Textura de la carretera

The profilograph is a device used to measure pavement surface roughness. In the early 20th century, profilographs were low speed rolling devices (for example rolling straight-edges). Today, many profilographs are advanced high speed systems with a laser based height sensor in combination with an inertial system that creates a large scale reference plane. It is used by construction crews or certified consultants to measure the roughness of in-service road networks, as well as before and after milling off ridges and paving overlays. Modern profilographs are fully computerized instruments.

The data collected by a profilograph is used to calculate the International Roughness Index (IRI), which is expressed in units of inches/mile or mm/m. IRI values range from 0 (equivalent to driving on a plate of glass) upwards to several hundred in/mile (a very rough road). The IRI value is used for road management to monitor road safety and quality issues.^[2]

Many road profilographs are also measuring the pavements cross slope, curvature, longitudinal gradient and rutting. Some profilographs take digital photos or videos while profiling the road. Most profilographs also record the position, using GPS technology. Yet another common measurement option is cracks. Some profilograph systems include a ground penetrating radar, used to record asphalt layer thickness.^[3]

Another type of profilograph system is for measuring the surface texture of a road and how it relates to the coefficient of friction and thus to skid resistance. Pavement texture is divided into three categories; megatexture, macrotexture, and microtexture. Microtexture cannot currently be measured directly, except in a laboratory. Megatexture is measured using a similar profiling method as when obtaining IRI values, while macrotexture is the measurement of the individual variations of the road within a small interval of a few centimeters. For example, a road which has gravel spread on top followed by an asphalt seal coat will have a high macrotexture, and a road built with concrete slabs will have low macrotexture. For this reason, concrete is often grooved or roughed up immediately after it is laid on the road bed to increase the friction between the tire and road.

El equipo para medir la macrotextura actualmente consta de 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 suele ser superior a 32  kHz. Los datos de macrotextura se pueden utilizar para calcular la parte de la fricción dependiente de la velocidad entre los neumáticos de un automóvil típico y la superficie de la carretera, tanto en condiciones secas como mojadas. La microtextura también afecta a la fricción.

La fricción lateral y la pendiente transversal son las fuerzas de reacción clave que mantienen un vehículo en una posición lateral estable al tomar una curva, mientras está sujeto a las fuerzas externas derivadas de la velocidad y la curvatura. La pendiente transversal y la curvatura se pueden medir con un perfilógrafo de carretera y, en combinación con mediciones relacionadas con la fricción, se pueden utilizar para identificar curvas con peralte inadecuado , lo que puede aumentar el riesgo de accidentes de tráfico.

Los perfilómetros de pavimento (también conocidos como perfilógrafos , como los utilizados en la famosa prueba de carretera AASHO de 1958-1960 ) emplean 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 tuviera el vehículo perfilómetro durante las mediciones, bajo el supuesto de que el vehículo no realice grandes variaciones de velocidad y que esta se mantenga por encima de 25  km/h o 15  mph. El sistema de perfilómetro recoge 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 pulgadas/milla o milímetros/metro. Los valores de IRI oscilan entre 0 (equivalente a conducir sobre una superficie lisa como un cristal) y varios cientos de pulgadas/milla (una carretera muy rugosa). El valor de IRI se utiliza en la gestión vial para supervisar la seguridad y la calidad de las carreteras.

Muchos perfiladores de carreteras también miden la pendiente transversal , la curvatura , la pendiente longitudinal y el ahuellamiento del pavimento . Algunos perfiladores toman fotos o videos digitales mientras perfilan la carretera. La mayoría también registra la posición mediante tecnología GPS . Otra opción de medición bastante común son las grietas . Algunos sistemas de perfilometría incluyen un radar de penetración terrestre , que se utiliza para registrar el espesor de la capa de asfalto .

Otro tipo de perfilómetro se utiliza para medir la textura superficial de una carretera y su relación 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 usa 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 extendida sobre una capa de sellado asfáltico 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 rugosiza inmediatamente después de su colocación en la base de la carretera para aumentar la fricción entre el neumático y la carretera.

El equipo para medir la macrotextura actualmente consta de 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 suele ser superior a 32  kHz. Los datos de macrotextura se pueden utilizar para calcular la parte del coeficiente de fricción que depende de la velocidad entre los neumáticos de un automóvil típico y la superficie de la carretera. La macrotextura también proporciona información sobre la diferencia entre la fricción en carreteras secas y mojadas. Sin embargo, la macrotextura no se puede utilizar para calcular un coeficiente 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 mantienen un vehículo en una posición lateral estable al tomar una curva, a pesar de estar sometido a fuerzas de excitación derivadas de la velocidad y la curvatura. Dado que la fricción depende en gran medida de la macrotextura y la textura, la pendiente transversal, así como la curvatura, pueden medirse con un perfilómetro de carreteras. Por ello, estos dispositivos son muy útiles para identificar curvas con peralte inadecuado que pueden suponer un riesgo para los vehículos.