Estabilidad al deslizamiento

Transcripción

1 Estabilidad al deslizamiento 1. Introducción Cuando un vehículo circula por una alineación curva, ese se encuentra en el elemento del trazado en planta donde su estabilidad se ve más comprometida. Por ello el objetivo de este articulo, es de analizar las condiciones dinámicas a las que se ve sometido un vehículo cuando aborda una curva, y particularmente la importancia de los parámetros geométricos de la carretera a la hora de garantizar su estabilidad y, por ende, la seguridad de sus ocupantes, en cada una de las situaciones climáticas previsibles. Sabemos que las curvas de carreteras son los elementos de trazado en planta en las que la estabilidad del vehículo se ve más comprometida. Ya que, la distribución de las fuerzas execradas sobre el vehículo es muchísimo mas compleja la existente en alineaciones rectas. Así que, un buen diseño geométrico de las curvas tiene una importancia capital para asegurarse que el trafico de vehículo en esa se ejerza de la forma la más segura y cómoda posible en diversas condiciones de circulación. Por eso, este trazado debe adaptarse a la dinámica del vehículo en alineaciones curvas. 2. Dinámica del vehículo en alineaciones curvas El comportamiento de un vehículo tomando una curva es totalmente distinto que cuando el vehículo circula por línea recta. La principal diferencia entre ambas situaciones es la aparición en el primer caso de la fuerza centrífuga. La fuerza centrifuga es la fuerza aparente que tiende a desplazar el coche hacia la parte externa en un recorrido corto. Para contrarrestar dicho efecto, se dota a la curva de un peralte o inclinación transversal. Para contrarrestar dicho efecto, se dota a la curva de un peralte. También, esta fuerza se disminuir al aumentar el radio de la trayectoria, ya que más amplia sea la curva menos fuerza experimentara. Las fuerzas actuantes sobre el vehículo son las siguientes:

2 Diagrama de fuerzas actuantes sobre el vehículo en una curva (Fig.1): Peso del vehículo (P): Es una fuerza vertical aplicada en el centro de masas del vehículo, c, generada como consecuencia de la acción del campo gravitatorio terrestre. Puede expresarse en función m la masa del vehículo y g la aceleración local de gravedad: Fuerza centrífuga (Fc): Fuerza centrífuga es la que tiende a alejar el vehículo del centro de rotación del eje mediante la velocidad tangencial, perpendicular al radio, en una curva circular. Es proporcional a la aceleración normal, an, que depende de la velocidad a la que circula el vehículo, v, y del radio r de la curva:

3 Fuerza de rozamiento (R): Los neumáticos son los encargados de asegurar en todo momento el agarre del vehículo al suelo. Este agarre se consigue con el rozamiento entre la superficie del suelo y la banda de rodadura del neumático. Depende de la reacción normal a la superficie de contacto, N, y del coeficiente de resistencia al deslizamiento transversal, ft: 3. Condiciones de deslizamiento : La condición de deslizamiento dependerá de los valores adoptados por el peralte y la velocidad de circulación del vehículo, pudiéndose dar un desplazamiento del vehículo hacia el exterior de la curva, provocado por una velocidad excesiva, por insuficiencia de peralte o por una baja adherencia neumático-pavimento, o por el contrario, un deslizamiento hacia el interior de la curva, ocasionado normalmente por un peralte excesivamente pronunciado. De ambos casos, el primero es el más común. Entonces las causas de un deslizamiento en una curva se pueden resumir según que el desplazamiento sea hacia el exterior o el interior: Tipo de desplazamiento Hacia el exterior Hacia el interior Causas Velocidad excesiva Peralte insuficiente Baja adherencia Peralte excesivo Velocidad baja

4 4. Parámetros determinantes de la estabilidad del vehículo Tenemos principalmente cuatro tipos de parámetros cuya adecuada combinación determina la estabilidad del vehículo al abordar una curva. Estos parámetros pueden depender de la geometría de la curva, como el radio horizontal y peralte de la curva, o depender de condiciones externas tales como el tipo de usuario o la climatología. Se puede distinguir los siguientes parámetros: Relativos al trazado de la carretera: o El radio horizontal de la curva: r. o El peralte: p. Relativos al usuario y a las condiciones climáticas: o La velocidad de circulación: v. o El coeficiente de resistencia al deslizamiento transversal: ft, dependiente en gran medida de las condiciones climáticas, presencia de agua o hielo en el pavimento, de la velocidad de circulación y del estado del pavimento. Según la Norma 3.1-IC de carreteras, se puede relacionar la velocidad, el radio, el peralte y el coeficiente de rozamiento transversal movilizado mediante esta fórmula: V 2 e = 127 R (f t + p/100) Siendo: V e = velocidad especifica (km/h). R = radio de la curva (m). f t = coeficiente de rozamiento transversal movilizado. P = peralte (%). 5. Aplicación a de la normativa vigente: La actual Instrucción de Carreteras, en su Norma 3.1-IC, aprobada por Orden Ministerial del 27/12/1999, especifica los criterios, parámetros y valores con los que se

5 deben proyectar alineaciones curvas y, por tanto, deben satisfacer la totalidad de las carreteras integrantes de cualquier red viaria española. En lo que respecta a esta comunicación, son de utilidad los datos proporcionados por dicha norma acerca de los radios mínimos a adoptar en función de la velocidad, así como los valores a adoptar en peraltes y del máximo coeficiente de rozamiento transversal movilizado. El radio mínimo a adoptar depende directamente de la velocidad específica de la curva, mientras que el valor del peralte viene condicionado por el radio de la curva horizontal al que se vincula, así como por la categoría de la vía considerada. Entonces con la ayuda de la tabla siguiente se puede obtener el radio y la pendiente mínima de una curva: Radio mínimo y peraltes a adoptar en carreteras (Norma 3.1-IC, 1999)

6 Mientras que el Coeficiente de Rozamiento Transversal movilizado viene determinado por la velocidad de proyecto, en condiciones de firme húmedo: Valores máxima de coeficiente de Rozamiento Transversal a adoptar en proyectos de carreteras (Norma 3.1-IC, 1999) Aplicando dichos valores a las condiciones de inestabilidad estudiadas, pueden evaluarse las condiciones existentes de seguridad en diversas condiciones climáticas: firme seco (ft = 0.45), húmedo (ft en función de v) o con hielo (ft = 0,10), obteniendo los coeficientes β y γ, así como la máxima de velocidad a la que se puede circular en condiciones de seguridad, v1. Evaluación de la seguridad en las curvas aplicando condiciones normativas (carreteras del Grupo 1, Norma 3.1-IC)

7 Evaluación de la seguridad en las curvas aplicando condiciones normativas (carreteras del Grupo 2, Norma 3.1-IC) 6. Bibliografía BAÑÓN, L., BEVIÁ, JF. (2000). Manual de Carreteras. 1ª ed. Enrique Ortiz e Hijos, S.A. Alicante. KRAEMER, C. et al (1999). Carreteras I. 1ª ed. Colección Escuelas. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid. MINISTERIO DE FOMENTO (2000). Norma 3.1-IC: Trazado. O.M. de 27 de diciembre de Tomas Jover Roberto, Bañon Blasquez Luis, Ferreiro Preito Juan Ignacio. (2008). La estabilidad del vehículo en las curvas: aspectos geométricos y su influencia en el coeficiente de seguridad. Alicante.