NUEVAS TECNOLOGÍAS PARA EL DISEÑO Y DESARROLLO DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN VIAL PARA MOTORISTAS 1ª FASE

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1 NUEVAS TECNOLOGÍAS PARA EL DISEÑO Y DESARROLLO DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN VIAL PARA MOTORISTAS 1ª FASE TAREA 2 ESTUDIO DE LAS DISTINTAS SOLUCIONES PROPUESTAS MEDIANTE SIMULACIONES POR ORDENADOR Y ENSAYOS EXPERIMENTALES.

2 ÍNDICE: ÍNDICE: INTRODUCCION OBJETIVOS DE ESTE PROYECTO METODOLOGÍA DESCRIPCIÓN DE LAS TAREAS REALIZADAS... 5 TAREA 1: BARRERA METÁLICA... 5 TAREA 2 : MODELIZACIÓN DE LA BARRERA MEDIANTE ELEMENTOS FINITOS A. Caracterización de materiales B. Modelización de las piezas de la barrera C. Caracterización de uniones en la barrera D. Anclaje de la barrera metálica al suelo TAREA 3: RECOPILACIÓN DE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN DE MOTORISTAS A. Protecciones puntuales B. Protecciones continuas TAREA 4: MODELIZACIÓN DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN DE MOTORISTAS Protector de poliestireno expandido Protección continua: doble bionda TAREA 5: DEFINICIÓN DEL ENSAYO DE SIMULACIÓN DE IMPACTO DE MOTORISTA CONTRA BARRERA DE SEGURIDAD TAREA 6: COMPARACIÓN DE LA EFICACIA DE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN TAREA 7: ENSAYOS EXPERIMENTALES SOBRE PROTECTORES DE POSTE Introducción Descripción de una máquina de ensayos de caída libre de masa Concepción y resultados de los ensayos CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

3 1. INTRODUCCION Las barreras de seguridad se diseñan para contener un vehículo en movimiento errante y reducir la severidad del accidente en las salidas de calzada. La experiencia indica que los sistemas convencionales diseñados de acuerdo a las especificaciones actuales han mejorado de alguna manera la protección ofrecida a los ocupantes de los turismos. Sin embargo, estos efectos plantean serios inconvenientes en la seguridad de los motoristas. Varias organizaciones plantean que la instalación de las actuales barreras de seguridad incrementa de manera importante el riesgo de daños muy graves en el motorista que se ve implicado en un impacto contra ellas. Caras y bordes afilados de postes y vallas provocan graves lesiones cuando no la muerte del accidentado. Ante este problema, las soluciones que se proponen y que se implantan actualmente en las carreteras son variadas, y se basan en dos tendencias: bien recubrir los postes con cubiertas deformables para impedir el impacto directo contra las aristas cortantes, o bien situar por debajo del nivel de la valla elementos longitudinales que impidan que el motorista franquee la barrera o choque contra el poste. Sin embargo, no se ha alcanzado una solución unánimemente aceptada, y la variedad de propuestas existentes hace necesario un estudio que permita valorar y comparar los distintos sistemas. Este hecho, unido a que la nueva normativa EN1317 sobre sistemas de contención de vehículos no contempla en modo alguno los sistemas de seguridad para estos usuarios de las carreteras, y a la escasez de información disponible acerca de la interacción entre barrera y motorista motiva el que CIDAUT se plantee como prioritario el iniciar una línea de investigación que aborde esta grave problemática. Para ello se utilizarán modernas tecnologías de cálculo basadas en la técnica de los elementos finitos. Estas herramientas permitirán profundizar en el comportamiento de los diferentes sistemas de seguridad y de los elementos que los forman, de sus materiales constituyentes, así como de su comportamiento mecánico, lo que llevará a obtener soluciones más adecuadas en cada caso y alcanzar el fin último que es la mejora de la seguridad y la reducción tanto de la gravedad de las lesiones como del número de víctimas. A su vez se realizarán ensayos experimentales con los que intentar conocer el comportamiento de algunas de las soluciones propuestas. Por tanto, con este proyecto se ofrecerán respuestas a un problema sobre el que hoy existe una creciente concienciación, y al que ya se está buscando respuesta en el ámbito europeo.

4 2. OBJETIVOS DE ESTE PROYECTO El presente proyecto ha llevado a cabo un estudio de los sistemas de protección para motoristas, analizando el problema de la interacción entre el motorista y las barreras de seguridad vial mediante el uso de la simulación por ordenador. A partir de este estudio, se ha podido esbozar unas pautas generales que deban inspirar el desarrollo de nuevos sistemas. Para ello se han desarrollado los siguientes objetivos específicos: Estudio de diferentes estructuras significativas ante el impacto de un motorista: estructuras de absorción de energía. Identificación de los diseños más apropiados para la mejora de la seguridad de los motoristas. Estudio de los parámetros más influyentes en los valores de daño obtenidos en el maniquí. Estudio de la sensibilidad de dichos parámetros. Desarrollo de una metodología para afrontar y mejorar la protección de motoristas ante impacto y su aplicación en futuras normativas. 3. METODOLOGÍA. En este proyecto se pretende conseguir un conocimiento de los distintos sistemas de protección de motoristas y de su interacción con el motorista en caso de impacto. Se estructura el desarrollo del proyecto en las siguientes tareas: TAREA 1: Barrera metálica. Se busca conocer el funcionamiento de la barrera metálica que actúa como soporte de los distintos sistemas de protección existentes. Para ello primero se conocerán los sistemas de protección, los distintos tipos que existen y cuáles son los criterios de eficacia que deben cumplir. TAREA 2: Modelización de la barrera mediante elementos finitos. TAREA 3: Recopilación de los distintos sistemas de protección existente en el mercado. Elegir los sistemas más representativos para desarrollar un estudio más exhaustivo. TAREA 4: Modelización de los sistemas de protección de motoristas e incluirlos en la modelización de la barrera metálica. TAREA 5: Definición de un ensayo simulado de impacto de motorista.

5 4. DESCRIPCIÓN DE LAS TAREAS REALIZADAS TAREA 1: Barrera metálica. Por definición, un sistema de contención es todo dispositivo que, instalado en el margen o la mediana de la carretera, tiene por objeto reducir la gravedad de los incidentes originados por vehículos erráticos que abandonan la calzada. Estos sistemas actúan reemplazando la eventual colisión del vehículo contra un obstáculo o contra un tercero, la caída por desnivel o la invasión de una vía adyacente, por un impacto, más controlado, contra el propio sistema. Dentro del conjunto de las infraestructuras viales de seguridad, los Sistemas de Contención de Vehículos abarcan los siguientes equipos: Barreras de Seguridad: Sistemas longitudinales en los bordes de la calzada. Según su posición pueden clasificarse como: - Barreras en márgenes (situados en los bordes laterales de la carretera). - Barreras en mediana (situados en la parte central de la carretera). Pretiles (situados en bordes de tablero de puentes, viaductos u otras obras de paso). Atenuadores de Impactos. Elementos amortiguadores que se disponen como protección frente a choques directos contra obstáculos como postes de señalización, pilares de puente, etc. Terminales y transiciones. Elementos que se sitúan en los extremos de un sistema de contención, bien para hacer de unión entre distintos tramos longitudinales, o bien como remate en el inicio o en el final del sistema. Lechos de frenado. Recintos acondicionados expresamente para que en ellos se puedan realizar frenadas de emergencia. Entre estos distintos tipos, los sistemas que destacan por su mayor implantación en nuestras carreteras son las Barreras de Seguridad, mientras que los demás tienen una aplicación más puntual. La barrera metálica es el elemento de la infraestructura viaria sobre el que el presente documento ha realizado el estudio. Representa, según todos los análisis realizados, uno de los obstáculos más agresivos sobre los que pueden llegar a contactar un motorista en caso de accidente en la carretera. Los elementos de que consta son los siguientes: - Valla (viga). Elemento que toma y mantiene contacto con el vehículo, y cuya misión fundamental es contenerlo y reconducirlo. La valla debe absorber de manera controlada parte de la energía cinética del impacto. Generalmente se emplea como valla un perfil tipo doble onda.

6 Las dos figuras siguientes muestran los planos de dos perfiles de barrera metálica existentes hoy en día. A la izquierda de la imagen aparece la sección del perfil doble onda característico y a la derecha las dimensiones de los taladros que conectan al separador que une la valla al poste. Se comprueba a su vez cómo habitualmente la separación entre postes es de cuatro metros. Figura 1 Figura 2

7 - Poste. Actúa como elemento soporte de la valla y como medio de inserción de la barrera en el terreno. Dependiendo de la deformabilidad del material del suelo en que esté hincado, puede deformarse y moverse o bien abandonar su alojamiento en el terreno, a medida que la capacidad de absorción de energía del conjunto va agotándose. Generalmente los postes han sido siempre perfiles abiertos con aristas expuestas a cualquier objeto que golpee contra ellos. Figura 3. Perfil IPN Figura 4. Poste de barrera.

8 - Separador. Elemento de conexión entre valla y poste. Su función principal es distanciar las ruedas del vehículo del poste, evitando que este último intercepte el primero, así como el mantenimiento de la altura de la valla durante la deformación del poste. Figura 5. Separador El conjunto de los tres elementos forman la barrera metálica tal y como aparece en la figura siguiente.

9 Existen otros tipos de barrera con alma metálica pero recubrimiento externo de madera especialmente diseñada para lugares donde el impacto ambiental es una premisa relevante. Figura 7. Barrera con exterior de madera En lo referente a la evaluación del funcionamiento de barreras, la Normativa EN1317 establece criterios de eficacia que identifican y definen el comportamiento de cualquier sistema de contención. Son los siguientes: - Nivel de contención: Capacidad de retención del sistema en términos de energía cinética del vehículo incidente. El nivel será mayor si el sistema de contención es capaz de impedir que un vehículo de mayor masa o a mayor velocidad atraviese el sistema, absorbiendo su energía. - Severidad del impacto: Mide el riesgo de lesiones de los ocupantes, basándose principalmente en el parámetro ASI (Indice de Severidad de la Aceleración). En ningún caso se hace referencia a los daños que podría sufrir un motorista. - Deformación: Debe ser tal que permita absorber energía, reduciendo la severidad del impacto, pero sin permitir que el vehículo abandone la vía o choque contra un obstáculo. - Capacidad de reconducción. Se trata de que el vehículo, tras el choque con el sistema, regrese a la calzada con una trayectoria cuyo ángulo respecto del eje de la vía sea reducido.

10 TAREA 2 : Modelización de la barrera mediante elementos finitos. A la hora de emprender un estudio mediante método de los elementos finitos, nos podemos plantear dos opciones; una consiste en crear un nuevo software o utilizar uno ya existente en el mercado. Crear un nuevo software implicaría un extenso trabajo tanto de desarrollo como de validación, se necesita validar el software para estar seguros de que los resultados obtenidos son realistas y fiables. En nuestro caso debido a la complejidad del problema se opta por utilizar un software ya existente en el mercado. Las distintas aplicaciones de software que se pueden utilizar para éste proyecto son: MADYMO, es la herramienta de multicuerpos más usada y validada para simular la biomecánica de un impacto. Esta desarrollado y vendido por TNO Automotive. VEDYAC, también es un programa de multicuerpos que posee más aplicaciones que MADYMO. Creado en el departamento de ingeniería aerospacial de la politécnica de Milano. PAM-CRASH y LS-DYNA son dos conocidos programas de elementos finitos que incluyen una amplia base biomecánica. Tienen altos costes computacionales y pueden suministrar más detalles de resultados. Estos programas de simulación utilizados están basados en algoritmos de cálculo explícito, y están especialmente indicados para el tratamiento de problemas no lineales y de complejas condiciones dinámicas y de contacto-impacto. Los programas de simulación aportan numerosas ventajas entre las cuales se pueden destacar: Proporcionan suficiente información que los ensayos experimentales no son capaces de aportar, como por ejemplo: Niveles de tensiones, desplazamientos, deformaciones, cargas. Bajo coste comparado con el gasto que supondría realizar un crash-test por su alto coste en tiempo de preparación del ensayo y por el coste de los componentes a estudiar. Repetibilidad en las simulaciones que no es posible de conseguir en los ensayos experimentales. Permiten optimizar el diseño, gracias al ahorro de gran parte del tiempo y del coste que acarrearía la realización de ensayos repetitivos. Permiten optimizar parámetros, y observar en cada caso los efectos que provocarían sus variaciones en el comportamiento. Para el desarrollo del proyecto se elige como herramienta de trabajo el software PAM-CRASH que ya ha sido utilizado en numerosas ocasiones y que nos proporciona gran fiabilidad en los datos obtenidos al mismo tiempo que nos permite conocer con gran detalle cómo suceden los fenómenos de impacto

11 Además presentan la gran ventaja de que se puede conocer de forma rápida la influencia en el modelo de ciertos parámetros, pertenecientes tanto a la barrera metálica, el rozamiento con el suelo, tipos de impactores utilizados para chocar contra la barrera, distintos espesores en las piezas, etc. Todos los sistemas de protección de motoristas van instalados en la barrera metálica siendo ésta una parte fundamental en nuestro proyecto. Se necesitó conocer las partes de que se compone las características, materiales, misión que tienen que cumplir dentro del sistema. Se necesitó poseer un modelo de elementos finitos fiables para asegurar que el comportamiento de los sistemas de protección es fiable. Para poder estudiar el fenómeno de impacto entre el motorista y la barrera de seguridad ha resultado necesario representar esta barrera mediante elementos finitos para introducir en nuestro software, además se ha necesitado conocer las características de los materiales que se emplean en ella para poder representar este comportamiento en nuestro modelo. En el desarrollo del estudio de la barrera se siguieron estos pasos: A. Caracterización de materiales. B. Modelización de las piezas de la barrera. C. Caracterización de uniones en la barrera. D. Anclaje de la barrera metálica al suelo.

12 A. Caracterización de materiales. Para poder conseguir con éxito nuestro propósito era necesario construir progresivamente el conocimiento de la estructura de la barrera de seguridad y de su funcionamiento, siguiendo un proceso continuo. Este proceso comenzó por un estudio a fondo del material con el que está construida la barrera, que aportó una descripción de sus características mecánicas. En este caso se trataba del acero. Una vez conocido el material, se pasó a describir de manera individual y aislada cada elemento constitutivo del sistema, empleando para ello la descripción del material obtenida anteriormente. Y finalmente, contando con la descripción mecánica de cada componente se trató el sistema en su conjunto. Si se pretende conocer adecuadamente las características de los materiales que constituyen el sistema, hay que tener en cuenta la variación que se produce en la ley de comportamiento de un material en función de la velocidad de deformación. En fenómenos con cargas dinámicas, como son los de impacto, se dan velocidades de deformación altas, y aparecen asociados a ellas fenómenos de endurecimiento del material. En el caso de aceros, estos efectos son muy importantes, y afectan a las tensiones de fluencia y de fractura, cuya variación se expresa mediante leyes que son función de la propia velocidad de deformación (también conocida como strain rate ). Por tanto, era imprescindible conocer el comportamiento del acero en el rango de velocidades de deformación que aparezcan en el desarrollo del impacto del vehículo. Para ello se sometieron a tracción en el banco de ensayos MTS distintas probetas normalizadas de acero (Figura 1), a diferentes velocidades de deformación. Los resultados obtenidos son las curvas fuerza-tiempo, curvas desplazamiento-tiempo que se usaron como datos de entrada en el programa PAM-CRASH de simulación por elementos finitos para ajustar las leyes de comportamiento de los modelos de barrera. Paralelamente a los ensayos experimentales de caracterización de material, se creó un modelo de elementos finitos de una probeta de acero (Figura 8). Éste fue el modelo que se empleó para conseguir ajustar en él, a partir de los datos experimentales, los parámetros de cálculo relativos a materiales, de forma que la ley de comportamiento (tensión deformación) que se incluye en el modelo de elementos finitos se correspondiera con el material real.

13 En la siguiente figura se puede observar la ley de comportamiento del acero a una determinada velocidad obtenida mediante el ensayo experimental. Se pueden distinguir claramente las dos zonas de comportamiento: la zona elástica y la zona plástica. En la zona elástica el material es capaz de recuperar cuando se dejan de aplicar esfuerzos, mientras que en la zona plástica el material posee una deformación permanente, llega un momento que la deformación existente es la máxima que soporta el material y entonces llegaría a la rotura. 350 Ensayo de determinación del Módulo de Elasticidad en tracción. V: 1 mm/min. Tª 23ºC Muestra: Probeta metálica. Deformación por extensómetro dinámico (1 mm). 300 Esfuerzo (MPa) ,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 Deformación Unitaria Figura 10. Ley de comportamiento del acero a una determinada velocidad de deformación.

14 B. Modelización de las piezas de la barrera. Como ya se ha comentado, la barrera de seguridad consta de varias partes cada una con distinta misión dentro de la barrera metálica. La mejor manera de reproducir su comportamiento es primeramente realizar un estudio parcial de cada componente, de ésta manera se consigue simplificar la complejidad del modelo y poder obtener conclusiones con un número de variables más reducido. Después que se conoce el comportamiento de cada parte por separado, se engloba todo en un mismo modelo que reproduce el comportamiento de la barrera. A continuación se detalla el trabajo relativo a cada una: Valla (viga). Su misión es muy importante, pues trabaja en contacto con el vehículo, y de ella dependerá en gran parte que el sistema pueda contenerlo y reconducirlo. Para poder reconducir al vehículo ésta tiene que mantener su altura con respecto al suelo, porque si está altura disminuye el vehículo puede acabar atravesando o pasando por encima de la barrera. Mediante la deformación que sufre durante el impacto la valla se consigue disminuir la energía cinética del vehículo al mismo tiempo que se le redirecciona. Se modeliza la valla mediante técnica de elementos finitos, en este caso se utilizan elementos tipo shell, es muy importante el tamaño de los elementos para que permita a la valla deformarse sin que el tamaño sea tan reducido que aumente en gran medida el tiempo de cálculo. Valla Figura 11. Discretización de la valla dentro de un tramo elemental de barrera. Se realizan unos modelos parciales para conocer el comportamiento de la valla, éstos modelos simplificados tienen que reproducir el comportamiento de la valla para lo cual se introducen en los extremos de la valla las mismas condiciones de contorno a las cuales estaría sometida si considera que la valla tiene continuidad a lo largo del margen de la carretera.

15 el objeto que la golpea con la diferencia de que ésta no recupera después del impacto porque ha rebasado su límite elástico. Figura 12. Deformación sufrida por la valla en el modelo parcial. En las figuras anteriores se puede observar el modelo de valla, el impactor y la forma de deformarse de la valla, de esta manera se conoce la deformación máxima que sufre siempre en condiciones ideales, manteniéndose a la misma altura y estando sometida a una flexión pura. Figura 13. Fuerza de contacto resultante del impacto. En la figura anterior se representa la fuerza de contacto entre la valla y el impactor, como la valla tiene

16 valla se comporta de forma más rígida a medida que va llegando a su limite de deformación y la superficie de contacto va aumentando. La gran capacidad de absorción de energía de la valla se debe también a su perfil tipo doble onda, que ante el choque del vehículo puede llegar a aplanarse, lo cual supone que se realice un trabajo de absorción de energía de magnitud importante. Durante el ensayo se pudo observar el aplastamiento que se produce en el instante del impacto. En definitiva, en la valla es importante el trabajo de flexión que realiza para poder estar en contacto con el vehículo en todo momento y conseguir la reconducción de éste. En la siguiente figura se puede observar la deformación que sufre una valla durante el impacto de un vehículo, se puede observar la posición inicial y la posición final. Figura 14. Deformación de la valla.

17 Poste. Como soporte de la valla, es el elemento encargado de transmitir al suelo todas las cargas de la barrera. El comportamiento del poste es muy distinto en función del terreno en el que esté anclado. Si el terreno es muy rígido el poste no tiene ningún desplazamiento y únicamente se deforma. Si el terreno no es tan rígido el poste se desplaza de su alojamiento mientras que el poste sigue sin deformarse, esto ayuda a la hora de la reconducción. Poste Figura 15. Discretización de los postes dentro de un tramo elemental de barrera. Se realizaron modelos parciales para conocer el comportamiento del poste. En estos modelos se aplican en la base del poste unas condiciones de contorno impidiendo el desplazamiento (terreno rígido). Se utiliza un impactor con la misma masa que un vehículo ligero y con una velocidad inicial que golpea en la parte superior del poste. La altura del poste respecto del suelo es de 0,75m, el poste está hincado en el terreno a una profundidad de 1 m. Debido a la posición del poste cuando el impactor contacta con el poste, el poste posee una rigidez a flexión más alta que a torsión, por lo que el poste sufre una torsión después como el impactor sigue en contacto se produce la flexión. Como se puede observar el poste está sometido a unos esfuerzos combinados de flexión y de torsión. Cuando el poste se encuentra dentro del modelo global de barrera, cuando sufre está deformación su altura respecto al suelo va disminuyendo, y es necesario tener en cuenta que éste arrastra en su movimiento a la valla, y si ésta disminuye por debajo de un cierto nivel, el vehículo puede pasar por encima de la barrera

18 Figura 16. Deformación sufrida por el poste en el modelo parcial. En la siguiente curva se representa el contacto entre el poste y el impactor, el primer pico se debe al primer contacto entre ambos, después la fuerza de contacto va disminuyendo porque el poste va disminuyendo su altura pero el impactor mantiene su altura y trayectoria por lo que llega un momento en que dejan de estar en contacto. Figura 17. Fuerza de contacto resultante del impacto.

19 En las siguientes figuras se puede apreciar el comportamiento de un poste hincado en un terreno deformable durante el impacto de un vehículo contra la barrera. En un primer momento el poste debido al terreno sufre una rotación respecto de su parte inferior que produce un desplazamiento del poste. Después el poste se deforma por el impacto disminuyendo su altura respecto al suelo. Figura 18. Comportamiento del poste en suelo deformable.

20 Separador. En este elemento de conexión entre valla y poste, dado que su función esencial es distanciar las ruedas del vehículo del poste, no se busca en él una deformabilidad, sino más bien al contrario. La rigidez del separador favorece el comportamiento de la barrera, porque cuando el poste vaya deformándose y disminuyendo su altura respecto del suelo, el separador al ser rígido y no deformarse mantiene la valla a mayor altura si mantiene su forma original. Separador Figura 19. Discretización de los separadores dentro de un tramo elemental de barrera. Con la modelización del separador se pudo observar que se trata de una pieza muy rígida, y que apenas se deforma mediante el impacto, pudiendo así corroborar los conocimientos de los que partíamos gracias a la distinta información recopilada anteriormente.

21 C. Caracterización de uniones en la barrera. Una vez conocido el comportamiento de cada pieza por separado, se procedió a conocer el comportamiento de cada componente dentro de la estructura de la barrera, para lo cual resultó imprescindible realizar un estudio de los distintos tipos de uniones con los que contaba la barrera. Se estudió el comportamiento de los distintos tipos de uniones existentes (tanto estática como dinámicamente) dependiendo de las distintas solicitaciones que aparecían en servicio Se pueden distinguir tres tipos de uniones bien diferenciadas: - Unión valla-valla. - Unión poste separador. - Unión valla separador. Dado que todos los tipos de uniones son atornilladas, se llevó a cabo un estudio del comportamiento de los tornillos. Cuando se produce el impacto de un vehículo contra la barrera, las acciones principales que a las que se producen en el impacto son una fuerza horizontal y un momento resultante que tiende a derribar el poste. Estas acciones provocan que los tornillos de las distintas uniones estén cargados a tracción y a cortante. Figura 20. Ensayo de tracción sobre un tornillo. Contornos de tensiones. Para introducir el efecto de los tornillos en el modelo, se realizó una modelización por separado de los

22 Figura 21. Ensayo de cortante sobre un tornillo. Contornos de tensiones. A partir de estos procesos se obtuvieron curvas características de los tornillos en las que se representan su resistencia a tracción y a cortante (Figura 13). Figura 22. Curvas de fuerza resistente de cada tornillo. Con toda la información obtenida anteriormente, se introduce en las distintas uniones para construir un modelo de barrera en el cual se contemplaba la rotura de los tornillos a partir de un nivel de fuerza correspondiente a la resistencia del tornillo.

23 La unión valla-valla, cada valla tiene una longitud de 4m, para unir una valla con otra se solapan el final de las vallas y se unen mediante 8 fijaciones. Cada fijación consta de un tornillo M16x30 de cabeza redonda, una arandela y una tuerca. Los agujeros de las vallas son alargados, lo cual hace que el enlace tenga una pequeña holgura. Esto permite un movimiento relativo de las piezas en dirección longitudinal. Esta pequeña holgura se calcula mediante la siguiente fórmula: Holgura horizontal = longitud del agujero + altura agujero 2*diámetro del tornillo. En esta unión además de incluir la fuerza de resistencia del tornillo e incluir la rotura, se incluye una holgura entre el tornillo y el agujero de 18.5 mm. En la siguiente figura se puede observar la posición de las ocho fijaciones, la forma y tamaño de cada agujero. Figura 23. Detalle de las fijaciones entre valla y valla. En la siguiente figura se puede observar la posición de las fijaciones en el modelo de elementos finitos. Figura 24. Detalle de la unión entre vallas.

24 La unión poste-separador presenta la particularidad de que en las proximidades del tornillo de unión, el material del poste puede llegar a romper por indentación cuando se alcanza un determinado nivel de tensiones. El tornillo atraviesa su alojamiento cuando el poste es altamente deformado mediante un impacto cuando esto ocurre, el agujero se ensancha y el tornillo queda suelto. Se realizó una modelización de esta unión, porque resultaba necesario conocer el valor máximo de la fuerza para el cual se produce la rotura. En este fenómeno influyen tanto fuerza normal como fuerza de cortadura. El criterio de fallo que se usa en simulación está basado en las fuerzas de cortante y normales aplicadas en la unión y se expresa de la siguiente manera: Fn Fnmáx Ft + Ft máx < 1 Figura 25. Detalle de la unión entre poste-separador. La rotura de esta unión permite que las vallas y el separador mantengan su altura con respecto al suelo y no ser arrastradas con la deformación que sufre el poste.

25 La unión valla-separador presenta, de manera análoga a la unión poste-separador, una holgura longitudinal debida a la forma de los agujeros de las piezas. Se calculó el valor de la holgura permitida para incluirla en el modelo, teniendo en cuenta las dimensiones de las piezas de la valla, el separador y la tornilleria. En las siguientes figuras se puede apreciar la holgura longitudinal en la unión de la valla al separador, el tornillo de fijación va cambiando su posición en función del estado de cargas al que este sometido el sistema. Figura 26. Holgura en la unión valla-separador. En conclusión, el estudio de las uniones ha mostrado que, pese a tratarse de elementos puntuales, a la hora de analizar el comportamiento estructural de un sistema de contención su papel no es en absoluto despreciable frente al de las piezas constitutivas o el propio material. Influyen en la elongación del sistema, -es decir, en su deformación y por tanto también en las tensiones- e introducen causas de fallo o de rotura del sistema.

26 D. Anclaje de la barrera metálica al suelo. No hay que olvidar una parte fundamental en un sistema de este tipo, el suelo. Resultó necesario analizar la forma de unión de los componentes metálicos con el suelo, así como también los posibles tipos de suelo a emplear, diferenciándose los distintos tipos de suelo por su compactación y rigidez. Los suelos deformables se modelizaron estableciendo una unión entre terreno y poste que permitía el movimiento de éste. Se empleó un modelo basado en muelles no lineales, que eran capaces de recoger las características del terreno aunque la variabilidad de las características de los suelos es muy grande. También se trataron los suelos rígidos, como el hormigón. Dentro de los distintos tipos de terreno el elegido para hacer un estudio más profundo del anclaje de la barrera fue el hormigón. La utilización de este suelo permite conocer el comportamiento de la barrera en el caso más restrictivo porque cualquier desplazamiento del poste permite una mejor reconducción del vehículo que impacta contra ella. El suelo rígido de hormigón ofrece una fijación total de la parte más profunda del hincado del poste, en la que estaba impedido cualquier tipo de desplazamiento. Sin embargo un factor importante y que se ha tenido en cuenta es la profundidad de poste hincado a partir de la cual el arriostramiento no es total, a pesar de estar bajo el nivel del terreno. Por encima de esta cota sí puede producirse flexión en el poste. En función del grado de deformabilidad del terreno el poste puede sufrir un desplazamiento o más bien una rotación desde un punto de origen muy distintas como puede verse en las siguientes figuras. Figura 27. Comportamiento del poste en función del grado de deformabilidad del terreno.

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