Nuevo Concepto para Determinar la Longitud de Necesidad de la

LDN Baranda de Defensa – John Glennon
1
Nuevo Concepto para Determinar la Longitud de Necesidad
de la Baranda de Defensa
John C. Glennon, D. Engr., P.E.
November 2002 (copyright)
www.johncglennon.com/papers.cfm?PaperID=5
Introducción
Los EUA tienen miles de barandas
de defensa instaladas para proteger
a los conductores errantes de peligrosos objetos fijos y empinados
taludes de terraplén.
La mayoría de ellas se ubicaron
hace años, aplicando criterios inadecuados para ubicar el extremo
corriente-arriba o de aproximación
a la baranda, como para satisfacer
la necesidad de total protección.
Como resultado, los vehículos que se desvían hacia afuera de la calzada, inmediatamente corriente-arriba de la baranda, a menudo pasan por detrás de ella y chocan
contra el peligro “protegido”. Por otra parte, muchas barandas de defensa instaladas
usando las guías más recientes de la American Association of State Highway and
Transportation Officials (AASHTO)1,2 son tan largas que, en realidad, aumentan la
gravedad esperada por muchos impactos de vehículos que, de otra forma, podrían
encontrar un contiguo costado del camino relativamente seguro cerca del extremo
de la baranda.
Como resultado de los defectuosos procedimientos de AASHTO1,2, los cuales determinan longitudes de necesidad excesivas, muchos organismo viales rechazaron
estos procedimientos y acudieron a una amplia variedad de racionalizaciones para
determinar longitudes de barandas más cortas. Muchas de estas instalaciones parecen ser demasiado cortas para proteger adecuadamente a los motoristas errantes.
En una época cuando muchos organismos viales están reajustando nuevos tratamientos de extremos de barandas válidos al choque, es oportuno considerar el método para determinar la longitud de necesidad (LDN) de la baranda de defensa, de
modo que pueda proteger adecuadamente a los motoristas errantes.
Desafortunadamente, las guías de AASHTO1,2, más que dar buena guía sobre este
tema, dan un enfoque sin fundamentos y potencialmente deficiente, demostrado sólo
por ejemplos algo simplistas que tienden a perpetuar esa mala aplicación.
Se necesita urgentemente un procedimiento más amplio y lógico que considere la
gravedad de la baranda de defensa comparada con la de los objetos fijos más graves y taludes de terraplén a proteger, y que también considere la gravedad relativa
entre baranda de defensa y otras secciones del costado del camino contiguas que
terminan siendo protegidas por la baranda.
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007
2
LDN Baranda de Defensa – John Glennon
Según AASHTO, la longitud de baranda de defensa (barrera lateral) necesaria para
proteger un peligro al CDC depende del tamaño del peligro y de su separación lateral desde los carriles de viaje.
Los factores para determinar esta longitud de necesidad se indican en la Roadside
Design Guide1 y en la Guide for Selecting, Locating, and Designing Traffic Barriers.2
Discusión
Una baranda de defensa efectiva necesita extenderse lo bastante lejos corrientearriba, para impedir que la mayoría de los vehículos errantes pasen por detrás de la
baranda y golpeen contra el peligro lateral.
También es necesario extender la baranda bastante lejos corriente-abajo para impedir que los vehículos golpeen el peligro lateral. Si puede esperarse que el tránsito
opuesto cruce la calzada y golpee el peligro lateral, el extremo corriente-abajo de la
baranda debe extenderse bastante como para proteger el peligro lateral de estos
vehículos errantes.
La Figura 1 muestra los factores considerados por AASHTO1,2 al determinar la longitud de necesidad, X, para el tránsito adyacente. La longitud runout (salida), LR, y la
extensión lateral, LH, son los factores primarios.
La longitud runout, LR, es la distancia teórica fuera-del-camino necesaria para que un
vehículo invasor del costado del camino llegue a una detención.
Se mide desde el extremo corriente-arriba de un peligro lateral, a lo largo del caminos, hasta el punto en el cual se supone que el vehículo deja el camino. Una vez
conocidos LR y LH, la longitud de AASHTO de necesidad depende de la longitud de
recta necesaria corriente-arriba del peligro, su distancia lateral desde los carriles de
viaje, L2, y el ángulo de abocinamiento, a:b, diseñado para la instalación.
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007
LDN Baranda de Defensa – John Glennon
3
En la Tabla 1 se muestran los valores de AASHTO1,2 para longitud de runout de baranda de defensa; son los necesarios para que un vehículo salido desde el camino
se detenga, como una función de la velocidad de operación, la fricción disponible
entre los neumáticos del vehículo y el terreno, y el previsto tiempo de percepciónreacción del conductor. Además, AASHTO modifica (sin fundamento) estas longitudes de runout para disminuir los valores para calles y caminos de menor-volumen.
La tabla de AASHTO para longitudes runout de baranda de defensa es crucial para
la seguridad de los vehículos errantes y, para aplicar el costo-efectivo de la baranda,
el enfoque parece muy magro. La longitud de runoff se basa en una falsa premisa de
tratar de interceptar todo vehículo salido del camino que pudiera chocar el objeto
lateral a cualquier velocidad arriba de cero km/h. Esta premisa conduce a una baranda superlarga que interceptará muchos otros vehículos salidos de la calzada que,
de otra forma, nunca golpearían el objeto lateral. El concepto de longitud de runout
necesita ser reemplazado por un razonamiento más lógico.
El defecto principal del procedimiento de AASHTO puede ilustrarse por medio del
ejemplo simple mostrado en la Figura2.
Este teórico CDC tiene un objeto fijo de 3x3 m retirado 3 m desde la calzada de una
autopista de 113 km/h que lleva 8000 vehículos por día.
Para el propósito de este ejemplo, suponga que los valores de los índices de gravedad de la cara, esquina y lado del objeto fijo son 7, 7 y 4, el de la baranda 4 y el de
la configuración del CDC también 4.
Por lo tanto, en promedio, un vehículo que impacte la baranda y que de otra forma
impactara la cara o esquina del objeto fijo tendría una reducción de gravedad de 7 a
4 (43 %). Sin embargo, no todos los vehículos que se desvían de la calzada cerca
de la baranda impactarán la baranda; algunos que se desvíen cerca del extremo corriente-abajo, particularmente con bajos ángulos de invasión, pasarán en frente de la
baranda.
Igualmente, algunos vehículos que se desvíen cerca del extremo corriente arriba,
particularmente con altos ángulos de invasión, pasarán detrás de la baranda. Todos
estos vehículos que no golpean la baranda experimentarán la menor gravedad de
CDC contiguos, independientemente de la baranda. Más importante, algunos vehículos que impactan la baranda podrían no tener de otra manera que golpear el objeto fijo, pero podrían experimentar la menor gravedad del CDC contiguo. Por lo tanto,
la distribución de los ángulos de invasión y el índice de gravedad del CDC contiguo
son variables muy importantes necesarias para determinar la LDN adecuada.
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007
4
LDN Baranda de Defensa – John Glennon
Concepto para Protección de Objeto Fijo
Aplicando la distribución de ángulos de invasión hallada por Hutchinson y Kennedy3,
(mostrada en la Figura 3) al ejemplo de la Figura 2, la Tabla 2 demuestra que cuando el CDC contiguo es menos grave que la baranda, el porcentaje de impactos con
la baranda que tendrán mayor gravedad crece con la longitud de la baranda, hasta
que supera el porcentaje de impactos con gravedad disminuida. Si se usara este
punto crítico como el criterio de longitud de necesidad de baranda, la longitud para
este ejemplo podría ser de unos 55 m más corta que la longitud de necesidad de
AASHTO. Más adecuadamente, podría usarse un análisis de beneficio/costo incremental con criterio 1.0 para determinar la longitud de necesidad basada en el diferencial de gravedad, y el número de impactos esperados, el cual es función del volumen de tránsito, curvatura del camino, y separación lateral. El modelo de peligro
lateral desarrollado por Glennon4 y descrito en la Roadside Design Guide podría
adaptarse para determinar los impactos esperados.
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007
LDN Baranda de Defensa – John Glennon
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
5
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007
6
LDN Baranda de Defensa – John Glennon
Si, en el ejemplo previo el índice de gravedad del CDC contiguo iguala el índice de
gravedad de la baranda, los impactos con la baranda, en promedio , nunca tendrán
una mayor gravedad que los impactos que pudieran haber de otra manera ocurrido
con el CDC contiguo. Pero los beneficios de la gravedad de proteger el objeto fijo
disminuirán con la longitud, como se muestra en la Tabla 3. En este caso, un análisis
de beneficio/costo incremental es aún más adecuado para determinar la longitud
óptima, la cual será algo más larga que la del ejemplo previo.
Si el índice de gravedad del CDC contiguo es mayor que el de la baranda, los impactos de baranda tendrán una menor gravedad, en promedio.
Bajo estas condiciones, generalmente la longitud de necesidad está determinada en
esa áreas corriente arriba, donde el CDC contiguo se vuelve manos grave que la
baranda. Esta determinación es un ejercicio enteramente diferente como se describe
después.
Generalmente, esta discusión demuestra que cada situación al CDC tiene una única
longitud de necesidad de baranda. Otras variables también contribuyen a la demostración, incluyendo el tamaño del objeto fijo y la separación lateral, y la variabilidad
compleja de índice de gravedad de CDC contiguo, a lo largo del camino y lateralmente.
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007
LDN Baranda de Defensa – John Glennon
7
Concepto para Taludes Laterales Empinados
Cualquiera que viaje por nuestros caminos puede ver muchas instalaciones de barandas donde fácilmente un vehículo errante puede ir por detrás de la baranda y encontrar un fuerte talud.
Este problema puede crearse por cualquiera de las fallas básicas de la Roadside
Design Guide de AASHTO, lo que se demuestra mediante la Figura 5.38 de ese documento (mostrada aquí como Figura 4).
Este ejemplo es la única forma que AASHTO sugiere un método para determinar la
longitud de baranda para taludes de terraplén. La longitud de necesidad se fija dibujando un triangulo que comienza donde el talud se vuelve 1:2. Los dos catetos del
triángulo están definidos lateralmente por el ancho de zona-despejada y longitudinalmente por la longitud de runout. Las siguientes son las fallas de este procedimiento:
Como se discutió, algunos impactos a lo largo de la baranda tendrán mayor, en lugar de menor, gravedad, de modo que es más adecuado un análisis de beneficio/costo incremental.
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007
8
LDN Baranda de Defensa – John Glennon
1. Según otras partes de la Roadside Design Guide, Figura 5, 1:2 no es el talud
crítico para determinar la baranda. Más bien, cualquier talud más empinado
que 1:3 es crítico; por ejemplo, 1:2.9.
2. El método no tiene en cuenta una situación común cuando el CDC resulta de
corte a terraplén. Para esta situación, a menudo existe un talud muy peligroso
perpendicular a la calzada.
3. La ilustración no tiene en cuenta el procedimiento total de AASHTO, el cual
sugiere que el fondo de 1.5 m de altura en un talud 1:2 no necesita protección
de baranda, Figura 5.
Recomendaciones
A veces, los organismos viales instalan barandas de defensa muy largas y, por eso,
gastan dinero para aumentar el peligro lateral. Otras veces, los organismos viales
instalan barandas de defensa muy cortas y, por eso, pierden reducciones de beneficio-costo en el peligro al costado del camino. Esto es particularmente cierto donde
los abocinamientos de barandas se descartan para poner tratamientos extremos ET2000 instalados paralelos. Si la baranda preexistente era muy corta, y no es alargada para acomodar la mayor longitud de necesidad para instalación paralela, el “mejoramiento” de 2000 o 3000 dólares puede tener un beneficio negativo. Claramente,
se necesita un procedimiento mejor para determinar la longitud necesaria de baranda.
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007
9
LDN Baranda de Defensa – John Glennon
Lo que se necesita es un método amplio y lógico para determinar la longitud de necesidad de la baranda como una función de la configuración lateral y longitudinal del
talud del terraplén, tamaño de objeto fijo y separación lateral, volumen y velocidad
del tránsito, curvatura del camino, y un análisis beneficio/costo incremental. El resultado puede tomar una o más formas incluyendo procedimientos de pasos, ecuaciones, gráficos, y tablas. Hay que esforzarse para hallar la óptima solución de compromiso entre precisión y utilidad de los procedimientos:
1. Desarrollar un marco para analizar el cambio de gravedad incremental asociado con la protección de baranda de defensa para taludes de terraplén en
caminos rectos y curvos como una función del ancho de zona-despejada, incluyendo la consideración de taludes perpendiculares y masas de agua peligrosas al pie del talud.
2. Desarrollar un marco para analizar el cambio de gravedad incremental asociado con la protección de baranda de objetos fijos en secciones rectas y curvas para un rango de configuraciones de CDC contiguas.
3. Analizar la solución de compromiso de beneficio/costo para longitud de runout
de baranda de defensa en función del tamaño del objeto fijo y la ubicación lateral, configuración del talud lateral, geometría, volumen de tránsito y velocidad del tránsito.
4. Desarrollar un amplio procedimiento del usuario para determinar la longitud
de necesidad de la baranda en función de todas las variables adecuadas.
Aplicar análisis de sensibilidad para determinar dónde pueden usarse generalizaciones razonables para simplificar la aplicación; un ejemplo simple es redondear la longitud de la baranda al más próximo incremento de 3.81 m.
Referencias
1. American Association of State Highway and Transportation Officials, Roadside
Design Guide, 1989 1996
2. American Association of State Highway and Transportation Officials, Guide for Selecting, Locating, and Designing Traffic Barriers, 1977.
3. Hutchinson, J.W. and Kennedy, T.W., Safety Considerations In Median Design,
Highway Research Record 162, 1966.
4. Glennon, John C., Roadside Safety Improvement Programs on Freeways:
A Cost- Effectiveness Priority Approach, Transportation Research Board, NCHRP
Report 148, 1974.
5. Ross, H.E. et. al., Warrants for Guardrail on Embankments, Highway Research
Board, Record 460, 1973.
6. Turner, Daniel S., and Hall, Jerome W., Severity Indices for Roadside Features,
National Cooperative Highway Research Program, Synthesis of Highway Practice
202, 1994.
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007
10
LDN Baranda de Defensa – John Glennon
7. Glennon, J.C. and Tamburri, T.N., Objective Criteria for Guardrail Installation,
Highway Research Board, Record 174, 1967.
8. Glennon, John C., and Wilton, Cathy J.,Effectiveness of Roadside Safety Improvements, Federal Highway Administration, Report No. FHWA-RD-75-23, 1974.
9. Graham, J.L., and Harwood, D.W., Effectiveness of Clear Recovery Zones, Transportation Research Board, NCHRP Report No. 247, 1982.
10. Weaver, Graeme D., Marquis, Eugene L., and Olson, Robert M., Selection of Safe Roadside Cross Sections, Transportation Research Board, NCHRP Report No.
158, 1975.
11. Zeeger, C.V., et. al.,Safety Effects of Cross-Section Design for Two- Lane Roads,
Federal Highway Administration, Report No. FHWA-RD-87-008, 1987.
12. Highway Research Board, Highway Guardrail - Determination of Need and Geometric Requirements, Special Report 81, 1964.
13. Perchonok, K., et. al., Hazardous Effects of Highway Features and Roadside Objects, Federal Highway Administration, Report No. FHWA-RD-78-202, 1978.
14. Stonex, K.A., Roadside Design for Safety, Highway Research Board Proceedings, 1960.
15. Olson, Robert M., Post, Edward R., and McFarland, William F., Tentative Service
Requirements for Bridge Rail Systems, Transportation Research Board, NCHRP Report 86, 1970.
16. Sicking, Dean L., Gereshy, Asif B., and Ross, Hayes E., Jr., Development of
Guardrail Extruder Terminal, Texas Transportation Institute, Paper No. 880484,
1989.
17. Federal Highway Administration, Synthesis of Safety Research Related to Traffic
Control and Roadway Elements, Volume 1, Chapter 3, 1982.
18. Federal Highway Administration, A Handbook of Highway Safety Design and
Operating Practices, 1968, 1973, and 1978.
19. Federal Highway Administration, Maintenance and Highway Safety Handbook,
1977.
20. Federal Highway Administration, Roadside Improvements for Local Roads and
Streets, 1986.
21. Transportation Research Board, Designing Safer Roads, Special Report 214,
1987.
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007
11
LDN Baranda de Defensa – John Glennon
22. Ivey, Don L., Bronstad, M.E., and Griffin, Lindsay I., III, Guardrail End Treatments
in the 1990?s, Texas Transportation Institute, Paper No. 920910, 1992.
23. Ross, H.E., Jr., Sicking, D.L., Zimmer, R.A., and Michie, J.D., Recommended
Procedures for the Safety Performance Evaluation of
Highway Features, Transportation Research Board, NCHRP Report 350, 1993.
24. Michie, J.D., and Calcote, L.R., Location, Selection, and Maintenance of Highway
Guardrails and Median Barriers, Transportation Research Board, NCHRP Report 54,
1968.
25. Glennon, J.C., Neuman, T.R., and Leisch, J.E.,Safety and Operational Considerations for Design of Rural Highway Curves, Federal Highway Administration, 1983.
26. "The Desirability of Highway Design for Operating Speeds Above 70 MPH,?
Proceedings, Institute of Traffic Engineers, 1970.
27. Center for Auto Safety, The Yellow Book Road: The Failure of America?s Roadside Safety Program, 1974.
28. American Association of State Highway and Transportation Officials, Highway
Design and Operational Practices Related to Highway Safety, 1974.
_________
AVISO: Este informe y otros accesibles abajo se consideran entidades dinámicas
que pueden actualizarse o expandirse en cualquier momento. Si tiene una crítica,
comentarios, información adicional, o querría ver material adicional en este informe,
por favor envíenos un mail a [email protected]
________
Acerca del Autor
El Dr. John C. Glennon es un ingeniero de tránsito con 43 años de experiencia. Tiene más de 120 publicaciones; es autor del libro "Roadway Safety and Tort Liability" y
es frecuentemente llamado para testificar acerca de defectos viales y como reconstructor de accidentes.
© 1998-2007 John C. Glennon, Chartered. All rights are reserved.
Traducción
Francisco Justo Sierra
Ingeniero Civil UBA
[email protected]
[email protected]
Beccar, invierno 2007