10.- RAMPAS DE ESCAPE

10.1. Generalidades y Conceptos Básicos

La combinación de vehículos de grandes dimensiones, como camiones y buses, con pendientes fuertes, desde hace mucho tiempo representan un riesgo letal para los usuarios de las rutas y para quienes habitan en propiedades colindantes a éstas.

Estas características topográficas, muy frecuentes en nuestros caminos, generan en los vehículos condiciones inseguras para su circulación, debido a que se ven expuestos a constantes cambios de velocidad, utilización permanente de los frenos y acción retardante de los motores al llevarlos enganchados constantemente, medidas que no son siempre suficientes para mantener a los vehículos bajo control, traduciéndose a menudo en accidentes y consecuentemente en costos para el estado.

Las rampas de escape tienen su origen en la observación de la reacción permanente de los conductores frente a sucesos en la ruta. Obviamente, los operadores de camiones que experimentaban este problema sintieron que era preferible realizar una maniobra controlada de escaparse del camino, a perder totalmente el control. Es por ello que antes de diseñarse y desarrollarse las rampas de escape, los vehículos fuera de control se estrellaban contra montículos de arena o grava que se encontraban ubicados en la berma de los caminos, para fines de mantenimiento de los mismos. En algunas ocasiones, los operadores de los vehículos fuera de control se salían del camino en dirección a las lomas ascendentes o hacia caminos laterales para atenuar la velocidad del vehículo.

La primera instalación diseñada para ayudar a los camiones fuera de control se construyó en California EE.UU. en el año 1956. A partir de entonces, y a medida que crecía el interés por la aplicación de rampas de escape, también aumentó la necesidad de saber cómo diseñar estas instalaciones para que su uso fuera eficaz. ¿En qué lugares eran necesarias?, ¿Qué características físicas, como longitud e inclinación y qué materiales eran los que mejor funcionaban?, ¿Qué procedimientos de mantenimiento eran necesarios?, etc.. En algunos estados de EE.UU, en Australia y el Reino Unido comenzaron proyectos de investigación para responder a estas dudas.

Algunas investigaciones aportaban datos sobre el uso, como las características y la velocidad de los camiones que ingresaban a una rampa y la velocidad a la que viajaban antes de ser detenidos. A partir de esa información se construyeron fórmulas para determinar la longitud de las rampas en función de la velocidad de ingreso de los vehículos, la inclinación de éstas y la resistencia de rodado de su superficie.

Las fuerzas que actúan en cada vehículo y que afectan la velocidad de éstos incluye al motor, frenos y la sumatoria de fuerzas que actúan directamente sobre el móvil. La fuerza del motor y de los frenos pueden ser ignoradas en el diseño de las rampas, puesto que éstas deberán ser diseñadas considerando el caso más desfavorable, cual es que los vehículos estén completamente fuera de control y que los frenos estén descompuestos.


Figura 10.1. Fuerzas que actúan sobre un vehículo.

Ahora bien, la sumatoria de fuerzas que actúa sobre el vehículo es: la inercia, el aire, la resistencia al rodado y la pendiente.

La inercia puede ser definida como una fuerza que se resiste al movimiento del vehículo o lo mantiene, a menos que sobre el vehículo actúe una fuerza externa. La inercia podría ser superada por un incremento o una disminución de la velocidad del vehículo. La resistencia al rodado y la gradiente pueden romper la inercia de un vehículo.

La resistencia al rodado es la resistencia al movimiento generado por el área de contacto entre los neumáticos de los vehículos y la superficie de la carpeta de rodado y es aplicable solamente cuando el vehículo está en movimiento. Su influencia depende principalmente del tipo de superficie en la que el móvil se desplace.

La pendiente se debe al efecto de la gravedad, pudiendo ser ésta positiva (gradiente) o negativa (pendiente) y se expresa como la fuerza requerida para mover un vehículo a través de una distancia vertical.

La última fuerza es la resistencia del aire, que es una fuerza negativa y que retarda el movimiento al estar ésta en contacto con muchas superficies del vehículo. El aire causa una significativa resistencia para velocidades por encima de los 80 Km/h y es despreciable bajo los 30 Km/h. Generalmente, el efecto de la resistencia del aire ha sido despreciable en la determinación de las longitudes de las rampas de escape, debido a que introduce un pequeño factor de seguridad en su diseño.

10.2. Tipos de rampas

Existen tres categorías para identificar los tipos de rampas más utilizadas, éstas son: gravitacionales, montículos de arena y lechos de frenado.

Dentro de estas categorías, existen cuatro diseños predominantes, los montículos de arena y tres tipos de lechos de frenado clasificados por la pendiente: pendiente descendente, pendiente horizontal y pendiente ascendente, tal como se puede apreciar en la lámina 10.2.

Las rampas gravitacionales tienen un pavimento o material granular compactado densamente en la superficie, confiando fundamentalmente en la fuerza de gravedad para disminuir y detener la carrera de los vehículos. Este tipo de rampa por lo general es de una gran longitud, debe tener una importante gradiente y requiere de un control topográfico continuo y estricto. Otro de los inconvenientes que presentan este tipo de rampa, es que una vez que se ha logrado la detención del móvil, podría comenzar el descenso de éste, debido a que no cuenta con su sistema de frenos, generando una situación de riesgo para el conductor y para el resto de los vehículos que circulan por la ruta. Es por ello que este tipo de rampa es la de menor uso en los países desarrollados y la menos recomendada.

Las rampas de montículos de arena están compuestas de arena suelta y seca, y su longitud normalmente no sobrepasa los 120 m. La influencia de la gravedad depende de la pendiente de la superficie. El incremento de la resistencia al rodado es suministrada por la arena suelta. Las desaceleraciones en los montículos de arena usualmente son muy severas y la arena puede ser afectada por el clima. Por sus características deceleradoras este tipo de rampa puede no ser tan práctica como los lechos de frenado, sin embargo, para ciertos lugares, donde no exista una longitud adecuada, las rampas de montículos de arena pueden ser apropiadas.

Los lechos de frenado son construidos normalmente paralelos y adyacentes a las rutas. Este tipo de rampa utiliza material granular suelto, de manera tal que aumente la resistencia al rodado para la detención de los vehículos.

Donde la topografía es adecuada, el lecho de frenado horizontal es otra de las opciones. Construido en una pendiente horizontal, este tipo de lecho de frenado incrementa la resistencia al rodado a partir del agregado suelto, teniendo como resultado la disminución y detención del vehículo fuera de control. Este tipo de rampa requiere de una longitud mucho mayor que los lechos de frenado de pendiente ascendente.

El más común de los lechos de frenado es el de pendiente ascendente, ya que tiene la gran ventaja de utilizar la inclinación del terreno como complemento de los materiales granulares utilizados en la construcción de él, reduciendo así su longitud.

Cada una de la rampas descritas deben ser aplicables para ciertas situaciones particulares, que en general se relacionan con su compatibilidad con la topografía y la ubicación del lugar de emplazamiento. Los procedimientos usados para el análisis de las rampas de escape son esencialmente los mismos para cada una de las categorías o tipos identificados. Lo que marca la diferencia en los diferentes procedimientos es el tipo de material utilizado, ya que éste influirá directamente en el factor de la resistencia al rodado requerido para disminuir y detener en forma segura a los vehículos.

10.3. Criterios de diseño

Existen algunos fundamentos básicos en el diseño de las rampas de escape, algunos relacionados con las características físicas de ellas, pero también existe otro fundamental y es el relacionado con la seguridad.

Nunca debe olvidarse que el diseño de las rampas está orientado a salvar vidas y que la persona que conduce un vehículo, que está completamente fuera de control, no se encuentra en condiciones de tomar decisiones o realizar acciones complejas.

Es por esto que al diseñar la rampa de escape, incluyendo su señalización, el proyectista debe generar las condiciones necesarias para que el conductor de un vehículo con averías conozca de la existencia de la rampa, entienda las maniobras que debe realizar y sienta la confianza suficiente de ingresar a ésta en forma segura y no continuar por la ruta principal.

Las condiciones mínimas que se deben cumplir en el diseño de una rampa de escape son: contar con un acceso amplio, tener una buena visibilidad de toda la rampa la mayor cantidad de tiempo posible (si el conductor percibe discontinuidades, aunque éstas no existan, no entrará en ésta), tener una longitud suficiente, colocar los materiales adecuados y contar con una pista auxiliar para remover vehículos y permitir su mantenimiento.

Otro elemento que favorece la seguridad de las rampas de escape es la iluminación nocturna.

10.3.1. Ubicación

Determinar donde es necesaria una rampa de escape involucra una serie de consideraciones, sin embargo, de acuerdo a los textos analizados, no existe aún una definición clara de qué factores o combinación de éstos, son los relevantes y decidores al momento de la toma de decisiones.

Dentro de los factores que más comúnmente son considerados a la hora de proyectar una rampa de escape, y que deben ser evaluados por los proyectistas, son: las tasas de accidentes, ya que éstas generan preocupación en el ámbito local y requieren de acciones; el concepto de frenos humeantes, que tiene relación con la condición que presenta el sistema de frenos de un vehículo al ser constantemente utilizado y conlleva un análisis visual en la ruta; el volumen total de tráfico, el volumen de los camiones, el número de pistas en la pendiente, si en el camino existen curvas como para que la mayoría de los camiones fuera de control se salgan antes de llegar a una rampa de escape, etc..

Claramente, ni la literatura más reciente señala un procedimiento uniforme, ampliamente aceptado, que determine cuándo es adecuado instalar una rampa de escape. La experiencia de los accidentes y los conocimientos de ingeniería son los enfoques mayoritariamente utilizados. El peligro que implica para las actividades adyacentes a las rutas y para las comunidades cercanas son, en algunos casos, razones suficientes para su instalación.

En lo que si existe consenso es que los datos de accidentalidad en el proceso de diseño han resultado ser una excelente herramienta para el análisis de su ubicación, lo que debe ser acompañado con el estudio de las características topográficas del sector. El análisis de una revisión de los estudios realizados en algunos Estados de EE.UU., llevo a las siguientes conclusiones, que pueden servir de guía para proyectar las rampas de escape:

· La rampa debería ser ubicada en un punto de la pendiente que permita interceptar la mayor cantidad de camiones fuera de control

· Los accidentes que se producen cerca de la cumbre tienden a ser menos graves

· Las rampas deberían ser construidas antes de las curvas que no puedan ser enfrentadas en forma segura por un vehículo fuera de control

· La experiencia ha demostrado que una rampa ubicada entre 5 y 7 Km de la cumbre interceptará entre un 70 y un 80% de los vehículos fuera de control.

Las rampas de escape por lo general deberán estar ubicadas al costado derecho de la vía y en una alineación tangente a ésta, de manera que los vehículos que ingresen lo hagan de una forma segura, ya que una vez dentro de la rampa se pierde la maniobrabilidad. Recomendaciones recientes establecen que una rampa debe ser visible desde una larga distancia y que el ángulo de partida debe ser menor o igual a 5 grados.

No es recomendable diseñar rampas de escape al costado izquierdo de las vías bidireccionales, ya que se debe evitar que los vehículos crucen la pista de sentido contrario. La excepción a este regla básica es que las condiciones topográficas obliguen a esta situación y en este caso se debiera cumplir con algunas condiciones fundamentales de emplazamiento, como por ejemplo: que deben estar ubicadas en lugares donde se tenga una visibilidad adecuada, tanto para el conductor del vehículo fuera de control como para los conductores de los vehículos que se desplazan en sentido contrario, que las condiciones topográficas del entorno permitan proyectar una pista que no interfiera con la seguridad del camino, etc..

En el caso de vías unidireccionales con más de una pista se podrían diseñar rampas de escape al costado izquierdo, pero ubicadas sólo en la mediana de ambas calzadas, evitando de esta manera que vehículos fuera de control crucen hacia la calzada donde los vehículos circulan en sentido contrario.

10.3.2. Longitud

Para la determinación de la longitud de las rampa de escape requerida por un vehículo fuera de control para detener su marcha, se puede aplicar la ecuación entregada en el documento de la AASHTO “A Policy on Geometric Design of Highways and Streets” (1994), donde se consideran la resistencia al rodado y la pendiente.

Donde:

L = Distancia de detención (m)

V = Velocidad de entrada (Km/h)

G = Pendiente de la rampa, dividida por 100

R = Resistencia al rodado del material de la rampa, expresado como un equivalente de la pendiente, dividido por 100

La resistencia al rodado de acuerdo a los diferentes tipos de materiales, expresado como un equivalente de la pendiente, queda expresado en el siguiente cuadro:

TABLA 10.3.2. Resistencia al Rodado.

Material Superficial de la rampa Resistencia al rodado (Kg/1000 Kg) Grado Equivalente (%)
Concreto con Cemento Portland
10
1,0
Concreto Asfáltico
12
1,2
Grava compactada
15
1,5
Tierra arenosa suelta
37
3,7
Agregado molido suelto
50
5,0
Grava suelta
100
10,0
Arena
150
15,0
Gravilla de tamaño uniforme
250
25,0

Fuente: A Policy on Geometric Design of Higways and Streets (AASTHO, 1994)

Entonces, por ejemplo, si se asume que las condiciones topográficas en un sector seleccionado para diseñar una rampa de escape, imponen una gradiente de un 10 %, lo que implica el valor para la ecuación G = + 0,10. Si el lecho de frenado se construirá con grava suelta, de acuerdo al cuadro anterior el valor de R = 0,10, y la velocidad de entrada del vehículo es de 140 Km/h, para este caso la rampa de escape deberá tener una longitud mínima de 400 m.

Cuando la pendiente varía dentro del lecho de frenado, la velocidad final al término de la primera pendiente puede ser calculada y utilizada como la velocidad inicial en la segunda pendiente y así sucesivamente.

Utilizando la misma fórmula:

La velocidad del vehículo es determinada en cada cambio de pendiente de la rampa de escape, hasta una longitud suficiente para detener al vehículo fuera de control.

En situaciones en que el terreno o las condiciones de desarrollo no permite la provisión de las longitudes deseadas para las rampas, se pueden utilizar montículos u otros elementos de contención, como disipadores de energía, para reducir las distancias de detención. En estos casos se debe utilizar con prudencia este tipo de atenuadores para asegurar que la seguridad de los ocupantes de un vehículo pesado sea aumentada y no puesta en peligro.

Los montículos, en lo posible, deberán ser del mismo material con el que fue construido el lecho de frenado y ubicados en un punto del lecho en el cual el impacto que se produzca sea a una velocidad menor que 40 Km/h. Además deberán tener una altura de 0,70 m y un ancho de 3,0 m, con un talud 2:1.

En el caso de utilizar barriles, se recomienda que éstos sean llenados con el mismo material utilizado en el lecho más que con arena, ya que esta última podría contaminar la rampa y reducir su resistencia al rodado.

10.3.3. Acceso

El ancho de las rampas de escape debería ser adecuado para permitir el ingreso a más de un vehículo, ya que no es poco común que dos o más vehículos necesiten utilizar la rampa dentro de un tiempo corto. El ancho óptimo debería estar entre los 10,0 y 12,0 m, lo que permitiría acomodar dos o más vehículos fuera de control, ya que el primero normalmente ocuparía el centro de la rampa de escape, quedando para el segundo vehículo la posibilidad de ubicarse a algunos de los costados.

10.3.4. Profundidad

Los lechos de frenado deberían ser construidos con una profundidad mínima de 0,6 m, pudiendo llegar a 1,0 m y más.

La profundidad del lecho de frenado no requiere ser uniforme en toda su extensión. Para evitar desaceleraciones excesivas en su acceso, es recomendable variar la profundidad del lecho desde unos 75 mm a la entrada hasta la profundidad total a los 30 ó 60 m de recorrido.

En el caso de los lechos diseñados con grava de río es recomendable utilizar profundidades mínimas de 1,0 m.

10.3.5. Tipos de Materiales Utilizados

Los materiales a ser utilizados en la superficie de las rampas de escape deben ser limpios, no deben ser fáciles de compactar y deben tener un alto coeficiente de resistencia al rodado.

Cuando se utilizan áridos, éstos deben estar compuestos de elementos redondeados, predominantemente de un mismo tamaño y lo más limpio posible de partículas y contaminación. El uso de un tipo de material grande y de tamaño regular minimizará los problemas derivados de la retención de humedad y congelamiento, así como también minimizará el mantenimiento requerido.

El material utilizado con mayor frecuencia es la gravilla de tamaño uniforme, suave, redondeada y no comprimida, cuyo tamaño ideal debe estar comprendido dentro del rango ¼” a 1 ½” y con un promedio de las mismas entre ½ y ¾”. No obstante lo anterior, también puede utilizarse grava suelta y arena.

Para evaluar la durabilidad y resistencia al desgaste del material tipo grava o gravilla en las rampas, debe realizarse la determinación del desgaste mediante la máquina de Los Ángeles, considerándose como máximo un valor de 30% según LNV 75.

10.3.6. Drenaje

El drenaje es un factor fundamental en la vida útil de las rampas de escape, por dos razones. La primera es que el congelamiento anula la eficacia del lecho en climas fríos, y segundo, el drenaje inadecuado puede llevar a la acumulación de partículas que llenen los huecos, compacte los áridos y finalmente reduzca el rendimiento de las rampas.

Experiencias internacionales han demostrado que la falta de drenaje podría llevar a la inutilización de las rampas de escape y, por lo tanto, recomiendan algunas medidas para evitar que esto suceda.

Una de las medidas básicas consiste en diseñar la rampa con una pendiente en la base para interceptar y drenar las aguas que entren al lecho, sumado a sistemas de subdrenes transversales.

Para evitar la infiltración de material fino desde el suelo natural, que evite el drenaje del agua, se recomienda utilizar geotextiles o pavimento.

Cuando exista una probabilidad de contaminación tóxica, por petróleo u otro tipo de material, es conveniente pavimentar la base de la rampa y colocar estanques de almacenamiento para retener los contaminantes vertidos.

10.3.7. Mantenimiento

Ciertos tipos de actividades de mantenimiento son esenciales para el funcionamiento adecuado de las rampas de escape.

El mantenimiento requiere de un equipo adecuado, que asegure que la rampa esté de vuelta en funcionamiento en un período mínimo de tiempo. Es por esto que el uso de herramientas manuales no es aceptado. Con esto también se asegura que los trabajadores abocados a esta tarea no estén expuestos a la posibilidad que un vehículo fuera de control necesite utilizar la rampa.

Para evitar su compactación, las rampas deberías ser escarificadas y graduadas a intervalos periódicos, incluso si no han sido utilizadas.

Luego de cada uso, el material deberá ser soltado y enrasado si fuera necesario. Además, debería ser limpiado de contaminantes y soltado periódicamente para mantener las características de contención del material del lecho y para mantener el buen drenaje del mismo.

10.3.8. Rescate de Vehículos

El diseño adecuado de una rampa de escape no sólo debe estar orientado a que los vehículos fuera de control sean salvados de un alto riesgo de accidente, sino que además debe contemplar disposiciones para facilitar la remoción de los vehículos por medio de grúas u otros equipos de servicio. Para ello es indispensable diseñar pistas auxiliares de servicio y pilares de seguridad, de manera tal que en conjunto formen un diseño integral de las rampas de escape.

Ahora bien, estos elementos adicionales deben estar diseñados de tal forma que el conductor que viene en un vehículo fuera de control no la confunda con la rampa. Esta distinción tiene especial relevancia sobretodo en una conducción nocturna.

Para ello debería disponerse de un camino auxiliar con un ancho mínimo de 3,0 m, adyacente al lecho de frenado y al mismo costado donde se ubica la carretera. Este camino auxiliar debe permitir el acceso a camiones de remolque que acudan a retirar los vehículos atrapados y provea una superficie dura, alejada de la ruta principal, hacia la cual se puedan arrastrar los vehículos atrapados. Es recomendable que este camino sea pavimentado, especialmente en zonas de lluvias, pero también podría ser de material granular.

Los pilares de seguridad deberían estar ubicados a distancias regulares de entre 50 y 100 m entre si y emplazados en el camino auxiliar, alejados del lecho de frenado. Se debería instalar, además, uno de estos pilares en el inicio del material del lecho de frenado, lo que facilitará el rescate de los vehículos que sólo hayan entrado una corta distancia en la rampa.

En los lugares que sea posible, es conveniente que el camino auxiliar retorne al camino principal. Esto permitirá tanto a la grúa como al vehículo rescatado un reingreso más fácil a la ruta.

10.4. LÁMINAS CON EJEMPLOS DE TIPOS Y DISPOSICIÓN DE RAMPAS DE ESCAPE

En las siguientes páginas se incluyen láminas con ejemplos de rampas de escape y un detalle general de su disposición en planta.


Nº Lámina
Descripción
TIPOS DE RAMPAS DE ESCAPE
DISTRIBUCION GENERAL EN PLANTA - RAMPA DE ESCAPE

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