Coeficiente de retroreflexión en marcaje de pavimentos

por Cutberto García

Las inversiones realizadas en infraestructura carretera destinadas a señalamiento vial deben orientarse a la ejecución de conceptos de obra que cumplan con los niveles mínimos del coeficiente de retroreflexión requeridos por la normatividad local. El cumplimiento de este parámetro, si bien no garantiza por completo la eliminación de siniestralidad en las carreteras, es un elemento que ayuda de forma importante a mitigar la problemática, restando elementos a la ecuación de riesgo que forman la multiplicidad de variables involucradas en los accidentes de tránsito.

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Según el Informe mundial sobre prevención de los traumatismos causados por el tránsito, publicado por la Organización Mundial de la Salud en 2004, cada día mueren en el mundo más de 3,000 personas por lesiones resultantes de accidentes de tránsito. Esto significan alrededor de 1.2 Millones de personas por año. En el mismo informe se señala que aproximadamente el 85% de estas fatalidades se concentra en los países de ingresos bajos y medianos. Es necesario mencionar que México se encuentra dentro del grupo de países antes mencionado.

Se estima que el costo económico de los choques y lesiones causadas por los accidentes viales asciende al 1% del producto interno bruto (PIB) en los países de ingresos bajos. El costo mundial se estima en alrededor de $518,000 millones de dólares anuales (I). Son las personas más pobres quienes representan la mayoría de las víctimas. Estas personas carecen de apoyo en caso de lesiones de larga duración y tienen un acceso limitado a la atención de urgencia después de un choque. Un gran porcentaje de las víctimas de choques son usuarios vulnerables de la vía pública, como peatones y ciclistas (II).

Si se agrupa por rangos de edad a las víctimas fatales de los accidentes de tránsito, es notable la concentración que existe en el grupo personas jóvenes. Alrededor del 50% de las muertes que ocurren por este tipo de accidentes afectan a los grupos de personas cuyas edades oscilan entre los 15 y los 44 años de edad (III).

En México, a consecuencia de los accidentes de tránsito existen alrededor de 18,000 víctimas fatales al año (IV). Considerando costos unitarios promedio de 400 mil dólares por muerte y de 12 mil dólares por lesión (V), se obtiene un costo de 2,700 millones de dólares por efecto de los accidentes en la Red Carretera Federal (RCF) durante 2007. El costo anterior representa 0.36% del PIB y 5.7% del costo de todas las operaciones vehiculares en la RCF en ese año, que es del orden de 40 mil millones de dólares (IV).

En el Anuario Estadístico de Accidentes de 2007 (VI) se reporta que en ese año el 70.2% de los accidentes fueron atribuibles al conductor; el 18.1% a la infraestructura; el 8.1% a agentes naturales; y el 3.7% al vehículo. Las causas más comunes referidas a la infraestructura son el pavimento mojado/resbaloso (15%). La causa más común atribuida a los agentes naturales es la lluvia (7%) y la causa más común atribuida al vehículo es la falla en las llantas (2%).

Es de llamar la atención el hecho de que alrededor del 60% de los accidentes en la RCF suceden en horas del día donde la constante es la combinación de condiciones de oscuridad o penumbra y tráfico intenso.

Reflectividad en marcaje de pavimentos

Las marcas en pavimento se convierten en elementos con propiedades retroreflejantes, cuando a la pintura de tráfico se le colocan en la superficie elementos ópticos capaces de enfocar la luz y devolverla en la dirección de la fuente luminosa. En la mayoría de las aplicaciones comerciales esto se logra con microesferas de vidrio. La esfericidad, transparencia y la capacidad de curvatura de luz (Índice de refracción) que poseen las hacen elementos ópticos capaces de retornar luz, usando la pintura de su base cómo superficie reflectora.

El fenómeno físico de la retroreflexión de luz ocurre como sigue. La luz emitida por los faros de los vehículos, que incide hacia las marcas del pavimento, se encuentra con las microesferas de vidrio que están ancladas en la superficie de la pintura; mismas que actúan como lentes enfocando la luz y devolviéndola hacia los ojos de los conductores. El índice de refracción del vidrio con el que están hechas las microesferas es sumamente importante en este fenómeno, dependen de ésta propiedad y de su magnitud la intensidad y angularidad con la que la luz regresa hacia los automovilistas.

Las microesferas de vidrio se clasifican respecto de dos parámetros, el índice de refracción y su curva granulométrica. En la Normativa para la Infraestructura del Transporte de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes se sugiere como valor mínimo de índice de refracción 1.5 o 1.6, mientras que para la curva granulométrica la misma normativa nos recomienda utilizar las granulometrías que se muestran en la tabla siguiente, en función del tipo de pintura con la que vayan a realizar las marcas en el pavimento.

En otros países como Estados Unidos existen normas que regulan las características de los elementos reflectivos que se adicionan a las pinturas de tráfico, tal es el caso de la AASHTO M-247, donde se proponen cinco clasificaciones para las microesferas de vidrio, cada una con una curva granulométrica distinta. De igual manera, por ejemplo, la Federal Aviation Administration (FAA) regula el uso de microesferas con índice de refracción de 1.9 o más. Por esta razón en el mercado existen diversas combinaciones de ambas propiedades, índice de refracción y granulometría, es decir, microesferas de vidrio con mayores índices de refracción (desde 1.5 hasta 2.4) y granulometrías más finas o más gruesas que las indicadas en la Normativa de la SCT. La elección del tipo de microesfera que debemos utilizar para dotar de propiedades reflectivas al marcaje de pavimentos está directamente ligada al desempeño deseado.

Influencia del índice de refracción en la reflectividad

El parámetro que más influye en los valores de reflectividad que una marca en pavimento puede alcanzar es, sin duda, el índice de refracción de las microesferas de vidrio. Esta propiedad está directamente ligada a lo que se conoce como cono de retorno de luz. La luz que regresa a los ojos de los conductores lo hace en forma cónica, variando su amplitud en función de la capacidad de curvatura de luz que tengan dichas microesferas.

A mayor capacidad de curvatura de las microesferas, es decir, a mayor índice de refracción, el resultado será un cono de retorno de luz más estrecho. En el caso opuesto, si las microesferas tienen menor capacidad de curvatura de luz, el cono de retorno será amplio, con mayor área de exposición frente al conductor.

Lo anterior cobra importancia si consideramos que durante un recorrido nocturno, un usuario de la carretera tiene la misma intensidad lumínica devolviéndose a sus ojos, independientemente del tipo de microesfera que tenga la pintura en su superficie (dado que estamos usando los mismos faros como fuente luminosa); sin embargo, si el cono de retorno de luz es más estrecho, el resultado será una mayor distancia de visibilidad. Es decir, tenemos la misma intensidad luminosa pero en menor área de exposición frente al conductor, debido a que se forma un cono de retorno con ángulos más agudos, lo que deriva en una mayor concentración de luz. El caso contrario es un cono de luz más grande, con la misma intensidad luminosa que el caso anterior, pero con una mayor área de exposición frente al conductor, por lo que la concentración de luz es menor respecto del caso anterior. En resumen, mientras la microesfera de vidrio tenga mayor capacidad de curvar la luz y en consecuencia los conos de retorno de luz sean más estrechos, entonces tendremos mayores distancias de visibilidad.

Es por lo anterior que en los aeropuertos la FAA limita el uso de microesferas de vidrio que tengan como mínimo índices de refracción de 1.9. La velocidad con la que un avión aterriza es tan grande que el piloto requiere de distancias de visibilidad muy grandes para orientarse con suficiente anticipación respecto de la geometría de la pista de aterrizaje.

Otro aspecto íntimamente ligado al índice de refracción es la capacidad del marcaje de reflejar luz aún en condiciones de lluvia. Como ya se describió antes, para que exista luz de regreso a los conductores la microesfera de vidrio debe enfocar dicha luz. En condiciones de lluvia el fenómeno de retroreflexión se ve alterado por la presencia de un tirante de agua que anega por completo la geometría de las microesferas de vidrio. La luz que proviene del faro del vehículo entonces se curva cuando penetra en el agua y se vuelve a curvar al entrar en la microesfera de vidrio. La constante exigencia de curvarse que tiene la luz en este modelo, hace insuficiente que un medio reflectivo convencional de 1.5 o 1.9 de índice de refracción sea capaz de devolver la luz en la dirección de la fuente luminosa y lo hacen en una dirección distinta, entre 60° y 90° respecto de la horizontal.

Como resultado de algunas investigaciones recientes se ha logrado determinar que el valor óptimo que debe tener un elemento reflectivo, para que en condiciones de lluvia logre curvar suficientemente la luz para que ésta se devuelva en la dirección de la fuente luminosa, debe ser de 2.4. Este valor es el mismo que tiene el diamante de forma natural. En el mercado existen elementos reflectivos que van desde 1.5 y hasta 2.4 de índice de refracción.

De acuerdo con lo expuesto anteriormente, cuando se requiera que las marcas en el pavimento posean propiedades reflectivas en condiciones de lluvia, deberán contener una mezcla de elementos reflectivos de índices de refracción de 1.5 y 2.4.

Medición del coeficiente de retroreflexión

La evaluación del coeficiente de retroreflexión de una marca en el pavimento no es solamente cualitativa, sino que existen equipos y métodos para su control. En la Normativa SCT se sugieren valores mínimos con los que dichas marcas deben contar al inicio y hasta los seis meses posteriores a su instalación, inclusive se nos recomienda cual debe ser el valor mínimo de reflectividad con el que éste tipo de señalamiento debe contar antes de ser renovado.

Convencionalmente la medición del coeficiente de retroreflexión se realiza en campo. Lo anterior permite obtener información de las condiciones reales en las que opera el marcaje. Para realizar esta medición se utiliza un equipo llamado retroreflectómetro, mismo que, además de ser portátil, debe cumplir con una geometría de medición especificada por el Comité Europeo de Estandarización (CEN, por sus siglas en inglés). Dicha geometría considera un ángulo de entrada de 88.76° y un ángulo de observación de 1.05°.

En el marco normativo local no existen manuales o normas que regulen los métodos de prueba y equipos que deben utilizarse para este tipo de evaluaciones, sin embargo, podemos utilizar como referencia la Norma ASTM E-1710, Standard Test Method for Measurement of Retroreflective Pavement Marking Materials with CEN-Prescribed Geometry Using a Portable Retroreflectometer. Esta norma describe además de las características que deben tener los equipos de medición, el método de prueba para realizar las mediciones correspondientes. En términos generales, dicha norma establece que antes de iniciar con las mediciones debemos verificar que el equipo cumpla con la geometría descrita anteriormente, para después realizar mediciones del coeficiente de retroreflexión situando el equipo sobre la marca a evaluar. Debe tenerse cuidado de dos aspectos básicos: el área del lente de medición del equipo debe coincidir con el ancho de la línea evaluada y las mediciones deben hacerse en el sentido del tráfico.

Al igual que cualquier equipo que es utilizado para realizar mediciones de magnitudes, estos equipos deben tener un programa de calibración y además contar con un patrón portátil de calibración en campo que nos permita conocer antes de cada uso si se encuentra en condiciones adecuadas para realizar la evaluación. De esta manera sabremos si las desviaciones que pueda tener se encuentran en un rango que las haga confiables.

En el mercado existen diversos tipos de reflectómetros: con GPS, impresoras, medidores de color, etcétera. Es recomendable utilizar alguno que sea capaz de almacenar la información en una memoria interna que nos permita trasladarla en gabinete a equipos de cómputo, para un mejor análisis y administración.

Si el marcaje que se evaluará contiene elementos ópticos de 2.4 de índice de refracción, es decir, se trata de marcajes capaces de reflejar en luz en condiciones de lluvia, entonces podemos utilizar como referencia las normas ASTM E-2176, Standard Test Method for Measuring the Coefficient of Retroreflected Luminance of Pavement Markings in a Standard Condition of Continuous Wetting y E-2177, Standard Test Method for Measuring the Coefficient of Retroreflected Luminance (RL) of Pavement Markings in a Standard Condition of Wetness.

Estos métodos de prueba especifican las condiciones en las que se deben realizar mediciones del coeficiente de retroreflexión cuando se pretende simular la presencia de lluvia sobre las marcas en pavimento. El método E-2176 simula las condiciones de una lluvia continua, mientras que el método E-2177 simula las condiciones que ocurren inmediatamente después de una lluvia. El segundo es el más utilizado para comparar los valores de retroreflectividad con los que se obtienen utilizando el método E-1710, que simula condiciones secas.

La descripción de los métodos mencionados se describe enseguida, considerando para ambos casos que las mediciones deben realizarse en el sentido del tráfico.

Método E-2176: Debe contarse con un equipo de aspersión que sea capaz de depositar agua de forma continua sobre las marcas en evaluación. Las mediciones del coeficiente de retroreflexión se realizan al mismo tiempo que se vierte agua en todo el ancho y el largo de la zona que se esté midiendo. Los valores obtenidos pueden ser interpretados como las intensidades lumínicas que el usuario tendrá al conducir por la vialidad en presencia de lluvia.

Método E-2177: Debe marcarse la zona que se evaluará, para posteriormente verter agua sobre todo el largo y ancho de la línea. Una vez humedecida la zona deben dejarse transcurrir 60 segundos antes de comenzar a realizar mediciones. Dichas mediciones deben hacerse en la zona marcada previamente. La idea de marcar con antelación la zona de evaluación, obedece a que antes de humedecer las marcas en pavimento se realicen mediciones de reflectividad en condiciones secas, para comparar los resultados de las evaluaciones realizadas en condiciones secas y húmedas.

Si lo que se busca es tener un marcaje de pavimentos que tenga propiedades reflectivas tanto en condiciones secas como con la presencia de lluvia, entonces los valores del coeficiente de retroreflexión que se obtienen usando el método E-1710 y el método E-2177 deben ser muy parecidos, además de encontrarse por encima de los valores recomendados en la Normativa local vigente. Lo anterior garantiza que se cumpla con el objetivo principal de cualquier señalamiento vial: ser visible a cualquier hora y bajo cualquier condición climática.

Cutberto García Líder de Unidad de Negocio, Sistemas de Seguridad de Tráfico, 3M de México.