Gestión de Fricción en Pavimentos de Hormigón: Un aporte a la seguridad vial. Dr. Ing. Tomás Echaveguren, Universidad de Concepción, Chile

Transcripción

1 Gestión de Fricción en Pavimentos de Hormigón: Un aporte a la seguridad vial Dr. Ing. Tomás Echaveguren, Universidad de Concepción, Chile Buenos Aires, Argentina, Octubre de 2010

2 TEMAS DE LA PRESENTACION Introducción Comportamiento de la Fricción en el Tiempo Técnicas de Recuperación de Fricción Principios de Selección de Técnicas de Recuperación de Fricción Conclusiones Buenos Aires, Argentina, Octubre de 2010

3 El Concepto de Seguridad Vial Estímulos Factores Agravantes Colisión Conducción Normal Ruptura Emergencia Accidente Factores Detonantes Desde el punto de vista de la ingeniería, proporcionar una infraestructura segura (es decir, exenta de peligros), consiste en dados los estímulos percibidos por el conductor, reducir al máximo posible los factores de riesgo (detonantes y agravantes) Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

4 El Riesgo de Accidentes y la Seguridad Vial R = (Pr)(C)(E) Riesgo objetivo (Ro): El que el conductor percibe a través de estímulos visuales. Riesgo subjetivo (Rs): Lo que el conductor interpreta Riesgo latente (Rl):Asociado a los estímulos no percibidos. (Por ejemplo, condición del pavimento) La misión de la seguridad vial es reducir el Ro y Rl, particularmente pensando en Rl, dado que el conductor no lo percibe. Este es ámbito de la acción de la ingeniería de pavimentos. Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

5 El Riesgo Latente en los Pavimentos Perfil Longitudinal Perfil Lateral Clase de Factor Atributo Indicador Fricción y/o Textura Rugosidad Defectos Superficiales Macro y Micro Textura Confort Relación Velocidad Rugosidad Grado de Percepción del Usuario Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones IFI IRI Bajo Alto Severidad y Extensión PCI Medio

6 El Riesgo Latente en los Pavimentos Perfil Longitudinal Perfil Lateral Clase de Factor Atributo Indicador Fricción y/o Textura Rugosidad Defectos Superficiales Macro y Micro Textura Confort Relación Velocidad Rugosidad Grado de Percepción del Usuario Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones IFI IRI Bajo Alto Severidad y Extensión PCI Medio

7 El concepto de Fricción La Fricción (o Resistencia al Deslizamiento) es una propiedad del pavimento que describe su grado de adherencia con el neumático Es una fuerza resultante de la interacción del neumático con el pavimento y la interfase existente entre ellos. Se describe mediante el coeficiente de resistencia al deslizamiento (CRD). Está relacionada con la existencia de puntos de adherencia (micro-textura) y la evacuación pronta de agua en la interfase (macro-textura). CRD = ΣF horizontal / ΣF Vertical Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

8 La Micro y Macro-textura Longitud de Mega-textura Longitud de macro-textura Profundidad de mega-textura Aspereza Micro-textura Profundidad de macro-textura Longitud de micro-textura Profundidad de micro-textura (Echaveguren (2004). Traducido del original: Highways Agency, 1999). Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

9 Relación entre Fricción y Accidentes Colisión Conducción Normal Ruptura Emergencia Accidente Riesgo relativo de accidentes (%) Resistencia al Deslizamiento (BPN) Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

10 Relación entre Fricción y Accidentes Riesgo relativo de accidentes (%) Resistencia al Deslizamiento (BPN) (Adaptado de Wallman y Astrom, 2000) cual es el umbral? Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

11 Comportamiento Teórico de la Fricción en el tiempo Fricción Fase Transiente Fase Permanente 1 Comportamiento de Largo Plazo Edad Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

12 Comportamiento de la Fricción en el tiempo en Pav. Hormigón secciones, medidas entre 2005 y 2007 en cada estación del año Skid Resistance (SFC, 50 Km/h) Traffic High Traffic Medium Traffic Low Trend Time (Years) (Echaveguren, 2008) C D PEA ( t ) A 0 ( ) = (0) + ( ) (0) + cos( ω + ϕ ) ( ) F t F F F e t 2 Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

13 Cuando es necesario recuperar fricción? Fricción 1 Umbral de Alerta Umbral de Intervención 0 0 Edad

14 Cuando es necesario recuperar fricción? Fricción 1 Umbral de Alerta Umbral de Intervención 0 0 Edad

15 Qué técnicas de recuperación existen Pavimentos Existentes: Recuperación de macro-textura y micro-textura Pavimentos Nuevos: Acabado superficial tal que maximice la macro-textura y la micro-textura Fricción 1 Recuperación de Fricción Umbral de Alerta Umbral de Intervención 0 0 Edad

16 Cuándo aplicar técnicas de recuperación de fricción Aplicabilidad de la actividad de retexturizado Tipo de superficie Problemas existentes Condiciones de RD y Tx Bush Hammering Shot Blasting Ranurado (grooving) Cepillado (grinding) Scabbling Aire comp. caliente Agua a presión Hormigón Reforzado Continuo (CRCP) Hormigón con Juntas Superficie muy pulida (requiere recuperar RD) Ranuras desgastadas (recuperar Tx) Ruido y Tx excesivos Remover grasa, aceite, caucho Superficie muy pulida (requiere recuperar RD) Ranuras desgastadas (recuperar Tx) Ruido y Tx excesivos Remover grasa, aceite, caucho Buena Tx o o x x o o x Pobre Tx o o x x o o x Buena RD o o OK OK o x x Pobre RD o o o o o x x Buena RD OK x x x o x x Buena RD x o x x x o OK Buena Tx o o x x o x x Pobre Tx o o x x o x x Buena RD o o o o o x x Pobre RD o o o o o x x Buena RD o x x x o x x Buena RD x x x x x o OK

17 Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Nuevos Terminación de Textura Burlap Drag (texturado con tela gruesa) Turf Drag (Texturado con césped sintético) Brooming (Barrido) Tinning (acanalado con moldes plásticos) (De Solminihac et al, 2004; Yáñez, 2005)

18 Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Nuevos Técnica Burlap Drag (texturado con tela gruesa) Turf Drag (Texturado con césped sintético) Brooming (Barrido) Tinning (acanalado con moldes plásticos) Fricción (IFI) Textura (mm) (1) Medido con ASTM Trailer E274 (2) Medida con Mancha de Arena (3) No existen datos de textura (4) Costo inicial puesto en Cono Sur, en moneda del año 2005 (De Solminihac et al, 2004; Yáñez, 2005) Duración (años) Inversión USD/Km (4) 65 BPN 0,6 mm ,7 SFC 0,6 mm ,7 SFC 0,6 mm (1) < 3 mm (3)

19 Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Nuevos Burlap Drag (texturado con tela gruesa)

20 Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Nuevos Turf Drag (Texturado con césped sintético)

21 Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Nuevos Brooming (Barrido)

22 Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Existentes Impacto y Abrasión Cepillado y Ranurado Acción de fluidos Sellos (De Solminihac et al, 2004; Yáñez, 2005) Bush Hammering (con martillos) Shot Blasting (con bolillas o arena) Scabbling (discos con protuberancias) Diamond Grinding (cepillado con discos diamantados) Diamond Grooving (ranurado con discos diamantados) Water Abrasive Blasting (agua a presión) Hot Compressed Air (Aire Comprimido Caliente) High Friction Surfacings (Sellos de Alta Fricción)

23 Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Existentes Técnica Bush Hammering (con martillos) Shot Blasting (con bolillas de acero o arena) Scabbling (discos con protuberancias) Diamond Grinding (cepillado con discos diamantados) Diamond Grooving (ranurado con discos diamantados) Water Abrasive Blasting (agua a presión) Hot Compressed Air (Aire Comprimido Caliente) High Friction Surfacings (Sellos de Alta Fricción) (De Solminihac et al, 2004; Yáñez, 2005) Fricción Textura (mm) Duración (años) Inversión USD/Km 65 BPN 0, ,8 SFC 0, ,7 SFC 1, BPN 1, BPN 1, ,7 SFC ,5 SFC 0, BPN 0,

24 Pavimentos Existentes: Bush Hammering

25 Pavimentos Existentes: Bush Hammering Aumento de RD desde BPN hasta BPN

26 Pavimentos Existentes: Shot Blasting

27 Pavimentos Existentes: Scabbling

28 Pavimentos Existentes: Diamond Grinding Ancho de discos diamantados (2.5 to 3.3 mm) Ancho interno: 2.0 mm para áridos duros 2.8 mm para áridos blandos

29 Pavimentos Existentes: Diamond Grooving Espesor de discos de corte (2.5 mm) 19 mm 3.2 mm min 6.4 mm max

30 Pavimentos Existentes: Sellos de Alta Fricción Aplicación en caliente. Puede abrirse al tránsito en 20 minutos. Bauxita Calcinada (oxido de aluminio) y ligante premezclados en caliente. Aplicación en frio. Puede abrirse al tránsito en 3 horas. Bauxita Calcinada (oxido de aluminio) se esparce sobre el ligante.

31 Sitio (HD28/94) F G1 H1 L G2 H2 J / K Pavimentos Existentes: Sellos de Alta Fricción Tránsito pesado máximo diario por pista Características Principales SAF Tipo 1 SAF Tipo 2 SAF Tipo 3 Aproximaciones y cruces de intersecciones importantes Pendientes entre 5 y 10%, tramos de longitud > 50 m Curvas con radios entre 100 y 250 m, con velocidad límite superior a 40 millas/h Rotondas Pendientes superiores a 10%, tramos de longitud > 50 m Curvas con radios inferiores a 100 m, con velocidad límite superior a 40 millas/h Aproximaciones a zonas riesgosas (rotundas, intersecciones semaforizadas, cruces peatonales, cruces ferroviarios) Fuente: BBA HAPAS (British Board of Agreement, Highway Authorities Product Approval Scheme, 2004)

32 Pavimentos Existentes: Sellos de Alta Fricción

33 Criterios para seleccionar la mejor técnica Fricción (IFI) Nivel de Ruido Valor Anual Neto Impacto Constructivo Resistencia al Deslizamiento Textura Durabilidad en el tiempo Ruido (DbA) en el tiempo Vida Útil Horizonte de Evaluación Inversión Valor Residual Costo Usuarios: Ruido (DbA) Polución Operación Demoras Accidentes Tiempo de Viaje Requisitos Técnicos Requisitos Económicos y Ambientales Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

34 Criterios para seleccionar la mejor técnica Fricción (IFI) Nivel de Ruido Valor Anual Neto Impacto Constructivo Resistencia al Deslizamiento Textura Durabilidad en el tiempo Ruido (DbA) en el tiempo Vida Útil Horizonte de Evaluación Inversión Valor Residual Costo Usuarios: Ruido (DbA) Polución Operación Demoras Accidentes Tiempo de Viaje Requisitos Técnicos Requisitos Económicos y Ambientales Cómo agregar estos criterios disímiles? Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

35 Método Magnitud - Importancia Indice = Magnitud * Importancia* 100 Magnitud: Variación dimensional del aporte de cada criterio de decisión al resultado final. El valor depende de las unidades dimensionales de cada criterio (DbA, $, etc.). Usualmente se utiliza una función de transferencia que normaliza los valores dimensionales a un rango a-dimensional que varía entre 0 y 1. Importancia: Grado de relevancia del criterio de decisión. Varía entre 1 y 10 para variables individuales. En términos agregados, varía entre 0 y 1. Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

36 Ejemplo de Matriz de Importancia Criterio Baja Media Alta Valor Factor Indice de Fricción Int. Nivel de Ruido en Servicio Valor Anual Neto Impacto Constructivo / / / /28 Total 28 Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

37 Ejemplo de Funciones de Normalización de Magnitud Criterio Función de Valor IFI (F60 > 0,29) f(x) = 1,41(F60) 0,41 IFI (Sp> 68) f(x) = 0,008(Sp) 0,54 Ruido (15 < x < 95 DbA) f(x) = -0,0125x + 1,1875 Valor Anual Neto (x > 0) f(x) = x/ Impacto Constructivo (Ruido) f(x) = - 0,022x + 2,222 Impacto Constructivo (Polución) f(x) = - x + 1 Sp = a + b(tx) F60 = f(rd medida, velocidad de medición, equipo de medición, tipo de neumático de ensaye) Las funciones de normalización varían entre 0 y 1. La normalización se realiza de acuerdo a la banda de aceptación y rechazo de las variables individuales Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

38 Aspectos Relevantes La fricción es una variable que contribuye a la presencia de riesgo latente Estácomprobado empíricamente que baja fricción estácorrelacionada con el número y consecuencias de accidentes. Especialmente en curvas horizontales. Modelación de comportamiento estacional y de largo plazo. En el caso del hormigón, está dominado por el comportamiento estacional. Medición adecuada mediante equipos y procedimientos normados y certificados. Umbrales de fricción flexibles y realistas con las condiciones locales. Selección de técnicas costo-eficientes, propias para cada problema en particular. Tanto en pavimentos existentes como nuevos, las técnicas de recuperación de fricción tienen por objetivo recuperar la micro-textura y la macro-textura. Considerar sólo el sobre-costo de inversión en recuperación de RD es un error. Introducción Fricción Recuperación - Selección Conclusiones

39 Gestión de Fricción en Pavimentos de Hormigón: Un aporte a la seguridad vial Dr. Ing. Tomás Echaveguren Universidad de Concepción, Chile Buenos Aires, Argentina, Octubre de 2010