Relazione tra coefficiente di scivolosità e prestazioni di resistenza allo slittamento della pavimentazione

I. Introduzione

Le condizioni meteorologiche influiscono significativamente sulla sicurezza dei trasporti. Condizioni meteorologiche avverse come pioggia, neve e gelo possono ridurre il coefficiente di attrito del manto stradale, compromettendo il traffico autostradale e la sicurezza di guida. I principali fattori che contribuiscono alla riduzione del coefficiente di attrito sono l'acqua stagnante causata dalle precipitazioni e la formazione di ghiaccio sulla strada dovuta a pioggia e neve. Pertanto, rilevare tempestivamente le prestazioni di aderenza del manto stradale in condizioni meteorologiche avverse e comunicare prontamente queste informazioni agli automobilisti consente di regolare la velocità in tempo, garantendo un'adeguata distanza di frenata e la stabilità del veicolo, oppure di scegliere percorsi alternativi. Ciò può contribuire efficacemente a prevenire e ridurre gli incidenti stradali.

I metodi di prova comunemente utilizzati per misurare il coefficiente di attrito della pavimentazione includono il tester di attrito a pendolo, il sistema di prova del coefficiente di forza trasversale e il tester di attrito rotativo dinamico. Con il continuo sviluppo della tecnologia di monitoraggio stradale, i sensori senza contatto per lo stato della superficie stradale sono stati applicati alla misurazione della pavimentazione, portando all'introduzione del concetto di coefficiente di scivolosità della pavimentazione. Il coefficiente di scivolosità della pavimentazione utilizza la spettroscopia infrarossa. Basandosi sulle differenze di assorbimento della luce da parte di diverse aree della pavimentazione, distingue lo stato della superficie stradale, come asciutto, bagnato, innevato o ghiacciato. Attraverso un'analisi completa dello stato della superficie stradale e della profondità di rilevamento, si ricava un indice di valutazione che rappresenta il grado di scivolosità della pavimentazione. Questo indice di valutazione è chiamato coefficiente di scivolosità (G). Questo coefficiente viene utilizzato per caratterizzare le prestazioni di resistenza allo slittamento della pavimentazione e ha lo stesso significato del coefficiente di attrito.

Il rilevatore a infrarossi per il monitoraggio remoto dello stato della strada si basa sulla spettroscopia per il rilevamento a distanza ravvicinata della superficie stradale. È dotato di un emettitore a infrarossi integrato, puntato verso un punto specifico della superficie stradale. La luce emessa viene riflessa dal punto di misurazione verso il ricevitore per l'integrazione, distinguendo le riflessioni a lunghezza d'onda specifiche causate da acqua, neve e ghiaccio presenti sulla superficie stradale, e fornendo così l'indice del coefficiente di scivolosità del manto stradale.

II. Coefficienti di scivolosità in diverse condizioni di pavimentazione

2.1 Effetto dell'acqua stagnante sul coefficiente di scivolosità

Come illustrato nella Figura 1, all'aumentare della profondità dell'acqua stagnante, il coefficiente di scivolosità della pavimentazione diminuisce gradualmente. Durante la fase di crescita della profondità dell'acqua da 1 a 5 mm, il coefficiente di scivolosità scende significativamente da 0,80 a circa 0,50. Successivamente, con l'ulteriore aumento della profondità dell'acqua, la diminuzione del coefficiente di scivolosità si attenua e si stabilizza. Le misurazioni effettuate con un tester di attrito a pendolo sulla pavimentazione mostrano che, quando la profondità dell'acqua è inferiore a 1 mm, il valore del pendolo varia da 60 a 70, indicando una buona resistenza allo slittamento. Quando la profondità dell'acqua è compresa tra 1 e 6 mm, il coefficiente di attrito varia da 60 a 50, indicando un calo della resistenza allo slittamento della pavimentazione. A questo punto, la comunicazione del corrispondente coefficiente di scivolosità ai veicoli in circolazione può avvisare i conducenti, consentendo loro di adottare misure come la riduzione della velocità e il mantenimento di una distanza di sicurezza per migliorare la sicurezza stradale.

2.2 Effetto della copertura nevosa sul coefficiente di scivolosità

Come mostrato in Figura 2, il coefficiente di scivolosità diminuisce continuamente con l'aumentare dello spessore della neve, e l'entità della diminuzione è sostanziale, passando da 0,80 a 0,10. L'analisi dei dati rivela che: quando lo spessore della neve è inferiore a 0,40 mm, il coefficiente di scivolosità è superiore a 0,60; quando lo spessore della neve è compreso tra 0,40 e 1,00 mm, il coefficiente di scivolosità si mantiene intorno a 0,40; quando lo spessore della neve supera 1,00 mm, il coefficiente di scivolosità crolla a circa 0,10 e, con ulteriori aumenti dello spessore della neve, generalmente fluttua in un intervallo ristretto intorno a 0,10.

Quando lo spessore della neve è inferiore a 1,00 mm, il valore misurato dal pendolo è compreso tra 40 e 60. Quando lo spessore della neve supera 1,00 mm, il valore misurato dal pendolo è compreso tra 20 e 40.

2.3 Effetto della formazione di ghiaccio sul coefficiente di scivolosità

Come mostrato in Figura 3, il coefficiente di scivolosità diminuisce bruscamente all'aumentare dello spessore del ghiaccio. Questa tendenza decrescente è significativamente più pronunciata rispetto alle condizioni di acqua stagnante e neve. Quando lo spessore del ghiaccio raggiunge 0,10 mm, il coefficiente di scivolosità è già diminuito a circa 0,50. Quando lo spessore del ghiaccio raggiunge 0,40 mm, il coefficiente scende a circa 0,30. Quando lo spessore del ghiaccio raggiunge 0,80 mm o più, il coefficiente di scivolosità scende a circa 0,1. Un fenomeno simile a quello osservato sotto la copertura nevosa è che quando lo spessore del ghiaccio supera 0,80 mm e continua a crescere, il coefficiente di scivolosità rimane sostanzialmente stabile, fluttuando in un intervallo ristretto intorno a 0,10. I corrispondenti valori del pendolo misurati sulla pavimentazione ghiacciata con il pendolo sono per lo più inferiori a 30, con il valore minimo registrato intorno a 20. A questo punto, il coefficiente di scivolosità si mantiene generalmente intorno a 0,10, indicando che la pavimentazione è diventata piuttosto scivolosa e la sua resistenza allo slittamento è praticamente persa. È necessario emettere avvisi tempestivi e adottare misure quali la chiusura al traffico o l'utilizzo di sali disgelanti per garantire la sicurezza stradale.

III. Relazione tra coefficiente di scivolosità e coefficiente di attrito (valore del pendolo)

Come illustrato nella Figura 4, minore è il coefficiente di scivolosità della pavimentazione, minore è il valore del pendolo della pavimentazione e peggiore è la resistenza allo slittamento della pavimentazione stessa. Al contrario, un valore del pendolo maggiore indica un coefficiente di scivolosità più elevato e una migliore resistenza allo slittamento. Pertanto, il coefficiente di scivolosità può essere utilizzato per caratterizzare le prestazioni di resistenza allo slittamento della pavimentazione.

IV. Conclusioni e raccomandazioni

4.1 Conclusioni

(1) Il coefficiente di scivolosità diminuisce gradualmente con l'aumentare della profondità dell'acqua stagnante. La riduzione del coefficiente di scivolosità dovuta all'acqua stagnante è limitata a un certo intervallo. Quando la profondità dell'acqua supera i 5,00 mm, il coefficiente di scivolosità diminuisce fino a circa 0,50 e si stabilizza.

(2) Il coefficiente di scivolosità diminuisce continuamente con l'aumentare dello spessore della neve, passando da 0,80 a 0,10. Quando lo spessore della neve raggiunge 1,00 mm o più, il coefficiente di scivolosità diminuisce a 0,10 e poi fluttua leggermente.

(3) Il coefficiente di scivolosità diminuisce bruscamente e rapidamente con l'aumentare dello spessore del ghiaccio. Quando lo spessore del ghiaccio raggiunge 0,10 mm, il coefficiente di scivolosità è già sceso a circa 0,50. Quando lo spessore del ghiaccio raggiunge 0,80 mm o più, il coefficiente di scivolosità scende a circa 0,10 e poi fluttua entro un piccolo intervallo.

(4) L'intervallo applicabile del coefficiente di scivolosità della pavimentazione G è determinato essere compreso tra 0,10 e 0,80. In base a questo coefficiente, le prestazioni di resistenza allo slittamento della pavimentazione possono essere classificate in quattro livelli.

4.2 Raccomandazioni

Nelle applicazioni ingegneristiche pratiche, il coefficiente di scivolosità della pavimentazione può essere monitorato utilizzando una combinazione di sensori installati permanentemente a lato della strada in tratti specifici e sensori montati su veicoli per una copertura completa. In condizioni meteorologiche avverse, il coefficiente di scivolosità della pavimentazione può essere monitorato tempestivamente. I dati raccolti relativi al coefficiente di scivolosità G possono essere caricati tramite tecnologia di trasmissione wireless su Internet. Dopo l'analisi e l'elaborazione, il livello di resistenza allo slittamento della pavimentazione può essere prontamente comunicato agli automobilisti. Ciò consente agli automobilisti di adottare le misure necessarie in base ai diversi livelli di resistenza allo slittamento, garantendo la sicurezza di guida in condizioni meteorologiche avverse e riducendo il verificarsi di incidenti stradali.