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Ing. Manuel Gonzáles de la Cotera Ing. Manuel Gonzáles de la Cotera
Dirección General de Caminos y Ferrocarriles – MTC -IV Seminario de Normatividad y Gestión de Infraestructura Vial
03 de octubre 2008
El concreto en los elementos de protección para la seguridad vial
• Elementos de concreto blanco
• Texturado de los Pavimentos
• Concreto permeable
• Sardineles
• Barreras
Propiedades del Pavimento de Concreto
- La construcción puede realizarse con equipo de tamaño reducido, disponible en empresas de diferente magnitud, utilizando mano de obra no especializada y materiales locales, o fácilmente disponibles.
- Su adecuación a lugares donde la Administración históricamente no es propensa a realizar trabajos de conservación.
- El reducido costo anual de la estructura, por su larga vida útil.
Las condiciones de seguridad se incrementan por la reflexión de luz.
La contribución del concreto al ahorro energético, por su bajo consumo de combustible fósil.
Recogen un constante desarrollo tecnológico.
CONCRETO BLANCO
El Concreto BlancoEl Concreto Blanco
El concreto blanco, en las estructuras de protección de la seguridad vial, ofrecen condiciones excepcionales en términos de visibilidad y reflectancia.
La mayor visibilidad característica de los elementos de concreto blanco, es e specialmente importante durante la noche y en circunstancias de lluvias.
El índice de reflectancia del concreto blanco es el doble que en los concretos grises, mejorando la iluminación de los sectores de riesgo.
• El costo de los elementos del concreto blanco son superiores al concreto normal.
• Es posible colocar una capa de mortero de cemento blanco sobre una matriz de concreto gris.
Las ventajas colaterales del concreto blanco son:
Se limpia fácilmente Su reparación se efectúa sin diferencia de color y tono del elemento original. Es mas económico a largo plazo que la pintura. Es posible un tratamiento eficaz anti grafiti.
MEZCLAS DE CONCRETO BLANCO EN BARRERAS DE MEDIANA Y DE PUENTE
AdministraciónDepartamento del
Transporte de Texas
Departamento del Transporte de Nueva
Jersey
Autoridad de Autovías del Estado de Nueva
York
Cemento Portland blanco 335 kg 385 kg 360 kgArido grueso 1185 kg 1100 kg 535 kg (20mm) 535 kg (12mm)Arido fino 650 kg 680 kg 695 kg
arena para hormigón arena blanca arena para hormigón
Agua 140 l 165 l 150 l Aire ocluido 0,065% 0,2% 0,15% peso cemento peso cemento peso cementoReductor de agua 0,3% 0,065% 0,16%
peso cemento peso cemento peso cemento
(reductor de agua de alta eficacia)
TEXTURADOTEXTURADO
El texturado superficial del pavimento permite una mayor adherencia de los vehículos, facilitando su conducción, mejorando su capacidad para el frenado y asegurando cualidades antideslizantes; en especial cuando el pavimento esta mojado.
La aplicación de textura al pavimento de concreto, es consecuencia de los estudios efectuado a partir de la década del cincuenta, debido al incremento del volumen de tráfico y el aumento de la velocidad de los vehículos. La primera realización se efectúo en Inglaterra en 1956 y en EE.UU. en el estado de California en 1960.
La adherencia entre el neumático y el pavimento es básica para la circulación de vehículos con seguridad.
La resistencia al deslizamiento disminuye al aumentar la velocidad.
En la circulación los cambios de velocidad, sea por aceleración o frenado y el cambio de dirección, como los giros del vehículo, son posibles por la fuerza de rozamiento entre los neumáticos y el pavimento. Si la fuerza del rozamiento es insuficiente no se puede conducir. Cuanto mayor sea el rozamiento menor peligro de deslizamiento.
Estadística recopilada por el Departamento de Transporte de Illinois.
Impacto de seguridad en la reconstrucción de la autopista Edens
Tipo de accidenteAccidentes antes de la reconstrucción, 1974
a 1977
Accidentes después de la reconstrucción
1989-1980Cambio, porcentaje
Total de accidentesSistema 62282 59869 - 3.9Edens 4216 3249 - 22.9Accidentes fatales
Sistema 196 181 - 7.7Edens 12 11 - 8.3Accidentes agravados
Sistema 15016 13677 -8.9Edens 1296 1001 -22.8
Condiciones húmedo nieve/hielo
Sistema 15122 16470 8.9Edens 1438 851 - 40.8Colisión fuera de la pista, con objeto fijo Sistema 7590 7769 2.4Edens 861 510 - 40.8
La Microtextura
El rozamiento entre los neumáticos y el pavimento se produce por al fuerza de adherencia debida a interacciones moleculares en función de la microestructura del pavimento.
La microtextura depende de la textura superficial de los áridos, cumple función de adherencia entre neumático y el pavimento, actuando en consecuencia sobre la resistencia al deslizamiento.
Aplicación del yute para obtener la microtextura
La macrotextura
La macrotextura actúa principalmente en pavimentos de alto tránsito, con velocidades superiores a 60 kilómetros/hora y específicamente cuando el pavimento esta mojado.
Su acción se produce por la deformación debida al histéresis elástica del neumático. La rugosidad restablece el contacto neumático-pavimento, restableciendo la adherencia.
Incrementa la resistencia a la rodadura.
Mejora la visibilidad nocturna al reflejar la luz de los
faros.
Mejora la visibilidad de las marcas de seguridad vial.
Tipos de Macro Estructura
La Textura Longitudinal
Mejor calidad de rodadura
Menor ruido
Mayor adherencia en curvas
La Textura Transversal
Mayor resistencia de frenado
Drenaje transversal
Mayor ruido
Texturado Transversal
Espaciamiento de ½ a 1 pulgada. Altura de 1/8 a 3/16 de pulgada Espesor de 0.80 a 1.25 de pulgada
Texturado Longitudinal
Espaciamiento de ¾ pulgada. Altura de 3/16 de pulgada Espesor de 3/32 a 1/8 de pulgada
Métodos para producir la macrotextura en el pavimento fresco, los que en orden según los mejores resultados, de mayor a menor según ACI.
1.- Longitudinal artificial turf and transverse tine (Turf artificial longitudinal y punta transversal)
2.- Transverse tine (Punta transversal)
3.- Transverse broom (Escoba transversal)
4.- Longitudinal artificial turf (Turf artificial longitudinal)
5.- Longitudinal tine (Punta longitudinal)
6.- Longitudinal broom (Escoba longitudinal)
Cepillo de cerdas plásticas
Macrotextura longitudinal obtenida mediante cepillo de cerdas plásticas
Influencia de la textura y de la velocidad en el coeficiente de resistencia al deslizamiento
CONCRETO PERMEABLECONCRETO PERMEABLE
El concreto permeable contiene agregados gruesos, de estrecha granulometría, con poco o ningún fino, e insuficiente pasta de cemento para rellenar los vacios entre las partículas de agregado grueso.
Este concreto de baja relación agua-cemento y bajo asentamiento, se mantiene unido por la pasta de cemento en los puntos de contacto del agregado grueso.
Las primeras realizaciones corresponden al Japón, país de superficie montañosa, con precipitaciones que hacen factible la reducción de la escorrentía en las ciudades. En los Estados Unidos, la Environmental Protection Agency (EPA) propicia su empleo, y en el presente año, el American Concrete Institute (ACI) ha establecido un código de buenas prácticas para este tipo de pavimentos. En Europa también existen numerosas experiencias en calzadas urbanas con este material.
Principales Ventajas:
La superficie rugosa a nivel macro, permite una mejor conducción a alta y baja velocidad.
La permeabilidad del concreto elimina el riesgo de hidroplaneo (aquaplaning).
Reduce el ruido producido por la rodadura del vehículo, debido al impacto del neumático sobre el pavimento, gracias a la absorción acústica de su superficie porosa.
El concreto permeable posee un alto contenido de vacíos (20% a 35%) y alta permeabilidad facilitando que el agua fluya.
La resistencia a compresión de mezclas varía de 35 a 280 kg7 cm2 (3.5 a 27.5 Mpa)
Las tasas de drenaje varían de 100 a 900 litros por minuto por metro cuadrado.
El pavimento de concreto permeable se mezcla y moldea en la obra con equipos convencionales de pavimentación y se compacta con rodillos. En obras pequeñas, se pueden utilizar reglas vibratorias o rodillos manuales.
Capa delgada de rodadura de hormigón poroso dispuesta sobre base de hormigón compactado
ACI 522-1-08
SPECIFICATION FOR PERVIOUS CONCRETE PAVEMENT
Report by ACI Committee 522
Mezcla Típica
Material Contenido
Cemento 180 a 360 kg/m3
Agregado grueso 1400 a 1600 kg/m3
Agregado fio 100 a 200 kg/m3
A/C 0.35 a 0.45
EJEMPLOS DE SECCIONES CON CAPA DE RODADURA DELGADA DE HORMIGÓN POROSO
Calle León-Bollée(París)
Tramo de ensayo en la autovía M-50
(eje de Culebro(Madrid)
Tramo de ensayo en la carretera N-525,
entre Herne y Galmaarden (Bélgica)
5 cm hormigón poroso
20 cm hormigón
5 cm hormigón poroso 25 cm hormigón
compactado20 cm suelo-cemento
4 cm hormigón poroso 18 cm hormigón armado continuo
Ejemplos de Secciones de Utilizando Capas Gruesas de Hormigón
Avenida de la Puerta de Vitry,
París (1992)
Villamayor (Salamanca)
1994
Carretera C-605Segovia- Zamarramala
1997
16 cm hormigón poroso
22 cm hormigón pobre
25 cm hormigón poroso
Riego de sellado + geotextil
25 cm grava cemento25 cm subbase granular
23 cm hormigón poroso
Lechada bituminosa + geotextil
25 cm suelo cemento
Reciclado del firmeExistente con 2% de cemento en un espesor de 20 – 30 cm
Características
PESO ENTRE 1600 A 1900 kg/m3
RESISTENCIA A COMPRESION DE 35 a 280 KG/CM2
PERMEABILIDAD
120 a 200 litros/minuto/m2
7.2 mm/hora/m2 a 12.0 mm./hora/m2
SARDINELESSARDINELES
SARDINELES DE CONCRETO
El sardinel de concreto constituye un elemento cuya función es delimitar un área de tránsito, encausando eventualmente los vehículos, por su naturaleza generalmente se construye longitudinalmente al borde de un pavimento.
En Perú la función del sardinel no esta bien delimitada por lo cual en la mayoría de los casos sirve únicamente para confinar un pavimento o vereda.
Los pavimentos pueden distinguirse en los siguientes tipos:
• Sardineles barrera
• Sardineles montables y
• Sardineles confinables
Sardineles Barrera
Los sardineles barrera tienen el objeto de impedir que el vehículo salga del carril por el cual transita desviando la llanta y encausándolo.
Se caracterizan por su geometría, conservando su sección prismática y un corte angular en la zona superior en el lado que da al carril.
La altura es la siguiente:
en ruta mín. en estacionamiento máx. Automóvil 20 25Camioneta 25 50Camión 30 50
El espesor mínimo se recomienda de 20 cm
Sardineles Montables
Permiten ser remontados por los vehículos sin daño a las llantas u otra parte del mismo. Se caracterizan por una pendiente máxima de 45º precedida de un escalonamiento. 20 cm para camionetas y camiones.- Altura / mínima
AutomóvilCamionetaCamiones
- Espesor 20 cm
BARRERAS DE SEGURIDADBARRERAS DE SEGURIDAD
Barreras de seguridad de concreto:
Se definen así los sistemas de contención de vehículos, fabricados en concreto y emplazados en la mediana o en los márgenes de carreteras y vías urbanas, para evitar que un vehículo se salga del cauce de circulación, reduzca la velocidad y se reoriente sin daño.
Estos sistemas, no están diseñados para impactos frontales.
Razón de Ser Impedir que un vehículo pueda dañar a personas que circulan por el exterior de la calzada. Impedir que los automóviles y en lo posible que los vehículos pesados penetren a áreas peligrosas, por ejemplo, la calzada opuesta. Reencauzar el vehículo en una dirección casi paralela a la barrera. Mantener dentro de límites admisibles las fuerzas a que se ven sometidos los ocupantes del vehículo. Reducir los costos ocasionados por daños materiales.
Soluciones Típicas
Súbitas restricciones del ancho de la vía.
Curvas pronunciadas luego de un tramo recto.
Cortes profundos cercanos a la calzada.
Terraplenes altos cercanos a la calzada.
Protecciones peatonales o de estructuras.
Medianas angostas en calzadas contiguas.
Clasificación
Las barreras de seguridad de hormigón (concreto) se clasifican de acuerdo con los siguientes criterios:
• Método de construcción;
• Número de lados aptos para el impacto;
• Capacidad de contención;
• Perfil transversal.
Criterio del método de construcción En función de su método de construcción, se clasifican en:
Continuas (fabricadas "in situ" mediante encofrados deslizantes o fijos),
Prefabricadas
Modulares (fabricadas con encofrados perdidos).
Criterio del número de lados aptos para el impacto En función de este número de lados, se clasifican en barrera simple y barrera doble.
La barrera simple tiene una sección transversal que presenta un solo lado apto para el impacto.
La barrera doble tiene una sección transversal con ambos lados aptos para el impacto.
Criterios de capacidad de contención
En función del tipo de vehículo que es capaz de contener, se pueden clasificar en normales y especiales, siendo esta última una barrera cuyo comportamiento frente al impacto ha sido mejorado, con el fin de poder resultar eficaz ante el impacto de vehículos pesados.
Criterio del perfil transversal
En función del tipo de perfil transversal las barreras se clasifican en:
perfil “New Jersey”; perfil “F” perfil “New Jersey recrecido”.
Las figuras 1 a 3 muestran las formas de dichos perfiles.
Fig. 1 - Perfil “New Jersey” Fig. 2 - Perfil “F”
Fig. 3 - Perfil “New Jersey recrecido
Mecanismos de Reacción En la barrera New Jersey al momento del choque, la rueda frontal del vehículo se pone en contacto con la parte vertical de 7.5 cm. de altura que tiende a frenar y enderezar el vehículo.
Si esta resistencia inicial es vencida. la rueda asciende por la cara inclinada 55° y una o ambas ruedas y el costado del vehículo son levantados hasta 26 cm., por encima de la calzada. Esta elevación absorbe la energía del impacto y equilibra el momento de vuelco mediante la compresión de la suspensión del vehículo. Con pequeños ángulos de impacto esto sucede sin que la carrocería golpee la barrera.
Si la velocidad del vehículo y el ángulo de impacto son suficientemente altos. la rueda continúa ascendiendo por encima del talud de 55°. poniéndose en contacto con la parte superior casi vertical de la barrera. lo que completa el frenado y encauzamiento del vehículo, redirigiéndolo al carril contiguo a la barrera, paralelamente a la misma.
Las características técnicas tomadas en consideración de acuerdo a la terminología CEN/TC226/WG1 a: El “nivel de contención” (por ejemplo, nivel de energía absorbible)
La “severidad del impacto” (la severidad del impacto en términos de energía transferidos a la barrera).
La “deformación del sistema de restricción” (el ancho de la deformación total sufrida por la barrera a continuación del impacto).
La Regulación define las pruebas de choque a las cuales debe estar sujeta la barrera, basadas en las características de desempeño son definidas 11 pruebas, caracterizadas por la masa y velocidad del vehículo colisionador, y por el ángulo (estándar) correspondiente al impacto vehículo-barrera.
Índice de Severidad
Is = ½ (P/g) (v senβ)2
Donde :
Is = Indice de severidad (KNm);P = Peso del vehículo (KN);g = aceleración de la gravedad (m/s2)v = velocidad de impacto (m/s):β = ángulo de impacto β
Aplicación de las Barreras
El uso de las barreras corresponde a los siguientes parámetros:
- Magnitud del Indice de Severidad, se clasifican en diferentes clases.
- Tipo de Tráfico, se clasifica de acuerdo al porcentaje de vehículos pesados que se preveen para la vía.
- Tipo de vía. Según la norma oficial a la clasificación de vías de acuerdo a la norma oficial que las caracterice, incluyendo vías extraurbanas y vías urbanas.
