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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
5-14-2009
Evaluación de la disipación de energía realizada por un Evaluación de la disipación de energía realizada por un
dispositivo para choque frontal contra una estructura de concreto dispositivo para choque frontal contra una estructura de concreto
Cesar Augusto Librado Castillo Universidad de La Salle, Bogotá
José Luis Hernandez Manrique Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Librado Castillo, C. A., & Hernandez Manrique, J. L. (2009). Evaluación de la disipación de energía realizada por un dispositivo para choque frontal contra una estructura de concreto. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/175
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EVALUACIÓN DE LA DISIPACIÓN DE ENERGÍA REALIZADA POR UN DISPOSITIVO
PARA CHOQUE FRONTAL CONTRA UNA ESTRUCTURA DE CONCRETO
CESAR AUGUSTO LIBRADO CASTILLO
JOSÉ LUIS HERNANDEZ MANRIQUE
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.
2009
2
EVALUACIÓN DE LA DISIPACIÓN DE ENERGÍA REALIZADA POR UN DISPOSITIVO PARA CHOQUE FRONTAL CONTRA UNA ESTRUCTURA DE CONCRETO
CESAR AUGUSTO LIBRADO CASTILLO
JOSE LUIS HERNANDEZ MANRIQUE
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de Ingeniero Civil
Director temático Ph.D Camilo Torres
Asesora metodológica
Mag. Rosa Amparo Ruiz Saray
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.
2009
3
Nota de aceptación:
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
________________________________
Presidente de jurado
________________________________
Jurado
________________________________
Jurado
Bogotá D.C. 14 de Mayo de 2009
4
AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan su agradecimiento:
Al Ingeniero ADOLFO CAMILO TORRES director temático, por su paciencia,
Apoyo y confianza en la realización de esta investigación.
A ROSA AMPARO RUIZ asesora metodológica, por su gran colaboración en el
desarrollo de este trabajo.
Al Ingeniero FERNANDO PINILLA de CESVI Colombia por su acompañamiento y
confianza para la realización de modelos físicos y la creación de un escenario de
integración interinstitucional en el cual se desarrollarán posteriores
investigaciones.
Al Ingeniero DIEGO ACOSTA de CORPOACERO por el patrocinio de los
materiales necesarios para la construcción del prototipo de disipación.
Al Ingeniero JUAN PABLO ZULUAGA de la SECRETARÍA DE MOVILIDAD por su
colaboración en las matrices de accidentalidad de Bogotá.
Al Ingeniero ALEJANDRO MARTINEZ por su apoyo en el desarrollo de los
modelos numéricos de esta investigación.
5
DEDICATORIA
De Cesar Augusto Librado Castillo
Dedico esta investigación a mi madre Nelly Castillo por todos sus cotidianos
esfuerzos.
A mi padre Humberto Librado por su ejemplo de tenacidad.
A mis hermanos Milena y Humberto por su apoyo incondicional.
A los demás miembros de mi familia por su colaboración y acompañamiento en
este proceso.
A todos los integrantes de la Tahuichi por tantos inmortales momentos.
6
DEDICATORIA
De José Luis Hernández Manrique
Es el momento de agradecer a las personas más importantes, que me
acompañaron y me acompañan hasta el día de hoy, por el apoyo y constante amor
con el que me ayudaron a conseguir todo aquello con lo que algún día soñé y hoy
tengo.
A mis padres, les agradezco desde el momento en que me dieron la vida, y en
esta ocasión, les doy infinitas gracias por los esfuerzos, amor y paciencia con los
que me educaron en los valores que hoy me hacen la persona digna de tener a mi
lado a tan maravillosos “papa y mama”, a las mujeres de mi vida, mis hermanas,
mujeres que me enseñaron el amor de familia y el cariño de corazón, y mi
hermano que es el hombre ejemplar, trabajador y admirable que siempre aspirare
ser.
Agradezco a la vida por darme cuatro maravillosas razones para esforzarme por
ser un profesional digno y ejemplar, mis sobrinas, los soles de mi vida, las niñas
de mi corazón.
Y por ultimo, pero no menos importante, agradezco a mis amigos, a todos; que
estuvieron en las buenas, en las malas y en las peores y que saben que aunque
no somos perfectos, siempre seremos amigos; hermanos.
Gracias y mil gracias a todos los que están aquí y también a los que se me
escapan de la mente, que Dios los bendiga así como el me bendijo por tenerlos a
mi lado para estar hoy dándole gracias a El por su compañía y amor.
7
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN
1 PROBLEMA 16
1.1 LÍNEA 16
1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 17
1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 18
1.4 JUSTIFICACIÓN 18
1.5 OBJETIVOS 19
1.5.1 Objetivo general 19
1.5.2 Objetivos específicos 19
2 MARCO REFERENCIAL 19
2.1 MARCO TEÓRICO-CONCEPTUAL 19
2.2 MARCO NORMATIVO 24
3. METODOLOGÍA 24
3.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 24
3.1.1 Fase 1. Recopilación de la información y estado del arte 25
3.1.2 Fase 2. Aporte tecnológico a la disminución de la mortalidad en accidentes viales
25
3.1.3 Fase 3. análisis de resultados 25
3.2 DIAGRAMA METODOLÓGICO 26
3.3 OBJETO DE ESTUDIO 27
3.4 INSTRUMENTOS 27
3.5 VARIABLES 27
3.6 HIPÓTESIS 28
3.7 COSTO DE LA INVESTIGACIÓN 28
4 TRABAJO INGENIERIL 28
8
4.1 FASE 1. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN Y ESTADO DEL ARTE
28
4.1.1 Accidentalidad vial en Colombia año 2006 28
4.1.1.1 Tendencia 28
4.1.1.2 Condición de la victima. 29
4.1.1.3 Clase de accidente. 30
4.1.2 Accidentalidad vial en Bogotá año 2006. 31
4.1.2.1 Característica de los accidentes 31
4.1.2.2 Características de los vehículos involucrados en los accidentes en Bogotá
32
4.1.3 Caracterización del escenario de choque. 33
4.1.3.1 Definición del tramo critico. 33
4.1.3.2 Definición del punto critico. 34
4.1.4 Dispositivos de disipación de energía disponibles en el mercado
36
4.1.5 Dispositivos seleccionados 43
4.1.5.1 Sistema de seguridad pasiva por la FIA (federación internacional de automovilismo).
43
4.1.5.2 Easi-cell® cluster crash cushion system. 44
4.1.5.3 Quadguard® crash cushion system lmc. 45
4.1.5.4 Energite® iii crash cushion system. 46
4.2 FASE 2. APORTE TECNOLÓGICO A LA DISMINUCIÓN DE LA MORTALIDAD EN ACCIDENTES VIALES
49
4.2.1 Análisis de materiales para el dispositivo disipador de energía
49
4.2.2 Material para la disipación de energía del dispositivo 50
4.2.3 Prueba de compresión del material de disipación 50
4.2.4 Modelo dinámico de colisión 53
4.2.4.1 Consideraciones generales del modelo dinámico 54
4.2.4.2 Modelo numérico considerando la fuerza, para el diseño de un prototipo físico de mitigación de energía.
55
4.2.4.3 Modelo numérico 58
4.2.4.4 Cálculo de la constante de proporcionalidad K 59
9
4.2.4.5 Consideración del sistema de disipación como un sistema inelástico en serie
60
4.2.4.6 Energía potencial elástica 61
4.2.4.7 Condiciones de frontera del sistema como resorte para el cálculo de la deformación.
61
4.2.4.8 Cálculo del tiempo y aceleración de todo el sistema de mitigación de energía.
64
4.2.4.9 Cálculo de la energía potencial. 66
4.2.4.10 Cálculo de la velocidad en cada zona 66
4.2.4.11 Cálculo en la energía cinética en cada zona 67
4.2.4.12 Cálculo del tiempo, aceleración y fuerzas g 68
4.2.5 Construcción del dispositivo de mitigación de energía 70
4.2.5.1 Diseño del dispositivo de mitigación de energía 70
4.2.5.2 Cantidades de material 71
4.3 FASE 3 ANÁLISIS DE RESULTADOS 72
4.3.1 Validación del modelo numérico considerando la fuerza, para el diseño de un prototipo físico de mitigación de energía.
72
4.3.2 Validación del modelo numérico del sistema de disipación 75
5 CONCLUSIONES 79
6 RECOMENDACIONES 87
BIBLIOGRAFÍA 89
ANEXOS
10
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Diagrama metodológico 26
Figura 2. Georeferenciacion. Accidentalidad vial Bogotá 2006 34
Figura 3. Intersección Autopista Norte con Calle 116 36
Figura 4. Dispositivo de disipación de energía. Seguridad pasiva por la FIA
44
Figura 5. Dispositivo de disipación de energía. easi-cell® cluster crash cushion system
45
Figura 6. Dispositivo de disipación de energía. quadguard® crash cushion system lmc
46
Figura 7. Dispositivo de disipación de energía. energite III crash cushion system
46
Figura 8. Prensa hidráulica para ensayo de fuerza axial 51
Figura 9. Llanta sometida a carga axial 51
Figura 10. Llanta sometida a carga axial 52
Figura 11. Vehículo en movimiento con velocidad constante y energía cinética máxima
55
Figura 12. Choque de vehiculo contra muro de colisión 56
Figura 13. Distribución de las zonas de mayor y menor resistencia al trabajo
57
Figura 14. Reacción del trabajo del dispositivo, cuando se le aplica una fuerza ejercida por el vehiculo
57
Figura 15. Dispositivo con energía potencial máxima luego de detenerse completamente el vehiculo
59
Figura 16. Ilustración de ensayo axial para el cálculo del trabajo hecho por las llantas
59
Figura 17. Distribución teórica de las llantas dependiendo de la constante de proporcionalidad
60
Figura 18. Sistema con energía cinética máxima 62
Figura 19. Sistema con energía cinética y potencial 62
Figura 20. Sistema con energía potencial máxima 63
Figura 21. Distribución zonal del sistema dependiendo de la constante de elasticidad.
68
11
Figura 22. Ensayo axial para la zona 1 69
Figura 23. Modelo físico final, del prototipo de disipación de energía 72
Figura 24. Zonas de choque dependiendo del trabajo realizado
después del ensayo axial
73
12
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Normatividad 24
Tabla 2. Variable de objeto de estudio 27
Tabla 3. Tendencia de las tasa de muertes por accidente de transito. Colombia 2006
29
Tabla 4. Mortalidad por accidente de transporte según clase de accidente. Colombia año 2006
30
Tabla 5. Accidentalidad en Bogotá según la característica del accidente. Bogotá 2006
31
Tabla 6. Calificación cuantitativa de los dispositivos de disipación de energía existentes en el mercado
41
Tabla 7. Resultados pruebas axiales de las llantas 52
Tabla 8. Comportamiento del material (llantas) luego de la prueba axial
75
Tabla 9. Velocidad en cada zona a velocidades de 10, 12 y 15
Km/h
76
Tabla 10. Energía Cinética en cada zona a velocidades de 10, 12 y 15 Km/h
76
Tabla 11. Tiempo de deformación en cada zona a velocidades de 10, 12 y 15 Km/h
76
Tabla 12. Aceleración en cada zona a velocidades de 10, 12 y 15 Km/h.
85
Tabla 13. Fuerza G en cada zona a velocidades de 10, 12 y 15
Km/h.
85
13
LISTA DE GRAFICAS
Pág.
Grafica 1. Muertes en accidentes de transporte según la Condición de la victima. Colombia 2006
29
Grafica 2. Mortalidad por accidente de transporte según clase de accidente. Colombia año 2006
31
Grafica 3. Gráfica deformación vs. tiempo2 con velocidad de 10 Km/h. 78
14
LISTA DE ANEXOS *
ANEXO A. Formato de Ensayo
ANEXO B Costo de la Investigación
ANEXO C Instituto de Medicina Legal, Ciencias Forenses, Fondo
de prevención Vial
ANEXO D Puntos críticos del escenario de choque
ANEXO E Levantamiento del punto crítico seleccionado
ANEXO F Dispositivos de disipación de energía disponibles en el
mercado
ANEXO G Prototipo disipador de energía
ANEXO H Especificaciones de los dispositivos disponibles en el
mercado
ANEXO I Modelo numérico
ANEXO J
ANEXO K
Matrices de accidentalidad vial en Bogotá
Plano de prototipo de dispositivo de disipación
* Los anexos A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, se presentan en medio
magnético.
15
INTRODUCCIÓN
La presente investigación pretende aportar de manera significativa al desarrollo
tecnológico de la infraestructura, en lo relacionado con la seguridad vial, mas
precisamente en la ciudad de Bogota. Aparte este trabajo desarrolló una
recopilación de datos sobre la accidentalidad vial en Colombia y Bogotá. Se
observan y se analizan características de la accidentalidad vial como tasa de
muertos, tasas de heridos, tipo de colisión, tendencias, condición de la victima y
demás características que fuerón relevantes para la investigación, producto de
este análisis preliminar de accidentalidad en Colombia y Bogotá, se estableció que
existe una necesidad social sentida a la disminución de la accidentalidad vial en
sucesos fatales y para disminuir la tasa de lesionados. La propuesta de la
presente investigación se basa en evaluar el efecto de un dispositivo que mitigue
la energía cinética en la eventualidad de un choque vehicular directo contra un
elemento fijo de concreto o elementos que no tengan la capacidad de disipar la
energía de manera gradual, para esto, se identificó un escenario de choque
mediante un estudio por el método del vehiculo flotante ubicando puntos
neurálgicos y en donde se presentaron accidentes de consideraciones fatales,
dicho escenario se presenta por el corredor vial de la carrera 30 comprendido
entre la avenida de las Américas y la calle 94 y la autopista norte comprendida
entre la calle 94 y la calle170. Se considero este corredor vial también por el tipo
de infraestructura presente, se observa un elemento de barrera en las
16
divergencias de cambios de carril, que pretende redireccionar el vehiculo en el
momento de una colisión pero dicho diseño aumenta el riesgo de volcamiento y su
estructura no es de un material que sea capaz de disipar la energía, se considera
a su vez la peligrosidad del elemento de barreras, ya que en el escenario de
choque se presentan velocidades promedios de 60Km/h hasta 70Km/h
Dadas estas condiciones se desarrolla por parte de los investigadores un prototipo
de dispositivo de disipación de energía cinética, realizando un estudio de mercado
y seleccionando cuales de los dispositivos son los de mejores características tales
como, fácil instalación, rehúso, acción de rebote minima, impacto al ambiente,
precio, entre otras. Para desarrollar este prototipo se realiza un modelo numérico
en donde se presentan variables de energía cinética, energía potencial,
aceleraciones, fuerzas Gs y constantes como de elasticidad, velocidad y masa
todo esto para proponer un dispositivo creado por los investigadores y observar su
comportamiento energético y de desaceleraciones para determinar la capacidad
de disipación de energía del dispositivo.
1. EL PROBLEMA
1.1 LÍNEA
El proyecto de investigación que se desarrolla corresponde a la línea de
seguridad vial y pertenece al grupo de investigación instituto de desarrollo
tecnológico, INDETEC.
17
Esta investigación se relaciona con la línea de seguridad vial, pues evidentemente
se pretende que los resultados contribuyan a generar un escenario seguro en la
red vial de Bogotá.
1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
El escenario en estudio es el de choque frontal entre un automóvil y una estructura
de concreto.
Este escenario tiene variables que determinan el riesgo en el evento del choque
entre ellas la energía cinética, las desaceleraciones, las fuerzas generadas por el
choque entre las mas relevantes, el vehículo será el que absorbe toda la energía
de disipación, que al ser en un tiempo prácticamente instantáneo las
desaceleraciones son muy fuertes poniendo en peligro la vida de los ocupantes.
Por este motivo se considero en adicionar un dispositivo que disipe de forma
paulatina la energía, en un escenario de choque.
Algunos referentes para está investigación son las pruebas realizadas por la
EURO Ncap, (European New Assessment Car Programme)1 que establecen la
mayoría de los parámetros bajo los cuales se rigen las especificaciones de
seguridad para los automóviles nuevos, tambien establece ciertas medidas de
seguridad para los elementos como las estructuras de concreto o los elementos de
seguridad inherentes a la vía, como por ejemplo: barreras de contención, muros,
taludes, etc.
1 EUROENCAP. [En línea] disponible en Internet en: www.euroncap.com/tests.aspx [con acceso el 15/03/2008]
18
También se puede citar a la FHWA (Federal Highway Administration)2 que hace
parte del departamento de transporte de los Estados Unidos, que realiza
constantes evaluaciones a los elementos que se tienen en las autopistas
estadounidenses y a los que se van a aplicar en los proyectos subsiguientes.
1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cuál es la respuesta de un dispositivo de disipación de energía para un
escenario de choque frontal vehicular contra una estructura vial de concreto?
1.4 JUSTIFICACIÓN
En las etapas de diseño, construcción y servicio es extraño que en los proyectos
viales elaborados en la ciudad de Bogotá y en general de todo el país, se
consideren dispositivos de disipación de energía para choques. Por lo tanto la
investigación sobre métodos o dispositivos que ayuden en la disipación de la
energía en un evento eminentemente mortal, debería ser una prioridad tanto en el
tema de su utilización, como de los recursos que éstos demandan y los resultados
que producen.
Además se podría decir que el inicio de tales procesos está en las universidades,
ya que en estás se pueden desarrollar marcos investigativos, que se encaminen a
la generación del conocimiento de dichos eventos.
2 FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATIONS. [En línea] disponible en Internet en: www.fhwa.dot.gov [con acceso el 05/04/2008]
19
1.5 OBJETIVOS
1.5.1 Objetivo general
Determinar la capacidad de disipación de energía cinética de un dispositivo, en el
evento de choque frontal vehicular contra una estructura vial de concreto.
1.5.2 Objetivos específicos
• Establecer el tipo de choque propuesto
• Identificar el nivel de ocurrencia del choque propuesto en un escenario, por
medio del análisis de las matrices de accidentalidad vial.
• Identificar los dispositivos disponibles en el mercado para la disipación de
energía.
• Producto de la identificación de los dispositivos disponibles en el mercado
seccionar los mejores que se acondicionen al escenario de choque.
• Obtener todos los datos posibles de una modulación numérica de choque
vehicular.
• Crear un prototipo de modelo físico de un disipador de energía, con la
evaluación realizada por el modelo numérico.
2. MARCO REFERENCIAL
2.1 MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL
En el desarrollo de una investigación que requiera un análisis de accidentalidad
vial, se solicita la colaboración de diferentes entidades tanto particulares como
20
privadas, en el caso de una estadística general de la accidentalidad vial, se cuenta
con la colaboración del fondo de prevención vial, medicina legal y la secretaria de
movilidad de Bogotá, quienes han brindado una información clara y eficaz del año
2006 de toda la accidentalidad vial en cuanto a heridos, muertos, tipo de colisión,
condición de la victima, tasas de accidentalidad en los departamento y ciudades y
demás condiciones que se establecen como aporte significativo a la investigación.
De igual manera para la realización de esta investigación resulta necesaria la
construcción de un modelo numérico, que simule un choque de un vehiculo contra
un dispositivo de disipación de energía lo que hace que se requiera de variables y
constantes que a continuación se definen:
• Velocidad. es la magnitud física que expresa la variación de posición de un
objeto en función del tiempo, o distancia recorrida por un objeto en la unidad de
tiempo. Se suele representar por la letra . La velocidad puede distinguirse según
el lapso considerado, por lo cual se hace referencia a la velocidad instantánea, la
velocidad promedio, etcétera. En el Sistema Internacional de Unidades su unidad
es el metro por segundo ó . En términos precisos, para definir la velocidad
de un objeto debe considerarse no sólo la distancia que recorre por unidad de
tiempo sino también la dirección y el sentido del desplazamiento, por lo cual la
velocidad se expresa como una magnitud vectorial3.
3WIKIBOOKS. [En línea] disponible en Internet en: htto://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Cinem%C3%A1tica/Velocidad[con acceso el 03/03/2009]
21
• Trabajo: el trabajo efectuado por una fuerza, aplicada sobre un cuerpo
durante un cierto desplazamiento, se calcula mediante la integral del producto
escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento. El trabajo es una magnitud
física escalar, y se representa con la letra (del inglés Work)4.
• Energía cinética: es una energía que surge en el fenómeno del
movimiento. Está definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de
una masa dada desde su posición de equilibrio hasta una velocidad dada. Una vez
conseguida está energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía
cinética sin importar el cambio de la rapidez. Un trabajo negativo de la misma
magnitud podría requerirse para que el cuerpo regrese a su estado de equilibrio5.
• Energía potencial. La energía potencial es la capacidad que tienen los
cuerpos para realizar un trabajo ( ), dependiendo de la configuración que
tengan, en un sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí. Puede pensarse
como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que
un sistema puede entregar.
Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un
campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones).
Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia
4 WIKIBOOKS. [En línea] disponible en Internet en: http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica) [con acceso el 03/03/2009] 5 WIKIBOOKS. [En línea] disponible en Internet en: http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9tica [con acceso el 03/03/2009]
22
entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la
fuerza para cualquier recorrido entre B y A6.
• Energía potencial elástica. Es la energía asociada con las materiales
elásticos. Se demostrará a continuación que el trabajo para comprimir o estirar un
resorte una distancia x es ½kx2, donde k es la constante del resorte.
Sabemos, por ley de Hooke, que la relación entre la fuerza y el desplazamiento en
un resorte es F = -kx. El signo menos se debe a que la fuerza siempre se dirige
hacia la posición de equilibrio (x = 0)7.
• Aceleración . Es la magnitud vectorial que nos indica el ritmo o tasa con
que aumenta o disminuye la velocidad de un móvil en función del tiempo. Sus
dimensiones son longitud/tiempo2 y como unidades, según el sistema
internacional, se utiliza el m/s2 8.
• Fuerzas Gs: Está basada en la aceleración que produciría la gravedad
terrestre en un objeto cualquiera en condiciones ideales (sin atmósfera u otro
6 WIKIBOOKS. [En línea] disponible en Internet en: http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_potencial[con acceso el 05/03/2009] 7 JFINTERNATIONAL. [En línea] disponible en Internet en: www.jfinternational.com/mf/energia-potencial.html [con acceso el 07/03/2009] 8 WIKIBOOKS. [En línea] disponible en Internet en: http://es.wikipedia.org/wiki/Aceleraci%C3%B3n [con acceso el 08/03/2009]
23
rozamiento). Una aceleración de 1G es generalmente considerado como igual a la
gravedad estándar, que es de 9.80665 metros por segundo cuadrado (m/s2)9.
• Modelo físico: son construcciones en escala reducida o simplificada de
obras, máquinas o sistemas de ingeniería para estudiar en ellos su
comportamiento y permitir así perfeccionar los diseños, antes de iniciar la
construcción de las obras u objetos reales. Por ese motivo, a este tipo de modelo
se le suele llamar también modelo reducido o modelo simplificado10.
• Modelo numérico: es una técnica basada en el cálculo numérico, utilizada
en una amplia gama de campos de estudio, como diversos tipos de ingeniería,
desde los años 60, para validar modelos conceptuales de procesos u objetos
observados.
El modelo conceptual o científico se forma al relacionar un conjunto de
observaciones con una serie de hipótesis y aproximaciones. La validación se
produce cuando el modelo numérico basado en esas hipótesis y aproximaciones
es capaz de reproducir el conjunto de observaciones considerado11.
9 WIKIBOOKS. [En línea] disponible en Internet en: http://es.wikipedia.org/wiki/Aceleraci%C3%B3n_G [con acceso el 15/03/2009] 10 WIKIBOOKS. [En línea] disponible en Internet en: http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_f%C3%ADsico [con acceso el 17/03/2009] 11 WIKIBOOKS. [En línea] disponible en Internet en: http://es.wikipedia.org/wiki/Modelado_num%C3%A9rico [con acceso el 08/03/2009]
24
2.2. MARCO NORMATIVO
Tabla1. Normativo
NORMA TITULO DESCRIPCION
TEST 30. TEST LEVEL 1,2 Y 3 NCHRP
Terminals and Crash Cushions
Están destinadas principalmente a la evaluación del riesgo de los ocupantes y criterios de la trayectoria del vehículo.
3.5.2 SEÑALIZACIÓN HORIZONTAL, MANUAL DE SEÑALIZACIÓN, FONDO DEPREVENCION VIAL.
Objetos dentro de la vía Demarcaciones de aproximación a obstrucciones
3. METODOLOGIA
3.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
El estudio se desarrollara en dos tipos de investigación:
• Investigación Experimental: el investigador además de identificar las
características que se estudian las controla, las altera o manipula con el fin
de observar los resultados al tiempo que procura evitar que otros factores
intervengan en la observación de todas las nombradas variables12
• Investigación Descriptiva: buscan desarrollar una fiel representación del
fenómeno estudiado a partir de sus características. Describir en este caso
es medir. Se miden variables o conceptos con el fin de especificar las
propiedades importantes de fenómeno bajo análisis 13.
12 VAN DALEN Debold y MEYER William. Estrategia de la investigación experimental.2ed. México: Paidós 1990 p. 968-853-103-0. 13VAN DALEN Debold y MEYER William. Estrategia de la investigación experimental.3ed. México: Paidós 1990 p. 968-853-103-0.
25
Fases de la investigación:
3.1.1 Fase 1. Recopilación de información y estado del arte: Estudio previo de
el nivel de ocurrencia de el escenario de choque propuesto a través de entidades
distritales y/o nacionales que mediante el análisis de la accidentalidad vial en
Bogota, se establece un escenario de choque que cumpla con las características
de la investigación tales como velocidad de operación, elementos fijos que
ocasione accidentes con muertos, se realizo un inventario a los mercados
internacionales en donde se aprecian dispositivos de disipación de energía.
3.1.2 Fase 2. Aporte tecnológico a la disminución d e la mortalidad en
accidentes viales: en esta fase se desarrolla un análisis a los materiales con
pruebas de carga axiales, se realiza un modelo numérico del dispositivo con el fin
de obtener la mayor cantidad de variables físicas para un posterior análisis del
prototipo de dispositivo se construye también el dispositivo de disipación de
energía con los materiales que se les realizo las pruebas axiales de carga y de
acuerdo a los resultados que arrojo el modelo numérico se considera un diseño
apropiado.
3.1.3 Fase 3: Análisis de resultados: se valido el modelo numérico observaron
variables físicas como: energías cinéticas, energía potencial velocidades, tiempo
de colisión, aceleraciones y fuerzas G todo esto con el fin de crear un prototipo de
disipación que modele las características de un choque.
26
3.2 DIAGRAMA METODOLÓGICO
Figura 1. Diagrama metodológico.
27
3.3 OBJETO DE ESTUDIO
El objeto de la presente investigación es la determinación de los parámetros
físicos de una colisión, entre un vehiculo contra un disipador de energía, para la
elaboración de un modelo numérico y un prototipo de un modelo físico.
3.4 INSTRUMENTOS
En el desarrollo de está investigación se utilizan formatos creados por los
investigadores, los formatos creados se observan en el anexo A.
3.5. VARIABLES
Tabla 2. Variable de objeto de estudio CATEGORÍA DE
ANÁLISIS CONSTANTES VARIABLES INDICADORES
PROPIEDADES
FÍSICAS DE UNA COLISIÓN
VELOCIDAD DEL VEHICULO.
DEFORMACIÓN DEL DISPOSITIVO
Fuerzas Gs registradas por los
ocupantes del vehiculo.
Energía potencial del sistema de
disipación
Energía cinética de todo el sistema
MASA DEL VEHICULO
TIEMPO DE DEFORMACIÓN
Trabajo realizado por el dispositivo
Fuerza de colisión
Desaceleración presentada por los
ocupantes del vehiculo
28
3.6 HIPÓTESIS
La constante de elasticidad del material determina la capacidad de
almacenamiento de energía potencial de todo el sistema.
3.7 COSTO DE LA INVESTIGACIÓN
El costo total de la investigación fue de $ 1’790.000,00. El cual se encuentra
desglosado por ítems, ver anexo B.
4. TRABAJO INGENIERIL
4.1 FASE 1. RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN Y ESTA DO DEL ARTE
4.1.1 Accidentalidad vial en Colombia año 2006. Durante los últimos años, los
cambios en aumento y reducción de la accidentalidad de Colombia han sido
mínimos, en el año 2006, el instituto de medicina legal y ciencias forenses registra
5486 muertes un incremento del 1.3% con relación al año anterior, ver anexo C
tabla1, factor que puede ser susceptible a la disminución, por medio de campañas
cívicas para crear nuevos hábitos de comportamiento en las mallas viales de
Colombia.
4.1.1.1 Tendencia. En la tabla 3 se evidencian la tasas de muertes por
accidentes de transito en Colombia desde el año 2000 hasta el año 2006.
29
Tabla 3. Tendencia de las tasa de muertes por accidente de transito. Colombia 2006
TASA DE MUERTES
AÑO CASOS POBLACIÓN TASA
2000 6.551 42.299.301 15,5
2001 6.346 43.035.394 14,7
2002 6.063 43.775.839 13,9
2003 5.632 44.531.434 12,6
2004 5.483 45.294.953 12,1
2005 5.418 42.090.502 12,9
2006 5.486 43.041.872 12,7 Fuente: CIAVAC – DRIP Instituto Nacional de Medicina Legal
Se puede observar que la tendencia en tasa de mortalidad disminuye, ya que en el
año 2000 existía una tasa de 15.5 por 100.000 habitantes y que en el 2006 es de
12.7 por 100.000 habitantes, se espera que para el 2008 y 2009, dicha tasa
también establezca una disminución que sea considerable con las tendencias
anteriores. Mejorando la tecnología existente dentro del marco que establece la
seguridad vial.
4.1.1.2 Condición de la victima. En la gráfica 1 se evidencian las muertes en
accidentes de transito según la condición de la victima en Colombia en el año
2006.
Gráfica 1 . Muertes en accidentes de transporte según la Condición de la victima. Colombia 2006
Fuente: CIAVAC – DRIP Instituto Nacional de Medicina Legal.
30
El pasajero y el conductor establecen un 22.2% de la mortalidad en accidentes de
transito, y en cuanto al peatón es de 35.4%. Esto muestra que en su condición de
peatones no presentan ninguna protección activa, que disminuya los efectos
físicos que existen cuando se presenta un accidente, por otro lado la condición de
pasajero y conductor presenta un porcentaje relativamente alto ya que se
supondría que en la eventualidad de un accidente éstos tendrían la protección
necesaria que genera un automóvil, para disminuir los efectos que se manifiestan
dentro de un choque, por ésta causa, es de suma importancia contribuir al
desarrollo de elementos que permitan disipar dentro y fuera del vehiculo dichos
efectos en el desarrollo de un accidente.
4.1.1.3 Clase de accidente. Los casos por clase de accidente según el objeto de
colisión como objeto fijo, atropello, caída de ocupante etc. se presentan en la tabla
4 y en la Gráfica 2.
Tabla 4. Mortalidad por accidente de transporte según clase de accidente. Colombia año 2006
ACCIDENTE CASOS PORCENTAJE Choque con objeto fijo o en movimiento 2.232 48,3 Atropello 1.733 37,5 Caída de ocupante 275 5,9 Volcamiento 270 5,8 Caída de vehículo a precipicio 105 2,3 Hundimiento 6 0,1
Incendio 2 0 Fuente: CIAVAC – DRIP Instituto Nacional de Medicina Legal.
31
Gráfica 2 . Mortalidad por accidente de transporte según clase de accidente. Colombia año 2006
Fuente: CIAVAC – DRIP Instituto Nacional de Medicina Legal
En el 2006 se produjo un incremento muy significativo de choque contra elemento
fijo o en movimiento con un ascenso de 6 puntos en comparación con el 2005,
este tipo de accidente es el más relevante, ya que está en un 48% del 100% del
total de clase de accidente.
4.1.2 Accidentalidad vial en Bogotá año 2006.
4.1.2.1 Características de los accidentes, en la siguiente tabla se aprecia la
accidentalidad vial en Bogotá en el año 2006, lo cual presenta datos de choques,
volcamiento, atropello, incendio u otros.
Tabla 5 . Accidentalidad en Bogotá según la característica del accidente. Bogotá 2006
% CHOQUE TOTAL
ATROPELLO VOLCAMIENTO
CAÍDA
INCENDIO OTRO
SIN
TOTAL GRAVEDAD VEHICULO OBJ. FIJO OTRO CHOQUE OCUPANTE INFORMACIÓN
Muertos 26,4 6,1 31,7 64,3 30,7 2 1,8 0 1,2 0,2 100
Heridos 33,9 2,6 28,8 65,3 20,6 7,6 4,3 0 2 0,2 100
Solo Daños 93,4 4,3 0,8 98,5 0,1 0,5 0 0 0,5 0,3 100
Fuente: CIAVAC – DRIP Instituto Nacional de Medicina Legal
CLASE DE ACCIDENTE
48,3%
37,5%
5,9%
5,8%
2,3%
0,1%
0,0%
Choque con objeto fijo o en movimiento Atropello
Caída de ocupante
Volcamiento
Caída de vehículo a precipicio
Hundimiento
Incendio
32
Se puede observar que la mortalidad es mayor cuando existe un choque contra
otro elemento urbanístico con 31.7% de la totalidad de las características del
siniestro, existe un gran porcentaje en cuanto a choque con otro vehiculo
ocasionando solo daños con un 93.4%; el choque contra cualquier elemento
siempre tendrá preocupación ya que está originando un porcentaje de mortalidad
casi similar al de lesionados de 64.3% y 65.3% respectivamente, por lo cual es de
suma importancia que se requiera tecnología para mitigar las muertes
ocasionadas por está característica de accidente, otras formas como el
volcamiento, la caída del ocupante, incendio u otro no son de tanta preocupación
ya que los porcentajes con respecto a los lesionados y muertos son muy bajas.
4.1.2.2 Características de los vehículos involucra dos en los accidentes en
Bogotá . Es evidente que los vehículos con más presencia en la accidentalidad en
Bogotá son los livianos o automóviles, VER ANEXO C tabla 11. Ya que son los
que más presencia tienen en la malla vial, las motos están involucradas de
manera no tan considerable como los vehículos livianos, pero tiene una gran
problemática debido a los grandes porcentajes de mortalidad que manejan debido
a la poca protección que emplean los conductores y a las imprudencias de los
mismos.
33
4.1.3 Caracterización del escenario de choque
4.1.3.1 Definición del tramo crítico. Luego de los estudios de transito realizados
se determina que el tramo critico en la malla vial de Bogotá se presenta por el
corredor vial de la carrera 30 comprendido entre la avenida de las Américas y la
calle 94 y la autopista norte comprendida entre la calle 94 y la calle170. VER
FIGURA 2 y ANEXO D
Esto se define puesto que bajo los parámetros de la investigación de choque
contra estructura de concreto, en este caso muro, en los años 2006 y 2007 se
registran 6 muertos a lo largo de todo el tramo pero se considera también la
presencia de 97 heridos en este tipo de choque y 33 choques simples sin heridos
ni muertos. VER ANEXO J.
Otra tendencia que observa en este estudio es que los choques que presentan
heridos superan ampliamente a los choques con muertos y los simples. VER
ANEXO J. Esto se debe a que al ser un choque contra objeto fijo, y a una
velocidad frecuentemente superior a la permitida (60k/h) es casi imposible salir
ileso de un evento como se describe en el caso de los ocupantes y en el caso de
los vehículos siempre existirá algún daño.
34
Figura 2. Georeferenciacion. Accidentalidad vial. Bogotá
2006
Fuente : http://www.ciencias.unal.edu.co/geologiaforense/imagenes/MapaBogotá.png Punto crítico herido
Punto crítico muerto Punto crítico observado en campo
4.1.3.2 Definición del punto critico. La definición del punto crítico en el
tramo escogido es fundamental debido a que de este modo obtendremos un
escenario modelo para el choque objeto de este estudio.
Este punto critico se evalúa a través de la técnica del vehiculo flotante que
establece el análisis del tramo a través de la circulación de un vehiculo de prueba
35
en el flujo vehicular observando las condiciones del mismo, ver anexo D y como es
el comportamiento del conjunto de vehículos en las condiciones presentes en el
momento del estudio.
La trayectoria del vehiculo se diseña basándose en el estudio previo de la
accidentalidad sufrida en este tramo ver figura 2. Se define que sea a lo largo de la
Avenida carrera 30 desde la calle 68 hasta la carrera 13 en el sentido norte sur y
desde ahí en el sentido sur norte hasta el puente de la calle 94 para tomar la
autopista norte hasta la calle 170 que es la última Avenida que sugiere
intersecciones y desvíos en la autopista.
Existe un peligro real por la velocidad de operación en el mismo y por las
condiciones que lo rodean como los puntos en los que se debe hacer un cambio
de carril entre carriles de alta velocidad o que en si mismos se constituyan como
un obstáculo en la vía o tengan poca señalización, etc.
Luego de realizar el recorrido en su totalidad se depuraron dos escenarios
peligrosos, cambio de carril de alta velocidad a carril de alta velocidad y cambio de
carril de alta velocidad a baja velocidad, se escoge de ésta manera el cambio de
carril de alta velocidad a carril de alta velocidad: este escenario se presenta
cuando al circular por la autopista se va de los carriles externos de velocidad alta a
los carriles que se encuentran posteriores a ellos y en este cambio se presenta un
obstáculo. VER FIGURA 3
36
Figura 3. Intersección Autopista Norte con Calle 116
Éste presenta un nivel de peligrosidad alto, puesto que es la última salida antes de
la calle 127 y ésto implica que los conductores efectúan maniobras peligrosas para
tomar este punto dado, que si no lo toman antes del puente no podrán tomar la
salida a la vía paralela. Como este punto presenta una señalización en tachas de
una longitud de 30 metros y a esto se le suma una longitud de separador de 33.7
metros, la preparación de la salida por parte del conductor tendrá que realizarse
casi en el mismo punto que para efectuar la salida casi 200 metros antes lo cual
no tiene sentido de ser si se tienen dos salidas. Ver anexo D.
4.1.4 Dispositivos de disipación de energía disponi bles en el mercado. Se
relacionan distintos dispositivos de disipación de energía disponibles en el
mercado con el fin de analizar las ventajas y desventajas que tiene cada uno y de
este modo llegar a la elección del que resulte óptimo para la realización de la
prueba física.
37
Luego de la realización de este análisis detallado en cada uno de los dispositivos
desde varios puntos de vista como su precio, su aplicabilidad e instalación es
posible que, como solución a la prueba, se establezca un diseño propio basado en
las mejores características de cada uno de los dispositivos analizados.
Para este análisis se procede a determinar cuales empresas en el mundo y a nivel
nacional son las encargadas en la fabricación de éstos dispositivos, se
establecieron 10 empresas, Plastic Safety Systems Inc, Barrier Systems inc,
Energy absorption System Inc, Road System, Texas Transportation Institute,
Traffic Devices Inc, Trinity Industries Inc, Brifen USA Inc, Engineered Arrestins
Systems Corporation y Midwest Roadside Safety Facility, todas certificadas por la
NCHRP 350 que es la norma que rige los sistemas atenuadores de impacto.
La gran mayoría de las empresas son de los Estados Unidos, siendo este el país
más innovador en cuanto a éstos dispositivos; no se encontraron empresas
Colombianas que fuesen avaladas por la norma internacional (NCHRP 350) por lo
cual es de gran necesidad involucrarse en estas investigaciones, que generan un
aporte importante a las sociedades.
Se observan en la Web cada una de las empresas teniendo en cuenta
características como, facilidad ubicación, catalogo de los sistemas de disipación,
innovación de los sistemas de disipación, aplicabilidad al escenario propuesto,
información detallada de los sistemas de disipación, entre otros.
38
Luego de esta observación se concluye que la empresa Energy absorption System
fue la mejor en cuanto a las características anteriores; luego de la caracterización
del escenario de choque en donde se realiza el estudio de los puntos críticos de la
malla vial de Bogotá, se observa exactamente en la autopista norte con calle 94 un
dispositivo atenuador de prueba fabricado por está empresa. Ver anexo D figuras
30,31 y 32. Por lo anterior se confirma aun más el estudio de está empresa,
estudio que se detalla, en la relación de dispositivos.
Luego de observar los dispositivos con sus características de funcionalidad, en la
tabla 6, se puede apreciar mediante una evaluación cualitativa cuales de los
dispositivos analizados son los de mejor funcionamiento, para esto, se escogerán
los mejores 4 que se semejen a las circunstancias y necesidades de un choque
directo contra un elemento fijo.
Se desarrollaron para el análisis cualitativo diferentes características que a
continuación se definen.
• Mantenimiento: es conjunto de operaciones y de cuidados necesarios que
debe de tener un dispositivo después de su instalación para una adecuado
servicio.
• Peso dispositivo: Peso total del sistema, dependiendo de su área de
diseño, ésto con el fin de cuantificar su facilidad de transporte e instalación.
• Área para instalación: Área total comprendida en el terreno de instalación,
está sujeta a cambios dependiendo del diseño del dispositivo.
39
• Instalación: Complejidad que tiene un dispositivo, para la instalación en el
sitio de cada una de las partes que comprenden el sistema.
• Velocidad de choque: Es la velocidad máxima a la cual el dispositivo es
capaz de detener determinado vehículo.
• Peso máximo del vehículo: Peso máximo del vehiculo con el que se
sometió a prueba el dispositivo. Todos los dispositivos analizados fueron
diseñados para un máximo de 2000Kg.
• Rebote del vehiculo: Capacidad que tiene el dispositivo para almacenar
energía y disiparla sin transferírsela al vehículo, se puede definir también como la
amortiguación que tiene un dispositivo.
• Emisión de escombros: Dispersión de pedazos o restos del dispositivo,
que puedan afectar la seguridad del área adyacente al dispositivo, en la
eventualidad de un choque.
• Capacidad de desaceleración: Capacidad que tiene un dispositivo de
absorber la energía cinética con la que viene el vehiculo, con el fin de crear una
desaceleración gradual.
• Resistencia a la intemperie: Duración que tienen los materiales que
comprenden el sistema, cuando están sometidos a los agentes climáticos.
• Ensamble y producción: Facilidad de producción o consecución de los
materiales que constituyen el dispositivo y su fácil ensamblaje por parte del
fabricante.
40
• Normas: Cumplimiento de cada uno de los dispositivos con las normas
locales vigentes.
• Precio: Precio total del sistema incluyendo producción, transporte,
instalación, y mantenimiento.
41
Tabla 6. Calificación cuantitativa de los dispositivos de disipación de energía existentes en el mercado
PONDERACIÓN CARACTERÍSTICAS /DISPOSITIVOS BATELLE FIA REACT 350 QUADGUARD QUADGUARD LMC EASICELL IMS ENERGITE lll
7% MANTENIMIENTO X XX X X X X X X X X X X X X X X 6% PESO DISPOSITIVO X X X X X X X X X X X X X X
7% IMPACTO AMBIENTAL X X XX XX X X X X XX XX X
7% AREA PARA INSTALACION X X X X X X X X X X X X X X X
8% INSTALACION X X X X X X X X X X X X X X X X X X
6% VELOCIDAD DE CHOQUE X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
5% PESO MAX VEHICULO X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
7% REBOTE DEL VEHICULO X X X X X X X X X X X X X X X X X X
6% EMISION DE ESCOMBROS X X X X X X X X X X X X X X X X X X
7% CAPACIDAD DE DESACELERACION X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
5% RESISTENCIA A INTEMPERIE X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
7% ENSAMBLE Y PRODUCCION X X X X X X X X X X X X
10% NORMÁS N/A X X X X X X X X X X X X N/A X X X 12% PRECIO X X X X X X X X X X X X X X X
100% PORCENTAJE 65,42
75,03 43,50 62,05
83,09 62,80
53,05 80,48
42
43
En el anterior cuadro se analizan las características en cada uno de los
dispositivos, para esto se le da una ponderación diferente a algunas de ellas por
su complejidad y desarrollo científico, como el precio y el cumplimiento de las
normas internacionales, para las de más características las ponderaciones fueron
equivalentes, debido a estás ponderaciones y a las calificaciones que se les da
por parte de los investigadores, estableciendo que la ausencia de X, es la carencia
de dicha característica en el dispositivo, una X indica la presencia de la
característica pero con un bajo desempeño, dos X establece la presencia de la
característica y con un buen desempeño, con tres X presenta la característica, con
un excelente desempeño y con el cumplimiento de las normas internacionales.
Se determinaron 4 dispositivos debido a su alta calificación cualitativa que son:
sistema de seguridad pasiva por la fia (federacion internacional de automovilismo),
Easi-cell® cluster crash cushion system, quadguard® crash cushion system lmc,
energite® iii crash cushion system; éstos cuatros dispositivos se seleccionaron ya
que su diseño está elaborado para choques frontales, su mantenimiento no es
muy riguroso y presentan características de reutilización, las velocidades a las
que se diseñaron los dispositivos se asemejan mucho a las características de
Bogotá y los pesos de los vehículos a que se sometieron a prueba los
atenuadores no superan los 2000kg, cumpliendo con la mayoría de vehículos que
se involucran en accidentes con estás características de choque y velocidades.
44
También se analizan características físicas como el rebote y la capacidad de
desaceleración del dispositivo, entendiendo el rebote como la capacidad real del
dispositivo de almacenar y disipar la energía y no retransferirla en el sentido
opuesto y la capacidad de desaceleración se tiene que considerar teniendo en
cuenta que de esa función del disipador depende la vida de los ocupantes, puesto
que en el evento de un choque las desaceleraciones excesivas pueden ser
mortales, los 4 disipadores manejan desaceleraciones medidas en fuerzas G
como no mortales en pruebas realizadas a 100km/h, según la norma NCHRP 350,
el cumplimiento de las normas y el precio son las características más relevantes
para la selección de los dispositivos ya que las normas avalan la investigación y le
dan un soporte científico al proyecto y el precio constituye el alcance y limitación
de está.
En el anexo F se presentan de forma más detallada los 4 dispositivos que se
escogieron para desarrollar uno que involucre las mejores características de éstos.
4.1.5 Dispositivos seleccionados
4.1.5.1 Sistema de seguridad pasiva por la FIA (fed eración internacional de
automovilismo). El mantenimiento de este sistema no es tedioso ni costoso ya
que los materiales que lo componen son llantas usadas de vehiculo liviano, la
instalación de este dispositivo no es muy compleja pero el área que necesita de
operación es muy extensa, ya que este dispositivo esta diseñado para velocidades
superiores a los150 km/h, posé una buena capacidad de desaceleración ya que
45
las llantas tienen una buena reacción de disipación de energía y durabilidad a la
intemperie, en cuanto a su precio se puede considerar como un dispositivo
económico ya que las llantas son recicladas. VER TABLA 6 Y FIGURA 4.
Figura 4 . Dispositivo de disipación de energía. Seguridad pasiva por la FIA
Fuente :http://mm.motor21.com/Espa%C3%B1ol/Deportes/Motor/F%C3%B3rmula_1/gp2_imagen_barreras.jpg
4.1.5.2 Easi-cell® cluster crash cushion system. Este sistema comprende
un peso bastante liviano a comparación de los otros dispositivos, ya que los
mismos cilindros de polietileno comprende la estructura del dispositivo, el área
para la instalación es corta ya que los cilindros tiene una característica de
densidades altas por lo cual los cilindros tienen mucha capacidad de
almacenamiento de energía, pero esta, se trasfiere de forma de energía potencial
hacia el vehiculo ocasionando problemas por la acción de rebote, esta diseñada y
avalada por la NCHRP para colisiones de vehículos con pesos no mayores a
46
2000kg, por lo cual se considera importante por el escenario que se presenta en la
malla vial de Bogotá, el dispositivo es resistente a la intemperie por las
características del material y su precio es bajo. VER TABLA 6 Y FIGURA 5.
Figura 5. Dispositivo de disipación de energía. easi-cell® cluster crash cushion system
Fuente : http://www.energyabsorption.com/products/images/easicell-1.gif
4.1.5.3 Quadguard® crash cushion system lmc. Es el sistema con mayor
calificación cuantitativa, ya que debido a sus características, se puede emplear de
forma adecuada a la malla vial de Bogotá, su mantenimiento no es muy riguroso
ya que el dispositivo en el evento de un choque se recupera y queda en su
posición inicial, dado a la característica del material que se recuperable en el
momento de la colisión, el impacto ambiental es mínimo debido a que no existe
cambio de materiales, las características físicas tales como velocidad de choque,
rebote del vehiculo y capacidad de desaceleración se consideran como buenas,
pero debido a su alta tecnología y al cumplimiento de las normas su precio es alto.
VER TABLA 6 Y FIGURA 6.
47
Figura 6. Dispositivo de disipación de energía. quadguard® crash cushion system lmc
Fuente: http://www.energyabsorption.com/products/images/quadguard-lmc-1.gif
4.1.5.4 Energite® iii crash cushion system. Este es el sistema que ha
prevalecido por más tiempo dentro de los estándares de las autoridades
estadounidenses por su fácil aplicación y fácil reposición.
Figura 7. Dispositivo de disipación de energía. energite® iii crash cushion system.
Fuente: http://www.energyabsorption.com/products/images/energite3-1.gif
Este sistema no posee capacidades de redireccionar vehículos que lo impactan
lateralmente pero si el impacto es frontal es capaz de detener vehículos de hasta
48
2000 kilogramos que viajan a una velocidad de hasta 110 Km/h lo cual hace que
cumpla con las normas de velocidades máximas en toda la malla vial de la ciudad.
Es un sistema no reusable pero que aun así conserva un bajo costo de
producción, instalación, y almacenaje; además su reposición es una fracción del
costo de otros dispositivos.
Este sistema al depender de su deformación y destrucción genera residuos y
escombros que pueden causar alteraciones las vías circundantes.
Al realizar el análisis más detallado a cada uno de los disipadores se concluye por
parte de los experimentadores un solo dispositivo, que involucre las características
predominantes y que se asemejan a las condiciones del escenario de choque y al
punto critico establecido, se observan 14 características como el mantenimiento,
área de instalación, capacidad de desaceleración, ensamble, producción, normas
y precio entre las más relevantes, para el desarrollo y diseño del dispositivo se
escogió de el sistema de seguridad pasiva por la fia (federación internacional de
automovilismo) la sencillez de su instalación y la obtención de los materiales ya
que el sistema se compone principalmente de llantas de vehículos pequeños y su
proceso de desaceleración es gradual y aceptable.
El segundo disipador evaluado que es Easi-cell® cluster crash cushion system,
observamos que el comportamiento de los cilindros de polietileno de alta densidad
son reutilizables, ya que el material se recupera de manera inmediata en la
49
ocurrencia de un choque, característica que se asemeja mucho al comportamiento
de las llantas del primer dispositivo evaluado.
El tercer dispositivo es el quadguard® crash cushion system lmc, las
características de este dispositivo establecen una gran confianza ya que tiene una
estructura que protege los elementos que la constituyen y su diseño proporciona
un área pequeña de instalación y se pueden vincular las llantas dentro del sistema
como un disipador, la estructura está diseñada para velocidades de 100Km/h y
tiene una virtud que es la de redireccionar el vehiculo en caso de una colisión, está
característica no predomina en está investigación ya que se estableció que el
estilo de choque seria frontal, pero puede tener alguna relevancia como un diseño
innovador aumentando la seguridad de los ocupantes del vehiculo.
Por último se observa el energite® iii crash cushion system, este dispositivo es el
más fácil de adquirir, su precio no es muy alto a comparación de los otros
sistemas, su desaceleración es gradual pero tiene un área de instalación bastante
amplia y el sistema no es reutilizable factores que implican cambiar las
características del escenario de choque.
En conclusión el sistema de disipación que se implementa aquí consta de llantas
de vehículos que fueron desechadas por su uso y desgaste, ésto con el fin de
permitir que los materiales se consigan a un muy bajo costo, las llantas estarán
confinadas en una estructura de aluminio simulando la estructura del quadguard®
crash cushion system lmc. VER ANEXO G.
50
4.2 FASE 2. APORTE TECNOLÓGICO A LA DISMINUCIÓN DE LA
MORTALIDAD EN ACCIDENTES VIALES
4.2.1 Análisis de materiales para el dispositivo di sipador de energía. En este
análisis se establecen las características que se tienen en cuenta para el diseño
final del dispositivo disipador de energía; tanto de la estructura del mismo, como
del material que efectúa el trabajo para disipar la energía que para el caso esta
enfocado en las llantas usadas.
Las llantas usadas son de gran impacto ambiental y por lo tanto es importante
generar modos innovadores de usarlas y en este caso en específico nos
referiremos a la capacidad de las mismas, de producir un trabajo mientras que se
deforman de modo que este se aprovecha para anular la energía cinética de los
vehículos en la malla vial.
La energía del vehiculo se transfiere al sistema por medio de una estructura que
contiene el material disipador y aprovecha al máximo la capacidad del mismo.
Esta estructura está construida en vigas tipo “W” de acero galvanizado en caliente,
en su totalidad dado que en los términos del diseño este tipo de perfil se puede
acomodar para todas las partes del dispositivo; el dispositivo consta de los
siguientes componentes-
• Vigas tipo “W”: estás son vigas construidas para defensas viales flexibles
referencia Flex Beam en acero galvanizado en caliente, que se ajustan a todas las
especificaciones de las normas americanas AASHTO y las europeas ENCAP. La
totalidad de la longitud de las vigas es reflectiva y libre de oxido por las
características del material debido a su proceso de fabricación.
51
• Tornillería de anclaje y ensamble: ésta es la tornillería especificada para
la instalación de estás defensas y que la fabrica que las produce suministra,
excepto por aquellos que deben ajustarse a la rampa de CESVI dado que éstos
son de medidas y especificaciones distintas.
• Materiales accesorios: Éstas son placas, perfiles o soportes necesarios
para el correcto ensamble del dispositivo, deben ser en acero y están moldeados
de acuerdo a las necesidades que se presentan en el proceso de construcción.
4.2.2 Material para la disipación de energía del di spositivo. Este se encuentra
en su totalidad compuesto de llantas usadas, conservadas en su estructura
original, debido a su alta resistencia a los impactos y a su gran capacidad de
absorber energía de modo gradual teniendo la capacidad de regresar a su estado
inicial lo cual nos da una característica de reuso y bajo mantenimiento del sistema
en general, la estructura que las confina que es de acero galvanizado, no
presentara disipación de energía, por lo tanto se considero que la disipación será
propia de la llantas.
4.2.3 Prueba de compresión del material de disipaci ón. La prueba es
realizada en la prensa hidráulica del laboratorio de estructuras de la facultad de
ingeniería civil. Dado que para este tipo de prueba no existe un conjunto de pasos
establecidos se diseña una metodología para determinar el trabajo realizado por
cada elemento en particular:
52
Metodología.
a. Se seleccionan los elementos a someter a prueba basándose en una
inspección visual del mismo así como las necesidades requeridas de cada uno de
ellos.
b. Se prepara la prensa hidráulica para que tenga la capacidad de distribuir la
fuerza uniformemente en el área de contacto de la llanta.
Figura 8. Prensa hidráulica para ensayo de fuerza axial
c. Se ubica la llanta haciendo coincidir su centro con el pistón de la prensa
hidráulica.
d. Se ubican los aparejos necesarios para distribuir la fuerza en la parte
inferíos y superior de la llanta.
Figura 9. Llanta sometida a carga axial
53
e. Se procede a realizar la prueba tomando datos en pares entre la lectura de
carga como la lectura de deformación.
Figura 10. Llanta sometida a carga axial
f. Con los datos obtenidos se realiza el análisis del material.
Luego de haber realizado el ensayo de carga a cada una de las llantas, se
obtienen los valores de cada una de ellos en términos del trabajo que son capaces
de generar así:
Tabla 7. Resultados pruebas axiales de las llantas
No CARÁCTERÌSTICA DE
LALLANTA
POSICION DE LA
LLANTA FUERZA
N DEFORMACIONES
(m/m) TRABAJO (J=N*m)
1 175/70R13-CAVALIER HORIZONTAL 1000 0,086 86 2 175/70R12-FIRÉSTONE HORIZONTAL 1000 0,073 73 3 185/60R15-GOODYEAR HORIZONTAL 1000 0,09 90
4 175/70R12-FIRÉSTONE y 9185/65R14-UNIROYAL
VERTICAL 200 0,15 30
5 175/70-R13-UNIROYAL HORIZONTAL 1000 0,069 69 7 P186/65R14-UNIROYAL HORIZONTAL 1000 0,065 65
5200 0,533 2771.6
54
Entonces dadas las características de cada una de las llantas por separado se
establece que el dispositivo debe trabajar absorbiendo la mayor cantidad de
energía en su parte delantera e ir colapsando en si mismo absorbiendo cada vez
más energía pero en pequeñas porciones hasta que finalmente se detenga el
vehículo con lo cual se cumplirá el objetivo de energía cinética igual a cero.
Para lograr ésto las llantas con una deformación rápida y menos capacidad de
generar trabajo están en la parte delantera del dispositivo y en las siguientes
bahías se ubicarán las que sean capaces de lograr de modo armónico una
detención suave y menos traumática para los ocupantes del vehículo.
El análisis de la distribución de las llantas se complementa con el modelo
numérico que se explica a continuación.
4.2.4 Modelo dinámico de colisión. El siguiente modelo no emplea parámetros y
relaciones propias de los sistemas estáticos de colisiones, ya que debido ha éstos
análisis, se deja a un lado el hecho de que la colisión es un proceso físico de
transferencia de cantidad de movimiento y de deformación, durante el cual, la
fuerza desarrollada en dicha colisión varía: en efecto, el choque es un proceso
esencialmente dinámico, en este modelo se presenta las coordenadas polares,
velocidad, aceleración, fuerza, masas, que son funciones dependientes del
tiempo14
14 CONASET. [En línea] disponible en Internet en: www.conaset.cl. [con acceso el 20/09/2008]
55
Este modelo establece que dos objetos que colisionan y quedan unidos después
de la colisión, se produce una transformación de la máxima porción posible de la
energía cinética inicial y se dice que la colisión es una colisión perfectamente
inelástica. Debido a la selección de dispositivo de mitigación de energía y a las
características del mismo, el análisis empleado no será por transferencia de
cantidad de movimiento, si no por energía cinética y potencial.
El objetivo del análisis es que se considere un dispositivo deformable que
transfiera la energía de colisión (energía cinética), para está transferencia el
dispositivo, deberá emplear un trabajo que absorba la energía gradualmente,
deformando o cortando elementos del disipador de energía. Con el fin de lograr
una Vf = 0.
El modelo dinámico presentado se puede emplear para choques de vehículos
contra objetos fijos (postes, pilas de puentes, intersecciones viales, barreras de
contención, entradas a peajes etc) de las mallas viales de todas las ciudades, ya
que presenta información básica de desaceleraciones o fuerzas G que ocasionan
traumatismos tanto en los conductores como a los pasajeros.
4.2.4.1 Consideraciones generales del modelo dinámi co. En el modelo se
presentan variables como la velocidad, fuerza, aceleración, energía cinética y
constantes; como la masa del vehiculo y la distancia de recorrido del vehiculo, se
pretende mediante el análisis dinámico de la iteración de todas estás variables y
constantes, establecer la mayor disipación de energía cinética en la eventualidad
de un choque directo contra un elemento fijo.
56
4.2.4.2 Modelo numérico considerando la fuerza, par a el diseño de un
prototipo físico de mitigación de energía. Para dicha construcción se emplean
variables como la energía cinética, velocidad, trabajo.
2
2
1mvEC = (J – N*m) Ecuación 1
SFW *= (J-N*m) Ecuación 3
La ecuación 1, se emplea para describir la energía con la que viene el vehiculo se
dice que es función del tiempo ya que establece una velocidad de llegada de
colisión que será, la velocidad con la que llega a la colisión (Vi), no se tiene en
cuenta la velocidad final (Vf) ya que el modelo no se presenta como una
transferencia de cantidad de movimiento si no como un modelo dinámico de
energía cinética y que el objetivo principal es que dicha velocidad sea = 0.
Figura 11. Vehículo en movimiento con velocidad constante y energía cinética máxima
t
Sv = (m/s) Ecuación 2
57
El diseño del dispositivo se basa en este primer análisis que se muestra en la
figura 11, en donde la masa del vehiculo es constante junto con la velocidad y la
distancia recorrida por el vehiculo, la energía cinética se presenta en todo el
recorrido hasta llegar hacer contacto con el muro de colisión.
Figura 12. Choque de vehiculo contra muro de colisión
Partiendo de la tercera ley de Newton ilustrada en la figura 12, que dice que a toda
acción corresponde una reacción igual en magnitud y dirección pero en sentido
opuesto, decimos que podemos igualar las ecuaciones 1 y 3.
2
2
1* mvSFWEC −=⇒= Ecuación 4
Se pretende establecer que la fuerza ocasionada por el vehiculo se disipe en un
dispositivo de amortiguamiento de impacto, dispositivo que se diseña a partir de la
fuerza que origina el vehiculo o en este caso la energía cinética que lleva consigo,
para esto el dispositivo tiene que paulatinamente igualar la energía cinética para
que no se presente desaceleraciones fuertes a partir del trabajo ocasionado por el
58
dispositivo cortando o deformando los elementos del mismo, haciendo que la
fuerza actuante sobre el vehiculo se trasfiera de manera gradual.
Figura 13. Distribución de las zonas de mayor y menor resistencia al trabajo
En la figura 13 podemos observar de manera gráfica como se pretende distribuir la
deformación para que se produzca un trabajo que gradualmente disipe la energía
cinética con la que llega el vehiculo, para esto se diseña a partir de dos zonas, una
zona que emplea una menor resistencia para vehículos no mayores de 900 Kg. Y
una segunda zona de mayor resistencia para vehículos de 1500 a 2000kg.
Figura 14. Reacción del trabajo del dispositivo, cuando se le aplica una fuerza ejercida por el vehiculo
59
En la figura 14 se aprecia la manera con la que actúa el trabajo efectuado por el
dispositivo cuando el espacio se deforma o se fractura, para el cálculo total del
trabajo del dispositivo se emplearon llantas usadas de vehículos livianos que
fueron sometidas a fuerzas axiales diseño que se estableció en el Cálculo de
proporcionalidad K. Se obtiene el trabajo realizado por las llantas y se ubican en el
dispositivo de manera que la desaceleración sea gradual.
W 1+W 2+ W 3 + W 4+W n llantas = ∑Wtotal
Ecuación 5
4.2.4.3 Modelo numérico. Dado que los materiales que constituye el dispositivo,
contienen unas características propias como deformaciones, elasticidad, rebote,
desgaste etc. Se parte de que el sistema se presenta como un modelo inelástico, y
que es necesario conocer un factor de proporcionalidad de cada uno de los
materiales, como la característica principal para el desarrollo del modelo numérico
y físico.
Para dicha condición de un modelo inelástico, se establece que el dispositivo
luego de recibir la fuerza de choque no presentara ningún rebote que ocasione
una condición de elasticidad, ya que dicho dispositivo presenta una sujeción en la
estructura que conserva la energía potencial elástica ganada por la fuerza de
choque y la constante de proporcionalidad de las llantas. VER FIGURA 16.
60
Figura 15. Dispositivo con energía potencial máxima luego de detenerse completamente el vehiculo
4.2.4.4 Cálculo de la constante de proporcionalidad K. Para calcular la
constante de proporcionalidad de las llantas, medimos cada una de ellas
aplicándole una fuerza y obteniendo así una deformación.
Figura 16. Ilustración de ensayo axial para el cálculo del trabajo hecho por las llantas
Con su fuerza y las deformaciones correspondientes, se realiza el cálculo de la
constante de proporcionalidad con la siguiente ecuación.
S
FKSKF =⇒= * Ecuación 6
En donde F será la fuerza aplicada, S la deformación que se presenta con la
aplicación de la fuerza y K como la constante de proporcionalidad.
61
4.2.4.5 Consideración del sistema de disipación co mo un sistema inelástico
en serie . Para este análisis se considera que el sistema de mitigación de energía,
se presenta como un sistema inelástico en serie, ya que las llantas se comportan
como un material elástico transformando la energía cinética en potencial, solo que
por parte de los experimentadores dicha energía potencial que compone las
llantas después del choque no es expulsada debido a unos dispositivos que están
instalados dentro de todo el sistema de mitigación, éstos harán que las llantas no
se devuelvan por la acción que genera la energía potencial, convirtiendo el
sistema en un sistema inelástico. Para que este tome el comportamiento de un
sistema inelástico en serie, las llantas están puestas como un circuito en serie una
detrás de la otra como se aprecia en la figura 18.
Figura 17. Distribución teórica de las llantas dependiendo de la constante de proporcionalidad
Con está distribución de las llantas aplicamos la ecuación:
S
FKeq
∑
∑= Ecuación 7
Con la configuración dada se procede al análisis de la energía potencial elástica.
62
4.2.4.6 Energía potencial elástica. Dado que el sistema se comporta como un
resorte en serie y las llantas que hacen las veces de un elástico gana energía
potencial, por está razón se considera que dicha energía es proporcional a la
característica del material (constante de proporcionalidad Keq) ya que con está se
establece una capacidad de almacenamiento de energía potencial, con la
siguiente ecuación.
2*2
1XKeqUr = Ecuación 8
En donde Ur es la energía potencial elástica, Keq constante de proporcionalidad
equivalente, y X la distancia de la deformación que obtiene todo el sistema, la
explicación se presenta mejor en las condiciones de frontera del sistema.
4.2.4.7 Condiciones de frontera del sistema como re sorte para el cálculo de
la deformación. Como las características y el comportamiento de las llantas se
presentan como un resorte, el análisis total del sistema de disipación de energía
que se diseñó está relacionado con la constante de proporcionalidad equivalente
Keq, la energía potencial elástica Ur y la energía cinética Ec.
Con las variables señaladas se pretende establecer la distancia de deformación de
todo el sistema de disipación luego de recibir la fuerza por la colisión de un objeto,
por lo tanto se considera que el sistema se comporta como se sustenta de la
siguiente forma empleando las condiciones de frontera.
63
Figura 18. Sistema con energía cinética máxima
En la figura 19 se puede apreciar que debido al movimiento del vehiculo que lleva
una velocidad Va y que el sistema de las llantas que se presenta como un resorte
no se encuentra deformado, se afirma que existe una máxima de energía cinética
Ec = Max, y que la energía potencial es cero Ur = 0
Figura 19. Sistema con energía cinética y potencial
En la figura 20 se aprecia que cuando el vehiculo después del choque transfiera la
energía total en una suma de las dos, la cinética y la potencia, cambiando
disminuyendo la velocidad Vb y efectuando una deformación Xb durante el
recorrido. En está fase se representa la máxima energía empleada por el sistema.
64
Figura 20. Sistema con energía potencial máxima
En la figura 21 se aprecia que la energía cinética es cero Ec = 0, ya que el
vehiculo se encuentra en reposo debido a esto la velocidad es cero Vc = 0, esto
quiere decir que la energía potencial está en su máxima expresión, debido a que
el sistema de las llantas está generando la mayor concentración de energía por la
deformación de las mismas, ya que por las características del material este
almacena la llegada de la energía cinética en energía potencial.
Luego del análisis de las condiciones de frontera se procede a la interpretación de
las energías en cada uno de los momentos de impacto, para encontrar la
deformación del sistema Xc, dada que la energía cinética se conserva máxima al
comienzo del impacto justo antes de que el sistema comience a deformarse figura
20 y la energía potencial es máxima cuando la deformación Xc está en su totalidad
figura 22.
Con está interpretación igualamos las dos ecuaciones de Energía Cinética Ec y
Potencial Ur.
22
2
1
2
1mVaKXcEtotalEcUrEtotal −=⇒−= Ecuación 9
65
22
2
1
2
1mVaKXc = Ecuación 10
Como las dos energía son vectores dirigidos el uno contra el otro, denotamos la
energía cinética con el signo menos (-), de la ecuación 11, se despeja la
deformación Xc ecuación 12, que es el objetivo del análisis de las condiciones de
frontera.
4.2.4.8 Cálculo del tiempo y aceleración de todo el sistema de mitigación de
energía. Luego de conocer la deformación del sistema que es función de la
constante de proporcionalidad Keq del material que la corresponde, de la energía
cinética Ec y potencial Ep, se procede a calcular el tiempo y la aceleración que se
emplea para que el vehiculo obtenga una Vf = 0.
Se parte de las siguientes dos ecuaciones:
2
2
1* attVoXc −= Ecuación 11
t
VoVfa
−= Ecuación 12
Reemplazamos con la ecuación 13 en la ecuación 12, advirtiendo que la velocidad
final Vf en el sistema es cero (0) se expresa de la siguiente forma:
2)(2
1* t
t
VotVoXc −−= Ecuación 13
66
tVotVoXc *2
1* +=
)2
1( VoVotXc +=
VotXc2
3*=
Vo
Xct
3
2= Ecuación 14
Para obtener la aceleración reemplazamos en la ecuación:
2t
Xa = Ecuación 15
El análisis de la aceleración teórica como se presentó anteriormente, establece
que la desaceleración del vehiculo será constante. Ya que el sistema se toma
como una sola constante de proporcionalidad (k); análisis que muestra de forma
más general el comportamiento de una colisión contra el dispositivo y presenta
valores que indican las desaceleraciones, las fuerzas G, tiempo de choque,
velocidad de colisión como un todo sin cambio en las características de los
materiales.
Para presentar unas desaceleraciones graduales dentro del sistema, se analizan
los materiales y sus constantes de proporcionalidad (k), para establecer zonas de
choque dentro del dispositivo, como se muestra en la figura 23.
67
También se analiza el comportamiento de las velocidades y el cambio de las
energías en cada zona, limitando el dispositivo a que en cada zona no se presenta
una deformación mayor a 30 cm ésto con el fin de crear un margen de seguridad.
4.2.4.9 Cálculo de la energía potencial. Para conocer la energía potencial en
cada zona, se considera la siguiente ecuación:
2
2
1KXE = Ecuación 16
Estableciendo el K como la constante de proporcionalidad en cada una de las
zonas y X como la distancia de deformación a una determinada fuerza ejercida por
la energía cinética, pero como es la deformación máxima en la zona, se denota
como la deformación para determinar un rango de seguridad del dispositivo, rango
que está entre 0 y 30cm.
4.2.4.10 Cálculo de la velocidad en cada zona. Como se estableció en las
condiciones de fronteras, en el momento en el que el vehiculo choca contra el
dispositivo, empieza a presentarse un cambio de energía de cinética a potencial,
este cambio genera diferentes velocidades en cada intervalo de tiempo y
deformación, para el Cálculo de la velocidad en cada intervalo se analiza desde la
segunda condición de frontera, expresando la ecuación tal..
22
2
1
2
1KXmvE += Ecuación 17
68
En donde E será igual a la energía total de todo el sistema, en este caso dicha
energía será igual a la energía cinética con la que viene el vehiculo, la expresión
2
2
1mv indica el cambio de energía cinética que se presenta cuando el vehiculo
choca contra el dispositivo y 2
2
1KX presenta la energía ganada por el material
(llantas) del dispositivo, con este análisis establecemos que la velocidad se
presentara en el cambio de energías. Entonces se despeja de la ecuación 18 la
velocidad.
22
2
1
2
1KXmvE +=
22
2
1
2
1mvKXE =−
22
2
12 mvKXE =
−
2
2
2
12
vm
KXE
=
−
vm
KXE
=
− 2
2
12
Ecuación 18
4.2.4.11 Cálculo en la energía cinética en cada zon a. Para establecer el cambio
de la energía cinética en cada zona del dispositivo se reemplaza la ecuación 1,
69
pero como se considera que es el cambio de energía en cada zona deformada, la
velocidad será a la que constituye cada intervalo como se observo en el cálculo de
velocidad.
4.2.4.12 Cálculo del tiempo, aceleración y fuerzas g. Estás tres variables son
funciones principales de la velocidad y la distancia de deformación del sistema,
para el cálculo de dichas variables reemplazamos en las ecuaciones 14, 15y 19
28.9
s
ma
G = Ecuación 19
Hay que tener en cuenta que la distancia de deformación, la distancia, el tiempo y
la aceleración es el que se presenta en el transcurso de la zona. VER FIGURA 23.
Figura 21 . Distribución zonal del sistema dependiendo de la constante de elasticidad.
ZONA 1: está zona está constituida por llantas cuyo trabajo fue el que menor
energía empleo para su deformación, por lo tanto la constante de proporcionalidad
(K) fue la menor, dado que las llantas están ubicadas en forma horizontal el
análisis que se empleo para caracterizar el material fue diferente a comparación
70
del hecho para las demás llantas. En la figura 24 se ilustra la forma del ensayo a
que fueron sometidas
Figura 22. Ensayo axial para la zona 1
Está ubicación permite que la desaceleración sea mejor y más gradual, ya que la
composición del material de las llantas presenta un menor efecto de rebote y toda
la energía la condensa las llantas.
ZONA 2: está zona está empleando la constante de proporcionalidad (K) de la
zona 1 y de la misma zona 2, ya que la desaceleración actúa a lo largo del
recorrido de todo el dispositivo, la energía gastada para producir un trabajo de
deformación es un poco mayor a la zona 1, ésto con el fin de permitir una
desaceleración gradual y que el traspaso de energía al vehiculo sea muy poca,
para lograr unas fuerzas G bajas y no tan variables en el cambio de las mismas
zonas.
ZONA 3: es la de mayor trabajo de deformación, es la zona que recibe la mayor
cantidad de energía durante todo el recorrido del vehiculo hasta que este quede
en reposo.
71
Como el comportamiento de la colisión es dinámico y que en cada intervalo de
tiempo se presentan unas deformaciones y aceleraciones diferentes y que las
zonas del dispositivo contienen características distintas de los materiales, se
expresa una gráfica de desaceleración, inversamente proporcional el tiempo con la
deformación del dispositivo.
4.2.5 Construcción del dispositivo de mitigación de energía
4.2.5.1 Diseño del dispositivo de mitigación de ene rgía . Dado las
características de los materiales del trabajo que contrarresta la energía cinética, se
ubicaron las llantas ver plano vista de planta.
Esto se debe a que al tener mayor absorción de energía en el frente del dispositivo
este será capaz de detener un vehículo de menor peso solo usando las bahías
delanteras y si el peso del vehículo es aumentado, se usaran las demás, sin tener
que rediseñarlo enteramente.
La posición de los perfiles externos esta ilustrado en el plano vista de perfil junto
con la posición de los perfiles internos.
Por último el dispositivo cuenta con un riel fabricado en el mismo perfil tipo “W”
que estará ubicado debajo de todo el recorrido En el inicio del riel se ubica una
puntera de las que son usadas en las barreras de carreteras con el fin de evitar el
borde del riel que generaría un choque de la llanta del vehículo con el mismo y
ocasionaría el daño de los dos.
72
4.2.5.2 Cantidades de material: Dado que cada una de las bahías cuenta con
sus propios rieles y que cada uno de ellos está traslapado sobre el siguiente 20
cm para así lograr el colapso de la estructura de cada bahía en la siguiente y
garantizar el rehúso de la misma, cada riel es así:
1. Rieles externos: serán aquellos que le darán el soporte externo a todo el
dispositivo y que colapsaran entre ellos mismos para lograr la disipación de
energía.
a) Nariz: Está es de una material alternativo que se destruirá en el momento del
choque.
b. Bahía 1: está es de 50cm el cajón de sujeción de las llantas y sus rieles son de
70 cm cada uno.
c Bahía 2: está es de 40cm el cajón de sujeción de las llantas y sus rieles son de
60 cm cada uno
d Bahía 3: está es de 30cm el cajón de sujeción de las llantas y sus rieles son de
50 cm cada uno
2. Rieles internos: son aquellos que están dentro del dispositivo amarrados a los
cajones que sostendrán las llantas y que los comprimirán para la absorción de
energía.
a. Son cuatro divisiones internas que se constituyen cada una por dos rieles de
50cm cada uno, ésto por ser éste el diámetro de la llanta más grande del sistema
con una holgura de 50 cm.
73
b. Riel de contención: es el que sostiene el dispositivo después del choque para
que no devuelva la energía almacenada al vehículo, éste mide la misma longitud
total del dispositivo que es de 1.70cm más la puntera.
Para una mejor apreciación del diseño del dispositivo ver planos en anexos tal
Por último el diseño final del prototipo de disipación es el siguiente
Figura 23. Modelo físico final, del prototipo de disipación de energía
4.3 FASE 3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los datos que se consideran y validan en el análisis de resultados que aquí se
presentan se remiten al Anexo I “Modelo Numérico”.
4.3.1 Validación del modelo numérico considerando l a fuerza, para el diseño
de un prototipo físico de mitigación de energía. Para validar este modelo
partimos del compartimiento que presentan las llantas en cuanto al trabajo
realizado por cada una de ellas como se aprecia en la tabla 7.
74
Al observar el comportamiento de cada una de ellas en cuanto a la resistencia de
la energía para causar un trabajo, se procede a ubicarlas como se estableció en el
modelo numérico anterior, las de menor reacción al frente y las de mayor atrás.
Figura 24. Zonas de choque dependiendo del trabajo realizado después del ensayo axial
Partiendo de la ecuación 4, se iguala, el trabajo realizado hecho por el total de las
llantas y la energía cinética con la que viene el vehiculo.
11718.75 = 2771.6
Se puede observar que la energía cinética es mucho mayor al trabajo realizado
por las llantas, tomando este análisis se considera que el sistema de mitigación
colapsaría de manera inmediata, pero como el trabajo ilustrado en los ensayos
no es el trabajo máximo realizado por las llantas, si no que es un trabajo dado por
una fuerza aplicada constante de control, se procede a calcular la fuerza necesaria
para que el sistema se deforme un máximo permitido; se considera este máximo
permitido como un limite de seguridad del dispositivo.
Partiendo de los ensayos y las fuerzas aplicadas a las llantas y sus deformaciones
se puede decir que con una fuerza de 5200 N se produjo una deformación de
75
0.533 m, entonces para una deformación de .90 m (que será la máxima,
establecida por un limite de seguridad del dispositivo) cuanta fuerza será
necesaria.
El resultado por regla de tres será F = 8830.18 N
Este resultado quiere decir que el vehiculo para poder ejercer una deformación de
.90 m en el dispositivo a una velocidad constante de 15 Km/h y una masa
constante de 1350 kg tiene que ejercer una fuerza de 8830.18 N
Retomando el análisis que se presenta en la igualación del trabajo con la energía.
11718.75 = 2771.6
Se observa que la energía cinética y el trabajo por ensayo difieren en un alto
margen, pero como lo que se va a evaluar es la fuerza con la que viene el vehiculo
igualamos la energía cinética con el nuevo trabajo efectuado por el dispositivo si
se quiere lograr el objetivo que la velocidad final sea cero.
11718.75 J = 8830.18 N * .90 m
11718.75 J = 7947.16 J
Según este resultado dicha energía cinética se disipa en un 68% por el dispositivo
de mitigación, dejando una reacción al vehiculo de un 32 %, resultado que es
favorable, ya que es muy complejo tratar de disipar toda la energía sin que exista
ninguna reacción.
76
Está forma de diseño de prototipo es bastante compleja y no muestra de manera
detallada el comportamiento de las desaceleraciones, el tiempo, el cambio de las
energías cinéticas, etc. Es por eso, que por parte de lo experimentadores, se
procede a crear un modelo numérico para la mejor evaluación de las variables, de
todas formas se puede considerar este modelo para diseños que no requieran una
evaluación detallada y también para presentar materiales que puedan servir en la
disipación de la energía cinética en la eventualidad de un choque contra un
elemento fijo.
4.3.2 Validación del modelo numérico del sistema de disipación. Dado los
ensayos de laboratorio y el análisis de las características de los materiales. Se
presentaron los siguientes resultados de fuerzas y deformaciones para las llantas.
Tabla 8. Comportamiento del material (llantas) luego de la prueba axial
No CARACTERISTICA DE LALLANTA FUERZA N
DEFORMACIONES DEFORMACIONES
(m/m) TRABAJO (J=N*m)
DEF. INICIAL (m)
DEF. FINAL(m)
1 175/70R13-CAVALIER 1000 0,175 0,089 0,086 86
2 175/70R12-FIRÉSTONE 1000 0,165 0,092 0,073 73
3 185/60R15-GOODYEAR 1000 0,182 0,092 0,09 90
4 175/70R12-FIRÉSTONE y 9185/65R14-UNIROYAL 200 0,47 0,32 0,15 30
5 175/70-R13-UNIROYAL 1000 0,172 0,103 0,069 69
7 P186/65R14-UNIROYAL 1000 0,186 0,121 0,065 65
5200 0,533
Con los datos de deformaciones y fuerzas aplicadas se establecieron constantes
de proporcionalidad (K) en cada uno de las zonas remplazando en la ecuación 6.
Zona 1 K = 1333.34 kg/s2
Zona 2 K = 7746.47 kg/s2
77
Zona 3 K = 9756.09 kg/s2
Se propondrá un modelo de colisión a diferentes velocidades de choque 10, 12 y
15 Km/h y con una masa constante de 1350 kg que es la masa total del vehiculo
de envestimiento, se ilustran el desarrollo de cada una de las variables obtenidas y
la Gráfica de comportamiento de la aceleración.
Estableciendo las condiciones de fronteras como las que se ilustraron
anteriormente se procede al cálculo de las energías, para establecer los rangos de
las pérdidas de la energía cinética y la ganada por la energía potencial, todo ésto
con el fin de observar el comportamiento energético de todo el dispositivo de
mitigación y el cambio de la velocidad y el periodo de tiempo.
Con la ecuación 16, se calcula la energía potencial ganada por el sistema en cada
zona con la deformación establecida como rango de seguridad.
Zona 1 Ep = 60 J
Zona 2 Ep = 1394.36 J
Zona 3 Ep = 3951.21 J
Los valores de K y de la energía potencial (Ep) son exclusivos de las
características de los materiales y no son afectados por la velocidad ni por la masa
del vehiculo.
Con la ecuación 18, se calcula la velocidad en cada zona, se aclara que la
velocidad inicial será variada en 10, 12 y 15 km/h y las distancias generadas serán
las propuestas como condiciones de frontera en cada intervalo en cada 30 cm a lo
largo del dispositivo.
78
Tabla 9. Velocidad en cada zona a velocidades de 10, 12 y 15 Km/h
velocidad zona 1 (m/s) velocidad zona 2 (m/s) velocidad zona 3 (m/s)
vi = 10 Km/h 2,76173143 2,37704053 1,364694415
vi = 12 km/h 3,319973226 3,00755439 2,292913556
vi = 15 km/h 4,155986312 3,910931272 3,392263636 Para el Cálculo de la energía cinética se reemplaza en la ecuación 1, como dicha
energía se presenta como una perdida de velocidad a medida que el vehiculo
colisiona con el dispositivo, en la ecuación 1 reemplazamos la velocidad por la
generada en cada zona.
Tabla 10 . Energía Cinética en cada zona a velocidades de 10, 12 y 15 Km/h
Energía Cinética Zona 1
(J) Energía Cinética Zona 2
(J) Energía Cinética Zona 3
(J)
vi = 10 Km/h 5148,333333 3813,967136 1257,113821
vi = 12 km/h 7440 6105,633803 3548,780488 vi = 15 km/h 11658,75 10324,3838 7767,530488
El tiempo, la aceleración y las fuerzas G se calculan con las ecuaciones 14,15 y
19.
Tabla 11. Tiempo de deformación en cada zona a velocidades de 10, 12 y 15 Km/h Tiempo Deformación Zona 1 (s) Tiempo Deformación Zo na 2 (s) Tiempo Deformación Zona 2 (s)
vi = 10 Km/h 0,072418338 0,168276474 0,439658867
vi = 12 km/h 0,06024145 0,132998426 0,261675805
vi = 15 km/h 0,048123354 0,10227743 0,176873045
Tabla 12. Aceleración en cada zona a velocidades de 10, 12 y 15 Km/h. Aceleración Zona 1 (m/s) Aceleración Zona 2 (m/s) A celeración Zona 3 (m/s)
vi = 10 Km/h -57,2037037 -21,18870631 -4,655977115
vi = 12 km/h -82,66666667 -33,92018779 -13,14363144
vi = 15 km/h -129,5416667 -57,35768779 -28,76863144
79
Tabla 13. Fuerza G en cada zona a velocidades de 10, 12 y 15 Km/h.
Fuerza G Zona 1 Fuerza G Zona 1 Fuerza G Zona 1
vi = 10 Km/h -5,837112623 -2,162112889 -0,475099706
vi = 12 km/h -8,43537415 -3,461243652 -1,341186881
vi = 15 km/h -13,21853741 -5,852825285 -2,935574636
Luego de obtener cada una de las variables que se consideran dentro del modelo
numérico del sistema, se observa a continuación el comportamiento de la
aceleración por medio de gráficas que ilustran qué tanto se disipa la energía en
cada uno de las velocidades tomadas como ejemplos.
Gráfica 3 . Gráfica deformación vs. tiempo2 con velocidades de 10, 12 y 15Km/h.
Deformacion vs Tiempo
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16
Tiempo
Def
orm
acio
n 10 km/h
12 km/h
15 km/h
En las graficas se aprecia que entre menor velocidad el grado de curvatura será
mayor en comparación a una curva a mayor velocidad, por lo tanto a un grado
mayor de curvatura de la Gráfica, las desaceleración se presenta más gradual
80
5. CONCLUSIONES
Debido al desarrollo y el análisis de resultados de la investigación se obtuvieron
las siguientes conclusiones.
En la presente investigación teórico práctica, se establecen indicadores mediante
un análisis estadístico de la accidentalidad vial, tales como muertos, que en el
2006 fue de 5486 para una tasa de 12.7, por cada 100.000 habitantes, los heridos
según tipo de la victima (pasajero y conductor) fue de 7920 en Colombia en el año
2006 que junto a la tasa de muertos por accidentes de tránsito cuando se colisiona
un vehiculo con un objeto fijo, que registró un total de 2232 casos para un 48.3% a
nivel nacional y que para Bogota de un total de 553 un 32.5% fue contra objeto
fijo, estos indicadores son de relevancia para la investigación debido a que estos
fundamentan la necesidad de disminuir las tasa de mortalidad y de heridos en los
ocupantes de vehículos, en la eventualidad de un choque contra elemento fijo.
En la ciudad de Bogotá se presenta una infraestructura vial que propicia en
determinar puntos de disipación de energía cuando colisiona un vehiculo contra un
elemento fijo. Producto del análisis realizado por los investigadores se estableció
que en las divergencias de cambio de carril en un escenario de choque, análisis
desarrollado mediante un estudio de vehiculo flotante y la accidentalidad vial en
Bogotá, presentado por el corredor vial de la carrera 30 comprendido entre la
avenida de las Américas y la calle 94 y la autopista norte comprendida entre la
calle 94 y la calle170. Donde se evidencia unos elementos de barrera en las
divergencias de cambio de carril que pueden ocasionar volcamiento de los
81
vehiculo que lo envistan por un lado y en la eventualidad de una colisión directa
frontal, dichos elementos de concreto no tienen la capacidad de disipar la energía
cinética con la que viene el vehiculo, por esta razón se plantea la necesidad de
contribuir al desarrollo tecnológico de dispositivos de disipación de energía
existentes en el mercado en el contexto particular.
Estos dispositivos se evaluaron por medio de una calificación cualitativa, que
presentan 14 características mas importantes tales como impacto ambiental, área
para la instalación, rebote del vehiculo, instalación, ensamble y producción entre
los mas relevantes, para la construcción de un prototipo de disipación creado por
los experimentadores, para dicho prototipo se partió de un modelo numérico que
estableció una condición de fuerzas y energías cinéticas, ecuación 4.
2
2
1* mvSFWEC −=⇒= evidenciando el comportamiento del choque y la
reacción del dispositivo dado por. Ecuación 5.
W 1+W 2+ W 3 + W 4+W n llantas = ∑=
n
i n
Wtotal1
partiendo de esto se establece que este
modelo no presenta datos importantes como velocidades de colisión a lo largo del
dispositivo, tiempo que tarda el vehiculo en detenerse, aceleraciones, fuerzas G y
energía potencial, por lo cual se construye un modelo más detallado partiendo de
un análisis elástico del material que lo compone como la constante de elasticidad
dada por la ecuación 6.
82
S
FKSKF =⇒= * , dicho modelo numérico dio luz a un prototipo de disipación de
energía que dependiendo del análisis de los materiales y su distribución en el
mismo, se definió la configuración propuesta en la investigación.
• El choque contra elemento fijo u otro, se considero con gran atención ya
que de 553 del total de muerto el 64.3% es contra elemento fijo u otro y de17538
heridos el 65.3% fue contra la característica señalada, en Bogota, por lo cual se
constituye en uno de los principales escenarios en los que los conductores y
pasajeros de vehículos livianos están potencialmente en peligro en la malla vial de
la ciudad.
• Luego de realizar el estudio de vehículo flotante en la malla vial se concluye
que el tramo critico de la malla vial en Bogotá es la Avenida Carrera 30 entre la
avenida Américas y la calle 94 y su complemento posterior a través del puente de
la calle 94 por la Autopista Norte entre dicha calle y la calle 170 a lo largo de toda
la extensión de la misma, ya que se presentaron ausencia en cuanto a la
seguridad activa en el momento de una colisión contra objeto fijo, debido a que en
las divergencias de dicho escenario se presentan estructuras de concreto que
pretenden redireccionar el vehiculo pero debido a su forma que es circular, lo que
provoca es un volcamiento inminente del vehiculo, cuando este avanza a
velocidades considerables o a una velocidad media de 60 Km/h.
83
• El Punto crítico que presenta la mayor peligrosidad de todo el tramo
enunciado está ubicado en la autopista norte con calle 116 en sentido sur norte en
la base del puente de dicha divergencia, ya que el punto presenta cambios en su
diseño inicial debido su cercanía de la columna del puente con el trafico, el cambio
desarrollado fue la prolongación del separador 30 metros y la señalización
horizontal que se alargó otros 33 metros, ocasionando así una reducción en los
carriles vehiculares que presentan un flujo vehicular alto y velocidades promedios
de 60Km/h hasta 70km/h, se considero este escenario ya que para evitar toda esta
prolongación se puede aplicar un dispositivo de disipacion.
• Por medio del estudio de mercado que se realiza se determinan las
características tales como impacto ambiental, área para la instalación, rebote del
vehiculo, instalación, ensamble y producción entre los mas relevantes, realizando
una calificación cualitativa de cada uno de los dispositivos y en este orden de
ideas se determinaron los siguientes dispositivos: sistema de seguridad pasiva por
la FIA (federación internacional de automovilismo), con una calificación cualitativa
de 75 puntos sobre 100, Easi-cell® cluster crash cushion system con un 62.80
sobre 100, Quadguard® crash cushion system lmc con un 83.09 sobre 100 y el
Energite® iii crash cushion system con un 80.48 sobre 100.
• En el orden de lograr un diseño de prototipo que se ajuste a las
necesidades de la investigación se realizaron una serie de pruebas que arrojan las
84
características reales para los materiales a usar tales constante de elasticidad que
presento un rango de 1333.33 - 9756.09 kg/s2 y la energía potencial ganada por
el sistema cuyo rango fue de 60 – 3951.2 J, características que son exclusivas del
material y que no son variadas por la velocidad ni las masas con la que se
colisiona el vehiculo.
• Se llevo á cabo un diseño numérico de dispositivo estableciendo como
variable principal la fuerza y el trabajo, W 1+W 2+ W 3 + W 4+W n llantas = ∑=
n
i n
Wtotal1
,
partiendo del análisis de fuerza axial a los materiales en este caso llantas de
vehículos livianos, para encontrar un trabajo que representara todo el sistema en
la acción de una fuerza ejercida en este caso la fuerza ejercida por un vehículo a
una velocidad constante sin aceleración, el comportamiento numérico de las
variables tales como velocidad, desaceleración, energía cinética, energía
potencial, tiempos de deformación, fuerza y fuerzas G es muy deficiente, ya que
solamente representa información de fuerzas ejercidas y reacciones de trabajos.
• En el comportamiento del modelo numérico se observó que el sistema no
se comporta como un proceso físico de transferencia de cantidad de movimiento y
de deformación, ya que en la realidad no se transfiere solamente masas, si no que
, también el sistema ejerce una funcionalidad dinámica ya que las fuerzas,
velocidades y aceleraciones que se establece en el momento de la colisión, varia
85
con respecto al tiempo, ésto abre el camino a unas investigaciones más detalladas
del comportamiento de un choque contra un elemento fijo, elástico e inelástico, ya
que dichos choques manejan variables en cada instante de tiempo y de
deformación.
• Se observa que partiendo del objetivo principal del prototipo de disipación
que es que la velocidad final del vehículo llegase a cero y que la energía cinética
en el instante último de tiempo y deformación sea cero, no se puede usar un
material que disipe de manera gradual dichas velocidades y energías cinéticas sin
tener ninguna reacción hacia el vehículo de colisión en este caso se observo que
la disipación de la energía fue de un 68%, dejando un 32% de reacción al
vehículo, está disipación es considerable ya que el análisis que se presenta de
desaceleraciones y fuerzas G por medio del modelo numérico realizado
posteriormente, no expresan fuerzas G de consideraciones lamentables para las
salud de los ocupantes.
• Al construir el prototipo de disipación se observa que se comporta como un
sistema elástico y que la característica del material es que gana energía potencial
elástica 2*2
1XKeqUr = en cada instante de tiempo y deformación, se procede
entonces a un análisis con un constante de proporcionalidad de la
86
llantas,S
FKeq
∑
∑= para establecer una energía potencial ganada por todo el
sistema para el desarrollo de un modelo numérico más detallado.
• En la interpretación del modelo numérico más detallado se definen tres
zonas características, estás zonas se establecen dependiendo de la constante de
elasticidad que expresa cada uno de los materiales, tratando de que la
desaceleración sea gradual a lo largo del dispositivo, se diseña un modelo
numérico partiendo de la constante de elasticidad del material que lo constituye,
observando en dicho modelo numérico la evaluación en cada zona a tres
velocidades iníciales diferentes 10, 12 ,15km/h.
• Para una velocidad de colisión del vehiculo de 10Km/h o 2.77m/s, desde
que empieza la colisión y al transcurrir una deformación de .90 cm y con un tiempo
de recorrido de deformación .30s, la velocidad fue de 1.94m/s, hubo una
disminución en .83m/s velocidad que nos proporciona unas desaceleraciones
graduales en cada una de las zonas y unos cambios de energía cinética
considerables en cuanto a las fuerzas G que establecen dichas desaceleraciones.
Para las demás velocidades iníciales de 12 y 15km/h las variables se
comportaron con la misma relación.
• En las Gráficas 5, 6,y 7 distancia vs tiempo en donde se muestran las
desaceleraciones en cada una de las velocidades iníciales, se aprecia que entre
87
menor velocidad el grado de curvatura será mayor en comparación a una curva a
mayor velocidad, por lo tanto a un grado mayor de curvatura de la Gráfica, las
desaceleración se presenta más gradual estableciendo así que se podrá proponer
materiales con una mayor capacidad de almacenamiento de energía
sustentándolas con pruebas axiales o demás pruebas que caractericen el material
para establecer distancias de almacenamiento menores o mayores dependiendo
de la energía que se pretenda disipar.
• Las fuerzas Gs encontradas en cada una de las velocidades estudiadas
fueron,
Velocidad inicial (Km./h)
Fuerzas Gs
10 2.8 12 3.75 15 5.24
esto demuestra que las desaceleraciones fueron aceptables en cuanto a una
fuerza de desaceleración o fuerza G, ya que a partir de 25Gs la persona empieza
e presentar traumas, a 50Gs poli traumas y heridas, y se presenta fatal cuando las
fuerzas Gs sobrepasan los 75Gs, dado a la característica del material y a la
velocidad máxima de diseño del prototipo de dispositivo, que se presento de 15
Km/h. la velocidad máxima permitida para que no presente Fuerzas Gs superiores
a 75Gs será de 87Km/h, en vehículo liviano como originalmente se diseño.
88
6. RECOMENDACIONES
Al desarrollar toda la investigación se llega a unas curvas de deformación vs
tiempo2, con las cuales se observa el comportamiento de las desaceleraciones
producidas durante el tiempo real del choque, analizando fuerzas Gs originadas en
el cambio de las velocidades y de tiempo, dichas curvas presentan un análisis
numérico del prototipo del dispositivo de mitigación, por lo cual dicho dispositivo no
se considera como un modelo físico ya que falta por realizar la prueba física que
sustentaría un comportamiento real de las desaceleraciones y demás variables
físicas, dicha prueba se pretende realizar en CESVI (centro experimental de
seguridad vial) realizando las mismas pruebas que se efectuaron con el modelo
numérico a velocidades de 10Km/h, 12Km/h y 15Km/h, todo esto con el fin de
ajustar las tablas numéricas con el comportamiento del choque real mediante
modelos finitos o el método de los mínimos cuadrado, para proyectar la curva ya
ajustada a velocidades que se ajusten a las condiciones reales de operación en
Bogotá.
• En el escenario de choque propuesto en la investigación se pretende
cambiar las condiciones que la constituye, como quitar la señalización horizontal
que es tán extensa con 33 metros de longitud y la prolongación del separador que
es de 30 metros a partir de la divergencia original que existía en el escenario,
cambios que se originaron para la seguridad de los vehículos por la cercanía a la
columna del puente y su inminente peligro, pero estos cambios ocasionaron una
89
disminución en las calzadas ocasionando peligrosidad por las maniobras que
emplean los conductores en las divergencias, se recomienda por parte de los
autores colocar en la divergencia original un dispositivo de disipación de energía
para la recuperación del ancho de calzada y que las velocidades no se vean
afectadas por las maniobras ejercidas por los conductores.
• Al realizar el estudio por medio del vehiculo flotante en donde se
observaron que las divergencias presentan unos elementos de barrera de
concreto, que se pretende con estas redireccionar el vehiculo si lo llegase a
investir, pero el comportamiento de dichas estructuras lo que hacen es volcar el
vehiculo sin ninguna disipación de energía ni redireccionamiento, por lo tanto se
recomienda ubicar dispositivos de disipación de energía que le de dirección al
vehiculo hacia la vía y disipen la energía con la que se colisiona.
90
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