Las texturas de la superficie de la carretera son desviaciones de una superficie plana y lisa, que afectan la interacción vehículo/neumático. La textura del pavimento se divide en: microtextura con longitudes de onda de 0 mm a 0,5 milímetros (0,020 in), macrotextura con longitudes de onda de 0,5 milímetros (0,020 in) a 50 milímetros (2,0 in) y megatextura con longitudes de onda de 50 milímetros (2,0 in) 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; composición química ; y orientación y relaciones del cristal [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 inferiores a 0,5 mm. Se relaciona con la superficie del aglutinante, del agregado y de contaminantes como los depósitos de caucho de los neumáticos.
La mezcla del material de la carretera contribuye a la fricción de la superficie seca de la carretera. Normalmente, las agencias de carreteras 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 de la carretera. Por otro lado, el MaTx de onda larga aumenta el ruido. MaTx proporciona fricción en carreteras mojadas, especialmente a altas velocidades. Un exceso de MaTx aumenta la resistencia a la rodadura y, por tanto, el consumo de combustible y las emisiones de CO 2 , contribuyendo al calentamiento global . Las carreteras adecuadas tienen un MaTx de aproximadamente 1 mm de profundidad media del perfil.
La macrotextura es una familia de características de superficies de carreteras con 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 de los neumáticos. La macrotextura tiene longitudes de onda desde 0,5 mm hasta 50 mm.
Las agencias de carreteras monitorean la macrotextura utilizando mediciones tomadas con láser de velocidad en carreteras o perfilómetros inerciales.
La megatextura (MeTx) es el resultado del desgaste y deterioro del pavimento, lo que provoca ruido y vibración. Megatexture tiene longitudes de onda desde 50 mm hasta 500 mm. Algunos ejemplos de daños en las carreteras con mucho MeTx son los baches, las tablas de lavar (comunes en los caminos de tierra) y las heladas irregulares. MeTx por debajo de 0,2 mm de raíz cuadrática media se considera normal en carreteras adecuadas.
MaTx y MeTx se miden con perfilógrafos láser/inerciales . Dado que MiTx tiene ondas tan cortas, se mide preferentemente mediante pruebas de frenos de fricción seca en lugar de perfiles. Los perfilógrafos que registran la textura en las trayectorias de las ruedas izquierda y derecha se pueden utilizar para identificar secciones de 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 rodantes de baja velocidad (por ejemplo, reglas rodantes ). 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 equipos de construcción o consultores certificados para medir la rugosidad de las redes de carreteras en servicio, así como antes y después del fresado de crestas y superposiciones de pavimento . Los perfilógrafos modernos son instrumentos totalmente computarizados.
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 de IRI varían desde 0 (equivalente a conducir sobre una placa de vidrio) hasta varios cientos de pulgadas/milla (una carretera muy accidentada). El valor IRI se utiliza en la gestión de carreteras para monitorear los problemas de calidad y seguridad vial. [2]
Muchos perfilógrafos de carreteras también miden la pendiente transversal , la curvatura , la pendiente longitudinal y los surcos del pavimento . Algunos perfilógrafos toman fotografías o vídeos digitales mientras perfilan la carretera. La mayoría de perfilógrafos también registran la posición mediante tecnología GPS . Otra opción de medición común son las grietas . Algunos sistemas perfilógrafos incluyen un radar de penetración terrestre , utilizado para registrar el espesor de la capa de asfalto . [3]
Otro tipo de sistema perfilógrafo sirve para medir la textura de la superficie de una carretera y cómo se relaciona con el coeficiente de fricción y, por 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 utilizado para obtener 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 que tiene grava esparcida encima seguida de una capa de sellado de asfalto tendrá una macrotextura alta, y una carretera construida con losas de concreto tendrá una macrotextura baja. Por esta razón, el hormigón a menudo se ranura o se desbasta inmediatamente después de colocarlo sobre la base de la carretera para aumentar la fricción entre el neumático y la carretera.
El equipo para medir la macrotextura actualmente consiste en un láser de medición de distancias 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 suele ser superior a 32 kHz. Los datos de macrotextura se pueden utilizar para calcular la parte de la fricción que depende de la velocidad entre los neumáticos típicos de un automóvil y la superficie de la carretera, tanto en condiciones secas como mojadas. La microtextura también afecta la fricción.
La fricción lateral y la pendiente transversal son las fuerzas de reacción clave que actúan para mantener un vehículo en curva en una posición lateral estable, mientras está sujeto a las fuerzas salientes 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 , lo que puede aumentar el riesgo de accidentes automovilísticos.
Los perfilómetros de pavimento de carreteras (también conocidos como perfilógrafos , como se utilizan 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 láser. La compensación inercial hace que los datos del perfil sean más o menos independientes de la velocidad que tenía el vehículo perfilómetro durante las mediciones, suponiendo que el vehículo no haga grandes variaciones de velocidad y la velocidad se mantenga por encima de 25 km/h o 15 mph. El sistema perfilómetro recopila datos a velocidades normales de carretera, 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 de IRI varían desde 0 (equivalente a conducir sobre una placa de vidrio) hasta varios cientos de pulgadas/milla (un camino muy accidentado). El valor IRI se utiliza en la gestión de carreteras para monitorear los problemas de calidad y seguridad vial.
Muchos perfiladores de carreteras también miden la pendiente transversal , la curvatura , la pendiente longitudinal y las roderas del pavimento . Algunos perfiladores toman fotografías o vídeos digitales mientras perfilan la carretera. La mayoría de los perfiladores también registran la posición mediante tecnología GPS . Otra opción de medición bastante común son las grietas . Algunos sistemas de perfilómetro incluyen un radar de penetración terrestre , utilizado para registrar el espesor de la capa de asfalto .
Otro tipo de perfilómetro sirve para medir la textura de la superficie de una carretera y su relación con el coeficiente de fricción y, por 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 utilizado para obtener 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 que tiene grava esparcida encima seguida de una capa de sellado de asfalto tendrá una macrotextura alta, y una carretera construida con losas de concreto tendrá una macrotextura baja. Por esta razón, el hormigón a menudo se ranura o se desbasta inmediatamente después de colocarlo sobre la base de la carretera para aumentar la fricción entre el neumático y la carretera.
El equipo para medir la macrotextura actualmente consiste en un láser de medición de distancias 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 suele ser superior a 32 kHz. Los datos de macrotextura se pueden utilizar para calcular la parte del número de fricción que depende de la velocidad entre los neumáticos típicos de un automóvil y la superficie de la carretera. La macrotextura también brinda información sobre la diferencia entre la fricción en carreteras secas y mojadas. Sin embargo, la macrotextura no se puede utilizar para calcular un número de fricción relevante, ya que la microtextura también afecta la fricción.
La fricción lateral y la pendiente transversal son las fuerzas de reacción clave que actúan para mantener un vehículo en curva en una posición lateral estable, mientras se expone a fuerzas excitantes provenientes 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.