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Tema: Seguridad Vial
Subtema: Equipamiento Certificado para la Seguridad Vial en Carreteras
Título: ALTERNATIVAS DE MATERIALES EN LA FABRICACIÓN
DE SISTEMAS DE CONTENCIÓN VIAL CERTIFICADOS
Autor:
Luis Araya, [email protected]
TECNOVIAL S.A.
Departamento de Ingeniería,
Santa Marta 1717, Maipú, Santiago de Chile
Tel +569 9349 1625
III InterCISEV
“CARRETERAS Y EQUIPAMIENTO: PIEZA CLAVE DEL SISTEMA
SEGURO”
18 y 19 de septiembre de 2019, Buenos Aires
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 2
DESARROLLO DEL TEMA............................................................................................................. 3
NORMA EUROPEA EN1317 .......................................................................................................... 3
ACERO GALVANIZADO ................................................................................................................. 7
SISTEMA DÚPLEX .......................................................................................................................... 9
ACERO CORTEN ............................................................................................................................. 9
SISTEMAS DE CONTENCIÓN VIAL METAL MADERA .......................................................... 11
EL FUTURO DE LOS SISTEMAS DE CONTENCIÓN VIAL ................................................... 13
CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 15
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................... 16
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INTRODUCCIÓN
Argentina ha dado un gran paso en cuanto a la seguridad vial en los últimos años. Uno de
estos pasos es la incorporación de la norma EN1317 para mejorar la seguridad vial de sus
carreteras. Con esta incorporación es importante dejar atrás algunos paradigmas que
envolvían al mundo de la seguridad vial, por ejemplo, el tipo de acero a utilizar o el tipo de
protección contra la corrosión del acero utilizado en el sistema. Esta norma deja abiertos
parámetros de diseño en los sistemas de contención vial certificados y solo indican
parámetros de desempeño como nivel de contención, ancho de trabajo y severidad del
sistema. Por lo mismo se debe dejar claro que existen distintas alternativas de fabricación
para estos sistemas de contención vial y algunos se mencionan en este documento.
Es indiscutible que, en zonas de mayor corrosión, es imperante la necesidad de utilizar zinc
como elemento de protección para el acero al carbono en zonas de mayor agresividad
atmosférica contra el acero, sin embargo, en zonas de menor agresividad atmosférica
existen distintos tipos de acero como alternativa al acero con recubrimiento de zinc. Uno
ejemplo, es el acero Corten, el cual, debido a su composición, otorga beneficios tanto
estéticos como de protección contra agentes corrosivos.
También existe la posibilidad de controlar el espesor de galvanizado con el objetivo de
aumentar la duración de los aceros contra la corrosión. Siguiendo esta misma línea,
podemos encontrar la alternativa dúplex para aumentar aún más la protección del acero.
Por último, es importante mencionar que en la actualidad es posible encontrar sistemas de
contención metálicos con diferentes variaciones. Un ejemplo, es la alternativa de utilizar
sistemas de contención vial metal madera. El objetivo es utilizar la madera como un agente
estético independiente en el sistema dejando al metal, como es costumbre, como el
elemento capaz de absorber la energía ante un impacto vehicular. Esta solución es ideal
para zonas como parques, reservas nacionales, localidades turísticas, etc.
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DESARROLLO DEL TEMA
NORMA EUROPEA EN1317
La norma europea UNE EN1317 adoptada desde el 2017 por la Dirección Nacional de
Vialidad Argentina (DNV) establece que los fabricantes y diseñadores de sistemas de
contención vial pueden ensayar sus productos dejando libre el factor diseño. A diferencia de
manuales como la AASHTO americano y antiguos manuales de carreteras europeos, en
donde quedan establecidos los parámetros de diseño para la fabricación de los sistemas de
contención lateral vial, quedan a libre discreción estos parámetros de diseños sujeto al
desempeño en pruebas de impacto real.
En el pasado, el Pliego de Especificaciones Técnicas Generales edición 1998, sección F.1
Barandas metálicas cincada para defensa se establecía lo siguiente:
Figura 1: Pliego de Especificaciones Técnicas Generales ed.1998, sección F.1.
En la actualidad la norma europea nos faculta para diseñar sistemas de contención vial bajo
nuestros propios criterios y análisis con el objetivo de obtener un sistema más eficiente.
Estos sistemas, antes de ser ensayados bajo pruebas de impacto real, pasan por estudios
de ingeniería en la etapa de diseño, en donde es posible variar parámetros como la forma
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de los postes, aumentar o disminuir el espesor tanto del poste como de la baranda, variar la
calidad del acero del sistema, variar la calidad y dimensiones de los pernos, agregar
elementos al sistema con el objetivo de mejorar su desempeño, etc.
A su vez, los aceros que componen estos sistemas han ido mejorando, y con esto, mejora
también el desempeño de los sistemas. Por ejemplo, en el pasado era común ver aceros
S235, pero en la actualidad, los sistemas de contención vial certificados componen aceros
como el S500MC según norma EN10149 PT2 el cual tiene la particularidad de tener una
resistencia a la tracción de 550-700 MPa, una característica mecánica muy superior a lo
establecido en antiguas recomendaciones.
Estas mejoras mecánicas de los aceros nos permiten optimizar de mejor manera los
elementos utilizados en sistemas de contención vial. Por ejemplo, es posible utilizar
barandas y postes con menor espesor del que se requería comúnmente para la fabricación
de los sistemas de contención vial.
Según el desempeño obtenido en las pruebas reales de impacto, los sistemas de contención
vial pueden ser clasificados según su nivel de contención:
Tabla 1: Nivel de contención1
Nivel de contención Ensayos de aceptación
Baja contención T1 TB21
T2 TB22
T3 TB41 – TB21
Contención normal N1 TB31
N2 TB32 – TB11
Alta contención H1 TB42 – TB11
H2 TB51 – TB11
H3 TB61 – TB11
Muy alta contención H4a TB71 – TB11
H4b TB81 – TB11
Este parámetro indica que tan eficiente es un sistema ante la colisión de un vehículo fuera
de control, en donde un sistema de muy alta contención es capaz de contener mayor
tonelaje del vehículo que un sistema de baja contención.
1 Fuente: Norma UNE EN1317-2:2011, página 11.
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El segundo parámetro importante que contempla la norma es el ancho de trabajo:
Tabla 2: Ancho de trabajo2
Clases de niveles de anchura
de trabajo normalizada
Niveles de anchura de trabajo
normalizada (m)
W1 WN ≤ 0,6
W2 WN ≤ 0,8
W3 WN ≤ 1,0
W4 WN ≤ 1,3
W5 WN ≤ 1,7
W6 WN ≤ 2,1
W7 WN ≤ 2,5
W8 WN ≤ 3,5
Este parámetro indica el espacio que ocupa un sistema ante el impacto de un vehículo. Este
espacio se debe a la deformación del sistema para contener la energía del impacto debido a
la masa y velocidad del vehículo.
El último parámetro importante para tener en consideración es la severidad del sistema, que
se puede catalogar como:
Tabla 3: Índice de Severidad3
Nivel de severidad del
impacto
Niveles de anchura de trabajo
normalizada (m)
A ASI ≤ 1,0
B ASI ≤ 1,4
C ASI ≤ 1,9
Este parámetro tiene por objetivo indicar que tan severo es el sistema para los ocupantes de
un vehículo pequeño de 900 kg medido con sensores al interior del habitáculo del vehículo
al momento del impacto, en donde un índice de severidad de nivel A representa un sistema
menos severo que un nivel de severidad C.
2 Fuente: Norma UNE EN1317-2:2011, página 14.
3 Fuente: Norma UNE EN1317-2:2011, página 12.
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Habiendo dicho esto, ya no es necesario definir la composición del sistema a instalar en
cuanto a la seguridad vial de un sistema, sino que ahora es importante definir cual es el
sistema de contención vial que mejor se adapta para las distintas carreteras.
Desde este punto de vista, los fabricantes y diseñadores de sistemas de contención vial
debemos ensayar productos según los requerimientos del mercado. En Chile, por ejemplo,
el manual de carreteras de ese país recomienda la utilización de sistemas de contención vial
certificados bajo norma europea EN1317 cuyo nivel de contención sean N2 o superior. En
Argentina, la DNV autoriza la utilización de sistemas de contención vial certificados bajo
norma europea EN1317 cuyo nivel de contención sean H1 o superior.
A continuación, se mostrará las distintas alternativas de materiales con los cuales es posible
fabricar los sistemas de contención vial certificados. Estos materiales han sido ensayados y
certificados bajo la norma europea EN1317 por lo que su desempeño está comprobado bajo
una prueba de impacto a escala real.
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ACERO GALVANIZADO
La norma ISO 9223 indica distintas zonas de corrosividad del zinc con el objetivo de definir
la duración de la protección del acero ante distintos entornos. La siguiente figura se muestra
las distintas zonas de corrosión según el nivel de agresividad:
Tabla 4: Clase de corrosividad según norma ISO 92234
Clase de
Corrosividad
según ISO 9223
Tipo de Atmósfera Carga
Corrosiva
Zinc sobrante /
año
C1 Espacios interiores; seco Muy
reducida <0.1 μm/año
C2
Interior; formación de condensado
ocasional en el exterior, atmósfera de
la tierra
Reducida 0.1 a 1.0 μm/año
C3
Interior; humedad elevada,
contaminación atmosférica media,
aire urbano o industrial, clima costero
con reducido contenido de sal
Media 1.00 a 2.0
μm/año
C4
Interior; piscinas, instalaciones
químicas exteriores, aire industrial,
clima costero con gran contenido de
sal.
Elevada 2.0 a 4.0 μm/año
Con el objetivo de tener mayor certeza en la duración de un producto galvanizado, el año
2010 se elabora el Mapa de España de corrosividad del zinc en atmósferas rurales. Este
documento indica la agresividad de la atmosfera contra la corrosión del zinc, en donde
gracias a diversas estaciones de medición a lo largo de todo el país se logra obtener un
mapa de velocidad de corrosión que puede ser utilizado para obtener una estimación de la
vida útil del sistema en diferentes zonas geográficas cuyas clases de corrosión pueden
diferir. Al cabo de 15 años la velocidad de corrosión del zinc queda definido según el
siguiente mapa de España:
4 ISO 9223:2012 Corrosión de metales y aleaciones.
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Figura 2: Mapa de corrosividad del zinc de España en un plazo de 15 años.5
Mapas como estos podrían ser considerados por ejemplo para tener en consideración el
espesor de zinc a considerar en un sistema de contención lateral dependiendo de la
ubicación geográfica del proyecto.
Los fabricantes y diseñadores de los sistemas de contención vial tienen la capacidad de
variar el tiempo de exposición del acero ante un baño de zinc en caliente con el objetivo de
variar la cantidad de zinc a adherir por metro cuadrado de acero. Por lo que, dependiendo
de la vida útil de la carretera, recomendaría evaluar la cantidad de zinc a adherir en el
sistema con el fin de optimizar de la mejor manera la vida útil del sistema de contención vial.
En Argentina, la Dra. Blanca M. Rosales en 1997 elaboró el documento Mapas de
corrosividad atmosférica Argentina, CITEFA, ISBN: 987-96600.
5 Fuente: https://www.ateg.es/la-galvanizacion/informacion-especializada/mapa-de-corrosion-de-la-peninsula-
iberica
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SISTEMA DÚPLEX
Ya sea por temas de mantención de carreteras, climas con mayor agresividad corrosiva o
con fines estéticos, existe la posibilidad de agregar pintura post galvanizado en caliente a los
sistemas de contención vial. El Sistema Dúplex desarrollado en los años 50 por el experto
holandés en corrosión JFH Van Eijnsbergen establece que existe una unión química entre la
pintura aplicada sobre el galvanizado. Esta unión corresponde a una unión de tipo sinérgica,
es decir, que tiene un aporte significativo en el desempeño del galvanizado contra la
corrosión atmosférica. La norma UNE EN 12944 parte 1-8, regula este método.
La vida útil del sistema dúplex puede ser calculada como:
Donde, Factor Sinérgico puede ser:
- Clima agresivo: 1.8 a 2.0
- Agua salada: 1.3 a 1.6
- Clima no-agresivo: 2.0 a 2.7
Esta característica del Sistema Dúplex puede ser utilizada en proyectos donde la corrosión
atmosférica contra el acero sea elevada con el fin de aumentar la vida útil del sistema y así
disminuir costos de mantención de la carretera.
ACERO CORTEN
Otra de las alternativas para la fabricación de sistemas de contención vial es el acero
Corten. El acero Corten, es un acero autopatinable que, debido a la aleación de acero junto
a otros elementos como el cobre, níquel, fosforo y cromo, crea una capa que impide el
proceso normal de oxidación del acero frente agente corrosivos. Es por esto que, distintos
diseñadores han optado por este acero no solamente como un elemento estructural, sino
que también como un elemento decorativo para distintos proyectos.
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En Italia, la Autostrada del Brennero es una autopista concesionada con 313 km de longitud
cuya principal característica es la de atravesar los campos del norte de Italia con barreras de
contención lateral y simétricas fabricadas en acero Corten.
Figura 3: Autopista de Brennero, Italia.
El resultado de esto es una autopista que se diferencia del resto de las autopistas debido a
la particularidad de poseer sistemas de contención lateral certificados con un acero que no
solo protege a los usuarios de la vía, sino que también se involucra con el entorno.
En zonas donde no existe una mayor corrosión atmosférica contra los distintos metales, el
acero Corten resulta ser una atractiva solución debido a su particular característica de
resistencia a la corrosión atmosférica y acabado estético.
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Figura 4: Autopista de Brennero, Italia.
ArcelorMittal, uno de los proveedores de acero Corten, asegura que un acero Corten
S355J0WP según EN10025-5:2004 en un ambiente C4 según ISO 12944-2 tiene una
duración de 80 años.
SISTEMAS DE CONTENCIÓN VIAL METAL MADERA
Otra de las alternativas de fabricación de sistemas de contención vial certificados, es la
fabricación de sistemas metal madera. Estos sistemas tienen la particularidad de utilizar
metal y madera en los sistemas con el fin de obtener un mejor desempeño dinámico y a la
vez obtener un mejor acabado estético del sistema.
Es indiscutible que un sistema de contención vial metálico no es una estructura
necesariamente agradable de ver en la carretera, más aún en zonas donde la carretera esta
emplazada paisajes agradables de visitar, sin embargo, existe la posibilidad de mezclar el
acero de los sistemas de contención vial con madera con el objetivo de hacer mas amigable
para el entorno estos sistemas.
Estos sistemas pueden ser utilizados con acero galvanizado o aceros corten como los
mencionados anteriormente para obtener un mejor acabado en el producto final.
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Figura 5: Cuesta Chada, Santiago de Chile, 2019.
Es importante mencionar que la madera utilizada en estos sistemas debe ser independiente
del sistema metálico y no ser un elemento estructural del sistema debido a la pérdida de
propiedades mecánicas del sistema con mayor rapidez que el caso del acero debido a
agentes externos como el clima.
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EL FUTURO DE LOS SISTEMAS DE CONTENCIÓN VIAL
En vista al futuro, el internet de las cosas esta a la vuelta de la esquina. La interacción de los
vehículos con el entorno ya es un hecho y desde este punto de vista, veo al futuro de los
sistemas de contención vial interactuando con los vehículos para aumentar la seguridad en
las carreteras.
En Italia ya se están probando sistemas con nuevos recubrimientos para mejorar la
severidad en caso de accidentes.
Figura 6: Sistema mixto metal poliuretano.
Este sistema ha sido testeado con base de sistema metálico H2 junto a un recubrimiento de
poliuretano el cual puede ser conectado a un sistema LED que puede cambiar de color
desde una oficina central. Esta luz LED tendría distintas funcionalidades entre las que se
destaca:
1) Iluminar la carretera reemplazando los postes de iluminación un proyecto vial.
2) Cambiar de color con el fin de alertar a los usuarios de la carretera de un accidente o
situación de riesgo próxima más adelante.
3) Prevenir zonas de peligro en la carretera.
4) Conexión en paralelo con el fin de no apagar el sistema completo en caso de
accidente.
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El poliuretano, tiene la particularidad de ser un material más manipulable que el acero. Esta
característica permitiría una mejor integración con sensor de proximidad por ejemplo para el
caso de la interacción vehículo/entorno.
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CONCLUSIONES
Como se ha presentado a lo largo de este documento, es importante tener presente al
momento de la preparación de un proyecto de seguridad vial diferentes factores. Entre estos
factores destaco primero en elegir correctamente el sistema de contención vial requerido
para cada proyecto desde el punto de vista del nivel de contención y ancho de trabajo del
sistema y también desde el punto de vista de los materiales que componen al sistema.
Para zonas de mayor agresividad corrosiva como pueden ser el norte de España y la zona
de Puchuncaví en Chile, sería bueno considerar un sobre espesor de galvanizado por sobre
lo sugerido en la norma IS0 9223 con el objetivo de aumentar la vida útil del sistema.
En otras ubicaciones geográficas donde el galvanizado no sea una solución suficiente,
existe la posibilidad de aplicar el sistema dúplex pintura más galvanizado en caliente
obteniendo una solución más eficiente aún que la pintura o el galvanizado por separado.
Pero también existe la posibilidad de encontrarse en proyectos donde la agresividad
corrosiva no es tan agresiva y un acero Corten se puede desempeñar con éxito por un largo
periodo de tiempo sin requerir mantención.
Por último, se debe mencionar que existen distintas alternativas a los sistemas metálicos de
contención lateral, como pueden ser los sistemas mixtos metal madera enfocado a entornos
naturales o forestales. Pero también en el futuro será posible ver otras alternativas como el
recubrimiento de poliuretano sobre el metal.
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BIBLIOGRAFÍA
1. Norma UNE EN1317-2:2011.
2. Pliego de Especificaciones Técnicas Generales ed.1998, sección F.1.
3. ISO 9223:2012 Corrosión de metales y aleaciones.
4. Mapas de España de corrosividad del zinc en atmósferas rurales, B. Chico, D. de la
Fuente. J.M. Vega y M. Morcillo (Departamento de Ingeniería de Superficies,
Corrosión y Durabilidad, Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas CENIM-
CSIC.)
5. UNE EN ISO 12944.
6. ArcelorMittal, Self-protecting steels with raw aesthetic.