y la porosidad de asfaltos que comprende las siguientes fa-
ses:

-

medición de la presión acústica relativa al contacto entre el asfalto y al menos dos neumáticos de un vehículo que avanza sobre el asfalto, mediante al menos dos micrófonos, colocados el uno en el lado derecho y el otro en el lado izquierdo del vehículo.

-

Medición de la distancia recorrida por el vehículo, y

-

Análisis espectral de las señales que indican la presión acústica medida y la distancia recorrida para obtener datos que indican el ruido y la porosidad del tramo de asfalto recorrido.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se realiza un control sobre:

-

la velocidad instantánea de cobertura del tramo de asfalto,

-

la presencia o ausencia de factores que interfieren con la medición de la presión acústica, y

-

la verificación de los puntos de datos para la sincronización de los puntos de distancia en millas.