Consideraciones respecto a los sistemas provisionales de protección de borde

Resumen

Los sistemas provisionales de protección de borde (SPPB) constituyen una medida eficaz para la prevención del riesgo de caída en altura. Estos sistemas están regulados en las distintas naciones por documentos normativos que indican los requisitos mecánicos y geométricos que deben cumplir. Del estudio de estos documentos se desprende que los requisitos geométricos exigidos son muy similares entre los distintos países pero los requisitos mecánicos varían de forma significativa entre los documentos analizados. En España se emplea como documento para el diseño y comprobación de SPPB la norma UNE-EN 13374 "Sistemas provisionales de protección de borde. Especificaciones del producto, métodos de ensayo". En el momento de la redacción de esta Tesis Doctoral, la norma está en proceso de revisión a nivel europeo. En esta Tesis Doctoral se ha estudiado el comportamiento de SPPB realizados con tubos de acero y con tablas de madera. En el capítulo 4 se han analizado SPPB constituidos por tubos de acero. Tres SPPB con distintas características geométricas se han evaluado experimentalmente y analíticamente bajo cargas estáticas según la norma UNE-EN 13374. Los resultados más relevantes obtenidos muestran que el proceso de evaluación de la norma no es correcto porque existen sistemas que superan la evaluación analítica y no la experimental, que es más exigente. En el capítulo 5 se han analizado SPPB constituidos por postes de tubo de acero y tablas de madera. Los sistemas se han evaluado analítica y experimentalmente bajo cargas estáticas y cargas de impacto definidas por la norma UNE-EN 13374. Los resultados muestran que bajo cargas estáticas, los SPPB montados con tablas de espesores 22 y 27 mm no son capaces de superar en muchos casos las especificaciones de la norma, por exceder la flecha de estos sistemas el valor admisible. Sistemas con tablas de espesores 40 o 30 mm son capaces de superar la norma para cualquier calidad de la madera, tanto analítica como experimentalmente. El ensayo de impacto se supera experimentalmente con los espesores de 30 y 40 mm cuando la tabla no posee nudos. En la evaluación analítica al impacto definido por la norma, utilizando el coeficiente de amplificación dinámica en régimen elástico y lineal, los sistemas no superan los requisitos de la norma. Se han evaluado SPPB experimentalmente utilizando la técnica de Análisis Modal Operacional (OMA), obteniendo los modos de vibración y sus frecuencias asociadas. Mediante ultrasonidos se han obtenido las características mecánicas de las tablas en cada una de sus tres dimensiones principales. Con estos valores se han hallado los modos de vibración mediante simulación numérica utilizando un programa de elementos finitos (FEM). La comparación entre los valores obtenidos por OMA y por FEM indica, que la similitud de resultados para los dos primeros modos de vibración, que se corresponden con el comportamiento a flexión de las tablas de madera, evidencia la eficacia del modelo realizado con elementos finitos para predecir el comportamiento estructural de un SPPB. En los capítulos 4 y 5 se muestra la comparación entre los resultados obtenidos sobre SPPB fabricados en tubo de acero y en madera cuando se somete a las cargas estáticas definidas por la norma UNE-EN 13374 y a un ensayo de impacto con una energía de 180 J. La retención de un impacto con E = 180 J supone la retención de un trabajador de 90 kg de peso que a una velocidad de 2 m/s impacta sobre un SPPB que es precisamente lo que la norma UNE-EN 13374 trata de conseguir con los requisitos de carga estática. Los resultados muestran que los requisitos indicados por la norma son más exigentes que el impacto con E = 180 J tanto en SPPB de madera como de acero. SUMMARY The temporary edge protection Systems (TEPS) provide an effective measure in preventing risks of height falls. These systems are regulated, in the different countries, by normative documents indicating the mechanical and geometric requirements they should comply. The study of these documents has shown that the geometric requirements demanded are very similar among the different countries, but the mechanical requirements differ significantly in the different documents analyzed. In Spain, the design of TEPS, follow the UNE-EN 13374 standard “Temporary edge protection systems. Product specification, test methods”. Presently, during the writing process of this doctorate dissertation, this standard is in the process of revision at the european level. In this dissertation, the performance of TEPS made of steel tubes and wood boards have been studied. Chapter 4 analyzes the steel tube TEPS. Three TEPS with different geometric characteristics have been experimentally and analytically evaluated subject to static loads in compliance with UNE-EN 13374. The most relevant results obtained show that the process of assessment of the standard is not correct, as there are systems, which do satisfactorily pass the analytical evaluation but not the experimental one, which is more demanding. Chapter 5 studies the TEPS made of steel tube posts and wooden boards. The systems have been analytically and experimentally tested under static loads and impact loads defined by the UNE-EN 13374 standard. The results show that under static loads, the TEPS formed by 22 and 27 mm thick boards are not able to comply with the standard specifications, in many cases, because the deflection of these systems exceeds the allowance value. Systems with 40 or 30 mm thick boards do comply with the norm for every wood quality, both analytically and experimentally. The impact test is satisfactorily passed with 30 and 40 mm thicknesses, when the board does not have knots. In the analytical evaluation of the impact defined by the standard, using the dynamic amplification factor in elastic and linear regime, the systems do not comply with the standard requirements. TEPS have been experimentally tested using the Operational Modal Analysis (OMA), obtaining the vibration modes and associated frequencies. The mechanical characteristics of the boards, for each of the three main dimensions, have been obtained using ultrasounds. With these vales, the vibration modes have been found using a numerical simulation with a finite element program (FEM). The comparison between the values obtained by OMA and FEM shows that the results similarities in the two first vibration modes, corresponding to the bending behaviour of the wooden boards, imply the effectiveness of the model carried out with finite elements to predict the structural behaviour of a TEPS. Chapters 4 and 5 include a comparison among the results obtained on manufactured TEPS of steel tubes and wood, subject to static loads defined by the UNE-EN 13374 standard and an impact test with 180 J of energy. An impact retention of E = 180 J implies a retention of a worker, 90 kg in weight, who at a speed of 2 m/s impacts on a TEPS. This is precisely what the UNE-EN 13374 standard tries to achieve with the requirements of a static load. The results show that the requirements indicated by the standard are more demanding than the impact with E = 180 J, both for wooden and steel tube TEPS.