Las texturas de la superficie de la carretera son desviaciones de una superficie plana y lisa que afectan la interacción entre el vehículo y el neumático. La textura del pavimento se divide en: microtextura con longitudes de onda de 0 mm a 0,5 milímetros (0,020 pulgadas), macrotextura con longitudes de onda de 0,5 milímetros (0,020 pulgadas) a 50 milímetros (2,0 pulgadas) y megatextura con longitudes de onda de 50 milímetros (2,0 pulgadas) a 500 milímetros (20 pulgadas).
Microtextura (MiTx) es el término colaborativo para los parámetros cristalográficos de un material y otros aspectos de la microestructura: como la morfología, incluidas las distribuciones de tamaño y forma; la composición química ; y la orientación y las relaciones de los cristales [1]
Mientras que la deflexión de la suspensión del vehículo y las cargas dinámicas de los neumáticos se ven afectadas por una longitud de onda más larga ( rugosidad ), la textura de la carretera afecta la interacción entre la superficie de la carretera y la huella del neumático. La microtextura tiene longitudes de onda más cortas que 0,5 mm. Se relaciona con la superficie del aglutinante, del agregado y de los contaminantes como los depósitos de caucho de los neumáticos.
La mezcla de materiales de la carretera contribuye a la fricción de la superficie seca de la carretera. Normalmente, las agencias viales no controlan la mezcla directamente, sino indirectamente mediante pruebas de fricción de los frenos . Sin embargo, la fricción también depende de otras propiedades de la superficie, como la macrotextura.
La macrotextura (MaTx) es en parte una propiedad deseada y en parte una propiedad no deseada. Las ondas cortas de MaTx, de unos 5 mm, actúan como poros acústicos y reducen el ruido de los neumáticos y la carretera. Por otro lado, las ondas largas de MaTx aumentan el ruido. La MaTx proporciona fricción en carreteras mojadas, especialmente a altas velocidades. Un exceso de MaTx aumenta la resistencia a la rodadura y, por lo tanto, el consumo de combustible y las emisiones de CO2 , lo que contribuye al calentamiento global . Las carreteras adecuadas tienen una profundidad media de perfil de MaTx de aproximadamente 1 mm.
La macrotextura es una familia de características de la superficie de la carretera en forma de onda. Mientras que la deflexión de la suspensión del vehículo y las cargas dinámicas de los neumáticos se ven afectadas por ondas más largas (rugosidad), la textura de la carretera afecta la interacción entre la superficie de la carretera y la huella del neumático. La macrotextura tiene longitudes de onda que van desde 0,5 mm hasta 50 mm.
Las agencias viales monitorean la macrotextura utilizando mediciones tomadas con láseres de velocidad de carretera o perfilómetros inerciales.
La megatextura (MeTx) es el resultado del desgaste y deterioro del pavimento, que provoca ruido y vibración. La megatextura tiene longitudes de onda de 50 mm a 500 mm. Algunos ejemplos de daños en la carretera con mucha MeTx son los baches, las irregularidades (comunes en los caminos de tierra) y los levantamientos irregulares por congelación. Una MeTx inferior a 0,2 mm de media cuadrática se considera normal en carreteras adecuadas.
La medición de la MaTx y la MeTx se realiza con perfilógrafos láser/inerciales . Dado que la MiTx tiene ondas tan cortas, es preferible medirla mediante pruebas de fricción en seco en lugar de mediante perfiles. Los perfilógrafos que registran la textura en las trayectorias de las ruedas izquierda y derecha se pueden utilizar para identificar secciones de la carretera con fricción dividida peligrosa .
El perfilógrafo es un dispositivo que se utiliza para medir la rugosidad de la superficie del pavimento. A principios del siglo XX, los perfilógrafos eran dispositivos de laminación de baja velocidad (por ejemplo, para laminar cantos rectos ). Hoy en día, muchos perfilógrafos son sistemas avanzados de alta velocidad con un sensor de altura basado en láser en combinación con un sistema inercial que crea un plano de referencia a gran escala. Lo utilizan los equipos de construcción o los consultores certificados para medir la rugosidad de las redes de carreteras en servicio, así como antes y después de fresar crestas y capas de pavimento . Los perfilógrafos modernos son instrumentos totalmente informáticos.
Los datos recopilados por un perfilógrafo se utilizan para calcular el Índice Internacional de Rugosidad (IRI), que se expresa en unidades de pulgadas/milla o mm/m. Los valores del IRI varían desde 0 (equivalente a conducir sobre una placa de vidrio) hasta varios cientos de pulgadas/milla (una carretera muy irregular). El valor del IRI se utiliza para la gestión de carreteras con el fin de supervisar la seguridad vial y la calidad de las mismas. [2]
Muchos perfilógrafos de carreteras también miden la pendiente transversal , la curvatura , la pendiente longitudinal y la formación de surcos en los pavimentos . Algunos perfilógrafos toman fotografías o vídeos digitales mientras perfilan la carretera. La mayoría de los perfilógrafos también registran la posición mediante tecnología GPS . Otra opción de medición común son las grietas . Algunos sistemas de perfilógrafos incluyen un radar de penetración terrestre , que se utiliza para registrar el espesor de la capa de asfalto . [3]
Otro tipo de sistema de perfilógrafo es para medir la textura de la superficie de una carretera y cómo se relaciona con el coeficiente de fricción y, por lo tanto, con la resistencia al deslizamiento . La textura del pavimento se divide en tres categorías: megatextura, macrotextura y microtextura. La microtextura no se puede medir actualmente de forma directa, excepto en un laboratorio. La megatextura se mide utilizando un método de perfilado similar al que se utiliza para obtener los valores de IRI, mientras que la macrotextura es la medición de las variaciones individuales de la carretera dentro de un pequeño intervalo de unos pocos centímetros. Por ejemplo, una carretera con grava esparcida en la parte superior seguida de una capa de sellado de asfalto tendrá una macrotextura alta, y una carretera construida con losas de hormigón tendrá una macrotextura baja. Por esta razón, el hormigón a menudo se ranura o se desbasta inmediatamente después de colocarlo sobre la plataforma de la carretera para aumentar la fricción entre el neumático y la carretera.
Los equipos para medir la macrotextura consisten actualmente en un láser de medición de distancia con un tamaño de punto extremadamente pequeño (< 1 mm) y sistemas de adquisición de datos capaces de registrar elevaciones espaciadas a 1 mm o menos. La frecuencia de muestreo es generalmente superior a 32 kHz. Los datos de macrotextura se pueden utilizar para calcular la parte dependiente de la velocidad de la fricción entre los neumáticos típicos de un automóvil y la superficie de la carretera tanto en condiciones secas como húmedas. La microtextura también afecta a la fricción.
La fricción lateral y la pendiente transversal son las fuerzas de reacción clave que actúan para mantener un vehículo en una posición lateral estable mientras gira, mientras está sujeto a fuerzas de salida que surgen de la velocidad y la curvatura. La pendiente transversal y la curvatura se pueden medir con un perfilógrafo de carreteras y, en combinación con mediciones relacionadas con la fricción, se pueden utilizar para identificar curvas mal peraltadas , que pueden aumentar el riesgo de accidentes automovilísticos.
Los perfilómetros de pavimento (también conocidos como perfilógrafos , como los utilizados en la famosa prueba de carretera AASHO de 1958-1960 ) utilizan un láser de medición de distancia (suspendido aproximadamente a 30 cm del pavimento) en combinación con un odómetro y una unidad inercial (normalmente un acelerómetro para detectar el movimiento del vehículo en el plano vertical) que establece un plano de referencia móvil al que se integran las distancias del láser. La compensación inercial hace que los datos del perfil sean más o menos independientes de la velocidad que tenía el vehículo del perfilómetro durante las mediciones, con la suposición de que el vehículo no realiza grandes variaciones de velocidad y la velocidad se mantiene por encima de los 25 km/h o 15 mph. El sistema del perfilómetro recopila datos a velocidades normales de autopista, muestreando las elevaciones de la superficie a intervalos de 2 a 15 cm (1 a 6 pulgadas), y requiere un sistema de adquisición de datos de alta velocidad capaz de obtener mediciones en el rango de kilohercios.
Los datos recopilados por un perfilómetro se utilizan para calcular el Índice Internacional de Rugosidad (IRI), que se expresa en unidades de pulgadas/milla o mm/m. Los valores del IRI varían desde 0 (equivalente a conducir sobre una placa de vidrio) hasta varios cientos de pulgadas/milla (una carretera muy irregular). El valor del IRI se utiliza para la gestión de carreteras con el fin de supervisar la seguridad vial y la calidad de las mismas.
Muchos perfiladores de carreteras también miden la pendiente transversal , la curvatura , la pendiente longitudinal y la formación de surcos del pavimento . Algunos perfiladores toman fotografías o vídeos digitales mientras perfilan la carretera. La mayoría de los perfiladores también registran la posición, utilizando tecnología GPS . Otra opción de medición bastante común son las grietas . Algunos sistemas de perfilómetros incluyen un radar de penetración terrestre , que se utiliza para registrar el espesor de la capa de asfalto .
Otro tipo de perfilómetro es para medir la textura de la superficie de una carretera y cómo se relaciona con el coeficiente de fricción y, por lo tanto, con la resistencia al deslizamiento . La textura del pavimento se divide en tres categorías: megatextura, macrotextura y microtextura. Actualmente, la microtextura no se puede medir directamente, excepto en un laboratorio. La megatextura se mide utilizando un método de perfilado similar al que se utiliza para obtener los valores IRI, mientras que la macrotextura es la medición de las variaciones individuales de la carretera dentro de un pequeño intervalo de unos pocos centímetros. Por ejemplo, una carretera con grava esparcida en la parte superior seguida de una capa de sellado de asfalto tendrá una macrotextura alta, y una carretera construida con losas de hormigón tendrá una macrotextura baja. Por esta razón, el hormigón a menudo se ranura o se desbasta inmediatamente después de colocarlo sobre la plataforma de la carretera para aumentar la fricción entre el neumático y la carretera.
Los equipos para medir la macrotextura consisten actualmente en un láser de medición de distancia con un tamaño de punto extremadamente pequeño (< 1 mm) y sistemas de adquisición de datos capaces de registrar elevaciones espaciadas a un mm o menos. La frecuencia de muestreo es generalmente superior a 32 kHz. Los datos de la macrotextura se pueden utilizar para calcular la parte dependiente de la velocidad del índice de fricción entre los neumáticos típicos de un automóvil y la superficie de la carretera. La macrotextura también proporciona información sobre la diferencia entre la fricción en una carretera seca y mojada. Sin embargo, la macrotextura no se puede utilizar para calcular un índice de fricción relevante, ya que la microtextura también afecta a la fricción.
La fricción lateral y la pendiente transversal son las fuerzas de reacción clave que actúan para mantener un vehículo en una posición lateral estable mientras gira, mientras está expuesto a fuerzas excitantes de la velocidad y la curvatura. Dado que la fricción depende en gran medida de la macrotextura y la textura, la pendiente transversal y la curvatura se pueden medir con un perfilador de carreteras, por lo que los perfiladores de carreteras son muy útiles para identificar curvas mal peraltadas que pueden representar un riesgo para los vehículos de motor.