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Información tecnológica

versión On-line ISSN 0718-0764

Inf. tecnol. v.15 n.1 La Serena  2004

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642004000100006 

 

Información Tecnológica - Vol. 15 N° 1 - 2004: 35-42

MATERIALES

 

Comportamiento al Impacto de un Recubrimiento de Caucho Reciclado para Barreras Metálicas de Contención en Carreteras

Impact Behavior of a Recycled Rubber Coating for Metallic Impact Barriers in Highways

 

T. Guraya1, M.H. Fernandes2 y J. Albizuri3

(1) Univ. del País Vasco, Dpto. de Ingeniería Minera y Metalúrgica y Ciencia de los Msteriales, E.U.I.T.I.,
UPV, Plaza La Casilla Nº3, 48012 Bilbao-España (e-mail: iipguxxt@lg.ehu.es)
(2) Univ. del País Vasco, Dpto. de Ingeniería Mecánica, E.U.I.T. de Minas y Obras Públicas, UPV,
Colina de Beurko s/n, 48902 Barakaldo-España (e-mail: impferoh@bi.ehu.es)
(3) Univ. del País Vasco, Dpto. de Ingeniería Mecánica, E.T.S.I., UPV, Alameda de Urquijo s/n,
48013 Bilbao-España (e-mail: impalirj@bi.ehu.es)


Resumen

Se ha estudiado el comportamiento de recubrimientos para las barreras metálicas de contención en carreteras y los postes que las sujetan. La función de estos recubrimientos es la de proteger a los motociclistas si impactan contra ellos en accidentes de carretera. Los protectores están fabricados con caucho reciclado de neumáticos fuera de uso y suponen una alternativa novedosa y ecológica a los productos existentes actualmente en el mercado. Los resultados obtenidos comparan la severidad del impacto cuando el poste está recubierto con el protector y sin él. Se concluye que la utilización futura de estos protectores es viable en cuanto a su efectividad técnica y a la alternativa económica que representan.


Abstract

The behavior of a coating for metallic barriers in highways and the bars holding them have been analyzed. The new product is intended to better protect motorcyclists if they crash against these barriers in road accidents. Protectors have been manufactured with rubber from recycled used tires and represent a new and ecological alternative to existing products nowadays on the market. Data measured are used to compare impact attenuation when the post is uncovered or covered with the rubber protection. It is concluded that this new coating represents a good alternative from both the technical and the economic point of view.

Keywords: road safety, rubber coating, recycled rubber, impact absorbers


 

INTRODUCCIÓN

En los últimos años, y con cierta periodicidad, los medios de comunicación se han hecho eco de una demanda ampliamente difundida por asociaciones de usuarios de motocicletas y bicicletas en foros de internet y prensa escrita del medio: soluciones por parte de la Administración del estado español a las consecuencias de los accidentes de los conductores de vehículos de dos ruedas cuando impactan con las actuales barreras metálicas de contención de vehículos y los postes que las sustentan. Miles de kilómetros de carreteras en el estado español están dotados de un sistema de contención de vehículos constituido por una valla con perfil de doble onda sustentada en unos postes anclados en el suelo. Estos postes, de sección doble T y denominados IPN, por su disposición en la carretera adicionan al propio impacto un efecto cuchilla cuando un objeto choca con ellos a cierta velocidad (figura 1). El mismo efecto, aunque con menor probabilidad de producirse, debe esperarse del borde de la propia valla.

La Orden Circular 321/95 Tecnología y Proyectos (O.C. 321/95 T. y P.) publicada por el Ministerio de Obras Públicas y Transportes (MOPT) en el año 1995 consideraba eficaces los sistemas actuales (con postes IPN) aunque, en reposiciones y cuando sea posible, recomienda la utilización de postes con geometría C. La última modificación realizada por el Ministerio de Fomento (nombre actual del MOPT) se produce en el año 2001 y viene dada por la Orden Circular 6/01 donde indica que, manteniendo el criterio de eficacia de los sistemas actuales, en reposiciones en carreteras de calzada única sólo se admitirá el poste de geometría tubular.

En cualquier caso, estas Ordenes Circulares son recomendaciones de la Autoridad del momento y no obliga a su aplicación a las diferentes Instituciones responsables de las carreteras en cada ámbito, ni a las empresas privadas dedicadas a la conservación de carreteras. Por otra parte, estas recomendaciones son aplicables a nuevos trazados y reposiciones. En la red viaria quedan miles de kilómetros en los que el poste IPN sigue siendo el utilizado. Este problema es de ámbito mundial y ha originado la aparición en el mercado de dispositivos de protección de motoristas de naturaleza muy variada, si bien se pueden clasificar en dos grandes grupos: aquellos que protegen puntualmente el poste y los que ofrecen una protección longitudinal o continua en el paso que queda entre la calzada y la bionda. La elección de uno u otro sistema debe atenerse a algún criterio científico que valore la eficacia real del sistema de protección elegido.

Ahora bien, esta valoración no es un asunto sencillo. Los accidentes de motocicletas y otros vehículos de dos ruedas son siempre complejos. Pueden ser consecuencia de la interacción con otro objeto (automóvil, barrera, obstáculo imprevisto u otro) o no y en cada caso, el conductor puede interaccionar con el objeto antes, durante o después de la caída o no interaccionar. Suponiendo que se produce el impacto entre el conductor y alguno de los componentes de la barrera, éste puede tener lugar en cabeza, cuello, tronco o extremidades, tras deslizar o no por el suelo, con mayor o menor ángulo de incidencia, a más o menos velocidad, etc.. El conjunto de posibilidades dificulta enormemente la normalización de un ensayo que evalúe la eficacia de los sistemas de protección.

Este problema está bien documentado en los trabajos realizados por la Federación Europea de Motociclistas con financiación de la pertinente Comisión Europea (Informe final, FEMA, 2000) y el Centro de Investigación de Accidentes de la Universidad de Monash para el Departamento de Transportes y Servicios Regionales de la Oficina Australiana de Seguridad en el Transporte (Duncan et al., 2000). En esta documentación se recoge una amplia revisión de los intentos que se han hecho en diversos países de establecer una normativa adecuada, tanto en simulaciones por computador como en ensayos con maniquíes completos o partes de maniquí. En ningún caso se llega a una conclusión diferente de la complejidad del problema a la que hay que añadir la biofidelidad de los ensayos realizados con maniquíes y el elevado coste económico de estos ensayos.

Desde el mes de Febrero del pasado año 2002, y a propuesta de la Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento del estado español y de la Asociación Española de Carreteras, un grupo de expertos ha trabajado en una propuesta de Informe de norma española (norma UNE) para la Evaluación del Comportamiento de los Sistemas de Protección de Motociclistas en las Barreras de Seguridad y Petriles. Este trabajo se ha concretado en el Informe UNE 135900-1 IN y UNE 135900-2 IN publicado por la Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR) en Septiembre de 2003. En dicho informe se recogen un conjunto de ensayos que debería superar un dispositivo de protección y que se puede resumir en lo siguiente: proponen la utilización del maniquí Híbrido III Masculino Percentil 50 % equipado con traje de cuero y casco homologado, tres trayectorias de aproximación y dos de lanzamiento; establecen un punto y una velocidad de impacto y el tipo de ensayos que se debe realizar según sea un dispositivo de protección puntual o continuo. Los impactos se evaluarán con la medida de tres índices biomecánicos representativos de lesiones en la cabeza, cuello y tórax respectivamente. Los valores de estos índices permitirán clasificar a los dispositivos de protección en nivel I y nivel II según los valores medidos no superen unos límites establecidos. Asimismo, recogen características del lugar de ensayo, configuración de la barrera de seguridad, condiciones del registro en imágenes del ensayo y demás datos que se deben incluir en el informe de homologación pertinente. Los costes de estos ensayos no se han evaluado con exactitud pero, considerando algunas cifras indicadas en los informes anteriormente citados (FEMA, 2000; Duncan et al., 2000), es predecible que la homologación de un producto alcance decenas de miles de euros.

Cuando se desarrolla un producto para una aplicación nueva, para la que no hay normativa vigente, es comprometido asegurar que el resultado del trabajo va a superar unas pruebas de homologación que intentan incorporar circunstancias tan complejas como las mencionadas. La complejidad aún se puede ver incrementada cuando el material empleado es nuevo y se fabrica a partir de productos reciclados.

El objetivo de este trabajo es tratar de evaluar el comportamiento a impacto de un dispositivo de seguridad vial puntual y continuo que ha sido fabricado a partir de caucho reciclado obtenido de neumáticos fuera de uso. El producto se ha desarrollado en la Universidad del País Vasco partiendo de una formulación en la que granza de caucho, aditivo colorante y polietileno como aglutinante se mezclan en una extrusora y se conforma a la geometría diseñada para el producto. De acuerdo con los resultados obtenidos durante el desarrollo del producto, las características mecánicas y de resistencia medioambiental medidas en probetas indican buenas expectativas en la aplicación planteada en este trabajo (Guraya, 2000).

Para lograr ese objetivo se tratará de establecer un método de ensayo que permita: buena repetibilidad de resultados, valoración comparativa del beneficio de la utilización de los protectores fabricados con el material propuesto y coste asequible a productos en fase de investigación.

Para la realización de los ensayos se ha diseñado un impactador el cual choca contra la barrera de protección en distintos puntos. Se comparan los resultados obtenidos en los impactos contra la barrera sin protección y con protección. Además, ante la ausencia de datos de referencia, se compararán estos resultados con los obtenidos con el impactador equipado con casco homologado.

De los tres índices biomecánicos indicados en el informe UNE 135900-1 IN se ha optado por hacer un ensayo en el que se pueda evaluar el riesgo de lesiones en la cabeza. Los estudios de accidentalidad de vehículos de dos ruedas indican que la cabeza es la parte del cuerpo donde las lesiones revierten mayor gravedad. Esta medida es la habitual en los ensayos de choque de peatones con automóviles realizados por Euro NCAP (European New Car Assessment Programme) (Euro NCAP, Pedestrian Testing Protocol V.4.0, 2003), en la homologacióneuropea de suelos de parques infantiles(AENOR, UNE-EN 1177:1998 y UNE-EN 1177/A1:2002)(AENOR,) y ensayos de homologación de cascos de motocicleta definidos en la regulación nº 22 de la ECE ((ECE 22, 1995)Economic Commissión for Europe) y puede realizarse con un impactador semiesférico instrumentado con tres sensores de aceleración colocados ortogonalmente o un acelerómetro triaxial.

METODOLOGÍA

La figura 1 muestra el dispositivo de ensayo que se ha implementado en una nave industrial. Consiste en una barrera metálica de contención de perfil de doble onda montada con dos configuraciones (MOPT 1995):(O.C. 321/95 T. y P.): barrera metálica doble onda simple sin separador poste débil (sujeta por poste de 120 mm separado cada 4 metros BMSRA 4/120) y poste fuerte (con poste cada dos metros BMSRA 2/120). La valla se fija a tres postes de geometría IPN con tornillería homologada. El hincado en el suelo se obtiene atornillando los postes a unos soportes que a su vez están firmemente anclados en el suelo. La distancia entre la parte libre del poste y el borde superior de la barrera es de 700 mm tal y como recomienda la Orden Circular citada anteriormente.

Como impactador se ha utilizado un semicasquete esférico que se lanza contra la barrera en un movimiento pendular. Sus dimensiones de 165 y 128 mm de diámetro exterior e interior, respectivamente, se adaptan a los empleados en otros ensayos comparables citados en el apartado anterior. Debido a que se esperaba gran severidad en los ensayos de impacto se ha utilizado, para la fabricación del semicasquete, un acero tratado 1.2344.

Los impactos se han realizado de acuerdo con las condiciones del informe UNE 135900-1 IN, es decir, en el poste y en la bionda, en las siguientes condiciones:

Angulo de impacto: 30º respecto a la barrera.

Punto de impacto: centro de masa (en adelante cdm) del poste / centro del vano, en el eje longitudinal de la barrera.

Velocidad de impacto: 40 km/h. Las dimen-siones de la nave han condicionado no poder llegar a los 60 km/h que pide en informe UNE 135900-1 IN.

El semicasquete cuelga de un cable de acero desde un dispositivo fijado a una vigueta de la nave que permite controlar la orientación del lanzamiento. El semicasquete se eleva hasta 6,5 m a través de una polea fijada a un cable que marca la dirección deseada del ángulo de impacto.

Fig. 1: Dispositivo de ensayo.

El semicasquete está instrumentado en su centro de gravedad con tres acelerómetros piezoeléctricos (Tabla 1) dispuestos de forma triaxial y sujetos a un cubo mediante rosca. El acelerómetro 1 se colocó en la dirección del impacto, y los acelerómetros 2 y 3 se colocaron perpendiculares entre sí y a la dirección del impacto. (fig. 2). Para la recogida de datos se utilizó un analizador Hewlett Packard HP35670A de 4 canales.

Tabla 1: Datos de los sensores

Acelerómetro

1

2-3

Modelo

PCB350B04

PCB 303 A

Sensibilidad

0,885 mV/g

11,1 mV/g

Rango [g]

+/- 5000

+/- 500

Peso [gm]

4,5

2



Fig. 2: Impactador

Se llevaron a cabo un total de 30 impactos repartidos en once categorías de ensayo. En la tabla 2 se indican las características de los distintos ensayos que se han realizado, asi como el número de repeticiones que se llevaron a cabo para cada uno de ellos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Partiendo de los datos registrados para los tres acelerómetros se calculó mediante la expresión (1) la aceleración resultante, aR, en función del tiempo para cada ensayo.

(1)

En primer lugar se analizó la repetibilidad del ensayo comparando los resultados obtenidos en ensayos similares. En la figura 3 se representa las medidas de aceleración obtenidas en el ensayo 1, y en la figura 4 se muestran los resultados del ensayo 8. Estas medidas son un ejemplo del excelente comportamiento de todo el dispositivo de ensayo y de los equipos de medida. Tanto si el impacto se produce en el poste o en la barrera, se observa plena concordancia tanto en amplitud de la señal como en su duración en el tiempo.

Establecida la bondad del ensayo, se procedió a analizar los resultados obtenidos al golpear puntos iguales con diferentes sistemas de protección.

La figura 5 compara el resultado del impacto en configuración BMSRA 2/120 cuando el semicasquete golpea el centro del vano de la bionda sin protección, con protector de caucho reciclado, y cuando el semicasquete se introduce en un casco de motorista homologado para realizar los dos mismos impactos.

No se aprecia gran diferencia en los resultados de los impactos cuando la valla está protegida, el impactador lleva el casco o ambas protecciones a la vez, tanto en amplitud del pico de la señal como en su prolongación en el tiempo. Por el contrario, los resultados correspondientes al impacto contra la valla desnuda, muestran una amplitud de señal casi tres veces mayor en un intervalo de tiempo más de tres veces inferior.

Si se comparan algunos de estos resultados con ensayos similares realizados sobre la configuración BMSRA 4/120 (figura 6), observamos que la diferencia de rigidez de la configuración apenas tiene efecto, tanto cuando la valla está desnuda como recubierta con el protector. Resultados similares se han encontrado cuando el impactador va en el casco.

Por último, los ensayos realizados en el poste también demuestran la eficacia del protector de caucho. Como se observa en la figura 7, la amplitud de la aceleración disminuye apreciablemente cuando el poste se encuentra protegido al igual que aumenta el tiempo de interacción en el choque debido a la disminución de rigidez en el contacto.

Tabla 2: Ensayos realizados.

Ensayo

Configuración

Pto. De Impacto

Protector

Casco

Repeticiones

1

BMSRA 4/120

cdm poste

X

-

4

2

BMSRA 4/120

cdm poste

-

-

2

3

BMSRA 4/120

cdm poste

-

X

2

4

BMSRA 4/120

cdm poste

X

X

1

5

BMSRA 4/120

centro vano

X

-

4

6

BMSRA 4/120

centro vano

-

X

2

7

BMSRA 4/120

centro vano

-

-

3

8

BMSRA 2/120

centro vano

X

-

3

9

BMSRA 2/120

centro vano

-

X

3

10

BMSRA 2/120

centro vano

-

-

3

11

BMSRA 2/120

centro vano

X

X

3


Fig. 3: Impacto en el poste con protector (ensayo 1).


Fig. 4: Impacto en el centro del vano con protector (ensayo 8).


Fig. 5: Impacto en el centro del vano. Configuración BMSRA 2/120


Fig. 6: Impacto en el centro del vano. Configuración BMSRA 2/120 y 4/120.


Fig. 7: Impactos al centro de masas del poste.

Si el impacto se realiza con el impactador colocado dentro del casco, la severidad del impacto es ligeramente menor que con el protector.

La utilización de ambas protecciones simultáneamente, extiende en el tiempo la duración del impacto (contacto más blando) aunque no se aprecia una reducción muy importante en cuanto a la amplitud de la aceleración.

En la tabla 3 se presenta el valor medio de la aceleración máxima en las distintas configuraciones de ensayo. De acuerdo con estos valores se ha calculado el porcentaje de reducción de la aceleración cuando se utiliza el protector como indicador de la capacidad de éste para amortiguar el impacto.

Tabla 3: Valor medio máximo de aceleración para cada configuración y % de reducción

Ensayos

Max. g
Sin protector

Max. g
Con protector

Reducción
%

Max. g
Con casco

Reducción
%

BMSRA 4/120 cdm poste

997

353

65

231

77

BMSRA 4/120 centro de
vano

525

216

59

138

74

BMSRA 2/120 centro de
vano

500

215

57

166

62

CONCLUSIONES

A partir de los resultados obtenidos se concluye que:

1. Se ha puesto a punto un método válido para estudiar comparativamente diferentes sistemas de protección de motoristas en impactos contra barreras de contención metálicas y postes IPN.

2. Los protectores de caucho desarrollados muestran un excelente comportamiento en los ensayos, tanto en impacto contra el poste como contra la barrera. La reducción de la severidad del impacto con la utilización de este sistema de protección está alrededor del 60 %.

3. Con los resultados obtenidos se establece que la utilización futura de estos protectores es viable en cuanto a su efectividad técnica y a la alternativa económica y ecológica que representa. Se ha obtenido un material cuya fabricación es relativamente sencilla y representa una alternativa interesante para la reutilización de los neumáticos fuera de uso, existentes en la actualidad.

AGRADECIMIENTOS

A la Consejería de Educación, Universidades e Investigación del Gobierno Vasco en su programa Ayudas U-E (proyecto UE2000-20) y al Ministerio de Ciencia y Tecnología.

REFERENCIAS

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