Estudio de la aceleración producida sobre cuerpos que impactan en tablas de madera usadas como protecciones colectivas de obras

Durante el impacto de un cuerpo sobre un elemento, una parte de la energía cinética del cuerpo se transforma en energía absorbida por el cuerpo y por el elemento sobre el que impacta. Si el elemento que recibe el impacto es muy rígido, la energía que debe absorber el cuerpo que impacta es mayor. Internacionalmente se asume que el cuerpo humano no es capaz de absorber energías superiores a 8g o 10g sin que aparezcan lesiones irreversibles. En este trabajo se han obtenido experimentalmente las aceleraciones producidas en sacos de pellets (que simulan muy aproximadamente la densidad del cuerpo humano) cuando impactan contra tablas de madera como las utilizadas habitualmente en protecciones colectivas de obras. El análisis de los resultados obtenidos permite identificar las soluciones peligrosas que dan lugar a aceleraciones superiores a 8g o 10g.
Autor principal: 
Alfonso
Cobo Escamilla
Universidad Politécnica de Madrid
España
Coautores: 
Nuria
Llauradó Pérez
Universidad Politécnica de Madrid
España
Ángel
Castaño Cabañas
Universidad Politécnica de Madrid
España
María de las Nieves
González García
Universidad Politécnica de Madrid
España
Pilar
de la Rosa García
Universidad Politécnica de Madrid

Introducción

En el ámbito de la construcción los accidentes provocados por las caídas en altura, o al vacío, representan un elevado porcentaje respecto del total de los ocurridos en el sector (Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales, 2007). Con el objetivo de prevenir las lesiones o daños, que producirían estas caídas a los trabajadores, las normas y reglamentos consultados, a nivel internacional, limitan la altura de caída (Ministerio de la Presidencia, 1997; Ministerio de Empleo y Seguridad Social, 2012; OSHA, 1998; Les Publications du Québec, 2001).

Otra consideración a tener en cuenta es establecer el método más idóneo para prevenir el riesgo de caída en altura. Para ello se debe seguir una estrategia en la que se priorice en primer lugar la eliminación del riesgo en origen, mediante la planificación, integrando medidas de protección en la propia estructura o utilizando protecciones colectivas específicas para impedir la caída.

Cuando esto no es posible, el siguiente paso es limitar la altura de caída mediante sistemas de protección colectiva, entre los que se encuentran los sistemas formados por redes. Funcionan transmitiendo la energía del impacto a la estructura de construcción, a través de elementos más rígidos, que generalmente suelen ser metálicos. En Europa gran parte de estos sistemas están normalizados (AENOR-CEN, 2004-1, AENOR-CEN, 2004-2). Dentro de estos sistemas se encuentran las redes sobre pescante, que se han utilizado en España desde hace decenios. Si bien es cierto que hasta la realización de trabajos recientes no se conocían aspectos esenciales acerca de su comportamiento, como puede ser la máxima aceleración experimentada por el cuerpo después del impacto sobre la red (Irles et al., 2002; Segovia et al., 2007).

Como último recurso se cuenta con facilitar a los trabajadores equipos de protección individual frente a la caída (OPPBTP, 1994). El empleo de estos equipos supone la realización de anclajes a la estructura que generan, como punto crítico, la resistencia al arrancamiento del anclaje en el lugar donde se amarra (García et al., 2008; AENOR-CEN, 1997; AENOR-CEN, 2001). Además aparecen otras cuestiones sobre los absorbedores de energía que condicionan su comportamiento: la influencia del peso del trabajador (Goh et al., 2010) y las condiciones ambientales (Baszczyński, 2004).

Teniendo en cuenta la estrategia preventiva descrita, los sistemas provisionales de protección de borde (SPPB) constituyen un sistema eficaz frente a caída en altura. Eliminan el riesgo en el origen, impidiendo la caída y evitando por tanto la posibilidad de sufrir lesiones mayores, como las que se producirían si el trabajador impacta contra otro sistema que solo limita la altura de caída. Existen estudios previos que demuestran que utilizando un SPPB apropiado se puede prevenir una buena cantidad de accidentes por caídas desde altura (Johnson and Singh, 1998; Personick, 1990; Suruda et al., 1995; OSHA, 2005). Otros estudios han evaluado el comportamiento de SPPB fabricados en madera frente a cargas estáticas y/o de impacto (González, 2010; Lan and Daigle, 2009; Bobick, 2010).

Los documentos consultados, que regulan los SPPB, exigen que éstos superen requisitos de tipo geométrico y de tipo mecánico (eLCOSH; OPPBTP, 1993; ASTM, 1997; CEN, 2013; Standards Association of Australia, 1992; OSHA, 1998; Les Publications du Québec, 2001). Los de tipo geométrico establecen las dimensiones mínimas, que deben de tener de los SPPB, para que el trabajador no rebase el sistema y caiga, o los objetos no pasen desde el forjado al vacío. Los de tipo mecánico exigen una determinada resistencia al sistema y limitan sus desplazamientos frente a unas cargas dadas. El establecer una limitación de la flecha tiene como objetivo impedir que el trabajador pueda bascular sobre el SPPB y caer al vacío (González, 2010).

El SPPB tiene como una de sus misiones fundamentales detener al trabajador si al caminar por la obra tropieza, cae y se golpea contra el mismo. Se trata de una acción de naturaleza dinámica y se materializa en forma de impacto. También existen documentos que para la comprobación de SPPB, especifican cargas dinámicas, modelizando el choque de un trabajador contra un SPPB mediante un impacto con una determinada energía.

El SPPB cumple la misión para la que ha sido diseñado, impidiendo que el accidentado caiga al vacío. En el momento del impacto la energía acumulada hasta colisionar con el SPPB tiene que ser absorbida por los elementos implicados en el impacto. Las tablas de madera, la configuración del sistema y el resto de elementos que componen el sistema (en especial los anclajes), tienen un comportamiento elástico que será capaz de absorber parte de ella, el resto tiene que ser absorbido por el cuerpo humano y dependiendo de su magnitud, puede llegar a límites intolerables para ser disipadas sin provocar lesiones.

Existen muchos factores que influyen a la hora de establecer los límites máximos de energía que pueden ser tolerados por el cuerpo humano. Dependen, en gran medida, de las condiciones físicas del individuo, de la zona corporal afectada y de la superficie de contacto, entre otros factores. Es por este motivo, por lo que establecer un valor máximo tolerable resulta muy difícil. En este sentido, se han realizado muchas investigaciones, la mayoría en el ámbito de la seguridad vial, y se ha alcanzado un consenso que oscila entre una horquilla de valores máximos de 160 y 180J.

El método de ensayo del I’Institut Nacional de Recherche et de Sécurité (Gonzalez, 2010; Jacmin and Mayer) indica un impacto de un cuerpo de 80 kg de peso que golpea con una velocidad de 2m/s (E = 160J). Otros documentos (AFNOR, 2010) especifican un impacto con un peso de 90 kg y la velocidad anterior (E = 180J).

Metodología

Es muy habitual el empleo de elementos de madera aserrada de pequeña escuadría como elementos de medios auxiliares y de protecciones colectivas. Se emplean en andamios, barandillas de seguridad, apeos, apuntalamientos, bandejas y viseras de protección, etc.

En todas estas utilizaciones los elementos se ven sometidos a acciones de tipo dinámico que en la mayoría de las ocasiones se manifiestan en forma de impacto.

La evaluación de estos elementos a impacto se realiza comprobando su resistencia, sin ocuparse del efecto que el impacto puede producir sobre el trabajador que golpea contra el elemento.

En este trabajo se han ensayado a flexión bajo cargas de impacto, tablas de madera de distintos espesores y calidades. Todas las tablas se han ensayado a flexión, como biapoyadas, con una carga de impacto puntual en el centro y una luz entre apoyos de 2400 mm. Las tablas biapoyadas se han sometido a impactos de 60J, 120J y 180J mediante sacos de pellets de 300N que se han dejado caer desde alturas de 0.20m, 0.40m y 0.60m, respectivamente. Durante el impacto se han registrado las aceleraciones producidas mediante un acelerador embebido en los sacos de pellets. Los resultados permiten comparar las aceleraciones producidas con las máximas aceleraciones que puede asumir el cuerpo humano sin sufrir lesiones de tipo irreversible. En la tabla 1 se indican las dimensiones y nomenclatura de las tablas ensayadas.

TABLA

Largo

(mm)

Ancho

(mm)

Canto

(mm)

T1

2400

150

35

T2

2400

150

37

T3

2400

150

33

T4

2400

150

18

T5

2400

150

22

Tabla 1. Elementos ensayados

Resultados

En la Figura 1 se muestran, a modo de ejemplo, las aceleraciones experimentadas por la tabla 3. La figura de la izquierda corresponde a una caída desde 20cm (energía absorbida de 60J), la figura central corresponde a una altura de 40cm (120J), finalmente la figura izquierda corresponde a una altura de 60cm (180J).

Figura 1. Aceleraciones experimentadas por la tabla 3.

En la tabla 2 se indican los valores de aceleración experimentados, en g, por todas las tablas ensayadas bajo las tres alturas de caída.

TABLA

60J

120J

180J

T1

4.2

6.0

6.5

T2

4.2

5.5

6.8

T3

4.5

5.5

6.0

T4

3.5

3.8

4.0

T5

3.0

4.5

4.8

Tabla 2. Aceleraciones experimentadas durante los ensayos.

Discusión de resultados

Las tablas ensayadas poseen las características y geometría empleadas habitualmente en obras de construcción. Un trabajador que camina a una velocidad de 2m/s y cae golpeando contra una protección, posee una energía cinética de 180J, que es la energía que se absorbería durante el impacto. Esa energía se ha simulado con sacos de pellets de 30kg que caen desde 60cm de altura (energía 180J). Las máximas aceleraciones producidas sobre los cuerpos que impactan (que simulan muy aproximadamente la densidad del cuerpo humano) han sido 6.5g y 6.8g, valores admitidos por las recomendaciones internacionales como asumibles por el cuerpo humano sin sufrir lesiones graves.

Los resultados permiten comprobar que a medida que aumenta el espesor de las piezas (lo que supone el incremento de su rigidez), las aceleraciones que se producen son superiores. Con elementos de 35 y 37 mm de espesor se obtienen aceleraciones asumibles, pero que se acercan peligrosamente a los límites aceptados por la normativa internacional. Esto indica que no todos los sistemas son válidos como protecciones colectivas y es preciso realizar un estudio acerca de las aceleraciones que se producirían en el cuerpo en caso de impactar contra ellos.

Conclusiones

Los resultados permiten comprobar que a medida que aumenta el espesor de las piezas (lo que supone el incremento de su rigidez), las aceleraciones que se producen son superiores.

Las máximas aceleraciones producidas sobre los cuerpos que impactan (que simulan muy aproximadamente la densidad del cuerpo humano) han sido 6.5g y 6.8g, valores admitidos por las recomendaciones internacionales como asumibles por el cuerpo humano sin sufrir lesiones graves.

Con elementos de 35 y 37 mm de espesor se obtienen aceleraciones asumibles, pero que se acercan peligrosamente a los límites aceptados por la normativa internacional.

Las normas deberían especificar rigideces máximas de los elementos que reciben los impactos en los casos de accidentes para así limitar los efectos nocivos sobre los trabajadores accidentados.

Agradecimientos

Los autores agradecen al Congreso ORP 2015 la posibilidad de participar en el mismo con esta contribución.

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