Relación entre el coeficiente de deslizamiento y el rendimiento de la resistencia al deslizamiento del pavimento

I. Introducción

Las condiciones meteorológicas influyen significativamente en la seguridad del transporte. El clima adverso, como la lluvia, la nieve y las heladas, puede reducir el coeficiente de fricción del pavimento, afectando negativamente el tráfico y la seguridad vial. Los principales factores que provocan esta reducción son el agua estancada por las lluvias y la formación de hielo en la carretera. Por lo tanto, detectar rápidamente la resistencia al deslizamiento de la superficie vial en condiciones climáticas adversas y comunicar esta información a los conductores de forma inmediata permite que los vehículos ajusten su velocidad a tiempo, garantizando una distancia de frenado adecuada y la estabilidad del vehículo, o bien, que elijan rutas alternativas. Esto puede prevenir y reducir eficazmente los accidentes de tráfico.

Los métodos de prueba comúnmente utilizados para medir el coeficiente de fricción del pavimento incluyen el probador de fricción de péndulo, el sistema de prueba de coeficiente de fuerza transversal y el probador de fricción rotativo dinámico. Con el continuo desarrollo de la tecnología de monitoreo de carreteras, se han aplicado sensores de estado de la superficie de la carretera sin contacto a la medición del pavimento, lo que ha llevado a la introducción del concepto de coeficiente de resbaladiza del pavimento. El coeficiente de resbaladiza del pavimento utiliza espectroscopia infrarroja. Basándose en las diferencias en la absorción de luz por diferentes áreas del pavimento, distingue el estado de la superficie de la carretera, como seco, mojado, cubierto de nieve o hielo. Mediante un análisis integral del estado de la superficie del pavimento y la profundidad de detección, se obtiene un índice de evaluación que representa el grado de resbaladiza del pavimento. Este índice de evaluación se denomina coeficiente de resbaladiza (G). Este coeficiente se utiliza para caracterizar el rendimiento de resistencia al deslizamiento del pavimento y tiene la misma importancia que el coeficiente de fricción.

El detector de estado de la carretera mediante teledetección infrarroja se basa en la espectroscopia para la detección remota a corta distancia de la superficie de la carretera. Incorpora un emisor infrarrojo dirigido a una posición específica de la superficie. La luz emitida se refleja desde el punto de medición hacia el receptor para su integración, distinguiendo las reflexiones de longitud de onda específicas causadas por el agua, la nieve y el hielo en la superficie, lo que permite obtener el índice de coeficiente de deslizamiento del pavimento.

II. Coeficientes de deslizamiento bajo diferentes condiciones del pavimento

2.1 Efecto del agua estancada en el coeficiente de deslizamiento

Como se muestra en la Figura 1, a medida que aumenta la profundidad del agua estancada, el coeficiente de deslizamiento del pavimento disminuye gradualmente. Durante la etapa de crecimiento de la profundidad del agua de 1 a 5 mm, el coeficiente de deslizamiento cae significativamente de 0,80 a aproximadamente 0,50. Posteriormente, a medida que la profundidad del agua continúa aumentando, la disminución del coeficiente de deslizamiento se reduce y se estabiliza. Las mediciones realizadas con un probador de fricción de péndulo en el pavimento muestran que cuando la profundidad del agua es menor a 1 mm, el valor del péndulo oscila entre 60 y 70, lo que indica una buena resistencia al deslizamiento. Cuando la profundidad del agua está entre 1 y 6 mm, el coeficiente de fricción oscila entre 60 y 50, lo que indica una disminución en la resistencia al deslizamiento del pavimento. En este punto, transmitir el coeficiente de deslizamiento correspondiente a los vehículos en la carretera puede alertar a los conductores para que tomen medidas como reducir la velocidad y mantener una distancia segura para mejorar la seguridad vial.

2.2 Efecto de la capa de nieve sobre el coeficiente de deslizamiento

Como se muestra en la Figura 2, el coeficiente de deslizamiento disminuye continuamente con el aumento del espesor de la nieve, y la magnitud de la disminución es sustancial, pasando de 0,80 a 0,10. El análisis de datos revela que: cuando el espesor de la nieve es inferior a 0,40 mm, el coeficiente de deslizamiento es superior a 0,60; cuando el espesor de la nieve está entre 0,40 y 1,00 mm, el coeficiente de deslizamiento se mantiene alrededor de 0,40; cuando el espesor de la nieve supera 1,00 mm, el coeficiente de deslizamiento cae en picado hasta aproximadamente 0,10, y con mayores aumentos en el espesor de la nieve, generalmente fluctúa dentro de un rango estrecho alrededor de 0,10.

Cuando el espesor de la nieve es inferior a 1,00 mm, el valor medido por el péndulo se sitúa entre 40 y 60. Cuando el espesor de la nieve supera los 1,00 mm, el valor medido por el péndulo se sitúa entre 20 y 40.

2.3 Efecto de la formación de hielo en el coeficiente de deslizamiento

Como se muestra en la Figura 3, el coeficiente de deslizamiento disminuye drásticamente al aumentar el espesor del hielo. Esta tendencia decreciente es significativamente más pronunciada en comparación con las condiciones de agua estancada y nieve. Cuando el espesor del hielo alcanza los 0,10 mm, el coeficiente de deslizamiento ya ha disminuido a aproximadamente 0,50. Cuando el espesor del hielo llega a los 0,40 mm, el coeficiente cae a aproximadamente 0,30. Cuando el espesor del hielo alcanza los 0,80 mm o más, el coeficiente de deslizamiento cae a aproximadamente 0,1. Un fenómeno similar al observado bajo la capa de nieve es que, cuando el espesor del hielo supera los 0,80 mm y continúa aumentando, el coeficiente de deslizamiento se mantiene prácticamente estable, fluctuando dentro de un rango estrecho alrededor de 0,10. Los valores de péndulo correspondientes, medidos sobre el pavimento helado con el péndulo, se sitúan mayoritariamente por debajo de 30, registrándose el valor más bajo en torno a 20. En este punto, el coeficiente de deslizamiento se mantiene generalmente en torno a 0,10, lo que indica que el pavimento se ha vuelto muy resbaladizo y su resistencia al deslizamiento prácticamente se ha perdido. Se deben emitir avisos con la debida antelación y adoptar medidas como el cierre de la vía o la aplicación de sales descongelantes para garantizar la seguridad vial.

III. Relación entre el coeficiente de deslizamiento y el coeficiente de fricción (valor del péndulo)

Como se muestra en la Figura 4, cuanto menor sea el coeficiente de deslizamiento del pavimento, menor será el valor del péndulo y peor será su resistencia al deslizamiento. Por el contrario, un valor de péndulo mayor indica un coeficiente de deslizamiento mayor y una mejor resistencia al deslizamiento. Por lo tanto, el coeficiente de deslizamiento puede utilizarse para caracterizar la resistencia al deslizamiento del pavimento.

IV. Conclusiones y recomendaciones

4.1 Conclusiones

(1) El coeficiente de deslizamiento disminuye gradualmente con el aumento de la profundidad del agua estancada. La reducción del coeficiente de deslizamiento debido al agua estancada se limita a un cierto rango. Cuando la profundidad del agua supera los 5,00 mm, el coeficiente de deslizamiento disminuye a aproximadamente 0,50 y se estabiliza.

(2) El coeficiente de deslizamiento disminuye continuamente con el aumento del espesor de la nieve, bajando de 0,80 a 0,10. Cuando el espesor de la nieve alcanza 1,00 mm o más, el coeficiente de deslizamiento disminuye a 0,10 y luego fluctúa ligeramente.

(3) El coeficiente de deslizamiento disminuye de forma pronunciada y rápida con el aumento del espesor del hielo. Cuando el espesor del hielo alcanza los 0,10 mm, el coeficiente de deslizamiento ya ha descendido a aproximadamente 0,50. Cuando el espesor del hielo alcanza los 0,80 mm o más, el coeficiente de deslizamiento cae a aproximadamente 0,10 y luego fluctúa dentro de un rango pequeño.

(4) El rango aplicable del coeficiente de deslizamiento del pavimento G se determina que es de 0,10 a 0,80. Con base en este coeficiente, el desempeño de la resistencia al deslizamiento del pavimento se puede clasificar en cuatro niveles.

4.2 Recomendaciones

En aplicaciones de ingeniería práctica, el coeficiente de deslizamiento del pavimento se puede monitorear mediante una combinación de detectores de estado de la carretera instalados permanentemente junto a la vía en tramos específicos y detectores montados en vehículos para una cobertura completa. En condiciones climáticas adversas, el coeficiente de deslizamiento del pavimento se puede monitorear de manera oportuna. Los datos del coeficiente de deslizamiento G recopilados se pueden cargar mediante tecnología de transmisión inalámbrica a internet. Después del análisis y procesamiento, el nivel de resistencia al deslizamiento del pavimento se puede comunicar rápidamente a los conductores. Esto les permite tomar las medidas necesarias según los diferentes niveles de resistencia al deslizamiento, lo que garantiza la seguridad vial en condiciones climáticas adversas y reduce la ocurrencia de accidentes de tránsito.