iii congreso ibero-americano de seguridad vial cisev 2012

III CONGRESO IBERO-AMERICANO DE SEGURIDAD VIAL CISEV 2012

INVENTARIOS Y AUSCULTACIÓN DE FIRMES

ENFOCADOS A LA SEGURIDAD VIAL

Bogotá 12 al 16 de Junio de 2012CISEV

I. Introducción

II. Inventarios de Carreteras y Seguridad Vial

a) Inventarios de Carreterasb) Inventarios de Carreteras enfocados a la seguridad vial

III. Características Superficiales del Pavimento en los inventarios de carreteras

IV. Influencia de las características de la superficie de rodadura en la seguridad vial

V. Sistemas de Inventariado y auscultación

VI. Proyección de Agua y Drenabilidad

VII. Conclusiones

ÍNDICE

I. INTRODUCCIÓN1. Situación de los Inventarios de carreteras en relación con las

características superficiales del pavimento

2. Situación de los Inventarios de carreteras en cuanto a la seguridad vial

3.Correlación entre características superficiales y la accidentalidad

4.Métodos de Auscultación de Alto Rendimiento de las características superficiales del pavimento

5.Métodos de Auscultación de Alto Rendimiento en relación con episodios de lluvia

6.Tesis de la comunicación: Inventario de red amplio que abarque los datos de accidentalidad y características superficiales del Pavimento y Tecnología de Auscultación de Firmes y aplicaciones informáticas que presenten estos datos.

II INVENTARIOS DE CARRETERAS Y SEGURIDAD VIALII a) Inventarios de Carreteras

• Inventarios de Carreteras dirigidos a la Conservación y Explotación de la Red: Datos referentes a la geometría de la carretera con equipos de alto rendimiento que permiten imágenes de gran resolución y un amplio registro del patrimonio viario y de equipamiento.

• Escasa atención a los márgenes de la carretera• Escasa atención a las características superficiales

• Bases de datos de tráfico: Intensidades, composición del tráfico y velocidades de circulación.

• Bases de Datos de Accidentes: Resúmenes y estadísticas sobre los mismos referentes a localización, tipos de vehículos implicados, víctimas….

• Bases de datos con características estructurales y funcionales de los firmes y su evolución temporal.

II INVENTARIOS DE CARRETERAS Y SEGURIDAD VIAL

II b) Inventarios de Carreteras enfocados a la seguridad vial

- MIRE “Model Inventory Of Road Elements” por la Federal Highway Administration, USA, 2010

- Guidelines and Specifications for Data Requirements for Road Network Inventory Study and Road Safety Evaluations por ERA-NET Comunidad Europea, 2011

Estas guías para la realización de inventarios tratan de:

• Homogeneizar los datos de una carretera para distintos países.

• Hacer hincapié en que se trata de un mínimo de elementos que pueden ser ampliables según las posibilidades de cada gestor.

• Sólo aspiran a disponer datos inventariados de la infraestructura, no tienen en cuenta conductores y vehículos.

V SISTEMAS DE INVENTARIADO Y AUSCULTACIÓN


Estas guías establecen un marco para una gran base de datos tipo, y que tendría 4 grandes módulos:

• Infraestructura: localización y parámetros de diseño, señalización, características de la carretera (sección transversal y equipamiento), datos de tráfico, características superficiales del firme, y márgenes de la carretera. Se referiría a todos los tramos de la red.

• Vehículos implicados: datos de los vehículos accidentados, datos de los sistemas de seguridad con que cuentan los vehículos accidentados, y evidencias del accidente sobre el terreno (velocidad, huellas, etc.).

• Factor Humano de cada accidente: conductores, pasajeros, y usuarios vulnerables.

• Datos ambientales del accidente: meteorología, visibilidad, etc….


Esta gran base de datos no tiene porqué encontrarse muy lejos de ser realidad, puesto que la tecnología para su disposición ya está disponible:

• Parámetros de diseño de la Infraestructura: Vehículos que registran la geometría de la carretera y obtienen imágenes de alta resolución.

• Datos referentes al equipamiento y a la sección transversal: Se obtienen de forma automática o semiautomática a partir de las imágenes de alta resolución.

• Datos de las características superficiales del pavimento y de visibilidad de la señalización: Campañas de auscultación de alto rendimiento.

• Infraestructura: son los datos referentes a los márgenes de la carretera los que deben hacerse de forma más laboriosa.

• Datos de tráfico y accidentes: Voluntad de la autoridad gestora.

III CARACTERÍSTICAS SUPERFICIALES DEL PAVIMENTO

La guía, MIRE “Model Inventory Road Elements”, incluye cinco descriptores sobre las características funcionales de la superficie del pavimento:

• Resistencia al deslizamiento.

• Coeficiente de Rozamiento Transversal.

• Regularidad Superficial.

• IRI.

• Valoración del estado de la superficie de pavimento.

III CARACTERÍSTICAS SUPERFICIALES DEL PAVIMENTO

La guía, “Guidelines and Specifications for Data Requirements for Road Network Inventory Study and Road Safety Evaluations”, determina:

• Un mínimo de datos requeridos para su empleo en las diversas herramientas para la evaluación de la seguridad vial. Dentro de los datos que se refieren al estado de la carretera solamente cita la resistencia al deslizamiento de entre las características funcionales de la superficie de rodadura. Lo califica de laboriosa obtención y de relevancia menor.

• Una relación mínima de variables a incluir en un inventario unificado (enfocado a la seguridad vial) para los países de la Comunidad Europea. Respecto a las características superficiales del pavimento recoge los mismos que el MIRE.

• La macrotextura, está recogida como un parámetro a tener en cuenta en la evaluación de una red de carreteras desde el punto de vista de la seguridad vial.

III CARACTERÍSTICAS SUPERFICIALES DEL PAVIMENTOEl empleo de las características funcionales de la superficie de rodadura como dato para el análisis es requerido en la mayor parte las herramientas que hoy en día se utilizan en los estudios de la seguridad vial de una red de carreteras, ya sean:

• Basadas en el estudio de accidentes: Análisis de la red, estudio de puntos negros, estudio detallado de accidentes.

• No basadas en accidentes: Inspecciones de seguridad vial, modelos de predicción de accidentes, calificación de carreteras por la protección brindada, etc.

En resumen, se recomiendan la utilización de bases de datos de gran amplitud para la evaluación de la seguridad vial en una red de carreteras, con datos sobre la carretera (parámetros de diseño, señalización, características geométricas del trazado en planta, en alzado y de la sección transversal), el tráfico y los accidentes (incluidas características de los vehículos, de los conductores implicados y de los usuarios vulnerables).

IV SUPERFICIE DE RODADADURA Y SEGURIDAD VIAL

Las características superficiales de los pavimentos con influencia reconocida en la seguridad vial son:

• El rozamiento transversal o resistencia al deslizamiento.

• La regularidad longitudinal.

• La macrotextura.

Existen otras características de la superficie del pavimento, cuya influencia sobre la seguridad vial aún no ha sido suficientemente estudiada, pero que intuitivamente pude pensarse que tienen que ver con ella:

• Regularidad transversal o presencia de roderas (rutting): Influencia de las profundidad de las roderas en la accidentalidad de motocicletas.

• Fisuración y defectos de la superficie.

Los sistemas dinámicos de inventariado y auscultación se pueden clasificar en:

I. Inventario geométrico y de equipamiento

II. Características funcionales del firme


La seguridad en una carretera, no es algo sencillo de evaluar ni de cuantificar.

Las variables que influyen en un accidente son:• EL CONDUCTOR• EL VEHÍCULO• LA CARRETERA

Los grupos de elementos de la CARRETERA relacionados directamente

con la seguridad son:

1. Parámetros de diseño (tipo de carretera, trazado en alzado y planta)2. Señalización (visibilidad y localización) y equipamiento 3. Características de la sección transversal (anchura de carriles, arcenes y

medianas)4. Intensidad y composición del tráfico5. Características funcionales del firme6. Márgenes de la carretera


Datos de situación e identificación• Nomenclatura y denominación de la vía• Jerarquía de la red en la que se incluye el tramo.• Tipología de la vía (autopista, autovía, carretera nacional,

comarcal, etc.)• Referenciación (distancias a origen, coordenadas GPS, etc.)• Longitud del tramo

Características geométricas• Número de carriles, arcenes, anchura • Radios de curvatura, pendientes y peraltes



Equipamiento de la vía• Señalización horizontal y vertical• Balizamiento y Seguridad Vial (barreras de seguridad,

mojones de protección, etc.)• Zonas de Servicio, Descanso, Estacionamiento y Recreo

(Paradas de autobuses, Aparcamientos, Estaciones de Servicio, etc.)

Puntos singulares e incidencias• Hitos• Túneles• Pasos superiores e inferiores• Pasos a nivel con el ferrocarril• Travesías y variantes de poblaciones


II.1. Auscultación de las características superficiales del Pavimento

• ROZAMIENTO TRANSVERSAL

• REGULARIDAD SUPERFICIAL LONGITUDINAL

• MACROTEXTURA• REGULARIDAD

TRANSVERSAL• FISURACIÓN Y

DEFECTOS SUPERFICIALES

II.2. Limpieza – drenabilidad del pavimento y proyección de agua


La necesidad de disponer de datos de características del pavimento con influencia en la seguridad vial en redes con centenares y miles de kilómetros no puede abordarse sin equipos de auscultación de alto rendimiento.

1)Rozamiento transversal o resistencia al deslizamiento

La adherencia de los vehículos al pavimento esta gobernada por la movilización de un rozamiento entre rueda y pavimento:

Es diferente para los sentidos transversal y longitudinal del movimiento, pero en general, y salvo para pavimentos en muy malas condiciones, el rozamiento longitudinal es mayor que el transversal.

Depende del grado de humedad del pavimento. El pavimento mojado, lo reduce notoriamente.

Depende de la velocidad del vehículo, siendo menor cuanto mayor es la velocidad.


En la práctica, se mide la resistencia al deslizamiento transversal, con el coeficiente de rozamiento transversal (CRT) en condiciones de pavimento húmedo y para una velocidad de 60 km/h.

La auscultación de alto rendimiento se realiza con vehículos denominados SCRIM (Sideway-Force Coefficent Routine Investigation Machine), en los cuales se encuentra estandarizado el procedimiento de medición y puede realizarse con velocidades de hasta 90 km/h, sin más que aplicar después, a los valores medidos, las correcciones necesarias para pasar a la resistencia al deslizamiento transversal a 60 km/h.

Se obtiene una medida cada 20 m, y cada una de ellas se considera como valor puntual, aunque realmente el valor es la media de los obtenidos durante dichos 20 metros.

Lo habitual es realizar mediciones tres veces al año, de manera que puede tenerse en cuenta la importancia del factor estacional, que claramente afecta a este indicador, con el objeto de detectar el valor más bajo del coeficiente de rozamiento que pueda darse en el pavimento a lo largo de un año.


SISTEMAS DE AUSCULTACIÓN

Rozamiento transversal: SCRIM

Frecuencia de medida habitual: 3 veces al año (marzo, junio y septiembre)

Parámetro muy importante desde el punto de vista de la seguridad vial, especialmente en curvas y con pavimentos mojados


Las carreteras nuevas se miden a los dos meses de la puesta en servicio


2) La regularidad superficial longitudinal

La regularidad longitudinal de la superficie del pavimento valora en primera instancia la comodidad (la sensación de calidad que percibe el usuario) de la rodadura de los vehículos sobre el pavimento.

Existen muchos equipos de medida de alto rendimiento sin contacto y basados en tecnología laser (en general denominados perfilómetros), que permiten analizar el perfil de la carretera para calcular el parámetro técnico con el que se valora la regularidad superficial.

El parámetro técnico más implantado para valorar la regularidad es el IRI (International Roughness Index). El IRI es un parámetro

dimensional (m/km) y es una medida de la irregularidad del pavimento mediante el registro del desplazamiento vertical acumulado de una masa suspendida a lo largo de un kilómetro de carretera a una velocidad de 80 km/h. Los equipos de medida pueden ser fijos o portátiles.


Los perfilómetros utilizados generan medias deslizantes cada 100 m (el valor que da el equipo es la media de los últimos 100 m como se observa en la figura 1), con un paso que puede llegar a ser de incluso

5 cm solamente. De esta manera se puede detectar dónde se producen irregularidades de forma puntual o periódica, que pasarían

inadvertidas si se obtuviese solamente un valor “discreto” cada 100 m. A efectos un de inventario enfocado a la seguridad, lo razonable es disponer de un valor del IRI para cada hectómetro, que se puede

obtener como el valor medio según esa media deslizante y se promediase.

Lo lógico es determinar la regularidad en los dos peores casos de cada carril de circulación, que son las rodadas marcadas por el paso de los vehículos, pudiéndose utilizar como parámetro el valor de la rodada derecha, el de la izquierda, la media de ambos o la máxima. Parece que en el caso de inventarios enfocados a la seguridad vial el valor máximo sería el más adecuado.



Estáticos: Dipstick A.R.R.B.

Dinámicos: Perfilométricos con tecnología láser


II.1.c. REGULARIDAD SUPERFICIAL Longitudinal


3) Macrotextura

Hemos visto que en los intentos por unificar inventarios de carreteras enfocados a la seguridad vial, no suele estar considerada la macrotextura del pavimento como una de las características superficiales del pavimento a tener en cuenta. Sin embargo:

• En la mayor parte de los muchos estudios qua analizan la relación entre superficie del pavimento y accidentalidad, se tiene en consideración la macrotextura.

• Los equipos de medición de alto rendimiento son portátiles y pueden utilizarse en los mismos vehículos en los que están instalados equipos de medida de otros parámetros.

• Su incorporación a los inventarios (enfocados a la seguridad vial o no) con visualización de imagen es inmediata, una vez que las bases de datos que contienen resistencia al deslizamiento e IRI están configuradas para ello.


Por tanto, su inclusión en los inventarios no requiere un esfuerzo adicional una vez que se ha tomado la decisión de auscultar e inventariar otras características superficiales del firme. Así se podrá estudiar su relación con la accidentalidad con todas aquellas herramientas de análisis basadas en accidentes ocurridos.

Como textura de un pavimento se entiende la desviación de su superficie con respecto a una superficie perfectamente plana, dentro de las distintas gamas de longitud de onda. La macrotextura es la gama de desviaciones entre 0,5 mm hasta 50 mm.

Está producida por la forma que adquiere la superficie del pavimento debido a la disposición de los áridos que sobresalen en la superficie de la capa de rodadura.


Una textura rugosa facilita la evacuación del agua, especialmente con neumáticos lisos facilitando su expulsión lateral. El hidroplaneo (aquaplaning) está fundamentalmente asociado a la macrotextura del pavimento.

Como sistemas de medida de alto rendimiento se emplean los equipos denominados perfilómetros laser, que cuentan con un sensor láser capaz de medir en continuo el perfil del pavimento.


Este sistema de medida puede ser puesto en correlación con el tradicional método estático del circulo de arena.

La medición se suele realizar con periodicidad anual, en la estación seca.

Con el objeto de aproximar el resultado de este tipo de auscultación de alto rendimiento del firme al del tradicional método estático del círculo de arena, se han investigado y se está en condiciones de poner en práctica ya un sistema nuevo de auscultación que permitan análisis superficiales del pavimento en 3D, como el que se describe a continuación:

El avance de la tecnología permite disponer de cámaras digitales de alta velocidad y elevada resolución que, operando conjuntamente con láseres de gran potencia y proyección lineal, permiten el registro continuo y en detalle de la superficie del pavimento. Del análisis de esta información se puede obtener la textura del pavimento en una superficie y no únicamente en una línea de medida, lo que elimina uno de los principales problemas de correlación entre los métodos volumétrico y perfilométrico.


Los pasos a seguir son:

• Iluminación de la superficie a inspeccionar con luz láser de emisión lineal.• Adquisición de una imagen de la línea iluminada con una cámara de área. La línea sobre una superficie horizontal perfectamente plana es una recta horizontal. Por lo tanto, si la superficie tiene

irregularidades, la línea se distorsiona respecto a la recta.• A partir de lo indicado en el punto anterior, se obtiene en la imagen el perfil transversal.• Mediante la unión de perfiles consecutivos se procede a la

reconstrucción en 3D de la superficie del pavimento.


En cuanto a las especificaciones del sistema de medida cabe indicar lo siguiente:

• Velocidad de adquisición de perfiles. El sistema permite adquirir 2800 perfiles por segundo.

• Número de puntos por perfil. Cada uno de los perfiles está definido por 4096 puntos.

• Anchura del perfil. El ancho de la superficie evaluada por perfil es de 4 m, lo que permite registrar de forma completa cada uno de los carriles, independientemente del tipo de vía de que se trate.

• La exactitud vertical del sistema es de ± 0,5 mm


El citado sistema puede operar a plena luz del día, no estando afectado por las variaciones ambientales de luminosidad o la presencia de sombras de objetos próximos al lugar de ensayo o las propias del equipo de medida.

El equipo de medida puede ser fijo o portátil, pudiendo montarse sobre cualquier vehículo de auscultación de otra característica superficial del pavimento.



Estáticos: círculo de arena

texturómetro láser puntual



Dinámicos: texturómetro láser lineal de alto rendimiento



Dinámicos: texturómetro láser 3D de alto rendimiento


4) Regularidad Transversal (Roderas)

La regularidad transversal es la medida de las irregularidades o deformaciones de la carretera en todo el ancho de carril.

Por el contrario, el desnivel transversal de la carretera abarca una variedad de aspectos tales como el peralte, las irregularidades o los diferentes defectos que se pueden producir en el perfil transversal (escalonamientos, desprendimientos, blandones, ondulaciones, hundimiento en los bordes, etc.) así como los surcos longitudinales o roderas propiamente dichas en las rodadas causadas por el tráfico.

En los últimos años ha habido un gran desarrollo de los sistemas que miden el perfil llegando incluso a poder realizarse un escaneo del

perfil transversal cada milímetro.


Como parámetro técnico se considera normalmente la profundidad de la rodera evaluada mediante la utilización de una regla colocada

perpendicularmente a la dirección de tránsito.

Actualmente se están empleando sistemas de gran resolución, como los descritos en el apartado anterior, que miden el perfil con un gran número de puntos.

Parece razonable realizar la medida entre las marcas viales, eliminando éstas, ya que actualmente suelen tener resaltos importantes


Irregularidades transversales

Pueden provocar repercusiones negativas adicionales en la seguridad vial,como:

Conducción forzada sobre las roderas, especialmente relevante en el caso de los motoristas

Acumulación de agua en las roderas (problema de hidroplaneo)

Las diferencias en la deformación de las rodadas pueden producir incomodidad o riesgo de pérdida de control



Estáticos:

Medios topográficos Reglas estáticas



Dinámicos: Perfilométricos con tecnología láser

Varios láseres puntuales sobre una viga Sistema láser multipunto


Sistema láser multipunto


• Medida con un solo haz

• Cámara lineal• Ancho de 4 m• 2.048 puntos de

resolución

5) Fisuración y defectos superficiales

La obtención de un indicador de la fisuración y de los defectos superficiales requiere un primer análisis y clasificación de los deterioros que se observan en el pavimento. Se suele recurrir en primer lugar a obtener un parámetro técnico de fisuración y otro de deterioros para posteriormente combinarlos.

Los sistemas láseres lineales descritos anteriormente que permiten obtener una reconstrucción 3D del pavimento simplifican el análisis automático de detección de deterioros y fisuras.

Con estos sistemas en los que se puede automatizar, sin errores de cálculo, toda la superficie escaneada en el ancho de carril, se podrían redefinir los indicadores de fisuración y defectos superficiales para simplificarlos y que fueran reflejo real del estado del firme y de su vida útil.


Se suele establecer una periodicidad de la campaña de auscultación de 6 meses. Las fisuras y otros deterioros son causa directa de que el agua procedente de la lluvia pueda penetrar directamente en las capas granulares.

La influencia de la fisuración sobre la accidentalidad no parece que sea relevante, pero es un parámetro que se puede obtener fácilmente en gabinete una vez realizada la auscultación 3D e incorporarlo a los inventarios.

El agua sobre los pavimentos disminuye claramente la seguridad y comodidad en la circulación de los vehículos.

La cantidad de agua salpicada y pulverizada depende de diferentes factores (espesor de la película de agua sobre el pavimento, la

velocidad y el tipo de vehículo, la textura y permeabilidad del pavimento, el tipo de neumático y las condiciones ambientales).


VI PROYECCIÓN DE AGUA Y DRENABILIDAD

Se ha desarrollado (conjuntamente por la empresa Euroconsult Nuevas Tecnologías y la Universidad Politécnica de Cataluña, dentro de un proyecto de investigación financiado por el Ministerio de Fomento y el Ministerio de Educación españoles) un equipo cuyo principio está basado en medir el agua proyectada por el paso de un neumático sobre un pavimento mojado.

Consiste básicamente en un tanque con agua, que va dejando una película de agua con un caudal constante delante del neumático, y una cámara de gran resolución y velocidad en la toma de imágenes, que registra el agua que atraviesa el plano de medida iluminado por un emisor láser. Para que la medida sea apropiada este plano de medida ha de estar próximo a la zona de contacto neumático-pavimento.

LASER

CÁMARA

LASER

CÁMARA


El procedimiento de medida consiste en procesar las imágenes tomadas durante el ensayo para cuantificar el número y tamaño de las gotas de agua. Estas imágenes de partida son analizadas con un software de análisis de imagen, en base herramientas de visión artificial.

El análisis consiste en:

1.- Acondicionar las imágenes, resaltando aún más las zonas claras (gotas) respecto al fondo negro

2.- Localizar las zonas claras en la imagen y separarlas resaltando la imagen, filtrándola y coloreando en rojo tras un filtro de las salpicaduras

VI PROYECCIÓN DE AGUA Y DRENABILIDADEn conclusión, entre las principales ventajas, en comparación con otros equipos anteriormente desarrollados, merecen destacarse las siguientes:• El sistema de evaluación es de tipo continuo, es decir, que no se instala en un punto fijo de la carretera, y por tanto es posible evaluar un tramo de carretera en lugar de un área puntual, que podría no ser representativa de todo el tramo.

• El proceso de medida ha demostrado ser sensible tanto al caudal de agua vertida como a la velocidad de la rueda.

• Las mediciones analizadas han confirmado la repetibilidad del equipo y su sensibilidad al tipo de textura del pavimento.

• Puede dar lugar a un parámetro que pueda introducirse en las bases de datos e inventarios a los que se ha hecho referencia es esta comunicación para relacionar las características superficiales del pavimento con la seguridad vial. En realidad, la drenabilidad es una característica superficial más del pavimento.


Estáticos: Permeámetro L.C.S. (Laboratorio Caminos Santander)



Dinámicos: Splash & Spray


VII CONCLUSIONES

Hasta que no exista un inventario de una red amplia en el que estén recogidos de forma conjunta datos de accidentalidad y de todas las características superficiales (funcionales) del pavimento, de manera que puedan consultarse de forma simultanea, no podrá establecerse la relación entre ambos. Esta relación puede ser diferente en cada zona, región o país e incluso ir variando en el tiempo. La obtención de un inventario de estas características es posible con la tecnología de auscultación de firmes que aquí se presenta y con aplicaciones informáticas que presenten estos datos y permitan su visualización adscrita a imágenes de alta resolución de cada sección concreta de carretera. La introducción de los datos de accidentes es cuestión de voluntad de la autoridad gestora de esa red.

Debe ser la autoridad de carreteras de cada zona concreta la que estimule la obtención de dicho inventario, del que se podrían obtener beneficios adicionales a los aquí reseñados.

iii congreso ibero-americano de seguridad vial cisev 2012

Documents

seguridad vialii a inventarios

inventarios de carreteras

realizacin de inventarios

datos de trfico

datos de accidentalidad

datos referentes

datos inventariados

seguridad vial iii