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Tema 2 – Hoja 1

Vehiculo sobre arreglo piezo-lazo-piezo

TEMA 2 – Rev. 1/octubre/2007

PESAJE & CLASIFICACION ALTA VELOCIDAD Incluye PESAJE EN MOVIMIENTO & CLASIFICACION & CONTEO DE VEHICULOS EN MOVIMIENTO DESDE ~0 HASTA 200 KM/H EN BASE A SISTEMAS DE SENSORES EN PAVIMENTO Precisión del pesaje del 15% para peso por eje y 10% para peso total del vehículo Precisión de la clasificación mejor del 95% según categorías y sistemas Precisión del conteo desde el 99.5% según sistemas de aforo Documentación: www.tyssatransito.com [email protected]

Pesaje_ WIM_Clasificacion (.pdf 2418 KB)

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Tema 2 – Hoja 2

PESAJE & CLASIFICACION & CONTEO EN ALTA VELOCIDAD PARA PESAR VEHICULOS CIRCULANDO EN CARRETERA A ALTA VELOCIDAD LA TECNOLOGÍA DISPONIBLE CONSISTE EN COLOCAR SOBRE LA CARRETERA UNOS SENSORES SENSIBLES AL PESO (PIEZOELECTRICOS O A CUERZO). SE UTILIZA TAMBIEN UN LAZO INDUCTIVO PARA SEPARAR UNOS VEHICULOS DE OTROS. HAY VARIAS CONFIGURACIONES QUE PUEDEN UTILIZARSE, TODAS ELLAS PESAN Y CLASIFICAN: ADEMAS, TODAS ESTAS CONFIGURACIONES DETECTAN LA VELOCIDA CON UNA BUENA PRECISION.

LA CONFIGURACIÓN MAS UTILIZADA ES “PIEZO-LAZO-PIEZO”, QUE ADEMAS DE PESAR Y CLASIFICAR SEGÚN EL NUMERO DE EJES ES REDUNDANTE. LA ULTIMA CONFIGURACIÓN SE UTILIZA CUANDO SE DESEA CONOCER TAMBIEN EL PESO POR RUEDA. PARA CLASIFICAR VEHICULOS EJE POR EJE FORZOSAMENTE LAS RUEDAS DEL VEHICULO DEBEN PISAR AL MENOS UN SENSOR DE EJES. LO OPTIMO ES UTILIZAR DOS SENSORES DE EJES. HAY ALGUNOS SISTEMAS DE TIPO OPTICO PARA DETECTAR EL PASO DE RUEDA QUE SOLO SE UTILIZAN A TITULO EXPERIMENTAL O PARA APLICACIONES ESPECIALES. PERO PARA CLASIFICAR, LOS SENSORES DE EJES NO NECESITAN PESAR, SOLO DETECTAR EL PASO DEL VEHICULO. SE PUEDEN USAR SENSORES PIEZOELECTRICOS DE MENOR PRECISION, SENSORES PIEZORESISTIVOS, SENSORES A FIBRA OPTICA, SENSORES NEUMATICOS, ETC.. LOS LAZOS INDUCTIVOS, QUE SE UTILIZAN TAMBIEN PARA CLASIFICACION VEHICULAR, SOLO PUEDEN DETECTATAR GRUPOS DE EJES, NO EJES. EN CONDICIONES DE “FLUJO LIBRE” SE PODRIA PRESCINDIR DEL LAZO INDUCTIVO COLOCADO ENTRE LOS SENSORES PIEZOELECTRICOS, PORQUE HAY SIEMPRE UNA DISTANCIA ENTRE VEHICULOS QUE PUEDE UTILIZARSE POR SOFTWARE PARA SEPARA UNOS VEHICULOS DE OTROS. PERO SOLO SE PRESCINDE DEL LAZO EN APLICACIONES DE AFOROS CARRETEROS DE TIPO TEMPORAL CUANDO SE UTILIZAN TUBOS DE TIPO NEUMATICO. PARA CLASIFICAR VEHICULOS EJE POR EJE EN CONDICIONES DE ARRANQUE – PARADA HAY QUE UTILIZAR SENSORES DE EJES DE TIPO PIEZORESISTIVO O SENSORES A FIBRA OPTICA, QUE SON LOS UNICOS QUE FUNCIONAN DESDE “CERO” VELOCIDAD. PARA CONTAR O AFORAR LOS VEHICULOS QUE CIRCULAN POR UNA CARRETERA SE PUEDEN UTILIZAR CUALQUIERA DE LOS SENSORES DE EJES DESCRITOS ANTERIORMENTE, A SABER: SENSORES PIEZOELECTRICOS DE ALTA PRECISION – SENSORES PIEZOELECTRICOS DE BAJA PRECISION . SENSORES PIEZORESISTIVOS – SENSORES A FIBRA OPTICA – SENSORES NEUMATICOS ADEMAS, CUANDO SOLO SE TRATA DE CONTAR, A CLASIFICAR EN VEHICULOS GRANDES Y PEQUEÑOS, SE PUEDEN UTILIZAR CON VENTAJA LAZOS INDUCTIVOS, QUE SON MAS ECONOMICOS Y EXIGEN MUECHO MENOS MANTENIMIENTO QUE LOS SENSORES DE EJES, PORQUE PUEDEN ENTERRASE BAJO LA CALZADA.

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Tema 2 – Hoja 3

2. PESAJE & CLASIFICACION & CONTEO EN ALTA VELOCIDAD La tecnología que proporciona la mayor precisión para el pesaje y clasificación (el conteo va implícito) de vehículos a alta velocidad es la que está basada en la utilización de sensores piezoeléctricos en configuración sensor piezoeléctrico – lazo inductivo – sensor piezoeléctrico. Cuando el conteo y la clasificación se hacen separadamente se utilizan también piezos y/o lazos, en diversas configuraciones según la precisión requerida. Cada configuración tiene un campo de aplicación en función de las características de la medición (temporal o permanente), del tipo de tránsito vehicular (flujo libre, a vuelta de rueda, arranque-parada). Para tránsito a vuelta de rueda o en situaciones de arraque-parada hay que utilizar sensores de tipo óptico. En instalaciones temporales de corta duración los sistemas en base a mangueras neumáticas son los mas sencillos y económicos. En lugares aislados las instalaciones pueden ser implementadas con alimentación solar, transmisión de datos vía radio, y verja de protección inexpugnable para proteger el equipo. 20. INFORMACIÓN GENERAL SOBRE SISTEMAS PARA PESAJE WIM Y CLASIFICACION EN BASE A NUMERO DE EJES 201. 202. 203. 204 205.

OPCIONES DE SISTEMAS PARA PESAJE EN MOVIMIENTO (WI - (SISTEMAS FIJOS – PORTATILES - MIXTOS) ESQUEMA DE INSTALACION DE PESAJE WIM EN CAMPO CONDICIONES DE SITIO PARA PESAJE EN MOVIMIENTO (WIM) INFORMACIÓN GENERADA EN SISTEMAS DE PESAJE EN MOVIMIENTO (WIM) OPCIONES DE SISTEMAS PARA CLASIFICACION SEGÚN EJES - (SISTEMAS FIJOS – PORTATILES )

21. 211. 212. 213. 214 215 216. 217.

SISTEMAS PARA PESAJE Y CLASIFICACION EN BASE A LAZOS Y SENSORES PIEZOELECTRICOS Equipos fijos y portátiles para pesaje y clasificación de vehículos a alta velocidad en base a lazos y piezos Sensores piezoeléctricos para utilización temporal o permanente en clasificación y pesaje a alta velocidad Instalación de pesaje dinámico (WIM) como sistema de preverificación en centros de pesaje Instalación de pesaje y clasificación en alta velocidad para carreteras de varios carriles. Sistemas portátiles para pesaje en movimiento Instalación de campo completa para clasificación y pesaje, con imagen y reconocimiento de placa Instalación de campo completa para clasificación y pesaje, con transmisión de datos y de imagen

22. SISTEMAS PARA CLASIFICACION VEHICULAR EN BASE A SENSORES DE FIBRA OPTICA 221 Sistema fijo de clasificación vehicular en situaciones “arranque – parada” con sensores ópticos 23. 231. 232. 233. 234. 235. 236 237

SISTEMAS PARA AFOROS Y CLASIFICACION VEHICULAR EN BASE A LAZOS INDUCTIVOS Sistemas de clasificación multicarril en base a 4 & 8 lazos inductivos, fijos o temporales Lazos inductivos fijos cableados en sitio, sobre ranura efectuada en la calzada Lazos inductivos preformados, para instalaciones fija en ranura o bajo la carpeta Lazos inductivos preformados para uso temporal fijados sobre la superficie con cinta adhesiva Lazos inductivos preformados o cableados para aplicaciones especiales a la demanda Sistema de prioridad de transito y de acceso en base a lazo inductivo Controladores para lazos inductivos

24. 241 242. 243

SISTEMAS PARA AFOROS Y CLASIFICACION VEHICULAR EN BASE A MANGUERAS NEUMATICAS Contadores & clasificadores portátiles de 2 & 4 canales en base a tubos neumáticos para utilización temporal Mangueras neumáticas para aforos y equipo auxiliar para la instalación Sistema “RoadRamp” para aforos en zonas urbanas de varios carriles y en zonas rurales

25. RECUBRIMIENTOS PARA INSTALACIONES DE CAMPO 251. Recubrimientos para sensores piezoeléctricos y lazos inductivos en utilización permanente 252. Cintas “bituthene” y “tapecoat” para sensores piezos, fibra óptica y lazos en uso temporal 26. 261. 262 263 264. 265. 266 267

SISTEMAS AUXILIARES PARA INSTALACIONES DE CAMPO Equipo de test: osciloscopios para control de piezos y equipo para análisis de lazos inductivos Instrumentos electrónicos para medidas eléctricas, de presión, de temperatura, de humedad Sistema de puesta a tierra física y de medida para verificar su calidad Sistemas de alimentación a instalaciones de campo mediante energía solar Sistemas de video para captura de imagen, captura de placa, inserción de textos Sistemas de radio a microondas y modems telefónicos para transmisión de datos de campo Transmisión de datos de pesaje y/o clasificación en protocolo TCP/IP a 5.8 GHz.

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Tema 2 – Hoja 4

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OPCIONES DE SISTEMAS PARA PESAJE EN MOVIMIENTO (WIM) (SISTEMAS FIJOS – PORTATILES - MIXTOS) Un sistema de pesaje en movimiento (Weigh-In-Motion, WIM) permite pesar vehículos a velocidades de hasta 180 Km/h o mas con una incertidumbre del 15% para el peso por eje y del 10% para el peso bruto vehicular. Esta precisión no es suficiente para poder imponer una sanción, mas aun cuando un sistema WIM no puede distinguir si el vehiculo está equipado o no con suspensión neumática, para la que algunos Reglamentos autorizan un mayor peso por eje, pero se utiliza como sistema de “preverificación” para no pasar a una báscula de mayor precisión los vehículos vacios, o los que no estén sobrecargados. Para aplicaciones especiales se puede instrumentar solo un carril, pero en general en una carretera se deben instrumentar dos o tres carriles por sentido, porque los vehículos cargados puedan circular por cualquiera delos carriles. Normalmente, la configuración de sensores que se utiliza en cualquiera de las opciones es sensor piezoeléctrico – lazo inductivo – sensor piezoeléctrico. Básicamente, hay tres opciones de instalación – operación para un sistema de pesaje en movimiento (WIM): a) b) c)

instalación fija instalación portatil instalación mixta

a) instalación fija: Esta es la opcion optima y normalmente utilizada. En la instalación fija los sensores piezoeléctricos se instalan en el pavimento en forma permanente en unas ranuras de aproximadamente 20 x 20 mm. (Pueden variar las dimensiones ligeramente segun el tipo de sensores utilizados). El lazo inductivo se instala tambien en una ranura hecha en la calzada, o si es posible se intala antes de colocar la base en las carreteras de nueva construccion o en remodelacion. Una vez instalados los sensores, las ranuras se recubren con material tipo epóxico o poliuretano. El equipo de acondicionamiento, de toma y de transmisión de datos va ubicado en un gabinete situado cerca de la instalación. Normalmente el gabinete se protege con una verja metálica, y todas las conducciones son subterraneas. El sistema se alimenta normalmente mediante panel solar. En general, aunque se instrumenten los dos sentidos de la carretera se utiliza un solo gabinete de control. Ventajas de este sistema: Se instala una sola vez, y es suficiente con recalibralo una sola vez al año. Se consigue normalmente una mejor precisión que con un sistema portátil. Exige poco mantenimiento, dependiendo de las condiciones de carretera: una visita de inspección una vez al mes para comprobar el estado del material de recubrimiento, y reforzarlo si es necesario. Pero este mantenimiento, aunque pequeño, es imprescindible. La gran ventaja de este sistema es que se dispone de una monitorización permanente. El sistema puede equiparse con un modem GRPS y se pueden bajar los datos vía celular desde cualquier lugar del país. En el punto instrumentado, se pueden tener en tiempo real, los datos de aforos, velocidades, clasificaciones y pesos de los vehículos durante la 24 horas del día. Y bajar los datos almacenados en el equipo desde cualquier computador situado en cualquier lugar casi sin costo. Si esta instalación funciona como preverificación de un puesto de pesaje con báscula se podría determinar la eficiencia de la verificación, y seleccionar las horas mas adecuadas para los operativos, etc..ademas de automatizar el funcionamiento de un semáforo para que solo entren a la bascula de precision los vehiculos sobrecargados. Inconvenientes: Es la opción con el costo inicial mas elevado por carril, especialmente si el numero de carriles a instrumentar por seccion es bajo (1 o 2).

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Tema 2 – Hoja 5

…./…. 201 …./…. OPCIONES DE SISTEMAS PARA PESAJE EN MOVIMIENTO (WIM) - 2 b) instalación portátil: El sistema es el convencional: sensor piezoeléctrico – lazo inductivo – sensor piezoeléctrico. En una instalación portátil los sensores se fijan a la calzada mediante cintas adhesivas de tipo asfáltico, tales como bithuitene, tapecoat, etc. Las cintas que albergan los sensores piezoeléctricos son de tipo “bolsillo”. Y se utiliza un robusto equipo portátil para acondicionamiento de las señales de los sensores, de funcionamiento a baterías o a panel solar, tomando las medidas a pie de carretera en un computador portátil. Ventajas: es un sistema aparentemente mas económico, aunque hay que tener en cuenta que todo el material de fijación (cintas de bolsillo, tapecoat, etc..) no es recuperable, y en general tampoco lo es el lazo inductivo. No hay que ranurar la calzada, y se quita cuando se ha terminado el operativo. Inconvenientes: Antes de cada operativo hay que disponer de una hora o más para instalar los sensores, y otro tanto para desinstalarlos, con los cortes de carretera necesarios para ello. Y lo más complicado, cada vez que se instala el sistema hay que calibrarlo con un camión de pesos por eje conocidos, lo cual exige la asistencia de personal especializado. Cada instalación implica un gasto en cintas de sujeción de los sensores a la calzada, que no son reutilizables. No se puede utilizar cuando llueve, ni en zonas carreteras con baches, marcas de neumaticos o pavimento quebrado. Si el pavimento esta quebrado, al pesar los vshiculos pesados quebraran los sensores piezoeléctricos, que son caros. En caso de vandalismo, si los sensores no estan ubicados en sitios vigilados, el costo de reposicion es importante, haciendo que este sistema portátil, inicialmente economico, resulta muy costoso. La utilización de un sistema de pesaje dinámico como preverificación es muy adecuada porque aumenta la eficiencia del pesaje en la báscula de precision, al eliminar los vehículos sin sobrecarga. Pero un sistema portátil no es util para ello, porque no se puede establecer un sistema de control automatizado, ya que dejaria de ser portátil. Porque lo que no es eficaz en absoluto es que un técnico, situado en la zona del pesaje dinámico (situada unos 300 m antes de la báscula) este 8 horas, o 4 horas, con la mirada fija en la pantalla de una laptop para detectar los vehículos con exceso de peso. Además, a plena luz no se ve la pantalla de un computador portátil, tendría que estar en el interior de una camioneta o vehiculo similar. Y cuando avise a quien corresponda, el vehiculo sobrecargado ya habra pasado. Es decir, esta aplicación no es viable para un sistema portátil. Es el sistema adecuado para operativos temporales, de cierta duración, en diferentes ubicaciones no previstas inicialmente. No lo es para operativos que tengan lugar siempre en la misma ubicación. Una aplicación interesante para un sistema portátil seria operativos de una semana de duracion en autopistas o carreteras con una cierta vigilancia, (los sensores son caros) para conocer las cargas que transitan por las mismas. c) Sistema mixto: En el sistema mixto se utilizan sensores fijos, pero sin equipo de control fijo en sitio. Tanto el lazo inductivo como los sensores piezoeléctricos están instalados en forma permanente, pero sus conexiones van a un robusto conector situado en un pequeño registro al lado de la calzada que no llama la atención. Para los operativos se utilizará un equipo portátil como en el sistema b). Ventajas: Costo moderado y sin elementos que puedan sufrir vandalismo ya que los sensores instalados en la calzada en principio no atraen la atención de posibles vándalos. Inconvenientes: El principal inconveniente podría considerarse no utilizar en su capacidad un grupo de sensores instalados en la calzada, que hay que mantener en correctas condiciones de funcionamiento.

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Tema 2 – Hoja 6

202

ESQUEMA DE INSTALACION DE PESAJE WIM EN CAMPO ARREGLO DE SENSORES PARA PESAJE DINAMICO EN 6 CARRILES GABINETE DE CAMPO CON ALIMENTACION POR PANEL SOLAR Y TRANSMISION DE DATOS POR RADIO

DATOS PARA ESTABLECER UN PRESUPUESTO ECONOMICO DE UNA INSTALACION DE PESAJE EN MOVIMIENTO Es difícil presentar una lista de costos para una instalación de pesaje de vehículos en movimiento, porque depende mucho del esquema de medida. Una instalación para clasificar y pesar en 8 carriles contiguos de una carretera no cuesta, ni mucho menos, 8 veces mas que la instalación de pesaje para un carril. El equipo electrónico de acondicionamiento de señal para 8 carriles puede ser el mismo, solo que con algunas tarjetas de mas. El gabinete, el sistema de alimentación, el equipo de transmisión, etc.. varían poco en su costo de un sistema a otro. La obra civil para cortar la carretera y colocar los sensores tampoco se multiplica por 8. Por todo esto, para establecer correctamente un presupuesto, además de que el sitio elegido cumpla con las condiciones de sitio que se indican en las páginas siguientes, es necesario tener un buen conocimiento de las características de la instalación. Entre otras: Datos de la instalación:

Equipos y materiales necesarios:

1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13)

Equipo electrónico de acondicionamiento Sensores piezoeléctricos Lazos inductivos Material de recubrimiento Sensores de temperatura del pavimento Herramientas y útiles para la instalación Material eléctrico (cables, ductos, etc..) Gabinete de campo Obra civil para abrir y cerrar ranuras Obra civil para zanjas Obra civil para base de gabinete Sistema de alimentación solar Sistema de transmisión de la inforrmación

¿ Será una instalación de clasificación o clasificación y pesaje ? ¿ Cuantas secciones de la carretera se van a instrumentar ? ¿ Cuantos carriles se instrumentarán por sección ? ¿ Ancho de los carriles y de los acotamientos ? ¿ Ancho del camellon central si existe ? ¿ Es en obra nueva, reencapetada o en calzada ya existente ? ¿ Es calzada de concreto armado o de concreto asfáltico ? ¿ Hay disponibilidad de energía eléctrica ? ¿ Hay disponibilidad de línea telefónica ? ¿ A que distancia se encuentra el centro de control ? ¿ Se necesita captura de imagen en video ? ¿ Se necesita reconocimiento de número de placa ? ¿ Cuales son las condiciones ambientales más destacables ?

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Tema 2 – Hoja 7

203

CONDICIONES DE SITIO PARA PESAJE EN MOVIMIENTO (WIM) CONDICIONES GEOMÉTRICAS Y DE PAVIMENTO PARA INSTALACIONES DE PESAJE DINÁMICO (DESDE 1 KM/H HASTA 180 KM/H) MEDIANTE SENSORES PIEZOELÉCTRICOS Y LAZOS INDUCTIVOS EN CONFIGURACION PIEZO-LAZO-PIEZO, PARA CONSEGUIR UNA PRECISION IGUAL O MEJOR DE +/-15 % EN PESOS POR EJE Y DE +/-10% EN PESO BRUTO VEHUCULAR PARA EL 95% DE LA MUESTRA VEHICULAR Selección de sitio En orden a que cualquier sistema WIM trabaje adecuadamente, el usuario debe proporcionar y mantener un ambiente de operación adecuado para los sensores y los instrumentos del sistema. La adecuada construcción o selección de cada sitio WIM, así como proporcionar un mantenimiento continuo del sitio y de los sensores, son consideraciones sumamente importantes. El usuario debe comprender que las prestaciones del sistema de WIM dependen tanto de la calidad de los sensores como del entorno de operación que prevalezca. Las prestaciones del sistema se degradan si las condiciones del sitio no son las ideales, aunque los sensores WIM del sistema, los instrumentos, y los algoritmos sean capaces de prestaciones de calidad superior. El usuario sólo puede pretender una calidad de prestaciones en función de la calidad de las condiciones del sitio que proporcionó. Las siguientes condiciones de sitio, o mejores, serán proporcionadas por el usuario si los criterios de precisión proporcionados quieren realmente ser conseguidos Diseño geométrico. El diseño geométrico es un factor importante debido a la influencia longitudinal y transversal que las desviaciones tienen sobre la conducta del vehículo. Las normas (ASTM E 1318-2 y COST 323) establecen principios para la curvatura horizontal, la inclinación longitudinal, la pendiente en cruz (lateral) y la anchura del tramo: Característica Curva horizontal Inclinación del camino Pendiente en cruz (lateral) Anchura del camino

Tipo radio >= 1750 m