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Introducción En la infraestructura carretera, uno de los parámetros más importantes para asegurar la seguridad vial dentro de un camino es el señalamiento vial. Este señalamiento se divide en dos tipos: el señalamiento horizontal y el señalamiento vertical. El señalamiento horizontal, se refiere al conjunto de marcas y dispositivos puestos sobre la superficie de rodadura de un camino como: rayas, símbolos, leyendas, botones, etc. Estos elementos, permiten al conductor operar de manera segura dentro de un camino ya que delimitan al carril de circulación, proporcionan información para la toma de decisiones en rebase entre otras ayudas visuales. Durante la noche, debido a la carencia de luz, se buscan otros parámetros para asegurar el mismo funcionamiento que se produce a la luz del día del señalamiento horizontal y vertical de tal manera que se permita la visibilidad del señalamiento. Para que esto se cumpla se recurre a un fenómeno óptico llamado “retrorreflectividad o retrorreflexión”. Este fenómeno permite que el señalamiento, tanto horizontal como vertical, cumpla su función durante la noche para contribuir a mejorar la seguridad vial. Así, la retrorreflexión es la capacidad que tiene una superficie o material para reflejar la luz de regreso hacia la fuente de luz emisora o los faros de luz de los vehículos (Figura 1). Y sus unidades son las milicandelas por lux por metro cuadrado (mcd/lux/m2) (Tabla 1).
Figura 1. Retrorreflexión lumínica Fuente: modificado de Guía Road Vista, 2020.
Tabla 1. Definiciones que caracterizan el fenómeno de retrorreflexión
Fuente: Castillo, 1991.
En el señalamiento horizontal, las pinturas no tienen esta propiedad retrorreflejante, para lo cual, se recurre a insertar materiales que si lo sean; una práctica común en el marcaje horizontal lo constituye el sembrado de pequeñas partículas de vidrio conocidas como microesferas. Estas partículas, deben cumplir con ciertas especificaciones para generar una retrorreflectividad adecuada, como lo es el estar embebidas solo un 60% en la superficie en la pintura con la que se realiza el señalamiento en la superficie de rodadura (Figura 2), ya que, si el porcentaje es mayor, la luz no es remitida de manera eficiente hacia el observador, inutilizando su función.
Figura 2. Microesferas embebidas al 60% dentro de la pintura para señalamiento horizontal Fuente: modificado de Guía Road Vista, 2020
1. El índice de refracción Una característica importante de las micro esferas es el índice de refracción del vidrio con el que están hechas. Este índice es el que determina la magnitud, intensidad y angularidad con la que la luz regresa hacia los automovilistas. En carreteras el rango del índice de refracción recomendable es de 1.5 a 1.6; mientras que para usos aeroportuarios se debe considerar un índice de refracción mayor a 1.9 debido a la velocidad y distancia en la que el observador (pilotos de avión) deben tener visibilidad a los señalamientos en pista. Para obtener un funcionamiento óptimo de la microesfera de vidrio, en conjunto con la pintura, distintas normativas especifican factores de calidad como los siguientes: 1. Índice de Refracción 2. Esfericidad (70% mínimo) 3. Granulometría 4. Anclaje (60%) 5. Correcta Dosificación 6. Uniformidad de distribución en la aplicación
2. Tipo de pinturas comerciales para señalamiento horizontal Los tipos comerciales de pintura existentes en el mercado para señalamiento vial son los siguientes: base agua, base solvente (actualmente solo se utiliza ocasionalmente en infraestructura vial urbana) y termoplásticas. La pintura termoplástica se fabrica con resinas sintéticas, pigmentos y agentes plastificantes que las aglutinan y proporcionan propiedades adherentes. Estas son conocidas por su larga duración, alta reflectividad y permitir ahorros en mantenimiento. La pintura base agua es fabricada con resinas acrílicas emulsionadas que permiten proporcionar propiedades adherentes al pigmento de alto índice como el titanio, agentes fungicidas y antiespumantes (SCT, 2013). Algunas tecnologías aplicadas por los fabricantes de pinturas de base agua son la implementación de doble espesor y alto desempeño. Estas mismas, tienden a mejorar su durabilidad y características mecánicas de la pintura a lo largo de su vida útil.
3. Marcaje del señalamiento horizontal Existen diferentes técnicas de aplicación de pintura sobre la superficie de rodadura para el señalamiento horizontal. Para generar el proceso de aplicación de pintura con las microesferas de vidrio embebidas correctamente, existe un proceso para pinturas base agua denominado doble sembrado (Drop on) en el cual se presentan dos procesos: - Presurizadas: Este proceso consiste en dejar caer las microesferas durante el proceso de pintado por medio de una bomba de presión (Figura 3). - Sembradas por gravedad: Este proceso consiste en dejar caer las microesferas durante el proceso de pintado por efectos de la gravedad.
Figura 3. Proceso de pintado por la técnica de doble sembrado Fuente: http://www.pinturavial.com.mx/
Otro proceso que se utiliza para el proceso de aplicación de la pintura con el correcto proceso de embebido de la microesfera de vidrio es denominado “Premix”. Este proceso consiste en incorporar las microesferas de vidrio en la pintura. Un último proceso es denominado Intermix, este término es usado para la aplicación de pinturas termoplásticas (Figura 4), consiste en combinar la pintura y la microesfera de vidrio antes de su aplicación.
Figura 4. Proceso de aplicación de pintura termoplástica Fuente: https://www.dynakrom.com/learning-center/rendimiento-de-la-pintura-termoplastica-thermokhem)
4. Geometría de la medición de retrorreflexión en el señalamiento horizontal En el caso del señalamiento horizontal, la retrorreflexión debera evaluarse de acuerdo a los parámetros geométricos establecidos en normas internacionales (ASTM E 1710 Standard Test Method for Measurement of Retroreflective Pavement Marking Materials with CEN-Prescribed Geometry Using a Portable Retroreflectometer) (Figura 5).
Figura 5. Geometría de la retrorreflexión Fuente: modificado de Boily y Tremblay, 2014.
En dicha norma se establece un principio de la geometría de 30 metros (CEN-30) hacia adelante de la fuente receptora de luz; que es la distancia de visibilidad que debe tener el conductor para la toma de desiciones. De acuerdo a la Figura 6, la geometría CEN-30 se puede definir mediante los siguientes términos: - Ángulo de entrada (β= 88.76°): Es el ángulo entre la fuente de luz y una línea perpendicular desde el eje del material reflejante (microesfera de vidrio). A medida que aumenta el ángulo de entrada, la intensidad general del cono de luz disminuye. - Ángulo de observación (ν=1.05): El ángulo creado entre la fuente de luz, una superficie retro-reflejantes y el receptor (ojo del conductor) - Ángulo de co-entrada o complementario (βc = 1.24°): Es la diferencia del Ángulo de Entrada respecto a la superficie de marcaje (βc = 90° - β).
Figura 6. Diagrama de geometría óptica para señalamiento horizontal Fuente: Elaboración propia con datos de AASHTO TP-111-14.
5. Evaluación de la retrorreflexión en el señalamiento horizontal Con la finalidad deasegurar la calidad del proceso de aplicación de la pintura en el señalamiento horizontal; la Norma Oficial Mexicana NOM-034-SCT2-2011 Señalamiento Horizontal y Vertical de Carreteras y Vialidades Urbanas, estandariza los coeficientes mínimos de retrorreflexión y coordenadas crómaticas a obtener al inicio de su aplicación y a lo largo de la vida útil del señalamiento horizontal (Tabla 2).
Tabla 2. Coeficientes mínimos de retrorreflexión en la aplicación de pinturas de señalamiento horizontal
Fuente: NOM-034-SCT2-2011.
Para poder evaluar la retrorreflexión en cualquier tipo de señalamiento (vertical u horizontal), se debera realizar por medio de un equipo retrorreflectómetro. Existen dos tipos de retroreflectometros para señalamiento horizontal, los puntuales o portátiles y los móviles o de alto rendimiento. De acuerdo a la geometría de observación descrita, todos los retrorreflectómetros deben evaluar la retrorreflectividad de acuerdo a la geometría CEN-30.
5.1 Retrorreflectómetros puntuales o portátiles Son dispositivos capaces de determinar la retrorreflexión del señalamiento horizontal en el punto donde se realice la medición (Figura 7). Para evaluar un proyecto de señalamiento horizontal recién implementado, el operador del retrorreflectómetro toma mediciones puntuales cada 20 pasos aproximadamente, e indica que los valores de retrorreflexión asi definida. Se sugiere que se evalúe la retrorreflexión después de cinco a siete dias a partir de su aplicación, con el objetivo de que las microesferas no embebidas correctamente en la pintura hallan sido separadas por fenomenos ambientales o el flujo vehicular. También es recomendable que las evaluaciones con el retrorreflectómetro se realicen en el mismo sentido en el que se aplico la pintura ya que cuando se realizan evaluaciones en sentido contrario a este, el valor de retrorreflexión puede tener diferencias importantes.
Figura 7. Retrorreflectómetro portátil Delta LTL-X Mark II
5.2 Retrorreflectómetros móviles o de alto rendimiento Son dispositivos capaces de determinar la retrorreflexión en señalamiento vertical de manera dinámica para velocidades hasta de 100 km/h. Estos equipos generalmente son montados en vehículos y pueden tener un rendimiento superior a 500 kilometros por día (Figura 8). Debido a su velocidad de operación, estos equipos pueden entregar resultados con mayor dispersión de datos que lo que reportan los puntuales. Generalmente, estos equipos toman entre 400 a 600 mediciones por segundo y deshechan mediciones invalidas o no confiables con base en el propio algoritmo del sistema; entre menor velocidad de operación tenga el equipo, mayor sera el rango de datos de aceptación en la medición.
Figura 8. Retrorreflectómetro móvil RoadVista Laserlux G7
Estos equipos, presentan mayor versatilidad en la toma de lecturas que los puntuales; donde el propio operador del vehículo tendra la facilidad de realizar mediciones con el mismo flujo vehicular del camino sin necesidad de confinar o requerir un vehículo piloto detrás del vehículo. Sin embargo, es recomendable que el vehículo designado para la medición presente leyendas, peliculas reflejante, torretas, etc.; para indicar a otros vehículos que es un vehículo destinado a obras de supervisión o mantenimiento de caminos.
5.3 Determinación de color en retrorreflectómetros. En 1931 la Comisión Internacional de la Iluminación (CIE, Commission Internationale de l‘Eclairage) estableció como base de un sistema colorimétrico internacional tres colores espectrales (sencillos de realizar) como estímulos de color de referencia, a saber el rojo R = 700,0 nm, el verde G = 546,1 nm y el azul B = 435,8 nm, sobre el cual los equipos determinar el color de la pintura de marcaje (Figura 9). La evaluación de las coordenadas cromáticas establecidas en la norma, se utiliza un espectrofotómetro; sin embargo, algunos retrorreflectómetros diseñados para el uso de ingeniería de tránsito permiten evaluar al mismo tiempo las coordenadas crómaticas y la retrorreflexión. Importante mencionar que existe equipos que son capaces de evaluar además de los colores blanco y amarillo, colores como el verde, rojo o azul.
Figura 9. Carta de coordenadas cromáticas CIE 1931 Fuente: Hiller 2022.
6. Mediciones con retrorreflectómetros móviles Los equipos móviles, a diferencia del puntual, permiten evaluar, supervisar y ayudar en la toma de decisiones para mantenimiento o mejora del señalamiento horizontal de una red carretera, desde su aplicación y a lo largo de la vida útil del proyecto. Generalmente, el montaje de estos equipos es sencilla y compatible con diferentes vehículos. El objetivo, es permitir al operador el montaje y desmontaje sencillo con la finalidad de evaluar en ambos lados del vehículo. Sin embargo, el software de estos equipos esta diseñado para operar hasta dos dispositivos de medición en ambos lados del vehículo. Un ejemplo, es el quipo de medición RoadVista Laserlux G7 (Figura 10), su montaje es por medio de un sistema de chupones de succión; para lo cual se requiere que la superficie del vehículo donde se va a colocar el equipo este totalmente libre de polvo o cualquier suciedad.
Figura 10. Retrorreflectómetro de alto rendimiento RoadVista Laserlux G7 montado en vehículo
El retrorreflectómetro permite establecer filtros en su medición para visualizar los datos de manera conveniente. En la Figura 11, se muestra la interfaz de ajuste de colores de acuerdo a la retrorreflectividad presentada, donde se pueden asignar valores de acuerdo a cualquier normativa presente o requerimientos del proyecto.
Figura 11. Filtros para la visualización de resultados del retrorreflectómetro Fuente: medición con Data RoadVista Laserlux G7
El equipo Laserlux G7 toma mediciones de retrorreflexión entre 5 a 6 metros por delante del equipo con el objetivo que conservar el ángulo de observación (ν=1.05); ademas, tiene un margen de ancho de 1 metro en la que pueden detectar las líneas de marcaje, vialetas, botones, etc. (Figura 12).
Figura 12. Diagrama de Geometría Óptica para señalamiento horizontal
Posterior a la medición, se exportan los resultados de manera gráfica en lenguaje Keyhole Markup Language (.kml) lo que hace posible visualizar los valores de retrorreflexión en aplicaciones tales como Google Earth, (Figura 13) y con ello se obtienen los mapeos por tramos de estudio para conocer el coeficiente de retrorreflexión en un camino o red.
Figura 13. Visualización de Resultados en kml Fuente: Google Earth, 2022.
Finalmente, el equipo puede exportar datos como: · ID o No. De Registro · Odómetro · Fecha · Tiempo · Coordenadas Geográficas · Velocidad · Temperatura · Humedad del ambiente · Retrorreflexión · Geometría del marcaje · Color (CIE 1931) · Detección de botones, vialetas, etc. · Tipo de pintarraya O bien, proporcionarlos para ser introducidos en una hoja de cálculo para su identificación y posterior análisis. Cabe mencionar la importancia de validar a estos equipos ya que forman parte de los requisitos de los actuales esquemas de evaluación y conservación de carreteras en el país. Para que con ello sea posible asegurar que la señalización horizontal en carreteras del país cumple con los requisitos técnicos y normativos. Importante mencionar que dicho señalamiento es susceptible al envejecimiento, desgaste, y deterioro lo que compromete la función de la señalización en el tránsito en carreteras. Derivado de ello, del Instituto Mexicano del Transporte se están desarrollando los protocolos para la verificación de retrorreflectómetros de alto rendimiento lo que abonará al aseguramiento de la calidad de las mediciones de la retrorreflectividad en el señalamiento horizontal en las carreteras del país y constatar que se realizan bajo la geometría designada (CEN-30); los resultados mostrados en el presente artículo son parte de las pruebas de dicho procedimiento.
7. Conclusiones La determinación de la retrorreflexión es un parámetro esencial para evaluar asegurar el cumplimiento de las funciones del señalamiento horizontal y vertical de una carretera; lo anterior se vuelve relevante ya que contribuye a la operación adecuada de las carreteras mexicanas durante la noche de manera segura para los vehículos y conductores. Con la finalidad de asegurar que la retrorreflectividad sea la adecuada en el señalamiento horizontal; es necesario considerar el proceso de aplicación y tipo de pintura a utilizar de acuerdo con las condiciones del camino, clima, tránsito, vida útil y cumplir con los procesos y recomendaciones que emitan los distintos proveedores de pinturas y la normativa correspondiente. De igual forma, observar en campo los procesos de aplicación de pintura por distintas normativas existentes, así como de los fabricantes y proveedores de pinturas y microesferas. Finalmente, y con la finalidad de evaluar la retrorreflectividad lograda, esta deberá determinarse con retrorreflectómetros, como los descritos en este documento, y de acuerdo con las prácticas y recomendaciones antes citadas y realizar las evaluaciones con el equipo adecuado. Los retrorreflectómetros puntuales se recomiendan durante el proceso de aplicación de pintura. Los retrorreflectómetros móviles permiten monitorear la retrorreflectividad en la pintura en caminos en operación para asegurar que se mantenga una condición adecuada durante su vida útil, lo que contribuirá a lograr una toma de decisiones pertinente para el remplazo o mantenimiento del señalamiento. Con el fin de asegurar que las determinaciones de retrorreflectividad en el señalamiento horizontal se realizan bajo la geometría designada (CEN-30), el Instituto Mexicano del Transporte está desarrollando un procedimiento de verificación de retrorreflectómetros de alto rendimiento que ya se están utilizando en las carreteras mexicanas, asimismo, con la finalidad de contar con valores confiables y armonizados con la normativa nacional e internacional.
8. Referencias AASHTO TP 111-14. 2021. Standard Method of Test for Measuring Retroreflectivity of Pavement Marking Materials Using a Mobile Retroreflectivity Unit. ASTM E1710 – 18. Standard Test Method for Measurement of Retroreflective Pavement Marking Materials with CEN-Prescribed Geometry Using a Portable Retroreflectometer. ASTM E2176 – 13. Standard Test Method for Measuring the Coefficient of Retroreflected Luminance of Pavement Markings in a Standard Condition of Continuous Wetting (RL-Rain) (retirada 2013). ASTM E2177 – 08. Standard Test Method for Measuring the Coefficient of Retroreflected Luminance (RL) of Pavement Markings using the Bucket Method in a Condition of Wet Recovery. (retirada 2013). ASTM E808 Standard Practice for Describing Retroreflection. Austin, R.L., y Schultz, R.J. 2020. Guide to retroreflection safety principles and retroreflective measurements. Richard L. Austin y Robert J. Schultz. San Diego, CA. ISBN 0-9710215-0-3. Boily, F. M. y Tremblay, M. 2014. Guía sobre la retrorreflexión del marcaje de caminos. Principios de evaluación. Quebec, Canadá. ISBN : 978-2-550-69744-2 Castilo Rubí, F., Fernández , M. B., & Nieto Maside, R. (1991). Importancia de la retrorreflexión en la seguridad vial. II. Visibilidad nocturna en las marcas viales. Revista Digital Del Cedex, (78), 84. Recuperado a partir de http://ingenieriacivil.cedex.es/index.php/ingenieria-civil/article/view/769 EN 1436 Road Marking Materials—Road Marking Performance for Road Users. García, C. 2015. Coeficiente de retrorreflexión en marcaje de pavimentos. México Social. Mayo. Hiller, Gabriele. Datacolor Headquartes. Lawrenceville, N.J. (2022) www.hiller-direct-marketing.de N-CMT-5-01-001/13. Libro CMT. Características de los materiales. Parte 5. Materiales para señalamiento y dispositivos de seguridad. 01 Pinturas. 001 Pinturas para señalamiento horizontal. Operations manual for mobile retroreflectivity units. Department of Transportation. State of Florida. 2013. PROY-NOM-034-SCT2/SEDATU-2021, Proyecto de Norma Oficial Mexicana Señalización y dispositivos diales para calles y carreteras. LÓPEZ Guadalupe PERÉZ Alfonso SÁNCHEZ Agustín “Las opiniones expresadas en esta publicación son de los autores y no necesariamente reflejan los puntos de vista del Instituto Mexicano del Transporte.” |
