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
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
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
El Concepto de Seguridad Vial
Conducción Normal Ruptura Emergencia Accidente
Colisión
Estímulos
Factores Detonantes
Factores Agravantes
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
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
El Riesgo Latente en los Pavimentos
Clase de Factor Atributo IndicadorGrado de Percepción
del UsuarioFricción y/o
TexturaMacro y Micro
TexturaIFI Bajo
RugosidadConfort
Relación Velocidad Rugosidad
IRI Alto
Defectos Superficiales
Severidad y Extensión PCI Medio
Perfil Longitudinal
Perfil Lateral
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
El Riesgo Latente en los Pavimentos
Clase de Factor Atributo IndicadorGrado de Percepción
del UsuarioFricción y/o
TexturaMacro y Micro
TexturaIFI Bajo
RugosidadConfort
Relación Velocidad Rugosidad
IRI Alto
Defectos Superficiales
Severidad y Extensión PCI Medio
Perfil Longitudinal
Perfil Lateral
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
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 = ΣFhorizontal / Σ FVertical
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
La Micro y Macro-textura
Longitud de Mega-textura
Longitud de macro-textura
Profundidad de mega-textura
Micro-textura Profundidad de macro-textura
Longitud de micro-textura
Profundidad de micro-textura
Aspereza
(Echaveguren (2004). Traducido del original: Highways Agency, 1999).
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Relación entre Fricción y Accidentes
Conducción Normal
Ruptura Emergencia Accidente
Colisión
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
Resistencia al Deslizamiento (BPN)
Rie
sgo
rel
ativ
o d
e ac
cid
ente
s (%
)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Relación entre Fricción y Accidentes
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
Resistencia al Deslizamiento (BPN)
Rie
sgo
rel
ativ
o d
e ac
cid
ente
s (%
)
cual es el umbral?
(Adaptado de Wallman y Astrom, 2000)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Comportamiento Teórico de la Fricción en el tiempo
Edad
Comportamiento de Largo Plazo
Fricción Fase Transiente Fase Permanente
0 3 - 5 20
1
0
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Comportamiento de la Fricción en el tiempo en Pav. Hormigón
( ) ( ) 0( ) (0) ( ) (0) cos( )2
D
C
PEA t AF t F F F e tω ϕ
= + ∞ − + +
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Time (Years)
Ski
d R
esis
tan
ce (
SF
C,
50 K
m/h
)
Traffic High Traffic Medium Traffic Low Trend
(Echaveguren, 2008)
3.000 secciones, medidas entre 2005 y 2007 en cada estación del año
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Cuando es necesario recuperar fricción?
Fricción
0
1
0
Edad
Umbral de Alerta
Umbral de Intervención
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Cuando es necesario recuperar fricción?
Fricción
0
1
0
Edad
Umbral de Alerta
Umbral de Intervención
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
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
0
1
0Edad
Umbral de Alerta
Umbral de Intervención
Recuperación de Fricción
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Cuándo aplicar técnicas de recuperación de fricción
Tipo de superficieProblemas existentes
Condiciones de RD y Tx
Aplicabilidad de la actividad de retexturizado
Bush Hammering
Shot Blasting
Ranurado (grooving)
Cepillado (grinding)
ScabblingAire comp.
calienteAgua a presión
Hormigón Reforzado
Continuo (CRCP)
Superficie muy pulida (requiere recuperar RD)
Buena Tx o o x x o o x
Pobre Tx o o x x o o x
Ranuras desgastadas (recuperar Tx)
Buena RD o o OK OK o x x
Pobre RD o o o o o x x
Ruido y Tx excesivos
Buena RD OK x x x o x x
Remover grasa, aceite, caucho
Buena RD x o x x x o OK
Hormigón con Juntas
Superficie muy pulida (requiere recuperar RD)
Buena Tx o o x x o x x
Pobre Tx o o x x o x x
Ranuras desgastadas (recuperar Tx)
Buena RD o o o o o x x
Pobre RD o o o o o x x
Ruido y Tx excesivos
Buena RD o x x x o x x
Remover grasa, aceite, caucho
Buena RD x x x x x o OK
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
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)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Nuevos
TécnicaFricción
(IFI)Textura
(mm)Duración
(años)Inversión
USD/Km (4)Burlap Drag
(texturado con tela gruesa)65 BPN 0,6 mm 5 – 7 330
Turf Drag
(Texturado con césped sintético)0,7 SFC 0,6 mm 5 - 7 330
Brooming
(Barrido)0,7 SFC 0,6 mm 5 - 7 330
Tinning
(acanalado con moldes plásticos)40 – 45 (1) < 3 mm (3) 10 - 15 900
(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)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Nuevos
Burlap Drag (texturado con tela gruesa)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Nuevos
Turf Drag (Texturado con césped sintético)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Nuevos
Brooming (Barrido)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Existentes
Impacto y Abrasión
Bush Hammering
(con martillos)Shot Blasting
(con bolillas o arena)Scabbling
(discos con protuberancias)
Cepillado y Ranurado
Diamond Grinding
(cepillado con discos diamantados)Diamond Grooving
(ranurado con discos diamantados)
Acción de fluidos
Water Abrasive Blasting
(agua a presión)Hot Compressed Air
(Aire Comprimido Caliente)
SellosHigh Friction Surfacings
(Sellos de Alta Fricción)
(De Solminihac et al, 2004; Yáñez, 2005)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Técnicas de Recuperación de Fricción: Pavimentos Existentes
TécnicaFricción Textura
(mm)Duración
(años)InversiónUSD/Km
Bush Hammering
(con martillos)65 BPN 0,9 3 12.000
Shot Blasting
(con bolillas de acero o arena)0,8 SFC 0,8 3 18.000
Scabbling
(discos con protuberancias)0,7 SFC 1,0 3 - 5 12.200
Diamond Grinding
(cepillado con discos diamantados)76 BPN 1,0 5-6 18.000
Diamond Grooving
(ranurado con discos diamantados)77 BPN 1,5 10-15 35.000
Water Abrasive Blasting
(agua a presión)0,7 SFC 1 – 2 1 - 2 4.000
Hot Compressed Air
(Aire Comprimido Caliente)0,5 SFC 0,2 1 60.000
High Friction Surfacings
(Sellos de Alta Fricción)85 BPN 0,8 10 400.000
(De Solminihac et al, 2004; Yáñez, 2005)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Pavimentos Existentes: Bush Hammering
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Pavimentos Existentes: Bush Hammering
Aumento de RD desde 40 – 45 BPN hasta 60 – 70 BPN
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Pavimentos Existentes: Shot Blasting
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Pavimentos Existentes: Diamond Grinding
Ancho interno: 2.0 mm para áridos duros2.8 mm para áridos blandos
Ancho de discos diamantados(2.5 to 3.3 mm)
Ancho interno: 2.0 mm para áridos duros2.8 mm para áridos blandos
Ancho de discos diamantados(2.5 to 3.3 mm)
Ancho interno: 2.0 mm para áridos duros2.8 mm para áridos blandos
Ancho de discos diamantados(2.5 to 3.3 mm)
Ancho interno: 2.0 mm para áridos duros2.8 mm para áridos blandos
Ancho de discos diamantados(2.5 to 3.3 mm)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Pavimentos Existentes: Diamond Grooving
19 mm
3.2 mm min6.4 mm max
Espesor de discos de corte(2.5 mm)
19 mm
3.2 mm min6.4 mm max
Espesor de discos de corte(2.5 mm)
19 mm
3.2 mm min6.4 mm max
Espesor de discos de corte(2.5 mm)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
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.
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Pavimentos Existentes: Sellos de Alta Fricción
Tránsito pesado máximo diario por pista
Sitio (HD28/94)
Características Principales SAF Tipo 1 SAF Tipo 2 SAF Tipo 3
FAproximaciones y cruces de intersecciones importantes
3.500 1.000 250G1
Pendientes entre 5 y 10%, tramos de longitud > 50 m
H1Curvas con radios entre 100 y 250 m, con velocidad límite superior a 40 millas/h
L Rotondas
G2Pendientes superiores a 10%, tramos de longitud > 50 m
2.500 750 175H2
Curvas con radios inferiores a 100 m, con velocidad límite superior a 40 millas/h
J / KAproximaciones a zonas riesgosas (rotundas, intersecciones semaforizadas, cruces peatonales, cruces ferroviarios)
2.500 500 100
Fuente: BBA HAPAS (British Board of Agreement, Highway Authorities Product Approval Scheme, 2004)
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Pavimentos Existentes: Sellos de Alta Fricción
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Criterios para seleccionar la mejor técnica
Valor AnualNeto
Impacto Constructivo
Nivel deRuido
Fricción(IFI)
•Resistencia al Deslizamiento
•Textura•Durabilidad en el tiempo
•Ruido (DbA)•Polución
•Vida Útil•Horizonte de Evaluación
• Inversión•Valor Residual•Costo Usuarios:
•Operación•Demoras•Accidentes•Tiempo de Viaje
Requisitos Técnicos Requisitos Económicos y Ambientales
•Ruido (DbA) en el tiempo
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
Criterios para seleccionar la mejor técnica
Valor AnualNeto
Impacto Constructivo
Nivel deRuido
Fricción(IFI)
•Resistencia al Deslizamiento
•Textura•Durabilidad en el tiempo
•Ruido (DbA)•Polución
•Vida Útil•Horizonte de Evaluación
• Inversión•Valor Residual•Costo Usuarios:
•Operación•Demoras•Accidentes•Tiempo de Viaje
Requisitos Técnicos Requisitos Económicos y Ambientales
•Ruido (DbA) en el tiempo
Cómo agregar estos criterios disímiles?
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
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
Ejemplo de Matriz de Importancia
Criterio Baja Media Alta Valor Factor
Indice de Fricción Int.
10 10 10/28
Nivel de Ruido en Servicio
8 8 8/28
Valor Anual Neto
7 7 7/28
Impacto Constructivo
3 3 3/28
Total 28
Introducción – Fricción – Recuperación - Selección – Conclusiones
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/50.000
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
Aspectos Relevantes
• La fricción es una variable que contribuye a la presencia de riesgo latente
• Está comprobado empíricamente que baja fricción está correlacionada 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.
Top Related