Método alternativo para registrar el nivel de excitación en ensayos de impacto humano
- Autores: José Antonio Parra Hidalgo
- Directores de la Tesis: María Consuelo Huerta Gómez de Merodio (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Materias:
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- Resumen
Este trabajo se enmarca dentro de un extenso proyecto de investigación que tiene como objetivo profundizar en el estudio experimental y teórico de impactos de personas sobre acristalamientos de seguridad para edificios. En concreto se centra más en la parte experimental y propone un método alternativo para registrar el nivel de excitación en ensayos de impacto humano.
La parte experimental del estudio proviene de dos campañas de ensayos. La primera, que se realizó en 2006 previa a este trabajo, se centra en el impacto con péndulo sobre placas de vidrio siguiendo la norma UNE-EN-12600:2003 y se utilizan los resultados para profundizar en el fenómeno, especialmente el nivel de carga. El banco de ensayos utilizado cumple con la normativa correspondiente y es el que se vuelve a utilizar en la segunda campaña de ensayos. Ésta segunda campaña de ensayos, realizada durante el desarrollo de este trabajo en 2014, busca comparar los ensayos realizados con el péndulo según la norma con un nuevo método de ensayos alternativo en el que se utiliza una máquina de diseño propio. Para este contraste se han ensayado configuraciones de placas de vidrio que abarcan diferentes espesores, dimensiones, tipologías y condiciones de contorno, con un total de 4 configuraciones diferentes ensayadas y 200 impactos.
Partiendo de los datos aportados por la primera campaña de ensayos se realiza un estudio para la cuantificación de la carga aplicada sobre el vidrio. Se propone un modelo teórico-experimental basado en las alturas inicial y final del péndulo y en la historia temporal de la aceleración de la cabeza registrada durante los impactos. De la utilización de dicho modelo, cabe destacar que solo entre el 60% y el 80% de la energía estimada a partir de la altura de caída del péndulo es aplicada al vidrio para los casos ensayados, el resto se reparte entre los diferentes componentes del banco de ensayo. Este modelo se considera una de las aportaciones principales de este trabajo y para su uso solo se necesita conocer la aceleración del elemento de impacto durante la etapa de contacto y el amortiguamiento de la placa de vidrio y la cabeza impactadora, sin necesidad de recurrir a la altura de caída del péndulo.
Teniendo en cuenta las dificultades para la aplicación del ensayo del péndulo “in situ”, fuera de un laboratorio, se diseña una máquina alternativa y se fabrica un prototipo completamente funcional de la misma, buscando una respuesta del vidrio equivalente a la del péndulo. Sus innovaciones tecnológicas se recogen en la patente ES-2606331. Este diseño es independiente de la estructura o vidrio a ensayar, se puede desplazar fácilmente a entornos propios de la construcción de edificios, es independiente de fuentes de energía externa y el control del impacto aplicado es más preciso. Otras características importantes del diseño son que utiliza la energía potencial elástica de un muelle para realizar el impacto y que cuenta con cabezas impactadoras intercambiables que permiten variar la masa, la rigidez y el tamaño de la huella de las mismas. Este prototipo funcional queda totalmente caracterizado a través de una campaña de ensayos elementales y unos modelos de comportamiento que presentan gran congruencia con las historias temporales de la aceleración de la cabeza impactadora obtenidas en los ensayos.
La segunda campaña de ensayos permite establecer el paralelismo con la primera, gracias a los ensayos con el péndulo. No obstante, lo más importante de esta campaña es que permite comparar impactos del péndulo y de la máquina alternativa. En este caso se recurre tanto a las historias temporales de aceleración como a las de microdeformaciones.
Para la comparación de las historias temporales generadas, ya sea entre simulaciones y ensayos o entre ensayos mismos, se desarrolla un criterio de comparación paralelo al Índice de Similitud (IS), desarrollado dentro del grupo de trabajo y que sólo se enfoca en la aceleración del elemento de impacto. El nuevo criterio de comparación entre impactos se llama Índice de Similitud de comportamiento (ISC) e incluye las historias temporales de aceleración y deformaciones de las placas de vidrio. Utilizando dicho criterio para la comparación entre el péndulo y el nuevo método alternativo de ensayos se obtienen valores por los que se puede considerar que el estado tensional generado sobre las placas de vidrio ensayadas es equivalente para ambos métodos de ensayo.
