análisis dinámico y criterios de diseño para barandilla de...
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ANÁLISIS DINÁMICO Y CRITERIOS DE DISEÑO PARA BARANDILLAS DE PROTECCIÓN PERSONAL SOMETIDAS A IMPACTO
Juan Carlos Pomares Torres
http:www.ua.es/http:www.eltallerdigital.com/
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ANÁLISIS DINÁMICO Y CRITERIOS DE DISEÑO PARA
BARANDILLAS DE PROTECCIÓN PERSONAL
SOMETIDAS A IMPACTO
TESIS DOCTORAL
Autor: Juan Carlos Pomares Torres
Director: Dr. D. Ramón Irles Más
Noviembre 2012
Departamento de Edificación y Urbanismo
UNIVERDIDAD DE ALICANTE
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UNIVERDIDAD DE ALICANTE
Departamento de Edificación y Urbanismo
ANÁLISIS DINÁMICO Y CRITERIOS DE DISEÑO PARA
BARANDILLAS DE PROTECCIÓN PERSONAL
SOMETIDAS A IMPACTO
TESIS DOCTORAL
Autor: Juan Carlos Pomares Torres
Director: Dr. D. Ramón Irles Más
Alicante, 2012
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Dr. D. Ramón Irles Más, Catedrático de la Universidad de Alicante,
certifica:
Que la presente memoria, titulada: “Análisis dinámico y criterios de
diseño para barandillas de protección personal sometidas a impacto” ha
sido realizada bajo mi dirección por D. Juan Carlos Pomares Torres y
constituye su Tesis para optar al grado de Doctor por la Universidad de
Alicante. Asimismo emito mi conformidad para que dicha memoria sea
presentada y tenga lugar, con posterioridad, la correspondiente lectura.
Fdo.: Dr. D. Ramón Irles Más
Alicante, Septiembre 2012
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A mi mujer y nuestros hijos
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AGRADECIMIENTOS
Parece que fue ayer cuando empezamos este trabajo y ya han pasado más de
dos años desde que se inició. Todo comenzó con una simple fotocopia de la
norma UNE-EN 13374, que mi director de tesis tenía guardada en un cajón de su
despacho y en la que había una expresión, escrita a bolígrafo, sobre la energía
cinética generada por un cuerpo en caída libre. Recuerdo también a mi director,
decirme con seguridad y firmeza: “Ahí tienes el tema de la tesis, puedes
comenzar con ella”. Poco a poco, con mucho trabajo y su acertada supervisión, la
investigación sobre lo que aquel papel decía fue cogiendo forma, hasta
convertirse en lo que actualmente ha llegado a ser.
Gracias Ramón por tus muchas ayudas y por tus buenos consejos, sin tu apoyo
este trabajo no hubiera sido posible.
Agradecer por supuesto a Margarita, por su infinita paciencia conmigo durante las
muchas horas de trabajo que he dedicado a esta investigación. Gracias a mis
hijos Juan Carlos, Irene y Alberto porque ellos me han animado mucho con su
presencia y con sus gestos de sorpresa al ver cómo los ordenadores procesaban
en mi estudio de forma continuada. Ellos me hacían sacar fuerzas en los
momentos de flaqueza, principalmente cuando aparecían las dificultades.
Gracias al laboratorio Aidico en Paterna (Valencia), principalmente a sus técnicos
Carlos y Sara por ayudarme en la parte experimental de este estudio. Gracias al
taller Metálicas López por colaborar en la construcción de diversos prototipos.
Gracias a los compañeros de la Universidad de Alicante, Belén y David por
ayudarme con las mediciones de los ensayos experimentales.
Muchas gracias a Enrique por solventar mis dudas en el manejo del software del
modelo numérico.
Gracias, por último, al sindicato CSI·F por reconocer con el primer premio a un
trabajo asociado a esta tesis sobre Barandillas de Protección, en la XIII Edición de
los Premios de Investigación y Estudios en Prevención de Riesgos Laborales. El
premio fue otorgado por el conseller de Sanidad Luis Rosado, el 24 de noviembre
de 2011 en la ciudad de Valencia.
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RESUMEN
La investigación descrita se centra en las barandillas de seguridad tipo B y C
(UNE-EN 13374), utilizadas en obras de construcción o mantenimiento, que
deben resistir caídas de potenciales accidentados desde una altura máxima de 5
m, sobre un plano de caída de hasta 60º sobre la horizontal (o mayor altura con
menor inclinación) y ser capaces de absorber una energía cinética de hasta 2.200
julios con determinados requisitos de deformabilidad mínima.
Por sus características y requerimientos, este tipo de barandillas se construyen
frecuentemente mediante un bastidor metálico sobre el que se tiende una red de
seguridad. Dadas las dificultades de análisis del fenómeno del impacto y proceso
de detención, los trabajos se inician con el desarrollo de un modelo matemático
mediante la técnica de elementos finitos partiendo de un comportamiento
equivalente elástico bilineal de la red, analizado en trabajos anteriores, capaz de
simular la realidad y valorar el conjunto de variables implicadas en el estudio
como las deceleraciones del lastre, tensiones de los soportes, deformaciones de
la red, trayectoria de detención del lastre, factores de impacto, inclinación de la
protección, tamaño de la red y distancias entre soportes.
Asimismo se ha efectuado un estudio cinemático simplificado del proceso de la
retención del lastre, consiguiendo una expresión simple que puede usarse como
herramienta de diseño de estos sistemas de protección.
Por último se han realizado ensayos experimentales de prototipos de barandillas a
escala real en laboratorio, para contrastar y ajustar, en su caso, el modelo
matemático de elementos finitos.
Todo este trabajo permite llegar a conclusiones que hacen dudar de algunos de
los requisitos vigentes de UNE-EN 13374 para estos dispositivos, y encontrar
soluciones satisfactorias.
Palabras clave: barandillas, seguridad, red, caída, impacto, UNE-EN 13374.
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ÍNDICE DE CONTENIDOS CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN .........................................................................................................1
1.1. ANTECEDENTES ......................................................................................................................1
1.2. OBJETIVOS ..............................................................................................................................6
1.3. METODOLOGÍA ......................................................................................................................8
CAPÍTULO 2. ESTADO DE LA CUESTIÓN .........................................................................................9
2.1. ASPECTOS HISTÓRICOS DE LA SEGURIDAD EN EL TRABAJO ...................................................9
2.2. LEGISLACIÓN ........................................................................................................................ 11
2.3. ESTUDIOS ESPECÍFICOS ....................................................................................................... 16
CAPÍTULO 3. TRABAJOS DESARROLLADOS ................................................................................. 21
3.1. MODELO NUMÉRICO DE ELEMENTOS FINITOS ................................................................... 21
3.2. ANÁLISIS DE VARIABLES MEDIANTE MODELO NUMÉRICO ................................................. 24
3.2.1. DISEÑO DE LA DIRECTRIZ DEL SOPORTE............................................................................. 24
3.2.2. INFLUENCIA DEL TIPO DE LASTRE ....................................................................................... 26
3.2.3. INCLINACIÓN DEL SISTEMA ................................................................................................ 26
3.2.4. ALTURA DE LA PROTECCIÓN PERIMETRAL (RED) ............................................................... 28
3.2.5. DISTANCIA DE SEPARACIÓN ENTRE SOPORTES .................................................................. 29
3.2.6. VALORACIONES ENERGÉTICAS ........................................................................................... 30
3.2.7. CONSECUENCIAS DEL REQUISITO DE FLECHA MÍNIMA VIGENTE ...................................... 31
3.3. ANÁLISIS CINEMÁTICO SIMPLIFICADO Y FÓRMULA DE DISEÑO ........................................... 31
3.4. ESTUDIO EXPERIMENTAL....................................................................................................... 33
3.4.1. PROTOTIPO ......................................................................................................................... 33
3.4.2. ENSAYOS REALIZADOS ........................................................................................................ 36
CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ..................................................................................... 39
4.1. RESULTADOS CON MODELO NUMÉRICO DE ELEMENTOS FINITOS .................................... 39
4.2. RESULTADOS DE VARIABLES MEDIANTE MODELO NUMÉRICO .......................................... 40
4.2.1. DISEÑO DE LA DIRECTRIZ DEL SOPORTE............................................................................. 40
4.2.2. INFLUENCIA DEL TIPO DE LASTRE ....................................................................................... 41
4.2.3. INCLINACIÓN DEL SISTEMA ................................................................................................ 43
4.2.4. ALTURA DE LA PROTECCIÓN PERIMETRAL (RED) ............................................................... 49
4.2.4.1. SIMULACIONES PARA RED DE 8 M DE LONG. Y SEP. ENTRE SOPORTES DE 4 M ............. 49
4.2.4.2. SIMULACIONES PARA RED DE 4,8 M DE LONG. Y SEP. ENTRE SOPORTES DE 2,4 M ....... 56
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4.2.5. DISTANCIA DE SEPARACIÓN ENTRE SOPORTES .................................................................. 60
4.2.6. VALORACIONES ENERGÉTICAS ........................................................................................... 71
4.2.7. CONSECUENCIAS DEL REQUISITO DE FLECHA MÍNIMA VIGENTE ...................................... 73
4.3. ANÁLISIS CINEMÁTICO SIMPLIFICADO Y FÓRMULA DE DISEÑO ........................................... 74
4.4. ESTUDIO EXPERIMENTAL ....................................................................................................... 78
4.4.1. ENSAYOS EXPERIMENTALES CON RED ............................................................................... 79
4.4.2. ENSAYOS EXPERIMENTALES CON MALLAZO ...................................................................... 84
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y FUTUROS DESARROLLOS DE LA INVESTIGACIÓN ................... 87
ANEXO 1. MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS ........................................................................ 89
ANEXO 2. TABLAS RESUMEN DE RESULTADOS ...................................................................... 91
ANEXO 3. PATENTE DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN ............................................................... 99
ANEXO 4. PREMIO A LA INVESTIGACIÓN REALIZADA .......................................................... 119
ANEXO 5. PUBLICACIONES Y CONGRESOS ASOCIADOS A ESTE TRABAJO .......................... 127
‐WORKSHOP: INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN EN PROTECCIONES COLECTIVAS Y MEDIOS AUXILIARES DE EDIFICACIÓN. JUNIO 2011. MADRID. .................................................................... 127 ‐4th INTERNATIONAL CONFERENCE ON SAFETY AND SECURITY ENGINEERING. SAFE 2011. JULIO 2011. AMBERES. BÉLGICA .................................................................................................... 141 ‐REVISTA BOLETÍN. COLEGIO OFICIAL DE APAREJADORES, ARQUITECTOS TÉCNICOS E INGENIEROS DE EDIFICACIÓN, Nº 89, PP. 6‐8. ENERO‐FEBRERO 2012. ALICANTE. ....................... 153 ‐INFORMES DE LA CONSTRUCCIÓN. ISSN 0020‐0883. ACEPTADO JUNIO 2012 ............................. 159 ‐REVISTA CERCHA. APAREJADORES Y ARQUITECTOS TÉCNICOS. Nº 112. JULIO 2012 .................. 175 ‐12th INTERNATIONAL CONFERENCE ON STRUCTURES UNDER SHOCK AND IMPACT. SUSI 2012. SEPTEMBER 2012. KOS (GREECE) ................................................................................. 181 ANEXO 6. 24 VARIANTES DEL MODELO ............................................................................... 193
ANEXO 7. AJUSTES DEL MODELO ......................................................................................... 263
ANEXO 8. PROPUESTA A EN 1263......................................................................................... 265
REFERENCIAS .................................................................................................................................. 271
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INTRODUCCIÓN
Tesis Doctoral 1 Juan Carlos Pomares Torres
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
1.1. ANTECEDENTES
En el ámbito de la construcción existen diversos aspectos fundamentales a tener
en cuenta, entre los que cabe destacar el de la Seguridad de los Trabajadores.
Aunque cada vez son mayores los empeños que tanto empresas constructoras,
direcciones de obra, promotores, inspección de trabajo y otros organismos hacen
para mejorar las condiciones laborales, es frecuente encontrar obras sin las
correctas medidas de seguridad, o con un mal uso de las mismas, haciendo caso
omiso a la reglamentación vigente, utilizando materiales improvisados como
palets, puntales, tablas, cruces de arriostramiento de andamio, usos que sólo
intentan evitar las sanciones, y principalmente, sin proteger de forma adecuada al
trabajador. Desafortunadamente, aún siguen apareciendo en los medios de
comunicación noticias sobre accidentes graves y mortales en la construcción.
Figura 1.1.1. Estadística accidentes laborales graves.
Según estadísticas del Ministerio de Trabajo de España (Figuras 1.1.1. y 1.1.2.),
promediando los últimos 5 años, los accidentes por caídas de altura a distinto
nivel son la causa del 27% del total de accidentes graves y del 14% del total de
los accidentes mortales.
Uno de los sistemas de protección existentes para evitar caídas a otro nivel son
los sistemas provisionales de protección de borde, o barandillas de seguridad,
reguladas por la norma UNE-EN 13374.
RESTO DE ACCIDENTES LABORALES GRAVES:
5650; 73%
ACCIDENTES LABORALES GRAVES
POR CAÍDA DE ALTURA: 2042; 27%
ACCIDENTES LABORALES GRAVES.SEGÚN EL PROMEDIO DE LOS 5 ÚLTIMOS AÑOS DE ESTADÍSTICAS DEL
MINISTERIO DE TRABAJO DE ESPAÑA.
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CAPÍTULO 1
Tesis Doctoral 2 Juan Carlos Pomares Torres
Figura 1.1.2. Estadística accidentes laborales mortales.
Este trabajo de investigación estudiará y mejorará las mencionadas barandillas de
seguridad utilizadas en obras de nueva construcción, mantenimiento o
conservación, y que deben ser capaces de resistir impactos considerables y de
retener de forma adecuada a las personas que se encuentren trabajando en
cubiertas, tejados o superficies inclinadas ante una eventual caída de altura a
distinto nivel evitando las graves consecuencias de un posible accidente.
La sensibilización sobre materia de seguridad en España es cada vez mayor en
todos los ámbitos, empresas constructoras, judicial, promotores, sindicatos,
clientes, técnicos. En las obras, tanto en la fase de estudio como en ejecución,
además de analizar su coste, plazo de ejecución y niveles de calidad exigidos, se
reflexiona sobre la dificultad de la misma, las medidas de seguridad de protección
colectiva (Foto 1.1.1.), así como los medios auxiliares necesarios conforme a
normativa vigente que utilizaremos en la ejecución de la misma.
Foto 1.1.1. Obra en construcción en la que se combinan
medidas de protección colectivas e individuales.
ACCIDENTES LABORALES MORTALES POR CAÍDA DE ALTURA:
114; 14%
RESTO DE ACCIDENTES LABORALES MORTALES:
716; 86%
ACCIDENTES LABORALES MORTALESSEGÚN EL PROMEDIO DE LOS 5 ÚLTIMOS AÑOS DE ESTADÍSTICAS DEL
MINISTERIO DE TRABAJO DE ESPAÑA.
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INTRODUCCIÓN
Tesis Doctoral 3 Juan Carlos Pomares Torres
En una correcta y completa planificación de la obra así debe ser, tiene que tener
en cuenta todas las medidas de seguridad que aplicaremos en cada fase de la
misma. De esta forma, analizando los riesgos, medidas y equipos de seguridad
necesarios (Foto 1.1.2.), podremos disponer de ellos con antelación en el
momento preciso en cada una de las fases de la construcción de la obra. Con
esto evitaremos improvisaciones sobre la marcha que a menudo suelen tener
consecuencias graves para el accidentado o incluso la muerte.
Además de una buena planificación, son necesarias especialmente en temas de
seguridad durante la construcción, revisiones periódicas de la correcta instalación
de los sistemas de seguridad y la supervisión del buen uso que se hace de los
mismos.
Foto 1.1.2. Hueco de fachada protegido con
barandilla perimetral y red vertical.
Cada vez es más habitual en las empresas disponer de personal técnico propio
responsable sobre materia de seguridad, encargados exclusivamente en temas
de seguridad e incluso formación del personal, que se encargan de organizar
reuniones de trabajo mensuales en obra para analizar las incidencias en materias
de seguridad, previsión de nuevos trabajos a realizar y las medidas de seguridad
que en cada una de las nuevas tareas deben ser implantadas.
Este trabajo de investigación sobre barandillas de seguridad (sistema provisional
de protección de borde clase C, conforme a UNE-EN 13374) inició su andadura
en el Trabajo Fin de Máster (TFM) realizado por el autor de esta tesis, como
culminación del Máster Oficial en Gestión de la Edificación que se basó en un
pequeño estudio inicial realizado por E. Segovia para el grupo de trabajo
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CAPÍTULO 1
Tesis Doctoral 4 Juan Carlos Pomares Torres
AEN/CTN81/SC2/GT04 que participó, en su día, de la redacción de la norma
conjuntamente con otros comités europeos.
Posteriormente, la investigación iniciada en dicho TFM ha continuado, culminando
en la redacción de esta tesis doctoral.
Este estudio se engloba dentro de una línea de investigación iniciada en los años
noventa, cuyo primer hito importante fue la tesis de E. Segovia (2004) con una
aplicación a las redes tipo V, conforme a UNE-EN 1263-1 y 2 sobre redes de
seguridad, requisitos de seguridad, métodos de ensayo y límites de instalación.
Previamente tuvieron lugar algunas publicaciones menores y congresos, entre los
que cabe destacar: Irles (1996), Saiz (1997), Irles (1998) y Arcenegui (1998).
Según la norma UNE-EN 13374, 2004, las barandillas de protección o sistemas
provisionales de protección de borde se utilizan en los trabajos de construcción,
principalmente para prevenir la caída de personas y objetos a un nivel más bajo
desde tejados, bordes, escaleras y otras áreas donde se requiera protección.
Se dividen, en función de las distintas alturas de caída, inclinación del plano de
trabajo y su capacidad de absorción de energía cinética, en tres tipos de
barandillas: A, B y C (Figura 1.1.3).
Figura 1.1.3. Tipos de barandillas, según UNE-EN 13374.
Esta investigación se centrará en las barandillas de tipo C, que deben ser
capaces de resistir caídas del accidentado desde una altura máxima de 5 m,
sobre un plano de caída de hasta 60º sobre la horizontal (o mayor altura con
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INTRODUCCIÓN
Tesis Doctoral 5 Juan Carlos Pomares Torres
menor inclinación) y deben ser capaces de absorber una energía cinética de
2.200 julios con determinados requisitos de deformabilidad mínima (200 mm).
Por sus características y requerimientos, este tipo de barandillas se construyen
frecuentemente mediante un bastidor metálico sobre el que se tiende una red de
seguridad.
La norma UNE-EN 13374, establece para las barandillas de tipo C un ensayo de
resistencia. En él se utiliza un impactador de ensayo (cilindro) de acuerdo con la
norma UNE-EN 1263-1 (Redes de seguridad. Características y ensayos) que
debe rodar a lo largo de una rampa hacia las partes más bajas. La posición del
cilindro impactador será tal que su centro de gravedad recorra 5,00 m antes del
impacto en el sistema de protección (Figura 1.1.4.).
Figura 1.1.4. UNE-EN1263-1. Ensayo para red tipo U.
La norma UNE-EN 13374, en su apartado 6.4.3 reconoce en su letra pequeña
que: “El objetivo es que el requisito de flecha de cómo mínimo 200 mm pudiera
aplicarse a cualquier parte del sistema (a una altura de 200 mm por encima de la
parte más baja) una vez que una solución satisfactoria y práctica esté disponible,
por ejemplo, incluyendo el requisito para los postes. En el momento de la
redacción de esta norma el estado de la técnica nos dice que no es posible aplicar
el requisito de flecha a los postes o a sus partes adyacentes”.
La complejidad del fenómeno del impacto dinámico entre el accidentado y la
protección perimetral, hace necesaria la utilización de un software informático que
sea capaz de representar dicho fenómeno de una forma ajustada a la realidad.
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CAPÍTULO 1
Tesis Doctoral 6 Juan Carlos Pomares Torres
Se muestra evidente la ausencia de muchos datos relevantes sobre las variables
del sistema a la hora de redactar la norma. En particular, sobre una cuestión
fundamental para la integridad del accidentado: el factor de impacto, definido
como cociente entre la máxima deceleración instantánea durante la detención y la
aceleración de la gravedad.
1.2. OBJETIVOS Los principales objetivos de esta investigación han sido:
1. Optimización de diferentes aspectos geométricos del sistema:
a) Inclinación de la protección.
Mediante valoraciones cuantitativas de las variables del fenómeno,
se reflexiona sobre las bondades de las posiciones de la red en
cuanto a su inclinación (Figura 1.2.1.) según se establece en la
UNE-EN 13374, 2004 en su apartado 5.2.3.
Figura 1.2.1. Inclinación de los sistemas de protección
de bordes clases B y C. UNE-EN 13374.
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INTRODUCCIÓN
Tesis Doctoral 7 Juan Carlos Pomares Torres
b) Altura mínima de la protección perimetral.
Estudiar la altura mínima recomendable de la red (Figura 1.2.2.)
según UNE-EN 13374, 2004 en su apartado 7.5.2.2.1 y UNE-EN
1263-1, 2002 en su apartado 7.11.2, proponiendo en su caso
modificación sobre dicha altura.
Figura 1.2.2. Método de ensayo de resistencia
dinámica para la clase C. UNE-EN 13374.
c) Distancia de separación entre soportes.
Examinar diferentes distancias entre soportes y sus posibles
consecuencias que pueden tener en cuanto a la integridad del
accidentado.
2. Realizar simulaciones con modelos matemáticos usando un lastre
cilíndrico según UNE-EN 13374 apartado 7.5.2.2 y UNE-EN 1263-1
apartado 7.11.2 y con otro lastre distinto al anterior, el esférico utilizado
para redes tipo V, según UNE-EN 1263-1, 202 en su apartado 7.4.2,
con el fin de analizar posibles impactos sobre la red del accidentado
tanto lateralmente como con la cabeza o pies, con menor área de
incidencia, para obtener el factor de impacto sufrido por el accidentado
en cada una de ellas.
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CAPÍTULO 1
Tesis Doctoral 8 Juan Carlos Pomares Torres
3. Determinar un diseño geométrico original para los soportes que
resuelva de forma satisfactoria los puntos duros que suponen los
soportes según se establecen en el apartado 6.4.3 de UNE-EN 13374.
4. Realizar ensayos reales con material instrumentado que permitan
contrastar la bondad de los resultados de los modelos numéricos, y
modificarlos en caso de ser necesario para ajustarlos a la realidad.
5. Analizar el valor de la flecha mínima de 200 mm entre soportes
establecida en el punto b del apartado 6.4.3 de la UNE-EN 13374, y
proponer en su caso una revisión al alza de este valor que tiene
repercusiones inmediatas sobre el valor del impacto que sufre el
accidentado.
6. Obtener una expresión sencilla que nos permita obtener el factor de
impacto sufrido por el accidentado con precisión adecuada, en función
de la altura de caída y la flecha de la red. Esta expresión será clave
para el diseño de estos dispositivos que controlará de forma adecuada
el factor de impacto, de relevante trascendencia en la protección del
accidentado.
7. Tramitar en la Oficina Española de Patentes y Marcas un sistema
original de protección de borde tipo B y C, capaz de resistir fuertes
impactos, para evitar la caída de personas y que incorporará todas las
mejoras resultantes en este trabajo de investigación.
8. Promover, en su caso, las modificaciones oportunas al texto vigente de
UNE-EN 13374.
1.3 METODOLOGÍA Para la realización de esta investigación utilizaremos la siguiente metodología:
- Revisión detallada de estudios previos en este ámbito.
- Desarrollo de modelos numéricos para valorar exhaustivamente las múltiples
variables y casuística del fenómeno analizado.
- Realización de ensayos reales en laboratorio que nos permitirán confirmar y
contrastar los resultados previamente obtenidos en el modelo numérico.
- Análisis de resultados, obtención de conclusiones y recomendaciones.
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ESTADO DE LA CUESTIÓN
Tesis Doctoral 9 Juan Carlos Pomares Torres
CAPÍTULO 2. ESTADO DE LA CUESTIÓN
2.1. ASPECTOS HISTÓRICOS DE LA SEGURIDAD EN EL TRABAJO
Los empresarios poco a poco han ido tomado conciencia de las consecuencias
que provoca un accidente y los problemas en la producción que esto conlleva.
A su vez, el operario ha dejado de despreciar las medidas de prevención,
considerando que el uso de las mismas lo hacían ver como cobarde ante el resto
de sus compañeros.
Con el trascurrir de los años se han ido dictando normas legales con el objeto de
prevenir y evitar los riesgos en los distintos ámbitos laborales. En el proceso de
mejora de las condiciones laborales fueron muchas las dificultades que tanto las
empresas como los trabajadores fueron venciendo, en lo que respecta a la
seguridad en el trabajo.
Con la imposición de las diferentes legislaciones en medidas de seguridad laboral,
la empresa toma conciencia de sus responsabilidades sobre el obrero y éste
sobre sus obligaciones del uso de las medidas preventivas en su lugar de trabajo.
La seguridad en el trabajo engloba diversos valores sociales, puesto que el
trabajador evita, con la observación de las normas preventivas, la consecuencia
del riesgo que antes sólo preveía un seguro en el que no estaban compensadas
las posibilidades laborales del obrero, al que un accidente podía cortar todas las
satisfacciones a que su esfuerzo en el trabajo le daba derecho.
Foto 2.1.1. Obra en la que la empresa ha implantado
correctamente las medidas de seguridad.
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CAPÍTULO 2
Tesis Doctoral 10 Juan Carlos Pomares Torres
Desde el punto de vista social, Gran Bretaña ha sido el país más destacado. Inglaterra fue también la cuna de la industria mecanizada.
Desde 1500 hasta las postrimerías del siglo XVIII los británicos progresaron en las
industrias manuales, los artesanos dedicados a trabajar la madera, el metal y
particularmente la industria textil, llegaron al máximo de sus destrezas.
Los primeros años del siglo XIX, presenciaron el triunfo de la mecanización de la
industria, declinando la labor manual.
Dos terceras partes de los obreros eran mujeres y niños, cuyo tiempo de trabajo
era de 12 a 14 horas al día. Las protecciones de las máquinas se desconocían.
Las muertes por accidentes profesionales y mutilaciones eran frecuentes.
En Massachussets, EE.UU., desde 1822, se comenzó con la elaboración de las telas de algodón, siendo la misma una tarea donde trabajaban gran cantidad de
mujeres y niños, en condiciones de esclavitud, y con una alta tasa de
amputaciones, hasta el punto de carecerse de obreros para efectuarse tales
tareas en auge. Esto motivó que el gobierno local tomara cartas en el asunto
mediante las inspecciones a tales fábricas. Posteriormente, con el ingreso de los
inmigrantes irlandenses, se obtuvo gran cantidad de mano de obra a bajos costos.
En 1833, en Inglaterra, con la creación de la Ley de Fábricas (Factory Act) se
estableció la inspección gubernamental de fábricas y se limitó el número de
trabajos para niños, pero no fue sino hasta 1850 cuando comenzaron a verificarse
las mejoras verdaderas como resultado de las recomendaciones hechas por
entonces. Así, también se mejoraron las condiciones sanitarias y de seguridad,
tales como el suministro de protecciones para engranajes y transmisiones.
En 1867, se amplió esta ley, incluyendo más enfermedades, exigiendo más
protección contra accidentes, ventilación mecánica para la eliminación de polvo, y
prohibición de ingesta de alimentos en los ambientes nocivos de las fábricas. La
inspección médica se inició en 1897 al promulgarse las “leyes de compensación”.
En contraposición a las medidas tomadas por el gobierno de EEUU, en 1867 se
promulgo una ley prescribiendo los inspectores a las fábricas.
Posteriormente, se dictó en Alemania en el año 1868, durante la presidencia de
Bismarck, una ley donde se establecía que todo trabajador que sufriera una lesión
incapacitante, como consecuencia de un accidente industrial, debía ser
compensado económicamente por su patrón.
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ESTADO DE LA CUESTIÓN
Tesis Doctoral 11 Juan Carlos Pomares Torres
Dicha ley se fue adoptando rápidamente en los paises industrializados de Europa
y en los Estados Unidos.
En 1874, Francia aprobó una ley estableciendo un servicio especial de inspección
para los talleres, y en 1877, Massachussets ordenó el uso de resguardos para las
maquinarias de funcionamiento peligroso.
Unos años más tarde, en 1908 se estableció la primera Oficina de Estadísticas de
Trabajo en los EE.UU. y, simultáneamente, en Alemania se tomaron providencias
para que todos los patronos suministrasen los medios necesarios para proteger la
vida y la salud de los trabajadores.
2.2. LEGISLACIÓN
Según hemos visto anteriomente, ha sido en los últimos 75 años cuando los
estados han incorporado y extendido las medidas para la prevención de
accidentes laborales.
En España, en 1940 se establece el Reglamento General de Seguridad e Higiene
en el Trabajo que estuvo vigente durante más de 30 años, siendo pionero en la
cuestión de la prevención, si bien la legislación anterior ya había resuelto el
problema de la rehabilitación y compensación de minusvalías mediante subsidios.
En 1970 se publica la Ordenanza de Trabajo de la Construcción, Vidrio y
Cerámica, vigente durante 20 años, y en 1971 aparece la Ordenanza General de
Seguridad e Higiene en el Trabajo, que derogaba parcialmente el Reglamento
General de 1940. Ellas contenían referencias generales a los sistemas de
protección frente a caídas de altura a los que se dirige este trabajo: Art. 22. OGSHT. Aberturas en las paredes.
1. Las aberturas en las paredes que estén a menos de 90 centímetros sobre el piso y tengan
unas dimensiones mínimas de 75 centímetros de alto por 45 centímetros de ancho, y por
las cuales haya peligro de caída de más de dos metros, estarán protegidas por
barandillas, rejas y otros resguardos que completen la protección hasta 90 centímetros
sobre el piso y que sean capaces de resistir una carga mínima de 150 kilogramos por
metro lineal.
Art. 23. OGSHT. Barandillas y plintos.
1. Las Barandillas y plintos o rodapiés serán de materiales rígidos y resistentes.
2. La altura de las barandillas serán de 90 centímetros como mínimo a partir del nivel del
piso, y el hueco existente entre el plinto y la barandilla estará protegido por una barra
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CAPÍTULO 2
Tesis Doctoral 12 Juan Carlos Pomares Torres
horizontal o listón intermedio, o por medio de barrotes verticales, con una separación
máxima de 15 centímetros.
3. Los plintos tendrán una altura mínima de 15 centímetros sobre el nivel del piso.
4. Las barandillas serán capaces de resistir una carga de 150 kilogramos por metro lineal.
Pero resultaban absolutamente insuficientes para regular adecuadamente las
características mínimas de los dispositivos y ofrecer pautas para su diseño.
En 1980 aparece la norma UNE-EN 81650, Redes de Seguridad, Características
y ensayos, que contenía disposiciones sobre la colocación de redes horizontales,
definiciones y requisitos mecánicos mínimos sobre la propia red; entre ellos, la
resistencia sin rotura de la misma tras cuatro impactos de una masa de ensayo de
90 Kg en caída libre desde 6 m de altura.
Más recientemente, aparece la Ley 31/1995 de Prevención de Riesgos Laborales
y sus decretos posteriores de desarrollo establecieron disposiciones mínimas de
Seguridad y Salud en las Obras de Construcción. En el Real Decreto 1627/1997,
se establecen disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de
construcción sobre caídas en altura: Parte C: disposiciones mínimas específicas relativas a puestos de trabajo en las obras en el
exterior de los locales.
3. Caídas de altura.
a. Las plataformas, andamios y pasarelas, así como los desniveles, huecos y aberturas
existentes en los pisos de las obras que supongan para los trabajadores un riesgo de caída
de altura superior a 2 metros, se protegerán mediante barandillas u otro sistema de
protección colectiva de seguridad equivalente. Las barandillas serán resistentes, tendrán
una altura mínima de 90 centímetros y dispondrán de un reborde de protección, un
pasamano y una protección intermedia que impidan el paso o deslizamiento de los
trabajadores.
b. Los trabajos en altura sólo podrán efectuarse, en principio, con la ayuda de equipos
concebidos para tal fin o utilizando dispositivos de protección colectiva, tales como
barandillas, plataformas o redes de seguridad. Si por la naturaleza del trabajo ello no fuera
posible, deberá disponerse de medios de acceso seguros y utilizarse cinturones de
seguridad con anclaje u otros medios de protección equivalente.
c. La estabilidad y solidez de los elementos de soporte y el buen estado de los medios de
protección deberán verificarse previamente a su uso, posteriormente de forma periódica y
cada vez que sus condiciones de seguridad puedan resultar afectadas por una modificación,
período de no utilización o cualquier otra circunstancia.
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ESTADO DE LA CUESTIÓN
Tesis Doctoral 13 Juan Carlos Pomares Torres
Tampoco aportaron, en definitiva, características mínimas suficientes ni criterios
para su diseño.
En 1997 y 1998, y con la activa presencia de un grupo de trabajo español de
AENOR, aparece la norma europea y española UNE-EN 1263 Redes de
Seguridad, partes 1 y 2, que distingue cuatro sistemas de redes de seguridad
según la norma EN 1263:
- Sistema S: Red de Seguridad con cuerda perimetral (red colocada
horizontalmente sin pescantes).
- Sistema T: Red de Seguridad sujeta a consolas para su utilización
horizontal (conocida como red Tipo Consola o Tipo Bandeja).
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CAPÍTULO 2
Tesis Doctoral 14 Juan Carlos Pomares Torres
- Sistema U: Red de Seguridad sujeta a una estructura soporte para su
utilización vertical.
- Sistema V: Red de Seguridad con cuerda perimetral sujeta a un soporte
tipo horca.
En otros países, entre la normativa sobre redes de seguridad podemos citar,
normas británica BSICP93 (1979), estadounidense ANSI A10.11 (1979), alemana
DIN 32767 (1984) y francesa NF P 93-311 (1987); estas últimas últimas fueron
unificadas en la ya citada EN 1263 parte 1 y 2 (1.997 y 98).
En 2004, se publica la UNE-EN 13374 para las barandillas o sistemas provisionales de protección de borde, con mayores especificaciones y requisitos
técnicos, sobre la que se centrará este estudio analizando algunas de sus
indicaciones y que será el principal objetivo de la presente tesis doctoral.
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ESTADO DE LA CUESTIÓN
Tesis Doctoral 15 Juan Carlos Pomares Torres
Según esta norma, existen tres tipos de barandillas A, B y C, en función del
ángulo del plano de trabajo y altura de caída (Figura 1.1.3). Las de tipo A deben
resistir adecuadamente una carga estática de 0,3 KN, las de tipo B deben
absorber de forma adecuada una energía cinética de 1.100 julios y las de tipo C,
que se analizan detalladamente a continuación, deben ser capaces de absorber
adecuadamente una energía cinética de 2.200 julios.
Un sistema de protección de borde debe comprender al menos una barandilla
principal y una barandilla intermedia o protección intermedia. Las redes de
seguridad utilizadas como protección lateral deben ser del tipo U, de acuerdo a
UNE-EN 1263-1. La distancia entre la parte más alta de la protección de borde y
la superficie de trabajo debe ser al menos 1,00 m medido perpendicularmente a la
superficie de trabajo.
La inclinación de la protección lateral debe estar entre la vertical, línea AC de la
figura 1.2.1 y la perpendicular a la superficie, representada por la línea BC.
La protección clase C proporciona resistencia para fuerzas dinámicas elevadas
basadas en los requisitos para detener la caída de una persona que se resbala
por una superficie de fuerte pendiente.
Ni en UNE-EN 13374, ni en la normativa de seguridad vigente en España, ni en
los trabajos anteriores de los grupos de normalización nacionales, se define su
diseño más allá de algunas especificaciones geométricas, ni se establece
solución para los puntos duros que suponen los soportes de las barandillas.
Limitándose sólo a establecer los requisitos de comportamiento mediante la
superación de un ensayo dinámico para las clases B (con saco esferocónico) y C
con lastre cilíndrico normalizado en el que se fija en un mínimo de 200 mm el
valor de flecha para la clase C (100 mm para la clase B), en cualquier parte del
sistema a 200 mm sobre su borde inferior.
Las de clase C deben cumplir el requisito del ensayo según UNE-EN 13374
apartado 7.5.2.2.2 y según UNE-EN 1263-1 apartado 7.11.
La masa utilizada en el ensayo debe ser un cuerpo cilíndrico, con una masa de 75
kg, una longitud de 1000 mm y un diámetro de 300 mm. El cuerpo cilíndrico estará
forrado de caucho (con un espesor mínimo de 25 mm), con una superficie lisa y
sin aristas vivas.
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CAPÍTULO 2
Tesis Doctoral 16 Juan Carlos Pomares Torres
La rampa de ensayo inclinada debe ser plana, y debe estar inclinada 60º sobre la
horizontal. La posición del cilindro impactador será tal que su centro de gravedad
recorra 5,0 m, como se representa en la figura 1.1.4.
Para que la protección de borde clase C cumpla con los requisitos de la norma:
a) El impactador cilíndrico no debe pasar a través de la protección de borde; y
b) La flecha mínima entre los postes (a una altura de 200 mm por encima de
la superficie de trabajo) debe ser de 200 mm, en el momento que esta
energía haya sido absorbida.
El sistema no necesita estar en condiciones de ser utilizado después del
ensayo.
2.3. ESTUDIOS ESPECÍFICOS
Los primeros estudios experimentales localizados sobre redes de seguridad
fueron realizados en Alemania por Spieker (1960) con lastres a base de sacos de
arena de 75 Kg de peso y con maderas escuadradas 30x30 cm2 y 1,32 m de
83,5 Kg lanzados desde 7 m de altura sobre redes horizontales de 2,5x2,5 m y
sujetas a 2 m del suelo en las cuatro esquinas de la cuerda perimetral (ver foto
2.3.1.).
Foto 2.3.1. Ensayos experimentales sobre redes horizontales, Spieker 1960.
Eran redes hechas con fibras textiles vegetales (cáñamo), hoy completamente en
desuso.
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ESTADO DE LA CUESTIÓN
Tesis Doctoral 17 Juan Carlos Pomares Torres
También tenemos el estudio teórico sobre redes de Lefevre en 1970 con
publicaciones con el supuesto de un comportamiento elástico de la red.
Estableciendo la primera referencia histórica aplicada a estos dispositivos en
cuanto al factor de impacto. Los resultados de estos estudios nos muestran que la
relación de los esfuerzos dinámicos a los esfuerzos estáticos para las redes de
seguridad es del orden de 10, muy superior a las valoraciones hechas por otros
autores hasta la fecha para tablones de andamio, en los que dicha relación era
del orden de 3 ó 4.
Posteriormente, el también alemán Becker (1973) sobre redes de 7,5 x 5 m2
horizontales sujetas por su contorno, mediante lanzamientos con lastre esférico
de 154 Kg y un torso simulado de 100 Kg desde una altura de 6,5 m. Los
resultados de estos estudios son los siguientes:
Cada año debe comprobarse la red para evaluar su estado con el paso del
tiempo. Es fundamental la importancia del cuidado de las redes de protección,
debiéndose guardar en lugares secos, aireados y sin contacto con materiales
corrosivos.
Más tarde el francés Paureau en 1987 y 1989 realizaría también estudios de
carácter teórico sobre las redes horizontales y consideraciones sobre los factores
de impactos que resiste el cuerpo humano, en los que se admitía como máximas
aceleraciones de hasta 17 g. Obtuvo una ley de comportamiento no lineal de la red bajo tensión biaxial, y realizó análisis mediante elementos finitos de la
transmisión de esfuerzos, deformaciones y absorción de energía de la red. Sus
conclusiones, sin embargo, se vieron limitadas por problemas insalvables de
convergencia.
Los estudios de González y Ríos (2002) que admiten valores de hasta 9 g para las máximas aceleraciones capaces de resistir el cuerpo humano. O el análisis
sobre el mismo tema de Voshell (2004) que admite máximos de hasta 10 g para las aceleraciones que pueden resistir el cuerpo humano, sin pérdida de
consciencia. Y por último los estudios de Sulowski (2006) para arneses utilizados
sujetos a líneas de vida, en los que admite valores de 6 ó 7 de factor de impacto,
éstos últimos quizás demasiado exigentes para nuestro caso, en los que la
recogida del individuo se reparte a través de una superficie mayor en la red que
con los arnés de seguridad.
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CAPÍTULO 2
Tesis Doctoral 18 Juan Carlos Pomares Torres
En el ámbito nacional, destacan los trabajos de Bellmunt (1985), en los que se
apuntan indicaciones útiles para redes verticales y horizontales y también algunas
consideraciones en cuanto a límites de la altura de caída y las admisibles
deformaciones de la red producidas por la misma: Alturas de caída. Las redes deben ser instaladas de manera que impidan una caída libre de más
de 6m. Como el centro de gravedad de un hombre está a un metro del suelo y la caída libre del
mismo sobre la red no deberá sobrepasar los 6 m de altura, dicha red deberá estar como máximo
a 7 m por debajo del centro de gravedad del hombre en cuestión. La deformación producida en la
red por efecto de la caída, origina una flecha “F”. Según ensayos realizados por el I.N.R.S., dicha
flecha debe estar comprendida entre 0,85
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ESTADO DE LA CUESTIÓN
Tesis Doctoral 19 Juan Carlos Pomares Torres
deben cumplir al menos la norma UNE-EN 81650-80 o estar certificadas por
Aenor.
Foto 2.3.2. Ensayo en obra sobre red horizontal Saiz, 1997.
Más recientemente puede citarse los trabajos de Irles (2002), sobre las redes
verticales tipo V con realización de ensayos para cuantificar el fenómeno de
impacto y desarrollar un modelo matemático simplificado que facilitara el análisis
de un amplio abanico de casos de una forma rápida y mucho menos costosa que
con los ensayos reales en obra.
Este trabajo concluye la inadecuada disposición de soportes con sección de
distintos radios de giro, siendo mucho más adecuadas las secciones cuadradas.
Se debe vigilar que los empalmes de estos soportes no coincidan con los lugares
de máximos esfuerzos.
El trabajo de investigación de E. Segovia (2004) con su tesis doctoral, en la que
desarrolló un modelo numérico calibrado para las redes de seguridad tipo V (ver
foto 2.3.3), sirvieron para diseñar los soportes para redes tipo V según UNE-EN
1263-1, a base de cuadrados huecos 60x60x3 mm separados una distancia de
5m.
Foto 2.3.3. Ensayo en obra para red tipo V, E. Segovia 2004.
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CAPÍTULO 2
Tesis Doctoral 20 Juan Carlos Pomares Torres
Asimismo se obtuvieron multitud de variables del sistema, entre las que cabe
destacar: el factor de impacto que sufre el accidentado, deformación de la red,
aceleración del lastre, deformaciones, tensiones de los soportes, energía
absorbida por los elementos integrantes, etc.
Posteriormente se publicó el trabajo de Lozano (2005) sobre las protecciones de
borde y su aplicación práctica en las obras. Este autor destaca la importancia de
la nueva norma UNE-EN 13374: 2004, que establece los requisitos de
comportamiento y métodos de ensayo para los sistemas provisionales de
protección de borde (SPPB), utilizados durante la construcción o mantenimiento
de edificios y otras estructuras. Teniendo en cuenta aspectos tan importantes
como: el montaje de acuerdo a las instrucciones del fabricante, adecuación del
sistema a las condiciones particulares de la obra, selección del tipo de anclaje
para la fijación de la barandilla a la estructura que garantice una estabilidad
adecuada del sistema, elección de un sistema de protección de borde u otro, en
función de la fase y tipología de la obra.
Por último, tenemos el trabajo de González en 2010 sobre el comportamiento de
las barandillas tipo A bajo la acción de cargas estáticas. Este trabajo concluye que
la mayoría de los sistemas provisionales de protección de borde utilizados
habitualmente en obras no cumplen los requisitos exigidos por la norma UNE-EN
13374 cuando se evalúan analítica o experimentalmente. El poste de sección
tubular cuadrada 35x1,5 mm no es capaz de superar el ensayo de resistencia de
la norma. Para estos sistemas con separación de postes de 2400 mm, el sistema
formado por tubo de acero 40x2 para el poste y la barandilla es capaz de superar
satisfactoriamente las exigencias de la norma UNE-EN 13374, tanto por vía
analítica como experimental.
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TRABAJOS DESARROLLADOS
Tesis Doctoral 21 Juan Carlos Pomares Torres
CAPÍTULO 3. TRABAJOS DESARROLLADOS En la Universidad de Alicante, a la que pertenece el doctorando, se dispone de
la licencia de software de elementos finitos Ansys theory reference 8.1, ANSYS
Inc. (2003). Con esta potente herramienta informática se ha modelado el SPPB
clase C para estudiar distintos aspectos como el diseño de la directriz de los
soportes, la influencia de distintos tipos de lastres, la inclinación del sistema, la
altura de la protección, la distancia de separación entre soportes, valoraciones
energéticas del sistema de protección y también se ha estudiado el requisito de
flecha mínima vigente en estos sistemas.
Además del estudio con modelo numérico, se ha realizado un análisis
cinemático simplificado del proceso de retención del lastre, para obtener una
fórmula simple de diseño de estos SPPB.
Por último, se han realizado ensayos experimentales en laboratorio, de
prototipos a escala real de estos sistemas de protección, para corroborar los
resultados obtenidos con el modelo de elementos finitos y calibrar, en su caso,
los parámetros de comportamiento de la red para que se ajusten
completamente al comportamiento real del sistema. Asimismo se ha intentado
confirmar que la flecha mínima establecida en UNE-EN 13374 de 200 mm, es
un valor muy inferior al mínimo recomendable para la salud del supuesto
accidentado, de acuerdo con las predicciones del modelo numérico.
3.1. MODELO NUMÉRICO DE ELEMENTOS FINITOS Dadas las dificultades de análisis del fenómeno del impacto y proceso de
detención, los trabajos se inician con el desarrollo de un modelo matemático
mediante la técnica de elementos finitos (véase anexo1) partiendo de un
comportamiento equivalente elástico bilineal de la red, analizado en trabajos
anteriores por Segovia (2004) para redes tipo V, que fuera capaz de simular la
realidad y valorar el conjunto de variables implicadas en nuestro estudio como
las deceleraciones, tensiones, deformaciones, trayectoria de detención y
factores de impacto.
Los modelos se han desarrollado sobre el paquete comercial de elementos
finitos Ansys, y los elementos utilizados en dichos modelos son:
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CAPÍTULO 3
Tesis Doctoral 22 Juan Carlos Pomares Torres
-Red: Link 10, un elemento con comportamiento elástico lineal, sin resistencia a
la compresión (Figura 3.1.1) (las trencillas se arrugan al aproximarse sus
nudos) y con amortiguamiento estructural, simplificando el comportamiento real
de la red. La rigidez y el amortiguamiento de este elemento se ha tomado
inicialmente de los valores ajustados por Segovia (2004) para redes tipo V. Con
posterioridad se ha valorado su bondad contrastando resultados con valores
experimentales.
-Lastre:
Esfera: Mass 21, con él se dota de la masa adecuada al cuerpo lanzado
sobre la red, simulando un posible accidentado con impacto frontal de este
sobre la red (ver Figura 3.1.2).
Cilindro: Shell 181 (cilindro metálico) y Solid 45 (recubrimiento de
caucho, según norma), con ellos se modela al cuerpo que impactará en la red
(Figura 3.1.3), simulando que el accidentado impacta lateralmente en la red.
Figura 3.1.1. Comportamiento elástico bilineal de la red. Segovia (2004).
-Soporte: Beam 188, un elemento con rigidez a flexión, que define la forma del
soporte, recto en los primeros estudios y de directriz curva en los siguientes,
siempre con sección tubular hueca de acero.
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TRABAJOS DESARROLLADOS
Tesis Doctoral 23 Juan Carlos Pomares Torres
Figura 3.1.2. Lastre esfera simulado lanzado sobre el sistema de protección.
Figura 3.1.3. Mitad del lastre cilindro (simulando al accidentado) lanzado sobre
el sistema de protección.
-Elementos de Contacto: Conta y Targe. Sirven para identificar mediante
superficies aplicadas en un cuerpo rígido (lastre) y otro deformable (red) los
potenciales puntos de contacto, que son inicialmente desconocidos y van
variando su posición durante la retención (no linealidad de contacto variable).
Se han realizado en total 23 modelos diferentes, cada uno de ellos conlleva 15
variantes respecto a distintas secciones transversales de bastidor.
Teniendo en cuenta que el procesador informático, intel core i5 del ordenador
Toshiba Tecra A11-11Z, tarda en promedio 10 horas en finalizar cada cálculo,
se tienen un total de 23 x 15 x 10 = 3.450 horas de procesamiento por
ordenador (unos 4,79 meses), sin tener en cuenta los procesos que no
convergieron.
También es destacable el volumen de memoria utilizado en el trabajo (ver foto
3.1.1), promediando a 16 GBytes la memoria de disco duro utilizada en cada
cálculo, se tienen 23 modelos diferentes x 15 variantes x 16 GBytes = 5.520
GBytes (5,52 TBytes) ocupan el total de memoria utilizada por los archivos de
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CAPÍTULO 3
Tesis Doctoral 24 Juan Carlos Pomares Torres
las simulaciones efectuadas (sin contar los otros tantos Gbytes de memoria
que no convergieron).
Foto 3.1.1. Discos duros externos de memoria
utilizados en el trabajo con modelos de elementos finitos.
3.2. ANALISIS DE VARIABLES MEDIANTE MODELO NUMÉRICO En todos los apartados descritos a continuación se ha modelado un bastidor
tubular hueco de acero de distintas escuadrías, variando su diámetro entre 20 y
100 mm para espesores de 2 y 3 mm.
La red ha sido de malla 10x10 cm2 con disposición al cuadro.
Se han utilizado dos tipos de lastre según el caso:
Una esfera de 50 cm de diámetro con 100 Kg de peso y un cilindro de 100 cm
de longitud con 30 cm de diámetro pesando 75 kg.
Siempre se han seguido los requisitos del ensayo establecido en el apartado
7.5.2.2 de UNE-EN 13374 para las barandillas de clase C.
3.2.1. DISEÑO DE LA DIRECTRIZ DEL SOPORTE Este estudio va encaminado al análisis de los soportes rectos, normalmente
utilizados en obra, con la finalidad de resolver el impacto directo sobre los
mismos.
Se han analizado los resultados del software de elementos finitos,
principalmente la deformación de la red y la trayectoria del lastre durante su
retención, con el fin de obtener valiosa información con los que mejorar la
solución de los soportes rectos de UNE-EN 13374 (ver Figura 1.2.2), y que
suponen puntos duros del sistema de protección sobre los que el trabajador
podría colisionar en un posible accidente frente a los soportes.
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TRABAJOS DESARROLLADOS
Tesis Doctoral 25 Juan Carlos Pomares Torres
Figura 3.2.1.1. Soportes “ergonómicos” de diseño original.
Con esos resultados diseñamos unos soportes “ergonómicos” (ver Figura
3.2.1.1), así llamados a partir de ahora que resuelven el problema pendiente
recogido en el vigente texto normativo.
Figura 3.2.1.2. Alzado Bastidor ergonómico sometido a ensayos.
El tamaño de la red en estas simulaciones será de 8x2 m2 en posición
perpendicular al plano de trabajo, con lastre cilíndrico de 75 kg de masa, y la
separación entre soportes será de 4 m con escuadrías con diámetro y espesor
desde 35x2 hasta 60x3 mm.
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CAPÍTULO 3
Tesis Doctoral 26 Juan Carlos Pomares Torres
3.2.2. INFLUENCIA DEL TIPO DE LASTRE El análisis se realiza utilizando dos tipos de lastres, un lastre esférico de 500
mm de diámetro y 100 kg de masa según apartado 7.12 de la norma UNE-EN
1263-1 para las redes tipo V, y también con el lastre cilíndrico de una masa de
75 kg, una longitud de 1000 mm y un diámetro de 300 mm, según apartado
7.5.2.2 UNE-EN 13374, para la clase C de barandillas de protección, sobre una
red 8x2 m2 en posición perpendicular al plano inclinado, la separación entre
soportes ergonómicos será de 4 m con escuadrías de diámetro y espesor
desde 25x3 hasta 60x3 mm,.
El primer lastre esférico, simula posibles impactos del accidentado con cabeza
o pies, de mayor peso que el segundo es previsible que someta a los soportes
a una mayor exigencia en cuanto a tensiones.
El segundo lastre cilíndrico simula posibles impactos del accidentado de forma
lateral sobre la protección.
Entre ambos lastres hay una ausencia de uniformidad de criterio acerca de las
masas de ensayo, según sus respectivas normativas, aunque sí es cierto que
existen muchos operarios de la construcción que están más cerca de los 100
que de los 75 kg.
Con este estudio se valorarán distintas variables para ambos supuestos,
principalmente las deceleraciones máximas sufridas por el lastre y las flechas
máximas alcanzadas en la red.
3.2.3. INCLINACIÓN DEL SISTEMA En primer lugar se realiza un estudio sencillo respecto a la inclinación del
sistema de protección (ver Figuras 1.2.1 y 3.2.3.1) en posición vertical línea
AC, y perpendicular a la superficie de trabajo línea BC, para determinar la
diferencia en cuanto al factor de impacto que sufre el lastre en cada una, y así
poder determinar cuál de ellas es mejor en cuanto a mejorar la seguridad y
salud del accidentado.
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TRABAJOS DESARROLLADOS
Tesis Doctoral 27 Juan Carlos Pomares Torres
Figura 3.2.3.1. Posiciones simuladas de la red: vertical y perpendicular
a la superficie inclinada.
En este estudio inicial simple se usa un bastidor de soportes rectos y sección
circular hueca para distintos diámetros y espesores desde el 40x2 hasta el
80x4 mm. El tamaño elegido para la red es de 4x2 m2, con malla de retícula de
10x10 cm2 con disposición al cuadro (ver figura 3.2.3.2). Con lastre esférico de
100 kg de masa, usado en las redes tipos V, según UNE-EN 1263.
Figura 3.2.3.2. Bastidor recto sometido a simulaciones acotado.
En segundo lugar se realiza un estudio más detallado que nos confirme los
resultados del estudio simple anterior y que nos servirá para analizar otras
posibles inclinaciones no estudiadas antes. Ahora usaremos lastre cilíndrico, y
una red de 8x2 m2 de tamaño que será analizada en posición vertical ó 0º, en
posición horizontal de la misma ó 90º con la vertical, y son estudiadas también
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CAPÍTULO 3
Tesis Doctoral 28 Juan Carlos Pomares Torres
dos posiciones intermedias, la de 30º y 60º con la vertical, esta última posición
coincide con la perpendicular al plano de trabajo. La separación entre soportes
ergonómicos será de 4 m con escuadrías de diámetro y espesor desde 25x2
hasta 60x3 mm.
Esta exploración nos permite analizar de forma detallada qué posición es la
más conveniente en cuanto a la inclinación para la protección lateral, valorando
la deceleración sufrida por el lastre en cada una de las inclinaciones y
descartando, en su caso, alguna de ellas por falta de seguridad en la retención
del accidentado (ver figura 3.2.3.3).
Figura 3.2.3.3. Diferentes posiciones de la red analizadas.
3.2.4. ALTURA DE LA PROTECCIÓN PERIMETRAL (RED) Se han estudiado en el sistema de protección las alturas de red de 1, 1,5, y 2
m.
3.2.5. DISTANCIA DE SEPARACIÓN ENTRE SOPORTES
Figura 3.2.4. Alturas estudiadas de la red: 2, 1,5 y 1 m respectivamente.
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TRABAJOS DESARROLLADOS
Tesis Doctoral 29 Juan Carlos Pomares Torres
Los largos de los paños de la red analizados han sido 8 y 4,8 m. La inclinación
de la red se ha mantenido siempre perpendicular a la superficie de trabajo. Los
soportes de acero ergonómicos analizados varían sus escuadrías de diámetro
y espesor desde 25x3 hasta 60x3 mm. Se han realizado lanzamientos del
lastre cilíndrico tanto frente a soporte como entre soportes.
El principal fin de este estudio será observar cualquier incidencia que pueda
acontecer mediante la simulación en el proceso de retención del accidentado,
con el modelo de elementos finitos, analizando principalmente la trayectoria
recorrida por el lastre desde el inicio del contacto de éste con la red perimetral
de protección hasta su parada. También se analizarán las aceleraciones
máximas sufridas por el lastre y las flechas máximas de la red en cada uno de
los casos simulados.
Las redes perimetrales de protección de borde que normalmente se usan en
las obras tienen una altura de 1 m, mínimo exigido en la vigente norma UNE-
EN 13374, con este estudio se plantea analizar dicha altura y posibles
incidencias proponiendo una revisión al alza, en su caso, de dicha altura para
las protecciones de borde de la clase C, capaces de resistir fuertes impactos.
Toda propuesta de modificación, si procede, de esta altura iría en beneficio de
que el posible accidentado sea retenido con seguridad adecuada y sin ningún
peligro para su integridad.
3.2.5. DISTANCIA DE SEPARACIÓN ENTRE SOPORTES También han sido analizadas las distancias de separación entre los soportes,
siendo estudiadas con detalle las separaciones de 4 y 2,4 m respectivamente.
La distancia de 2,4 m es la separación normalmente utilizada en las obras para
la protección de borde, por tanto se analizará esta distancia y otra mayor, para
ver el comportamiento del sistema de protección en cuanto al factor de impacto
que sufrirá un supuesto accidentado cuando sea retenido en cada caso.
Los soportes estudiados tendrán unas escuadrías de diámetro y espesor desde
25x3 hasta 60x3 mm. Se han realizado lanzamientos de lastre cilíndrico tanto
frente a soporte como entre soportes.
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CAPÍTULO 3
Tesis Doctoral 30 Juan Carlos Pomares Torres
Figura 3.2.5. Distancia de separación entre soportes de 4 y 2,4 m.
3.2.6. VALORACIONES ENERGÉTICAS Se estudian distintos aspectos en cuanto el margen entre las diferentes
especificaciones energéticas de la retención establecidas en la norma UNE-EN
13374, simulando en primer lugar que el sistema resista una energía cinética
de 1100 J, conforme al requisito del apartado 6.4.2 de UNE-EN 13374 para las
barandillas tipo B. En segundo lugar, sometemos el sistema a una energía
cinética de 2200 J, según artículo 6.4.3., dicha norma establece que: “La protección de borde clase C debe poder absorber una energía cinética de 2200 J en
cualquier sitio a lo largo de la protección, a una altura de 200 mm por encima de la superficie
de trabajo”.
Esta energía es requisito de capacidad de absorción del sistema de protección.
Por último, se estudia el sistema según la UNE-EN 13374 para las barandillas
de tipo C, comprobando el ensayo establecido con 5 m de carrera sobre
superficie de trabajo de 60º sobre la horizontal, en el que se acumula una
energía en el momento del contacto con la red de 3180 J (sin tener en cuenta
la pérdidas de energía por rozamiento y giro). Las distintas modelizaciones
realizadas se hacen sobre una red 8x2 m2 en posición perpendicular al plano
de trabajo, separación entre soportes ergonómicos de 4 m, con escuadrías de
diámetro y espesor desde 35x3 hasta 60x3 mm, y con lanzamientos del lastre
cilíndrico frente a soporte.
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TRABAJOS DESARROLLADOS
Tesis Doctoral 31 Juan Carlos Pomares Torres
3.2.7. CONSECUENCIAS DEL REQUISITO DE FLECHA MÍNIMA VIGENTE El software de elementos finitos nos permitirá valorar las repercusiones en
cuanto al factor de impacto sufrido por el accidentado, siguiendo el requisito
establecido en la normativa vigente de la flecha mínima para estos sistemas de
protección.
Para conseguirlo se han aumentado en el modelo tanto la rigidez de la red
como la de los soportes, hasta conseguir que la red de la protección perimetral
del sistema de seguridad, tenga una flecha de 200 mm (ver figura 3.2.7), valor mínimo actualmente establecido por UNE-EN 13374.
Las diferentes simulaciones efectuadas se hacen sobre una red 8x2 m2 en
posición perpendicular al plano de trabajo, separación entre soportes
ergonómicos de 4 m, con escuadrías de diámetro y espesor de 80x4 mm, y con
lanzamientos del lastre frente a soporte.
Figura 3.2.7. Instantánea en la que se consigue igualar en el modelo la mínima
flecha de 200 mm establecida por UNE-EN 13374, 2004.
3.3. ANÁLISIS CINEMÁTICO SIMPLIFICADO Y FÓRMULA DE DISEÑO Por otro lado, y a partir de la forma observada en los modelos numéricos (ver
figura 3.3) para las variaciones de aceleración durante el impacto, se realiza un
estudio cinemático simplificado de la máxima deceleración, necesaria para la
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CAPÍTULO 3
Tesis Doctoral 32 Juan Carlos Pomares Torres
pérdida total de la velocidad adquirida en la caída, durante el desarrollo de
dicha flecha máxima.
Analizamos por tanto, las funciones de la aceleración, velocidad y
desplazamiento del lastre entre el instante del contacto inicial con la red hasta
el instante de velocidad cero, lo cual nos permite obtener una expresión simple
que relaciona el factor de impacto γ, la altura de caída h y la flecha máxima de la red f, y que podrá utilizarse para valoraciones rápidas como herramienta de diseño.
Figura 3.3. Aceleración, Velocidad y Desplazamiento del lastre tras impactar en la red, según el
modelo numérico con elementos finitos.
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TRABAJOS DESARROLLADOS
Tesis Doctoral 33 Juan Carlos Pomares Torres
3.4. ESTUDIO EXPERIMENTAL 3.4.1. PROTOTIPO Partiendo como base para el diseño de los prototipos a ensayar de las
conclusiones obtenidas con el modelo numérico (apartado 3.1), hemos
diseñado (ver figura 3.4.1.1) y construido unos soportes tubulares huecos de
acero S235 de Ø (exterior) 48 mm y espesor de 3 mm (ver foto 3.4.1.1), que
resuelven los puntos duros que suponen éstos cuando el accidentado cae
directamente sobre ellos. Su directriz se ha diseñado con tramos rectos y
curvos para permitir el desarrollo de la trayectoria del lastre hasta su detención,
sin llegar a sufrir impacto directo contra el soporte.
Figura 3.4.1.1. Diseño del prototipo con ayuda del modelo numérico.
Foto 3.4.1.1. Vista lateral del prototipo de barandilla.
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CAPÍTULO 3
Tesis Doctoral 34 Juan Carlos Pomares Torres
Para su fijación en obras nuevas se diseñaron unas piezas (Figura 3.4.1.2) que
quedan embebidas en el hormigón durante el hormigonado. Esta pieza especial
o “cartucho” (ver foto 3.4.1.2) servirá para recibir al soporte que entrará en el
anterior, acerrojándose mediante un giro de 90º y quedando perfectamente
colocado en un plano vertical.
Figura 3.4.1.2. Detalles sujeción soporte ergonómico a forjado de hormigón.
Foto 3.4.1.2. Detalle del cartucho y del extremo del soporte.
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TRABAJOS DESARROLLADOS
Tesis Doctoral 35 Juan Carlos Pomares Torres
Esta sujeción también puede hacerse mediante atornillado al hormigón en
obras de mantenimiento o bien con soldadura si la estructura fuese de acero.
Las piezas de rodapié y pasamanos se ensamblan a las principales mediante
tubos machihembrados y fiadores (ver foto 3.4.1.3) de rápido montaje y
desmontaje.
Foto 3.4.1.3. Detalles de la sujeción de los rodapiés y barandilla al
soporte principal mediante fiador.
Por último, se ha colocado una red de seguridad de 8 m de largo y 2 m de alto,
que se sujeta al rodapié y pasamanos mediante cuerda de atado, a través de
todas las mallas (ver foto 3.4.1.4).
Foto 3.4.1.4. Vista lateral del sistema de protección y detalle de sujeción de la red.
Para la construcción física de este sistema de protección a escala 1:1 hemos
contado con la ayuda de la empresa Metálicas López de la localidad de Elche
(Alicante). Este taller se ha encargado, además de la construcción de los
primeros prototipos, de hacer el traslado de los mismos hasta el Laboratorio de
ensayos.
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CAPÍTULO 3
Tesis Doctoral 36 Juan Carlos Pomares Torres
3.4.2. ENSAYOS REALIZADOS Con el prototipo descrito se han realizado dos series de ensayos en Aidico:
El objetivo de la primera serie de ensayos en laboratorio es confirmar la bondad de los resultados obtenidos con el modelo de elementos finitos y
retocar los parámetros de comportamiento de la red en caso de ser necesario,
para que se ajuste al comportamiento real del sistema y, en su caso, rediseñar
la directriz definitiva de los soportes ergonómicos. La red de seguridad utilizada
es de Poliamida de Alta Tenacidad, con nudos y color blanco, dimensión de la
malla de 100 mm (de nudo a nudo), dispuesta al cuadro (Q), cosida
mecánicamente por todo el perímetro con una cuerda de 6 mm (resistencia de
7,5 KN). La cuerda de la malla está fabricada en trenzadoras de 16 bolillos y
cada uno tiene 3.500 dtex, en total 56.000 dtex, con una carga de rotura >300
Kg.
El laboratorio de Aidico ha colaborado técnicamente facilitándonos sus
instalaciones y personal para realizar el ensayo de UNE-EN 13374 sobre estos
prototipos y toma de datos en cuanto a las aceleraciones sufridas por el lastre
(ver foto 3.4.2.1), con la instalación de acelerómetros (ver foto 3.4.2.2) que nos
aportan datos respecto del factor de impacto sufrido por el accidentado sobre
este sistema de protección y grabaciones de video con la cámara de alta
velocidad (ver foto 3.4.2.3) del departamento de óptica de la Universidad de
Alicante, que han servido para contrastar la bondad de las mediciones tomadas
con el acelerómetro.
Foto 3.4.2.1. Detalle del cilindro para el ensayo según UNE-EN 13374.
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TRABAJOS DESARROLLADOS
Tesis Doctoral 37 Juan Carlos Pomares Torres
La segunda finalidad de la primera serie de estos ensayos en el laboratorio es confirmar, si este sistema es capaz de resolver los puntos duros que
representan los soportes, asunto pendiente en UNE-EN 13374, en su apartado
6.4.3.
Foto 3.4.2.2. Acelerómetro instalado en un lateral del eje del cilindro.
Foto 3.4.2.3. Cámara de alta velocidad filmando a 500 fotogramas por segundo.
La segunda serie de ensayos, se desarrolló para confirmar que la flecha mínima establecida en UNE-EN 13374, en su artículo 6.4.3, de 200 mm es un
valor muy inferior al mínimo recomendable.
Este último aspecto ha sido analizado con un ensayo específico para tal caso,
que estudió lo que le ocurre al lastre, en cuanto a las aceleraciones sufridas por
éste, cuando el sistema de retención del posible accidentado sufre una flecha
máxima de 200 mm (mínima actualmente requerida en la vigente UNE-EN
13374) durante el proceso de detención.
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CAPÍTULO 3
Tesis Doctoral 38 Juan Carlos Pomares Torres
Foto 3.4.2.4. Sistema provisional de protección de borde
con mallazo metálico y soporte reforzado.
Se ha realizado para ello en un prototipo (ver foto 3.4.2.4) de sistema
provisional de protección de borde similar al ya ensayado, pero incrementando
tanto la rigidez de los soportes (se ha triplicado el soporte central frente al cual
impactó el cilindro) como de la red que ha sido sustituida por un mallazo
metálico 15x15 cm2 de barras de 5 mm de diámetro.
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ANÁLISIS DE RESULTADOS
Tesis Doctoral 39 Juan Carlos Pomares Torres
CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 4.1. RESULTADOS CON MODELO NUMÉRICO DE ELEMENTOS FINITOS Para cada una de las simulaciones realizadas en este estudio, se ha obtenido
multitud de información de las siguientes variables para:
Lastre: trayectoria y máxima aceleración soportada durante la retención. Protección perimetral o red: máxima flecha, desplazamiento, deformación y axil máximo soportado.
Soporte: Tensiones máximas. Todos estos resultados calculados, se han ordenado y resumido para una
mayor operatividad en ocho tablas que se incorporan en este trabajo en el
Anexo 2.
De todas las variables obtenidas, analizamos con mayor profundidad
principalmente dos de ellas, que entendemos son de mayor trascendencia en
sus implicaciones sobre el accidentado y sobre el diseño de la protección. Por
un lado la máxima aceleración resistida por el lastre y por otro la flecha máxima
obtenida de la protección perimetral o red. Estos dos aspectos serán
fundamentales para determinar el factor de impacto sufrido por el accidentado.
Por todos es sabido que el producto de la masa por la aceleración provoca una
fuerza. Las aceleraciones soportadas por el cuerpo humano, las cuales según
hemos dicho generan fuerzas, si alcanzan una determinada intensidad, pueden
ocasionar graves daños en el individuo o incluso su muerte.
En muchas ocasiones estas aceleraciones que las personas soportan, son
expresadas por el número de veces que contienen a g, la aceleración de la gravedad (9,81 m/s2). A ese número adimensional que multiplica a g, le llamamos factor de impacto ya que representa el factor por el que hay que
multiplicar el peso del accidentado para obtener la máxima fuerza sufrida
durante el proceso.
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CAPÍTULO 4
Tesis Doctoral 40 Juan Carlos Pomares Torres
4.2. RESULTADOS DE VARIABLES MEDIANTE MODELO NUMÉRICO A continuación, exponemos los principales resultados obtenidos en el modelo
informático, mediante gráficas que nos facilitan la interpretación de las tablas
del Anexo de una manera más comprensible.
4.2.1. DISEÑO DE LA DIRECTRIZ DEL SOPORTE Analizando de forma pormenorizada el movimiento de la protección perimetral,
durante el proceso de la retención del lastre, se obtiene un diseño original de
soporte que resuelve el problema de los puntos duros, posibles causantes de
lesiones graves al cuerpo humano. Este problema estaba pendiente por
resolver y así se reconoce en el apartado 6.4.3 de UNE-EN 13374 reproducido
textualmente en el Capítulo 3 de este trabajo.
Estos soportes, que hemos denominado como “ergonómicos”, serán incorporados y utilizados en las siguientes simulaciones realizadas, debido a la
importante mejora que dichos soportes aportan en beneficio de la integridad
física del accidentado, respecto a los soportes rectos normalmente utilizados
en las obras.
Figura 4.2.1. Estudio de la deformación de la red y diseño del soporte ergonómico.
Las dimensiones y características de los soportes resultantes del diseño inicial
basado en resultados de los modelos numéricos se recogen en la figura 4.2.1.
Figura 4.2.1. Estudio de la deformación de la red y diseños del soporte ergonómico.
Ø48x3 mm S235
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ANÁLISIS DE RESULTADOS
Tesis Doctoral 41 Juan Carlos Pomares Torres
Las dimensiones y características de los soportes resultantes del diseño inicial
basado en resultados de los modelos numéricos se recogen en la figura 4.2.1. 4.2.2. INFLUENCIA DEL TIPO DE LASTRE En esta serie de simulaciones se han utilizado los lastres esférico y cilíndrico
para simular posibles impactos del individuo con cabeza o pies y lateralmente
sobre la protección perimetral del sistema de seguridad, respectivamente. En
todas las simulaciones se han incorporado y utilizado los soportes ergonómicos
descritos anteriormente.
A la vista de los resultados de las simulaciones (ver figuras 4.2.2.1 y 4.2.2.2)
tenemos mayores aceleraciones en el caso del lastre cilindro con 109,15 m/s2
de promedio frente a 61,80 m/s2 para el lastre esfera. Estos valores están en
consonancia con las flechas máximas obtenidas de la red, mayores en el caso
de la esfera con 1,08 m de promedio frente a una flecha de 0,59 m de promedio
en el cilindro. Con el lastre esférico la distancia de frenado es mayor porque
éste incide sobre la red con una menor superficie que el lastre cilíndrico y
produce una deformación local y grande que éste último. Ello influye
favorablemente en la reducción del factor de impacto que soporta el lastre,
como así se confirma en las gráficas de resultados de esta serie de
simulaciones. Según esto, una eventual caída de cabeza o pies resultaría más
favorable desde el punto de vista del impacto (prescindiendo de posibles daños
específicos en cabeza o cuello).
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CAPÍTULO 4
Tesis Doctoral 42 Juan Carlos Pomares Torres
Figura 4.2.2.1. Acel. Máx. soporte ergonómico con lastre esférico y cilíndrico.
Figura 4.2.2.2. Flechas Máx. soporte ergonómico, lastre esférico y cilíndrico.
93,3
105,3
106,8
113,7 116,0119,7
52,758,2
60,1
65,0 66,1
68,7
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
110,0
120,0
130,0
ACELERACIONES M
ÁXIMAS SU
FRIDAS PO
R EL LA
STRE m/s
2
40X2 40x3 50x2 50x3 60x2 60x3
SECCIÓN TUBULAR DEL BASTIDOR EN mm
ERG RED 60º LASTRE CILINDRO
ERG RED 60º LASTRE ESFERA
61,80 m/s2 de promedio
109,15 m/s2 de promedio
0,685
0,618 0,591 0,564 0,558 0,546
1,245
1,1291,098
1,029 1,016 0,990
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
FLECHA M
ÁXIM
A DE LA
RED
EN m
40X2 40x3 50x2 50x3 60x2 60x3 SECCIÓN TUBULAR DEL BASTIDOR EN mm
ERG RED 60º LASTRE CILINDRO ERG RED 60º LASTRE ESFERA
1,08 m de promedio
0,59 m de promedio
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ANÁLISIS DE RESULTADOS
Tesis Doctoral 43 Juan Carlos Pomares Torres
4.2.3. INCLINACIÓN DEL SISTEMA Se han realizado dos estudios de la inclinación del sistema de protección
perimetral de borde o red, según figura 5 del apartado 5.2.3 de UNE-EN 13374.
Un estudio preliminar con soportes rectos y lastre esférico en el que se
analizan dos posiciones de la red: vertical y perpendicular al plano inclinado de
trabajo. Se observa en la gráfica (ver figura 4.2.3.1) que para la posición
vertical de la red, las aceleraciones máximas del lastre son el doble que para la
posición perpendicular a la superficie de trabajo.
En la gráfica (ver figura 4.2.3.2.) se muestra que las flechas máximas de la red
en la posición perpendicular son un 70% más grandes que para la red vertical.
Estos resultados están en concordancia con los valores expuestos de las
aceleraciones sufridas por el lastre, puesto que al tener el sistema una mayor
distancia de recorrido durante su frenado o proceso de retención de la persona,
las deceleraciones o factor de impacto soportado por el lastre será menor,
como así ocurre en esta primera exploración preliminar.
Figura 4.2.3.1. Aceleraciones máximas para soporte recto con lastre esférico.
94,0
125,6 123,7
129,5
141,8
166,0
56,562,8 65,2
67,9 68,1 67,9 69,4 69,370,5 70,7
50,0
70,0
90,0
110,0
130,0
150,0
170,0
ACELERACIONES M
ÁXIMAS SU
FRIDAS PO
R EL LA
STRE m/s
2
40x2 40x3 50x2 50x3 60x2 60x3 60x4 80x2 80x3 80x4SECCIÓN TUBULAR DEL BASTIDOR EN mm
SOP REC VERT
SOP REC PERP
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CAPÍTULO 4
Tesis Doctoral 44 Juan Carlos Pomares Torres
Figura 4.2.3.2. Flechas máximas para soporte recto con lastre esférico.
Figura 4.2.3.3. Estudio preliminar de la posición vertical de la red.
0,700 0,692
0,6700,650 0,632 0,629
1,258
1,1511,118
1,054 1,0521,008
0,987 0,9770,963
0,958
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
1,100
1,200
1,300
FLECHA M
ÁXIM
A DE LA
RED
EN m
40x2 40x3 50x2 50x3 60x2 60x3 60x4 80x2 80x3 80x4SECCIÓN TUBULAR DEL BASTIDOR EN mm
SOP RECT VERT SOP RECT PERP
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ANÁLISIS DE RESULTADOS
Tesis Doctoral 45 Juan Carlos Pomares Torres
En las figuras 4.2.3.3 y 4.2.3.4 se muestra, en imágenes, el instante de flecha
de la red y la aceleración del lastre máximas para la posición vertical y
perpendicular al plano inclinado de trabajo respectivamente. En ambas figuras
se ha utilizado un mismo bastidor recto de acero tubular hueco de diámetro 60
mm y 2 mm de espesor.
Un segundo estudio más detallado, ahora utilizando soportes ergonómicos y
lastre cilíndrico, analiza cuatro posibles inclinaciones de la red:
-Inclinación de 0º ó red vertical. -Inclinación de 30º de la red con la vertical.
-Inclinación de 60º de la red con la vertical o red perpendicular al plano de trabajo.
-Inclinación de 90º o red horizontal (no incluida en UNE EN 13374).
Figura 4.2.3.4. Estudio preliminar de la posición perpendicular de la red.
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CAPÍTULO 4
Tesis Doctoral 46 Juan Carlos Pomares Torres
Las tres primeras posiciones están incluidas en UNE EN 13374, en su apartado
5.2.3 y la cuarta inclinación (red horizontal) no recogida en norma, pero
creemos interesante incorporarla en este estudio para realizar un análisis más
completo.
En las gráficas (ver figura 4.2.3.5.) de los resultados conseguidos, se muestra
que para la posición de red perpendicular las aceleraciones promedian 100,90
m/s2, valor considerablemente menor que para la inclinación de 30º de la red
con la vertical y éstas aún son mayores para la red en posición vertical.
El promedio de las flechas máximas de la red con inclinación de 60º con la
vertical es de 0,665 m, éstas son menores en las inclinaciones de la red 30º
con la vertical y aún más pequeñas para la red vertical (ver figura 4.2.3.6).
Figura 4.2.3.5. Acel. máx. con soporte ergonómico para distintas inclinaciones.
139,0
155,5 152,7
168,6165,4
186,3
186,4
206,0
193,6
212,8
203,3
230,4219,4
230,6234,7
233,4
104,7
120,3
119,4
133,4 130,8
143,5 141,3
152,4 150,8
163,2158,3
170,6165,2
172,1 172,6 175,7
75,0 75,5
87,1 85,0
96,5 93,3
105,3101,8
109,2 106,8113,7 112,1
116,9 116,0 119,7
53,158,5 59,0 62,0 62,0
64,4 64,1 65,0 65,1 65,3 65,4 65,5
50,0
70,0
90,0
110,0
130,0
150,0
170,0
190,0
210,0
230,0
ACELERACIONES M
ÁXIMAS SU
FRIDAS PO
R EL LA
STRE m/s
2
25X3 30X2 30X3 35X2 35X3 40X2 40x3 45X2 45X3 50x2 50x3 55X2 55X3 60x2 60x3
SECCIÓN TUBULAR DEL BASTIDOR EN mm
RED 0º VERT
RED 30º
RED 60º
RED 90º HORIZ
25X2
100,9 m/s2 de promedio
62,4 m/s2 de promedio
148,4 m/s2 de promedio
194,9 m/s2 de promedio
-
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Tesis Doctoral 47 Juan Carlos Pomares Torres
Figura 4.2.3.6. Flechas máx. con soporte erg. para distintas inclinaciones.
La inclinación de 60º de la red con la vertical (perp. a la sup. de trabajo), es la
más favorable en cuanto al factor de impacto que sufrirá el trabajador y que
está relacionado con la máxima flecha de la red (ver figuras 4.2.3.7 y 4.2.3.8).
Figura 4.2.3.7. Gráfica resumen de Acel. para lanzam. FS y red 8x2 m2.
Cabe decir, que aunque en la posición horizontal de la red las aceleraciones
son más bajas aún, esta disposición ha desvelado en su análisis con el modelo,
posibles fallos de la misma en la retención del trabajador.
0,512
0,470
0,4660,433 0,434
0,409
0,411
0,396
0,400
0,386
0,389
0,378
0,380
0,372
0,3750,367
0,776
0,675 0,661
0,582
0,584
0,532
0,540
0,489
0,501
0,468
0,4760,453 0,4610,443 0,449
0,433
0,951
0,900
0,775
0,772
0,677
0,685
0,618
0,633
0,581
0,5910,564
0,569
0,553 0,558 0,546
0,909
0,7840,783
0,717 0,7290,686 0,695
0,