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Introducción
La retrorreflexión es la capacidad que tiene una superficie, ya sea por su estructura o elementos contenidos, para reflejar la luz hacia la fuente independientemente del ángulo de incidencia del origen de la luz (Meeten, G.H., 1986). En las vías terrestres, se contextualiza como la capacidad de una señal de tránsito para reflejar la luz que emiten los faros de los vehículos hacia el conductor.
Cuando las imágenes reflectadas por las superficies se perciben de manera borrosa o difuminada se le llama reflexión difusa; cuando esta reflexión da imagen nítida, entonces es llamada reflexión tipo espejo. La reflexión real percibida por el ojo humano es una combinación de ambas, influenciada por la textura de la superficie reflectante. Por lo que, la retrorreflexión es en particular la reflexión de la luz hacia la propia fuente, sin importar el ángulo de incidencia (Koleske, J.V., 2011). Un material retrorreflectante atiende a esta propiedad y se mide como coeficiente de retrorreflexión.
Hablando de seguridad vial, hay más variables además de la retrorreflectividad en las señales que determinan la seguridad de una carretera; entre estas se encuentran la visibilidad de la señal, la luz (si es de día o de noche), el color de la señal y la relación de contraste con la superficie (Justo-Sierra F., 2011). Sin embargo, en la visibilidad nocturna, la retrorreflexión juega el papel más importante por lo que la Dirección General de Servicios Técnicos (DGST) y la Dirección General de Conservación de Carreteras (DGCC) evalúan el coeficiente de retrorreflexión de las líneas del señalamiento horizontal en el pavimento, como parte de los controles para mantener carreteras con un tránsito seguro.
Por lo anterior, es de especial interés que la determinación de este coeficiente de retrorreflexión sea confiable y preciso. Los equipos empleados para medir esta propiedad son los reflectómetros; estos equipos permiten comprobar que las señales y las marcas viales sean visibles por los conductores tanto de noche como de día, y contribuyen a mantener una correcta seguridad vial. Al igual que cualquier equipo que es utilizado para realizar mediciones de magnitudes, estos equipos deben ser calibrados y verificados en campo, para asegurar si las condiciones en las que operan son las adecuadas para realizar dicha evaluación.
1. Materiales retrorreflectantes y visibilidad
La reflectancia o reflexión lumínica de una superficie es la capacidad que tiene esta para reflejar la luz, y la retrorreflexión de un material es la capacidad que tiene para devolver la luz en sentido contrario al que incide (Boily, F. M. y Tremblay, M. 2014). Esto último, es la propiedad que ayuda al ojo (receptor) a percibir en condiciones de baja iluminación, debido a que muy poca luz es dispersada cuando se refleja; los materiales reflectantes aparecen más brillantes a cierta distancia del observador (ejemplo para los conductores de vehículos) (Figura 1) (Meeten, G.H.,1986).
Los materiales empleados para este fin se caracterizan por su reflectancia a través del coeficiente de retrorreflexión. De manera que podemos hablar de dos tipos de elementos que son mayormente empleados para lograr esta retrorreflectancia en las señales viales, los microprismas y las microesferas de vidrio (García, C., 2015). Los microprismas retrorreflejan la luz como un sistema de tres espejos ordinarios colocados de forma perpendicular entre sí, con la superficie reflejante hacia el exterior (Figura 2). Este arreglo de superficies hace que la luz sea reflejada de vuelta a la fuente, logrando la retrorreflexión (Meeten, G.H., 1986).
Figura 2. Arreglo de material de microprisma (www.segurolux.com/tecnologia.html)
En el caso de microesferas de vidrio, la retrorreflexión está formada por los elementos ópticos reflectantes y refractantes dispuestos de forma que la superficie focal del elemento que hace la refracción coincida con la superficie reflectora (García, C., 2015) (Figura 3).
Figura 3. Arreglo de material de microesfera de vidrio (www.segurolux.com/tecnologia.html)
Las superficies en las que se emplea material retrorreflectante (microprismas o microesferas) adquieren una capacidad limitada de retrorreflexión, ya que la estructura interna de la superficie refleja la luz incidente y la devuelve reflejada hacia la fuente (. La aplicación más usual de esta práctica es el marcaje horizontal y vertical de caminos. En la mayoría de las aplicaciones comerciales para marcaje horizontal se utilizan las microesferas de vidrio (Austin, R.L., y Schultz, R.J., 2020).
Toda la señalización tiene una parte de reflexión difusa, donde la luz no se refleja hacia el conductor; este porcentaje depende directamente de la tecnología empleada y la calidad de los materiales. Una buena tecnología hace expandir el cono de reflectividad para mejorar la visión de las señales, de manera que no importa el tipo de luces del vehículo que transite, los ángulos de observación o la velocidad, las señales serán claras y brillantes (García, C., 2015). La tecnología de los materiales retrorreflectantes ha ido cambiado, sobre todo en las últimas décadas, principalmente debido a la regulación y normativa más exigente sobre la eficiencia y rendimiento que deben de cumplir (Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes).
2. Coeficiente de retrorreflexión
La determinación cualitativa de la retrorreflexión de una marca de pavimento es conocido como coeficiente de retrorreflexión. El coeficiente de retrorreflexión se calcula como el cociente entre la luminancia de una zona de marca vial en una dirección dada y la iluminancia de esa zona. Este coeficiente se expresa en milicandelas por metro cuadrado y por lux [(mcd / lx)/m2] y se obtiene de una zona de la marca vial (Austin, R.L., y Schultz, R.J., 2020).
Convencionalmente la medición del coeficiente de retrorreflexión se realiza en campo con equipos llamados reflectómetros, los cuales, de manera puntual o a velocidades de operación, miden los valores de la reflexión en un ángulo de entrada de 88.76°+0.01° y un ángulo de observación de 1.05°+0.01° (ASTM E1710-18).
En la normativa de la Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes (SICT), se establecen valores mínimos con los que dichas señales deben contar al inicio, a los 180 días (6 meses) y a vida de proyecto (Tabla 1). Así, para las pinturas base solvente y base agua al inicio de proyecto, medido generalmente a los 7 días de aplicada la marca, el coeficiente mínimo de retrorreflexión debe ser de 250 mcd/lx)/m2 para el color blanco y 200 (mcd/lx)/m2 para amarillo; en el caso de pinturas termoplásticas, el coeficiente mínimo debe de ser entre 300 (mcd/lx)/m2 a 250 (mcd/lx)/m2, respectivamente. Una vez aplicada la marca de pintura y la siembra de elementos reflectantes, el uso y las condiciones ambientales deterioran las marcas afectando su reflectividad, por lo que a los 180 días se indica que el coeficiente aún se mantenga en ciertos rangos de retrorreflexión, siendo entre 250 (mcd/lx)/m2 y 150 (mcd/lx)/m2 dependiendo del color y de la base de la pintura (N∙CMT∙5∙01∙001/13).
3. Reflectómetros
Como se había mencionado anteriormente, para poder medir la capacidad o nivel de retrorreflexión de una señal, se tiene que determinar el coeficiente de retrorreflexión y conocer así la eficiencia del marcaje de una vía o camino. Para esta finalidad, existen equipos llamados reflectómetros; los cuales, pueden ser portátiles o estar instalados en vehículos para poder realizar mediciones continuas (Austin, R.L., y Schultz, R.J., 2020). Estos últimos, proporcionan mediciones de manera más rápida y precisa para la toma de decisiones sobre trabajos de mejora en la red existente, o para la verificación de los requerimientos de supervisión y calidad. Ya sean puntuales o de medición continua, ambos equipos requieren ser calibrados y verificados para asegurar que cuentan con los aspectos básicos para entregar mediciones confiables.
Típicamente, un reflectómetro lanza una señal de láser a la marca que es objeto de estudio, la luz del láser es devuelta a la fuente, produciendo la retrorreflexión, en este caso hacia el equipo debido a los elementos reflectantes que se supone contiene, las microesferas de vidrio; sensores internos en el equipo reflectómetro reciben esta luz retrorreflejada y miden su intensidad en (mcd/lx)/m2 (Austin, R.L., y Schultz, R.J., 2020).
En la norma ASTM E1710-18, que trata sobre el método estándar para la medición de retrorreflexión en marcas del pavimento usando un equipo reflectómetro portátil, se describen las características que deben tener los equipos de medición, el método de prueba para realizar las mediciones correspondientes. En términos generales, la norma establece que antes de iniciar con las mediciones se debe verificar que el equipo cumpla con la geometría para un ángulo de entrada de 88.76° y un ángulo de observación de 1.05°; después, se realizan las mediciones del coeficiente de retrorreflexión con el equipo sobre la marca a evaluar, con cuidado de que el área del lente de medición del equipo coincida con el ancho de la línea a evaluar. Las mediciones deben hacerse en el sentido del tráfico (Figura 4).
Figura 4. Determinación puntual del coeficiente de retrorreflexión (latitud-19.com/retrorreflexion-de-senalamientos)
En el mercado, existen los reflectómetros móviles que son equipos montados en vehículos para determinar de manera autónoma el coeficiente de retrorreflexión. Estos equipos pueden estar instrumentados con un dispositivo georreferenciado de posición con el fin de entregar información más detallada de la ubicación de las mediciones (Figura 5) (García, C., 2015).
Figura 5. Equipo reflectómetro móvil Road Vista (Austin, R.L., y Schultz, R.J., 2020).
Para las marcas en el pavimento, la Administración Federal de Carreteras (Federal Highway Admnistration FHWA por sus siglas en inglés) ha adoptado la geometría de distancia de observación de 30 metros, representando lo que percibe un conductor promedio sobre su vehículo, y para este supuesto deben de medir y reportar la retrorreflexión los equipos para un ángulo de entrada 88.76°+0.01° y un ángulo de observación de 1.05°+0.01°. Esta distancia es una estandarización que rige igualmente en normativa europea y fue tomada para FHWA de manera posterior (Austin, R.L., y Schultz, R.J., 2020).
Es importante mencionar que en aeropuertos la Administración Federal de Aviación (FAA por sus siglas en inglés) solicita emplear microesfera con índices de refracción entre 1.5 y 2.4, con una combinación de granulometría fina y gruesa debido a que las exigencias de la retrorreflexión son mayores por la velocidad a la que se conducen las aeronaves. Estas especificaciones son para que la microesfera sea capaz de reflejar la luz en condiciones de lluvia (García, C., 2015). Estas mediciones se realizan conforme a los procedimientos contenidos en la norma ASTM E2176-08 (retirada en 2013) y en la ASTM E2117-20 vigente, las cuales refieren al método estándar para medir el coeficiente de retrorreflexión en marca de pavimento con humidificación continua y en condiciones húmedas, respectivamente. La primera refiere a un escenario de lluvia continua y la segunda para condiciones solo de pavimento humedecido.
4. Verificación de reflectómetros de alto rendimiento
Uno de los objetivos de la Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes (SICT), es proveer una red carretera segura y accesible para contribuir a la movilidad de personas y mercancías en todo el país, en este sentido, el Instituto Mexicano del Transporte tiene la tarea de verificar los equipos de alto rendimiento que dan servicio a con la SICT midiendo parámetros superficiales y estructurales como índice de regularidad internacional (IRI), macrotextura, profundidad de rodera, deterioros, entre otros a velocidades de operación. De manera análoga, se realizará para los equipos que evalúan coeficiente de retrorreflexión en el pavimento.
Debido a que uno de los inconvenientes que se tiene en la medición de los marcajes de pavimentos es la inconsistencia en las mediciones, para reducirla, se han tomado lineamientos y consideraciones, en principio, en los materiales con los que se realizan, como las especificaciones ya comentadas; en la certificaciones que emite el fabricante, como el contar con un certificado de calibración en la normativa internacional referida (Austin, R.L., y Schultz, R.J., 2020); y tener una metodología estandarizada para la verificación del funcionamiento de estos equipos para la geometría de la línea de marcaje, detección de colores, y por supuesto, el coeficiente de retrorreflexión determinado.
Actualmente, se está desarrollando el protocolo de verificación para los equipos reflectómetros móviles considerados de alto rendimiento por la velocidad en la entrega de las mediciones. Siendo los parámetros de medición de distancia, geometría de la línea de marcaje (horizontal), determinación de color los cuales son el blanco, el amarillo y se hace inclusión al rojo por ser el normado en marcaje para rampas de frenado de emergencia.
Con respecto a la geometría de línea, los equipos deben de ser capaces de detectar las diferencias de entre 10 cm a 15 cm de ancho en la línea de marcaje(NOM-034-SCT2-2011), y contar con una resolución longitudinal mayor a 7.6 cm para una velocidad de 110 km/h, y a 3.5 cm para 50 km/h. Igualmente, la capacidad de la detección de colores (amarillo, blanco y rojo) así como la sensibilidad de medir entre patrones de coeficiente de retrorreflexión entre 300 (mcd/lx)/m2 y 50 (mcd/lx)/m2 solicitado como requerimiento mínimo para inicio de proyecto por la norma N∙CMT∙5∙01∙001/13 (Figura 6).
Igualmente, lo último atiende también a las recomendaciones emitidas por la FHWA, basadas en un estudio del 2020 donde resume que la retrorreflectividad promedio en losl Estados Unidos, fue de 170.4 (mcd/lx)/m2 con una desviación estándar de 123.6 (mcd/lx)/m2, encontrando que esta puede ser hasta 24 % menor debido al cambio de estaciones (primavera y otoño) (Austin, R.L., y Schultz, R.J., 2020).
Figura 6. Variación ilustrativa de la retrorreflectividad (modificado https://bloglanammeucr.wordpress.com/tag/retroflectividad/)
5. Conclusiones
Es clara la importancia de proveer a las carreteras y caminos de una mayor seguridad con elementos de señalización adecuados, asegurando que los materiales retrorreflectantes contenidos estén funcionando adecuadamente; dando al conductor la pertinente lectura para la detección de las señales de manera oportunamente para lograr una conducción segura.
Los avances tecnológicos, tanto en materiales como equipos para la medición de parámetros de seguridad, como lo es en este caso el coeficiente de retrorreflexión, irán dotando a las redes carreteras de mayores y más altos niveles de exigencia para la seguridad vial en términos de infraestructura. Por lo que es de especial interés que la medición de este coeficiente sea confiable y preciso.
La verificación de los equipos reflectómetros permite evaluar los marcajes horizontales de manera confiable para así detectar oportunamente las acciones necesarias para mantener una adecuada seguridad vial. Al igual que cualquier equipo que es utilizado para realizar mediciones de magnitudes, estos equipos deben ser calibrados y verificados en campo para asegurar que las condiciones en las que opera son las adecuadas para realizar la evaluación.
Con la elaboración de protocolos de verificación de equipos de alto rendimiento, se satisfacen las necesidades actuales del país y ayuda a trazar la línea base para las exigencias de las carreteras del futuro.
6. Referencias y bibliografía
· AASHTO TP 111-1. 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) (Withdrawn 2013) · ASTM E2177 – 08 (withdraw 2013). Standard Test Method for Measuring the Coefficient of Retroreflected Luminance (RL) of Pavement Markings using the Bucket Method in a Condition of Wet Recovery. · Austin, R.L., y Schultz, R.J. 2020. Guide to retroreflection safety pinciples 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 · EN 1436 Road Marking Materials—Road Marking Performance for Road Users. · García, C. 2015. Coeficiente de retrorreflexión en marcaje de pavimentos. México Social. Mayo. www.mexicosocial.org/coeficiente-de-retroreflexion-en-marcaje-de-pavimentos/ · https://bloglanammeucr.wordpress.com/tag/retroflectividad/ · https://www.ecophon.com/es/about-ecophon/functional-demands/visual-appearance/gloss--light-scattering/ · https://www.segurolux.com/tecnologia.html · Justo-Sierra, F. 2011. Ingeniería de seguridad vial: relación entre los caminos y la gente que muere en y por ellos. Documento No. 3, Instituto del Transporte, Academia Nacional de Ingeniería, Buenos Aires, Argentina. · Koleske, J.V. 2011. "Parte 10". Manual de prueba de pintura y revestimiento. Estados Unidos: ASTM. ISBN 978-0-8031-7017-9. · Meeten, G.H. 1986. Propiedades ópticas de los polímeros. Londres. Elsevier Applied Science. págs. 326–329. ISBN 0-85334-434-5. · 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. · NOM-034-SCT2-2018. Norma Oficial Mexicana Señalamiento horizontal y vertical de carreteras y vialidades urbanas · Operations manual for mobile retroreflectivity units. Department of Transportation. State of Florida. 2013. LÓPEZ Guadalupe PÉREZ Alfonso CASTRO Federico |
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