Evaluación de barandillas de seguridad de madera bajo cargas de impacto moderadas

Introducción

Los accidentes en construcción debidos a la caída en altura suponen un alto porcentaje del total de los ocurridos en el sector [1] [2]. Las normas y reglamentos, tanto a nivel nacional como a nivel internacional, limitan la altura de caída [3] [4].

La estrategia preventiva frente al riesgo de caída en altura establece el siguiente orden de actuación: en primer lugar eliminar los riesgos en el origen; si no es posible, la altura de caída debe ser limitada mediante protecciones colectivas; en último lugar hay que dotar a los trabajadores de equipos de protección individual frente a la caída [5] [6].

La eliminación de los riesgos en el origen se puede conseguir planificando la ejecución de la obra, ejecutando la obra con medidas de protección integradas en la propia estructura o instalando protecciones colectivas que impidan la caída.

Los sistemas que limitan la altura de caída suelen estar formados por redes que transmiten la energía del impacto a la estructura en construcción, a través de elementos más rígidos, generalmente metálicos. En Europa gran parte de estos sistemas están normalizados [7] [8]. Algunas tipologías como las redes sobre pescante, se vienen empleando en España desde hace decenios. Sin embargo, aspectos esenciales acerca de su comportamiento como la máxima aceleración experimentada por el cuerpo después del impacto sobre la red, no se ha conocido hasta la realización de trabajos recientes [9] [10] [11] [12].

La utilización de equipos de protección individual supone generalmente la realización de anclajes a la estructura. En este caso es necesario conocer la resistencia al arrancamiento del anclaje en el punto donde se amarra [13] [14].

La protección frente a caída en altura mediante sistemas provisionales de protección de borde (SPPB) constituye un sistema eficaz porque elimina el riesgo en el origen, impidiendo la caída y evitando por tanto la posibilidad de sufrir lesiones cuando un trabajador impacta contra otro sistema que solo limita la altura de caída.

Los documentos consultados que regulan los SPPB [15] [16] [17] exigen la superación, por parte de éstos, de requisitos de tipo geométrico y de tipo mecánico. Los requisitos de tipo geométrico establecen las dimensiones de los SPPB para que el trabajador no rebase el sistema y caiga o los objetos no pasen desde el forjado al vacío. Los requisitos de tipo mecánico exigen una determinada resistencia al sistema y limitan sus desplazamientos frente a unas cargas dadas.

Teniendo en cuenta que sólo se deben emplear sistemas de protección colectiva de cuya resistencia y comportamiento se tengan garantías, es prioritario utilizar sistemas que cumplan los requisitos establecidos en las distintas normas UNE, elaboradas para cumplir una serie de especificaciones técnicas que determinan la idoneidad del producto. En relación a la prevención de caídas a distinto nivel en obras de construcción, los requisitos establecidos por la normativa española han sido muy genéricos hasta que, afortunadamente, a finales del año 2004, se produce un punto de inflexión. La norma EN 13374 [18] especifica los requisitos de comportamiento y métodos de ensayo para los SPPB empleados durante la construcción o el mantenimiento de edificios y otras estructuras.

La norma clasifica los SPPB en tres clases (A, B y C), en función de la inclinación de la superficie de trabajo y de la altura de caída de la persona a proteger (Figura 1). La norma indica los requisitos, en términos geométricos y mecánicos, que deben superar los SPPB en función de la clase a la que pertenecen.

Figura 1. Clasificación de los SPPB según la norma EN-13374.

Los sistemas clase A, que son los más empleados, sólo se pueden utilizar cuando el ángulo de inclinación de la superficie de trabajo es menor de 10^o [19].

Lamentablemente, a día de hoy, la inmensa mayoría de los SPPB utilizados en obras no han sido objeto de una evaluación previa y no se conoce su comportamiento mecánico.

La norma UNE-EN 13374 indica los tipos de análisis a realizar para verificar el cumplimiento de los requisitos a cumplir por parte de los SPPB:

▪ Sistemas clase A. Se evalúan para cargas estáticas equivalentes. La norma permite su evaluación analítica o experimental.

▪ Sistemas clase B. Se evalúan para cargas estáticas y dinámicas. El análisis para cargas estáticas se puede realizar analítica o experimentalmente. El análisis para cargas dinámicas se debe realizar de manera experimental.

▪ Sistemas clase C. Se evalúan para cargas dinámicas. La evaluación se realiza de manera experimental.

Además, en el punto 7. Métodos de ensayo, se indican las pautas que deben seguirse para la realización de los ensayos.

En este trabajo se realiza un estudio experimental sobre el comportamiento de SPPB de madera sometidos a cargas de impacto, atendiendo a las especificaciones de la norma EN 13374.

Metodología

Materiales y técnicas empleados

Para la evaluación del comportamiento de la madera como barandillas y rodapiés del SPPB ensayado, se han utilizado tablas de madera de pino silvestre, procedente del Sistema Central de la región de la Sierra de Guadarrama, suministrada por el Aserradero de Maderas El Espinar, situado en Segovia (España). Esta madera corresponde a poblaciones de alta calidad.

El aserradero realiza una primera clasificación visual de las tablas de madera, con fines exclusivamente comerciales. Así, en función de la planeidad de las caras y de los defectos en cantos y caras, ofrece tres clases o categorías que, ordenadas de mayor a peor calidad son:

▪ Clase "Como Cae" (CC). presentan las dos caras y un canto libres de defectos y engloba a tablas de calidad Especial, Primera o Segunda recogidas en la norma UNE-EN 1611-1 [20].

▪ Clase Tercera (TA). Presentan una cara libre de defectos.

▪ Clase Cuarta (CA). Se permite cualquier tipo de defectos. Es la madera que usualmente se solicita al aserradero para su uso en construcción.

Cabe reseñar que las calidades más demandadas, de manera habitual, por los clientes del ramo de la construcción, a los efectos de su utilización para los fines que nos ocupa el presente trabajo, son CA y TA, por razones puramente economicistas. Por otro lado, las maderas que se comercializan en todo el territorio español para éstos fines son de calidades muy similares a las de este aserradero.

Para este trabajado se han utilizado las categorías CC y CA que son las dos calidades más dispares de las ofertadas por el aserradero. Para ambas clases, se han contemplado grosores de 30 y 40 mm.

Clasificación visual.

Todas las tablas de madera se han clasificado, atendiendo a los criterios de la norma UNE 56544 [21], que establece un sistema de clasificación visual aplicable a madera aserrada de sección rectangular de las principales especies de coníferas españolas. Esta norma establece dos calidades visuales: ME-1 y ME-2. En su Anexo A se asignan clases resistentes en función de la especie y calidad de la madera aserrada de sección rectangular de espesor menor o igual a 70 mm.

 Se han medido y observado los siguientes defectos: nudos, bolsas de resina y entrecasco, fendas, desviación de fibra, gemas, deformaciones de la madera (curvaturas y alabeos). En función de los defectos existentes, la madera ha sido clasificada como ME1, ME2 y rechazo, lo que corresponde a clases resistentes C27,  C18 o rechazo (R). La letra C hace referencia al género (C- Coníferas) y el número indica el valor mínimo de la resistencia a flexión de esa clase, expresado en N/mm².

Una vez casados los resultados de ambas clasificaciones y atendiendo a los requerimientos de la norma, la calidad CC ha correspondido con una clase visual ME1, mientras que la calidad CA ha sido Rechazo.

En La Figura 1 se ha croquizado la disposición de los elementos que se han evaluado como un SPPB clase B, compuesto por cuatro elementos horizontales de madera y postes verticales metálicos separados 2,40 m y embebidos en la viga. Los postes son de acero S235JR de diámetro exterior 40mm y espesor 1,5mm.

Figura 1. Esquema del SPPB ensayado como clase B.

Evaluación experimental de SPPB clase B

Requisitos de carga dinámica

Para la superación de los requisitos de carga dinámica, la norma establece que el SPPB debe ser capaz de absorber una energía cinética de 1100 J en cualquier punto de la protección situado a una altura de 200 mm por encima de la superficie de trabajo, y de 500 J en cualquier parte a mayor altura.

El ensayo se realiza mediante el impacto por caída pendular de un saco esfero-cónico de 500 N que cae desde una altura de 2,25 m cuando se requiere absorber una energía cinética de 1100 J, y desde una altura de 1.00 m para una energía cinética de 500 J. La geometría del saco y su composición vienen definidos en la norma EN 596 [22].

Según la norma, se considera que la protección de borde supera los requisitos exigibles cuando el saco queda retenido por el sistema.

Se han montado SPPB clase B con tablas de calidades CC 40, CA 40, CC 30 y CA 30 y postes de tubo de sección circular de 40 x 1,5 de acero S235 y se han sometido al ensayo de impacto de acuerdo con la norma UNE-EN 13374, obteniéndose, para cada uno de los sistemas, los resultados que aparecen a continuación.

Resultados obtenidos. Discusión.

Resultados experimentales. SPPB clase B madera de calidad CC 40

En el impacto de 500 J, a la altura de la barandilla principal, las tablas no sufren plastificaciones ni roturas, es decir, recuperan la deformación y los postes experimentan deformaciones plásticas menores.

Como consecuencia del impacto de 1100 J sobre la tabla colocada inmediatamente por encima del rodapié, el poste izquierdo experimenta una deformación plástica a la altura del forjado donde el momento flector es máximo (Figuras 2 y 3i), el poste derecho experimenta una deformación plástica menor (Figura 3d) y en las tablas, debido a su resistencia y rigidez, no se producen ni roturas ni plastificaciones.

En ambos casos el sistema retiene el saco y por tanto se considera el ensayo superado.

Figura 2. Poste izquierdo deformado plásticamente en la base.

Figura 3. Detalles de la deformación plástica del poste izquierdo y menor en el poste derecho.

Resultados experimentales. SPPB clase B madera de calidad CC 30

Después del impacto de 500 J a la altura de la barandilla principal, las tablas no se rompen y los postes prácticamente no se deforman.

En el impacto con una energía de 1100 J sobre el rodapié, se da la coincidencia de que el saco impacta sobre un nudo alojado en la sección central produciéndose la rotura parcial de la tabla, aun así, el saco queda retenido por el sistema (Figuras 4 y 5). Los postes no se deforman plásticamente como en el ensayo anterior, posiblemente debido a que la mayor parte de la energía se absorbe en la rotura de la madera y a que el momento flector al que está sometido el poste es muy pequeño.

Figura 4. Rotura del rodapié tras el impacto de 1100 J, el saco es retenido.

Figura 5. Rotura producida en la tabla colocada como rodapié, coincidiendo con un nudo y una bolsa de resina. Antes y después del ensayo.

Resultados experimentales. SPPB clase B madera de calidad CA 40

Después del impacto de 500 J a la altura de la barandilla principal las tablas no se rompen y los postes se deforman en la base.

El impacto de 1100 J sobre el rodapié, que aloja dos nudos situados en la cara traccionada y uno de ellos en la zona central próxima al lugar del impacto, produce la rotura parcial del mismo (Figura 6). En los postes no se observa deformación alguna. En este caso, el saco tampoco sobrepasa el sistema, la rotura parcial no permite el paso de una persona por el desplazamiento producido. El SPPB supera el ensayo.

Figura 6. Rotura del rodapié tras el impacto.

Resultados experimentales. SPPB clase B madera de calidad CA 30

Después del impacto de 500 J a la altura de la barandilla principal las tablas no se rompen y los postes se deforman en la base. El saco queda retenido también en esta ocasión.

El impacto de 1100 J sobre la tabla que sirve de rodapié provoca su rotura siendo, en este caso, el ángulo que forman las dos mitades muy superior al de los casos anteriores y produciendo que la tabla inmediatamente por encima del rodapié se salga del SPPB. El saco rebasa el sistema y por lo tanto el ensayo no se supera (Figuras 7, 8, 9 y 10).

Figura 7. Rotura de la tabla de rodapié coincidiendo con un nudo situado en la zona de contacto con la viga (Izq.) y no en contacto (Dcha.), rotura en la cara traccionada.

Figura 8. Rotura del rodapié y desplazamiento del rodapié y la tabla inmediata superior.

Análisis conjunto de los cuatro sistemas

En la Tabla 1 se resumen los resultados obtenidos para los cuatro sistemas ensayados.

Del análisis conjunto de los cuatro sistemas se desprende que:

▪ Todos los sistemas cumplen excepto el montado con tabla de 30 mm de espesor y calidad CA, que para el impacto de 1100 J en el rodapié, rompe permitiendo el paso del saco.

▪ El impacto de 500 J sobre la barandilla superior se resiste en todos los casos. Tanto las tablas de espesor 40 mm como los de 30 mm, con y sin nudos, son capaces de resistir el impacto y además sin experimentar roturas.

▪ El impacto de 1100 J sobre una tabla situada en la zona inferior del sistema no puede ser resistido sin rotura por tablas de 40 mm o 30 mm de canto que contienen nudos en la zona próxima al impacto.

▪ Para absorber una energía de 1100 J o plastifica el poste o rompe la tabla. En el caso de la tabla CC 40 que no tenía ningún nudo y es la más rígida de todas, plastifica el poste. En las otras tres tablas con nudos, rompen las tablas.

Tabla 1. Resultados experimentales obtenidos en el ensayo dinámico para SPPB clase B en madera.

Conclusiones

▪ Con luces entre postes de 2400 mm se supera el ensayo dinámico sobre la barandilla principal con tablas de 30 y 40 mm de cualquier calidad y se supera sobre el rodapié con tablas de 40 mm de cualquier calidad y con tablas de 30 mm de clase resistente C27.

▪ Impactos con energías de 1100 J o rompen la tabla o plastifican el poste.

Agradecimientos

Los autores agradecen la financiación recibida del Proyecto AL12-PID-27, de la UPM, para la realización de este trabajo.

Referencias bibliográficas

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