METODO DE EVALUACION DE LO DESLIZANTE DE UNA SUPERFICIE BASADO EN

LA PERCEPCION HUMANA

por N. Nagata, K. Kageyama, K. Goto, H. Ishida

Life Space Research Center, INAX Corporation. Tokoname Aichi 479 (Japón)

RESUMEN

Por lo general, el coeficiente de fricción se utiliza para evaluar si la superficie de un material acabado es resbaladizo o no. Aunque el coeficiente de fricción puede medirse con diferentes tipos de equipos de ensayo, resulta difícil aplicar los resultados obtenidos para evaluar la percepción humana de lo deslizante de una superficie.

El método O - Y PSM1)2)3y)5) fue desarrollado por el Prof. Dr. H. Ono (Tokyo Inst. of Tech.) con el objeto de evaluar lo deslizante de una superficie. Este equipo está preparado para detectar la percepción humana de lo deslizante de una superficie, mediante un mecanismo y un método de ensayo especialmente diseñado. Puede evaluar cómo percibe una persona lo resbaladizo, mediante un valor medido (CSR). En este estudio, se describen los detalles del desarrollo y las posibilidades futuras del O - Y PSM.

1. INTRODUCCION

Resulta peligroso patinar o resbalar mientras se camina. A fin de evitar dicho peligro, los materiales de pavimentación y de recubrimiento de suelos deben tener un acabado antideslizante. Por la misma razón, las baldosas deben tener también características antideslizantes cuando seutilizan en aceras y pavimentación públicas.

La propiedad antideslizante se evalúa por lo general, midiendo el coeficiente de fricción, para lo cual hay disponibles numerosos tipos de aparatos de ensayo. El dispositivo tipo arrastre de Inglaterra (Tortusa), el dispositivo tipo arrastre de los Estados Unidos, y el método de ensayo (DIN) alemán, que mide la mayor inclinación para la cual una persona no resbala, son métodos bien conocidos de medición de la propiedad antideslizante. Aunque estos métodos miden la resistencia al deslizamiento, sigue existiendo la incertidumbre acerca de si los valores medidos por estos métodos pueden correlacionarse con la percepción real de lo resbaladizo experimentada por el ser humano. Aunque el método DIN utiliza a un ser humano, los

resultados dependen de una evaluación subjetiva, y por lo tanto es probable que se produzcan algunos errores humanos.

El O - Y PSM (Medidor de Deslizamiento por Arrastre Ono - Yoshi~ka) ')~)"~)~) es una máquina de ensayo desarrollada por el Profesor Ono del Instituto de Tecnología de Tokio para medir la percepción humana de lo deslizante de una superficie. El mecanismo y las especificaciones de la máquina de ensayos se desarrollaron de forma tal que pudiera detectarse la percepción humana de las superficies deslizantes. Mediante la medición del valor CSR (coeficiente de resistencia al deslizamiento), con esta máquina de ensayo, es posible clasificar la manera en que una persona percibe lo resbaladizo.

En este informe se describe el desarrollo del O - Y PSM y se explican las diferencias de este método de medición respecto a otros métodos convencionales de medición de lo resbaladizo.

2. DESARROLLO DEL O - Y PSM

2.1. Fijación de la escala de percepción humana de lo descilante de una superficie

El aspecto más importante de esta máquina de ensayo, es que debe existir una fuerte correlación entre el valor medido por la máquina y el grado de lo resbaladizo de una superficie percibido por el ser humano. En otras palabras, la máquina debe ser capaz de reproducir la percepción humana de lo resbaladizo. Por lo tanto, es necesario establecer un orden de clasificación para mostrar qué tipo de superficie hace que un ser humano sienta que dicha superficie es resbaladiza, y qué tipo de superficie le hace sentir que no lo es. Esta clasificación se determinó utilizando el método de evaluación sensorial descrito a continuación.

Se prepararon varios tipos de muestras de diferentes materiales y rugosidades superficiales, clasificándolos desde muestras extremadamente resbaladizas hasta muestras absolutamente antideslizantes. Se pidió a sujetos calzados con zapatos que caminaran, corrieran, y se detuvieran sobre dichas muestras y que indicaran cómo percibían lo resbaladizo que era cada una de esas acciones, conforme a la clasificación de 1 a 7 mostrada en la Tabla 1 (1) (método de escala de clasificación). Se realizó el análisis de la varianza de los resultados para confirmar que existía un consenso entre los sujetos (es decir, que las diferencias entre la evaluación de los distintos individuos era pequeña). Seguidamente, utilizando la teoría de la medición de las escalas psicológicas, se ordenaron en una escala los resultados de la evaluación sensorial correspondiente a cada una de las acciones. En lo sucesivo, se denominará a esta escala, la escala de percepción de lo resbaladizo.

Tal como se muestra en la figura 1, existe una buena correlación entre las escalas de percepción de lo resbaladizo paracada acción. Por lo tanto, la evaluación relativa del nivel de lo resbaladizo no es influido por el tipo de acción, lo que indica que cada acción puede ser evaluada mediante la medición de un único valor.

Tabla 1 - Categorias de evaluación y preguntas Categoría N . O (1) Percepción (2) Seguridad

l . (-3) Muy resbaladizo Muy peligroso

2. (-2) Resbaladizo Peligroso

3. (-1) Ligeramente resbaladizo Ligeram. peligroso

4. (0) Neutral Neutral

5. (+ 1 ) Ligeram.antideslizante Ligeram. seguro

6. (+2) Antideslizante Seguro

7. (+3) Muy antideslizante Muy seguro

Caminando Corriendo

Fig. 1 - Relación de las escalas de percepción humana de lo deslizante de una superficie en diferentes acciones

2.2. Diseño y fabricación del prototipo de la máquina de ensayos

Antes de proceder a construir una máquina de ensayo basada en la teoría expuesta en la Sección 2.1, es necesario analizar brevemente la acción de caminar.

En la figura 2 se muestra la carga que se ejerce sobre el piso cuando una persona camina, corre o se detiene. Aunque al detenerse, ejerce una gran carga de impacto, la carga ejercida durante las demás acciones es, en general, prácticamente la misma, y vale la pena seIalar que cuando una persona que pesa 60 kg camina, la carga vertical máxima es de 80 kg.

Fig. 2 - Relación entre carga y tiempo en el caso de una persona de 60 kg. que camina

l. Leva Tabla 2 - Especificaciones aproximadas 2. C6lula de caga 3. Motor de la máquina de ensayo 4. Muelle 5. Cable 6. Bmzo de movimiento

veaical para peso Factor Nivel 7. Peso 8. D e s l i e r a 9. M U ~ E J Carga vertical 20,40,80 (Kg.) 10. Dispositivo de ajmte de

altura de la muestra Velocidad de la carga de tracción 30, 80, 120 (Kgf.1~)

Area de deslizamiento 30,45,60 (cm2)

Intervalo de tiempo de la carga* 0, 3 ,6 (S) Carga inicial de tracción 3 (kgf)

* Intervalo de tiempo desde que la deslizadera toca el suelo, hasta que se ejerce la carga de tracción sobre la deslizadera.

; 1 Fig. 3 - Esquema del O - Y PSM

Si se considera la superficie de contacto entre la suela del zapato y el piso, la parte que resbala puede ser el talón o la parte delante de la suela. Una investigación preliminar demostró que la mayoría de las personas sienten que es la parte delante del zapato la que tiende a resbalar más. Además, se considera que la clasificación de lo resbaladizo era la misma para el talón que para la parte delante de la suela, y que el movimiento de la parte delante era más estable que el del talón. Por estas razones, se seleccionó la parte delante de la suela como la superficie de contacto. La superficie de contacto es por lo tanto de 40-60 cm2.

La máquina de ensayo podía ser de tipo arrastre, de tipo de pieza articulada o tipo péndulo. Considerando que la superficie de contacto para los experimentos de deslizamiento es amplia (de 40 a 60 cm2), y que las mediciones deben poder realizarse en muestras incluso sometidas a la acción de la lluvia, optamos por el mecanismo de arrastre horizontal. (Ver figura 3).

Sobre la base de las condiciones mencionadas más arriba y otras condiciones requeridas para un funcionamiento sin problemas, las especificaciones aproximadas de la máquina de ensayo se perfilaron tal como se indica en la Tabla 2.

2.3. Decisión sobre las superficies finales de la máquina de ensayos.

Se midieron las muestras empleadas para la evaluación sensorial en la Sección 2.1 bajo cada una de las condiciones mostradas en la Tabla 2. Para cada condición, el coeficiente de resistencia al deslizamiento (CSR) se calculó dividiendo la carga máxima de arrastre (P,,.) por la carga vertical (W) (figura4). El CSR es un coeficiente similar al coeficiente de fricción estática. La suela del zapato empleada para la evaluación sensorial se utilizó como patín en estas mediciones.

El examen de la relación entre los valores del CSR obtenidos bajo cada una de las condiciones y la escala de percepción de lo resbaladizo obtenida en la Sección 2.1, demostró que se obtiene la mejor concordancia bajo las condiciones siguientes: Ts=Os, V,=80 kgfls, W=80 kg, A=60 cm2

Caminando m m .

e

50

E 40- 'O . *

O 0.2 0.4 0.6 0.0

Tiempo

- Pmax CSR =- W

(finalmente WSO)

CSH (1) Buen ejemplo

LrjR (2) Mal ejemplo

W = 80 Kg. Vrs = 80 Kg us w = 20 ~ g . vrs = 120 Kg.us A= 60 cm2.Ts= Os A= 60cm2 Ts= Os

Fig. 4 - Relación entre la carga de tracción y el tiempo utilizando la deslizadera como zapato

Fig. 5 - Relación entre la escala de percepción de lo deslizante de una superficie y el CSR en buenas condiciones y en malas condiciones

1

Hombres Mujeres C

Zapato Sandalia Zapato de vestir - - - - - - - - - . , - - - - - - - - . . S -

comiendo

Drleniend~ e

Fig. 6 - Relación entre la escala de~~aluaciói i de seguridad de la superficie resbaladiza y el CSR

A la máquina de ensayos utilizada en estas condiciones (finalmente, cambiamos la superficie deslizante de 60 cm2 a 56 cm2 (=7 x 8), se la denomina en lo sucesivo O - Y PSM (Medidor de Deslizamiento por Arrastre Ono - Yoshioka). En la figura 5 se muestra un buen ejemplo (1) (en las condiciones mencionadas más arriba) y un mal ejemplo (2). Resulta evidente, según la figura 5, que para simular la percepción humana de lo resbaladizo, la máquina de ensayo debía ser capaz de reproducir la acción humana de caminar hasta cierto punto.

2.4. Fijación de la escala de evaluación de la seguridad de una superficie resbaladiza.

La evaluación sensorial del deslizamiento y el no deslizamiento se realizó en la Sección 2.1. En general, se considera que un suelo resbaladizo es peligroso y se hace más seguro a medida que resulta menos resbaladizo. Nosotros confirmamos esta hipótesis. Se llevó a cabo una segunda evaluación sensorial en relación con la seguridad y la peligrosidad de los suelos. Se empleó el mismo método descrito en la Sección 2.1, pero la evaluación se efectuó de acuerdo con los 7 niveles enumerados en la Tabla 1 (2).

Los resultados del análisis de la varianza indicaron que existía un consenso entre los diferentes sujetos y que las muestras peligrosas y las muestras seguras se distinguían claramente, lo que permitió desarrollar una escala correspondiente a cada una de las acciones (caminar, correr, detenerse). La escala obtenida se denomina en lo sucesivo la escala de evaluación de la seguridad de una superficie resbaladiza.

En la figura 6 se muestra la relación entre la escala de evaluación de la seguridad de una superficie resbaladiza y los valores del CSR de las diferentes muestras obtenidas en la Sección 2.3. Para todos los tipos de zapatos y acciones, existe un pico en CSR = 0,5. Considerando el resultado de la Sección 2.3, que indica que el deslizamiento es menos probable que se produzca a medida que el CSR aumenta, de la figura 6 se puede desprender, que hasta CSR=0,5, una superficie menos resbaladiza significa mayor seguridad. No obstante, cuando la superficie se hace aún menos deslizante, aumenta la peligrosidad. Esto se debe a que si el CSR es mayor de lo necesario, puede producirse el tropiezo o el traspié, etc.

3. FIJACION DE LAS CONDICIONES DE ENSAYO PARA SIMULAR LA LLUVIA U OTRAS CONDICIONES REALES

Lo anterior es una descripción del nuevo método de ensayo y evaluación que corresponde a la percepción humana de lo resbaladizo. En la utilización real, sin embargo, los pisos no se encuentran siempre limpios y secos. Es más probable que se produzcan accidentes cuando la superficie está mojada por la lluvia o por el agua transportada por los paraguas, o cuando se ha manchado el piso de una cocina con aceite, etc.

Es necesario normalizar dichas condiciones de ensayo; describimos aquí, por ejemplo, la fijación de las condiciones de referencia para una superficie mojada por la lluvia. Utilizando el O - Y PSM, se efectuó la búsqueda de una substancia que diera el mismo valor de CSR que el agua de lluvia. Se observó que una mezcla de agua y polvo en una proporción de 4: 1 dió un valor de CSR cercano al del agua de lluvia. Esta mezcla fue, por lo tanto, utilizada en sustitución del agua de lluvia.

4. REFERENTE AL PATIN UTILIZADO EN LOS ENSAYOS

Cuando un fabricante de baldosas o de otros materiales emplea el método descrito más arriba para evaluar lo resbaladizo, es importante seleccionar un patín apropiado. A fin de examinar este punto, se midió la diferencia del valor de CSR, empleando una serie de zapatos diferentes representativos de los que se venden en Japón, junto con una serie de diferentes tipos de caucho, utilizados para las suelas de dichos zapatos. En el caso de todas las suelas, el CSR no era muy pequeño, siempre que el dibujo de la suela del zapato permaneciera intacto. Sin embargo, a medida que el dibujo de la suela del zapato se desgastaba, los valores del CSR eran diferentes según el tipo de suela. Escogimos la suela de zapato (EVA, durezade Shore = 50, grosor aproximado 1 cm), que resultaba más resbaladizo sin el dibujo de la suela, como el patín de

referencia. Puesto que puede haber alguna persona que siga calzando sus zapatos incluso si la suela se ha desgastado, utilizamos el patín de referencia en un estado tal que el dibujo de la suela había desaparecido.

5. EVALUACION DE LO RESBALADIZO DEL PIE DESCALZO

Hasta la Sección 4, se ha descrito la evaluación del deslizamiento con los sujetos calzados. El profesor Ono ha investigado asimismo, la evaluación del deslizamiento con los pies descalzos. El método de la evaluación es el mismo al descrito en la Sección 2, pero es necesario hallar un patín adecuado como substituto del pie descalzo. Después de una serie de pruebas, optamos por el substituto mostrado en la figura 7, y calculamos el valor del CSR B, que se muestra en la figura 8.

Los resultados presentaron una buena concordancia con la escala de lo resbaladizo (la escala que indica si es seguro o peligroso), del pie descalzo (ver la figura 9). Sin embargo, aunque el patín daba una buena concordancia con la percepción humana de lo resbaladizo en presencia de agua, o de agua jabonosa entre el pie y el suelo, el acuerdo era escaso en estado seco. Así pues, el O - Y PSM puede utilizarse para evaluar el deslizamiento del pie descalzo en las condiciones de humedad que pueden darse en los suelos de los cuartos de baIo, bordes de piscinas, etc.

s2 Caucho (dureza shore (A): 75)

Fig. 7 - Deslizadera para pie descalzo

0 . 0 0 . 4 0 . 8 1 . 2 1 .6

Tiempo (S)

- - - -[ ~aminancio 1 ~ a e i t a --e--------------

------------------ / A I O

' 1 Sentado y levantandose 1 Corriendo I

Fig. 9 - Relación entre la escala de evaluación de seguridad de una superficie resbaladiza y el CSR - B

Fig. 8 - Relación entre la carga de tracción y el tiempo de utilización de la deslizadera para pie descalzo

6. CONCLUSIONES

El método de ensayo O - Y PSM ha sido desarrollado por el profesor Ono para evaluar la percepción humana de lo deslizante de una superficie. Tal como se muestra en la figura 6, existe una buena concordancia entre el valor medido del CSR y la escala de evaluación de la seguridad de una superficie resbaladiza. Midiendo el CSR de una muestra desconocida, y utilizando ese valor en la figura 6, se puede evaluar la seguridad de la superficie resbaladiza. Se puede también evaluar la seguridad de una superficie resbaladiza en condiciones de lluvia, aplicando a la superficie de la muestra una capa de agua mezclada con polvo en una proporción de 4: 1, y seguidamente midiendo el CSR.

Además, utilizando el patín mostrado en la figura 7 como substituto del pie humano descalzo, y midiendo el CSR B de una muestra desconocida, se puede evaluar, mediante la figura 9, la seguridad de una superficie resbaladiza en el caso de pisos de cuartos de baño y orillas de piscinas.

[ l ] H.Ono, M.Miyaki, A.Kawata, M.Yoshioka : Study on the slipperiness of building floors and it's method of evaluating; Part. 1 Methodoloy of study and the scale of humansense on slipperiness; Transactions of Architectual Institute of Japan, No.321, (1982), In Japanese

[2] H.Ono : A study on the slipperiness of building floors and it's method of evaluating; Part. 2 Accumulation of data for the design, development and conceptualization of a new slipperiness tester; Transactions of Architectual Institute of Japan, No.333, (1983), In Japanese

[3] H.Ono, A.Kawata, M.Miyaki, S.Kawamura, T.Konishi, T.Mikami, H.Hashida, M.Yoshioka : Study on the slipperiness of building floors and it's method of evaluation; Part. 3 Design and development of a new slipperiness tester; Transactions of Architectual Institute of Japan, No.346, (1984)., In Japanese

[4] H.Ono, T.Sudou, K.Takeda : Study on the slipperiness of building floors and it's method of evaluation; Part. 4 Evaluating method of slipperiness of builing floors; Transactions of Architectual Institute of Japan, No.356, (1 985)., In Japanese

[5] H.Ono, T.Miyaki, Y .Yokoyama : Development of evaluating method of slipperiness floors and stairs, International Colloquium January 15-1 7, 199 1 ; Industrial Floors'9 1.