Ensayos de impacto blando en vidrios de edificación: rigidez del neumático del péndulo y de la cabeza del impactador fabricada en EVA

摘要

Este trabajo pretende ayudar en una investigación llevada a cabo dentro del laboratorio de estructuras de la ETSII, que se inició en el año 2003. El estudio trata sobre el impacto de cuerpos blandos contra vidrios de seguridad en edificación, ya que son vidrios situados en zonas críticas donde se pueden producir accidentes debidos a la rotura del vidrio tras la colisión de una persona contra el mismo. Estos vidrios tradicionalmente se ensayan de acuerdo con la norma UNE-EN 12600:2003; se realiza el impacto con una máquina que consiste en un péndulo en cuyo extremo se sitúa una cabeza impactadora, la cual está formada por dos neumáticos. Puesto que esta máquina es fija, el ensayo se realiza en unas condiciones distintas a las que tendrá el vidrio en el lugar donde se instale. Es por ello, que surge la idea de crear una máquina que permita realizar ensayos de mayor flexibilidad sin afectar al comportamiento del impacto.udDe acuerdo con esto, durante el estudio, se crea una máquina impactadora alternativa que consiste en una cabeza impactadora a la que se le aplica velocidad mediante la energía almacenada en un resorte. La cabeza está compuesta por una masa y un elemento que aporta la rigidez. Este trabajo se centra en la rigidez de la cabeza impactadora, con el objetivo de lograr unas características de la cabeza que permitan alcanzar el comportamiento del impacto deseado.udEn cuanto al análisis estático, en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial de Embajadores se han llevado a cabo una serie de ensayos estáticos sobre el neumático mediante una máquina universal de ensayos que aplica fuerzas de compresión a la cabeza. Con esta máquina, se obtienen las historias temporales de la fuerza y el desplazamiento durante el ensayo.udEstos datos se exportan a una hoja de cálculo para ser examinados. Lo primero que se obtiene con este análisis de los datos son una serie de parámetros directos de ensayo como puede ser la rigidez o el amortiguamiento. Tras obtener estos datos directos, se va a llevar a cabo un ajuste con el objetivo de obtener un modelo numérico experimental que reproduzca el comportamiento estático de la cabeza para este ensayo de la forma más real posible.udLas conclusiones obtenidas son las siguientes:ud Tras comparar el comportamiento del modelo de elementos finitos con la historia temporal de la aceleración de la norma DIN 18008-4:2013-07, se comprueba que los valores máximos se alcanzan cuando no hay amortiguamiento. Es por ello, que el comportamiento del impacto según dicha norma parece teórico, calculado de forma numérica.ud La energía calculada a partir de las historias temporales de las aceleraciones de la norma DIN 18008-4:2013-07, para los vidrios T08 4L y T08 2L, es mayor que la energía de impacto registrada en la norma para los casos de 100 Nm y 220 Nm.ud A nivel estático, es posible calcular el número de capas teóroco de EVA necesarias para una rigidez buscada, mediante el cociente entre la rigidez del EVA1 y la rigidez que se desea obtener.ud Tras el ajuste de las características del vidrio, el MEF ha logrado reproducir el comportamiento del impacto de acuerdo con la norma DIN 18008-4:2013-07 para los vidrios T08 2L y T08 4L.ud En las curvas Fuerza-Desplazamiento obtenidas a partir del registro de datos de los ensayos estáticos realizados sobre la cabeza alternativa de EVA, la subida del primer ciclo es diferente de la subida del segundo ciclo, evitando que se cierre el primer ciclo. Por lo tanto, la rigidez directa de ensayos obtenida a partir de la pendiente de la primera subida difiere de la rigidez directa de ensayos obtenida a partir del resto de pendientes.ud Se comprueba que la cabeza alternativa de silicona tiene una gran deformación en direccion radial debido al efecto de Poisson. Es por ello, que no se profundiza en el estudio de esta cabeza como cabeza alternativa.ud La cabeza alternativa que mejor se ajusta al comportamiento buscado es la cabeza A5R1, formada por cinco capas de EVA y una capa de espuma de polietileno roja, obteniéndose una rigidez de 145 kN/m del análisis estático. Esta cabeza es cilíndrica, con una altura de 80 mm, un radio exterior de 70 mm y un radio interior de 30 mm.ud Con el estudio del MEF a nivel dinámico y los correspondientes ajustes realizados, se comprueba que, en general, el comportamiento del MEF se aproxima mejor al comportamiento observado en los ensayos cuando la masa aparente del vidrio se mantiene constante, variando la frecuencia y la rigidez. En cuanto a la cabeza alternativa, se observa que comportamiento del impacto se ajusta mejor al de losudConclusionesud102 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)udensayos al mantener constante la frecuencia. Los ajustes realizados de la cabeza alternativa tienen menor coherencia que los realizados sobre la cabeza nominal.