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Trabajo Fin de Máster en Sistemas Mecánicos ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR Autor: Roberto Elvira Viana Director: Luis Castejón Herrer Convocatoria: Septiembre 2013 Universidad de Zaragoza / Escuela de Ingeniería y Arquitectura ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 2 Estudio y Comparación del Comportamiento de un Semáforo fabricado en Materiales Compuestos frente a su Homólogo de Acero ante el Impacto Vehicular (Resumen) En el presente Trabajo de Fin de Máster se ha pretendido desarrollar un análisis numérico comparativo entre semáforos construidos en acero, frente a otros fabricados en PRFV. Pero antes se ha extraído información relevante a los nuevos elementos de seguridad vial fabricados en materiales compuestos de informes estadísticos del RACE, el Transport Research Laboratory, y VINNOVA. Todos ellos concluyen en que estos elementos son favorables a los convencionales de acero, comparando estadísticas de siniestralidad tanto en sus países como en el resto que los han implementado ya. Y alegando también que tienen otras ventajas como su reducido peso, su buen comportamiento como aislante eléctrico y ante la corrosión, e incluso con ventajas económicas por la reducción en los daños al vehículo y a sus integrantes. Tras ello, el caso de análisis consistió en la simulación, mediante programas basados en el Método de los Elementos Finitos (PATRAN y ABAQUS), en un choque de un automóvil compacto contra los semáforos fabricados en PRFV y acero a diferentes velocidades (30, 45 y 60 km/h). Por último se analizaron y se compararon deformadas a lo largo del tiempo, energías, deformaciones plásticas y posibles roturas en las columnas del semáforo y en el automóvil, para las diferentes velocidades de impacto estudiadas, sacando las siguientes conclusiones: • En todos los casos a estudio el semáforo en PRFV sufre rotura, mientras que el de acero se deforma plásticamente de manera irreparable. • En un impacto con un poste de acero se pueden llegar a sufrir desaceleraciones con un valor de 1g más elevadas que con los mismos fabricados en PRFV. • De producirse intrusión del poste más allá del paragolpes sucedería en el caso de accidente contra una columna de acero. • Las deformaciones y las energías absorbidas son mayores en el vehículo para el impacto contra un poste convencional, por lo que la posibilidad de que tanto el habitáculo como de los ocupantes en su interior sufran mayores lesiones es más elevada. • Los elementos construidos en PRFV representan una mayor mejoría ante la seguridad cuanto mayor es la velocidad. No teniendo, según algún que otro dato analizado, para velocidades bajas (30km/h) ninguna ventaja frente a los de acero De forma inequívoca, ya que todas las magnitudes analizadas así lo demostraban, se puede concluir que los semáforos fabricados en material compuesto tienen un mejor comportamiento ante la seguridad que sus homólogos de acero ante el impacto vehicular ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 3 Agradecimientos Primero, a Luis Castejón Herrer por haberme brindado la oportunidad de realizar este TFM y solventarme todas aquellas dudas que me han surgido durante el mismo, transmitiéndome así sus conocimientos, que me seguirán ayudando en el futuro. También, al resto de mis profesores, tanto de la carrera como del máster, por haberme aportado algo positivo en mi formación que me hará posible convertirme en el buen ingeniero que quiero llegar a ser. Y por supuesto, a mis padres, a mis amigos y a María, porque su constante apoyo, consejos y experiencia siempre me han ayudado. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 4 INDICE 1.- Introducción ............................................................................................................... 7 1.1.- Objetivo y alcance del proyecto ........................................................................... 7 1.2.- Antecedentes de elementos viales de PRFV ......................................................... 8 2.- Estudios Estadísticos Anteriores ............................................................................ 10 2.1.- Informe del RACE (España) ............................................................................... 10 2.2.- Informe del TRL (Reino Unido) ......................................................................... 12 2.2.1.- Cuestiones prácticas ................................................................................... 12 2.2.2.- Colisiones con columnas de iluminación y señales .................................... 12 2.2.3.- Costes y beneficios de la utilización de columnas de iluminación y señales pasivamente seguras ............................................................................................... 13 2.2.4.- Evaluación del riesgo del uso de columnas de iluminación y señales pasivamente seguras ............................................................................................... 13 2.2.5.- Recomendaciones y conclusiones finales .................................................... 15 2.3.- Una preocupación mundial ................................................................................ 15 2.3.1.- Experiencia de Suecia ................................................................................. 15 2.3.2.- Experiencia en Finlandia ............................................................................ 16 2.3.3.- Experiencia en Noruega .............................................................................. 16 2.3.4.- Experiencia en otros países de la Unión Europea ...................................... 17 2.3.5.- Experiencia en los Estados Unidos ............................................................. 18 2.4.- Informe de VINNOVA (Suecia) .......................................................................... 19 2.4.1.- Coste de los accidentes en Suecia ............................................................... 19 2.4.2.- Costes y beneficios internacionales de los accidentes ................................ 19 2.4.3.- Costes y beneficios en España .................................................................... 21 3.- Elementos a Simular ............................................................................................... 22 3.1.- Vehículo .............................................................................................................. 22 3.2.- Semáforo ............................................................................................................ 23 3.2.1.- Poste de acero ............................................................................................. 23 3.2.2.- Poste de PRFV ............................................................................................ 24 3.3.- Conjunto ............................................................................................................. 25 4.- Análisis de Resultados ............................................................................................. 26 4.1.- Acero .................................................................................................................. 26 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 5 4.1.1.- Semáforo ..................................................................................................... 26 4.1.2.- Vehículo ....................................................................................................... 31 4.1.3.- Gráficas ....................................................................................................... 36 4.1.4.- Conclusiones ............................................................................................... 54 4.2.- PRFV .................................................................................................................. 58 4.2.1.- Semáforo ..................................................................................................... 58 4.2.2.- Vehículo ....................................................................................................... 61 4.2.3.- Gráficas ....................................................................................................... 66 4.2.4.- Conclusiones ............................................................................................... 84 4.3.- Comparativa de resultados ................................................................................ 87 4.3.1.- Semáforo ..................................................................................................... 87 4.3.2.- Vehículo ....................................................................................................... 88 4.3.3.- Gráficas ....................................................................................................... 88 4.4.- Mejoras y trabajos futuros ................................................................................. 90 5.- Bibliografía .............................................................................................................. 92 5.1.- Consultas web .................................................................................................... 92 Anexo A: Informe del RACE ....................................................................................... 94 A.1.- España ............................................................................................................... 94 A.2.- Una preocupación mundial ............................................................................... 95 A.3.- Conclusiones basadas en la experiencia ........................................................... 96 Anexo B: Informe del TRL .......................................................................................... 99 B.1.- Review de seguridad pasiva ............................................................................... 99 B.1.1.- Impactos con objetos en carretera.............................................................. 99 B.1.2.- Experiencia del Reino Unido ...................................................................... 99 B.1.3.- Experiencia de Suecia ............................................................................... 100 B.1.4.- Experiencia en Finlandia ......................................................................... 102 B.1.5.- Experiencia en Noruega ........................................................................... 103 B.1.6.- Experiencia en la Unión Europea ............................................................ 103 B.1.7.- Experiencia en los Estados Unidos .......................................................... 104 B.2.- Cuestiones prácticas ........................................................................................ 104 B.3.- Colisiones con columnas de iluminación y señales ......................................... 105 B.4.- Costes y beneficios de la utilización de columnas de iluminación y señales pasivamente seguras ................................................................................................. 106 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 6 B.5.- Evaluación del riesgo del uso de columnas de iluminación y señales pasivamente seguras ................................................................................................. 108 B.6.- Recomendaciones y conclusiones finales ........................................................ 111 Anexo C: Anuario estadístico de accidentes de la DGT .......................................... 113 C.1.- 2009 ................................................................................................................. 114 C.2.- 2010 ................................................................................................................. 116 C.3.- 2011 ................................................................................................................. 118 Anexo D: STATS19 .................................................................................................... 120 D.1.- Accidentes debidos a impactos contra columnas de iluminación ................... 120 D.2.- Accidentes debidos a impactos contra paneles informativos o señales de tráfico .................................................................................................................................. 121 Anexo E: La corrosión en la norma UNE EN 40 ..................................................... 122 E.1.- UNE EN 40-5 ................................................................................................... 122 E.1.1.- Galvanización en caliente ......................................................................... 122 E.1.2.- Metalización térmica y pintura ................................................................. 122 E.1.3.- Fosfatación y pintura ................................................................................ 123 E.1.4.- Pinturas ..................................................................................................... 123 E.2.- UNE EN 40-7 ................................................................................................... 123 Anexo F: Metodología ................................................................................................ 125 F.1.- El Método de los Elementos Finitos (MEF) .................................................... 125 F.2.- Pre-proceso ...................................................................................................... 127 F.2.1.- Solidworks ................................................................................................. 127 F.2.2.- PATRAN .................................................................................................... 128 F.3.- Cálculo (ABAQUS) .......................................................................................... 131 F.4.- Post-proceso (ABAQUS) ................................................................................. 133 Anexo G: Materiales compuestos .............................................................................. 134 G.1.- Pultrusión ........................................................................................................ 134 G.2.- Fibras .............................................................................................................. 135 G.3.- Resinas ............................................................................................................ 136 G.4.- Un ejemplo real de postes de PRFV ................................................................ 136 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 7 1.- Introducción En diferentes puntos del territorio español se está produciendo la sustitución de semáforos fabricados tradicionalmente en acero, por otros construidos en materiales compuestos. Existen dos motivos principales para esta sustitución. El primero es debido a que en zonas costeras los semáforos fabricados en acero están sometidos a una fuerte corrosión, por lo que tienen que ser pintados con regularidad, como operación preventiva de mantenimiento. En este sentido, un semáforo fabricado en material compuesto de resina de poliéster y fibra se considera inerte frente a la corrosión. El segundo motivo es debido al mejor comportamiento de los semáforos de material compuesto en caso de choque de un vehículo contra los mismos, frente a los semáforos tradicionales en acero. Cuando un automóvil choca contra un semáforo en acero puede deformarlo plásticamente, pero no suele arrancarlo, y por tanto la parte superior del mismo, donde se encuentra la caja del semáforo con una masa de 50 kg, puede llegar a impactar contra el vehículo como un martillo. Sin embargo, cuando el impacto se produce contra un semáforo de material compuesto, al tratarse de un material frágil, el semáforo queda arrancado. Esto provoca que los semáforos (y también farolas) fabricadas en material compuesto se considere que proporcionan mejores resultados frente a seguridad vial. 1.1.- Objetivo y alcance del proyecto En el presente Trabajo de Fin de Máster se pretende desarrollar un análisis numérico comparativo entre semáforos construidos en acero, frente a otros construidos en material compuesto. Y no, de la severidad del choque estrictamente dicha para los integrantes del vehículo cumpliendo normas internacionales como puede ser la UNE EN 12767 (Seguridad pasiva de las estructuras soporte del equipamiento en carretera. Requisitos y métodos de ensayo) [7], es decir no se llegará a realizar mediciones de ASI (Aceleration Severity Index) y THVI (Theorical Head Impact Velocity). Simplemente, y para comparar los semáforos construidos en diferentes materiales, y como estos contribuyen a la seguridad pasiva, se analizara, eso sí, diferentes resultados indicativos que se pueden obtener del vehículo, para corroborar lo que dicen algunos informes estadísticos, que serán mostrados más adelante. Por otro lado, a pesar de ser una de las ventajas que tienen los semáforos construidos en materiales compuestos frente a los convencionales de acero, dado que es un estudio meramente ingenieril, y no químico, en el que no nos interesa como se producen las reacciones químicas que llevan al estado de corrosión, este fenómeno no se estudiará. Además de que es un hecho fácilmente demostrable con cualquier literatura especializada de que los materiales compuestos de resina de poliéster y fibra se consideran prácticamente inertes frente a la corrosión, y no así los aceros. Tal es la ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 8 evidencia que en la norma UNE EN 40 [6] referente a los requisitos de las columnas y báculos de alumbrado se específica este hecho, como puede verse en el Anexo E. Así, el caso de análisis consistirá en un choque de un automóvil compacto contra los mismos a diferentes velocidades (30, 45 y 60 km/h). Para ello se utilizará el Método de los Elementos Finitos basado en técnicas de integración explícita. Se empleará un modelo muy detallado de automóvil y una modelización adecuada de los materiales compuestos laminados empleados, en los que se implementará un criterio de fallo. Para el caso de la modelización de la columna de semáforo fabricada en acero, se empleará un modelo elasto-plástico con determinación del fallo final de material. Se compararán deformadas a lo largo del tiempo, energías, deformación plástica y posibles roturas en las columnas del semáforo y en el automóvil, para las diferentes velocidades de impacto estudiadas. 1.2.- Antecedentes de elementos viales de PRFV Las farolas de fibra de vidrio y polímero reforzado ya son una realidad en muchas carreteras europeas, ello gracias a la entrada en vigor de la normativa de seguridad de la Unión Europea EN 12767 [7], referente a la “seguridad pasiva de las estructuras soporte del equipamiento de la carretera”, que recomienda expresamente su instalación. Actualmente su uso no es obligatorio, pero ya hay diversos países que han comenzado a instalarlas en sus carreteras. En un principio, las farolas colapsables fueron dadas a conocer en los Estados Unidos a finales de la década de los setenta. Posteriormente entraron en Europa a través de Suecia, quien las comenzó a instalar a principios de los ochenta. Las farolas de fibra de vidrio comenzaron a fabricarse de Suecia y llevan ya bastantes años implantadas en las carreteras escandinavas. Previamente, se sometieron a numerosos estudios realizados en la Universidad de Helsinki (Finlandia) para determinar las consecuencias de los impactos de vehículos a distintas velocidades. Estos estudios han demostrado que tanto si el vehículo circula a baja velocidad (35 km/h) como si lo hace a mayor velocidad (100 km/h) el daño que recibe el vehículo por el impacto es muy leve, ya que el habitáculo apenas se deforma. Pero lo que es más importante, la farola de fibra de vidrio no frena el vehículo en seco, absorbe el impacto del vehículo y se deshace. Pruebas de choque reales conforme a la normativa han permitido verificar unos excelentes resultados, ya que el óptimo comportamiento a todo régimen de velocidad es una de las ventajas fundamentales: • En una colisión a baja velocidad, aproximadamente 35 km/h, la farola consigue detener al vehículo absorbiendo gran parte del impacto y consiguiendo causarle unos daños muy reducidos, para posteriormente partirse por el punto de impacto y caer al suelo lentamente. • En una colisión a alta velocidad, 70 o 100 km/h, la farola no frena el coche en seco, sino que absorbe gran parte del impacto y consigue una disminución de ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 9 velocidad de un 30% que es absorbida por la farola. La farola se parte por el punto de impacto y se levanta en el aire permitiendo que el vehículo continúe su trayectoria conservando la dirección. De esta forma, los daños que sufre el coche son muy leves y el habitáculo de protección no llega a deformarse. La luminaria, tras el impacto, cae a una distancia máxima de 2 metros de su localización. Diversas empresas e instituciones europeas se unieron en el proyecto de investigación ECOSAFE cuyo fin es la aplicación de materiales de fibra y polímeros en el desarrollo de sistemas de seguridad en carretera. Uno de los primeros resultados fue el desarrollo de una farola con un alto nivel de seguridad pasiva. Este elemento, además de cumplir con los requisitos que se exigen a cualquier farola de acero, aporta un excelente comportamiento en seguridad pasiva gracias al empleo de fibra de vidrio. En este caso, la investigación se ha centrado en el desarrollo del poste de la farola, ya que el brazo transversal apenas tiene influencia en el comportamiento ante una colisión. Uno de los aspectos más importantes en el diseño de la farola fue la elección de materiales y tipo de laminación. Bajo las premisas de coste y comportamiento, la fibra de vidrio y la resina de poliéster fueron los materiales seleccionados. La base de la columna es resina de poliéster pigmentada con protector ultra violeta. Una vez constituido el núcleo, éste se refuerza con una capa de fibra de vidrio colocada en dirección longitudinal. Los primeros prototipos de esta farola fueron construidos en Holanda. En este caso el rango de medición oscila entre 44 km/h (el nivel más bajo de seguridad pasiva) y 101 km/h (el nivel más alto). En este caso se han realizado las pruebas de impacto según la norma EN 12767 [7], obteniendo los siguientes resultados para columnas de 13.5 metros: • En la prueba de choque realizada a 34 km/h en circunstancias reales, tras lanzar el vehículo contra la farola de fibra de vidrio, el valor ASI medido bajó hasta 0,6, un resultado que alcanza el requerimiento del más alto nivel de seguridad, mientras que el valor THIV se redujo hasta 26 km/h. La velocidad de salida del vehículo fue de 0 km/h. • En la prueba de choque realizada a 73 km/h en circunstancias reales, el valor ASI medido fue de 0,8, una cota muy cercana al nivel más alto de seguridad, mientras que el valor THIV fue de 25 km/h. La velocidad de salida del vehículo fue de 26 km/h. • En la prueba de choque realizada a mayor velocidad, 101 km/h, el valor ASI medido fue de 0,7, una cota también cercana al nivel más alto de seguridad, mientras que el valor THIV fue de 27 km/h. La velocidad de salida del vehículo en este caso fue de 80 km/h. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 16 Un nuevo informe de VTI informó sobre colisiones con columnas de iluminación y otros objetos duros en carretera (Nilsson y Wenäll, 1997). Los autores recomendaron que los postes de acero rígidos debian ser cambiados gradualmente durante la instalación del nuevo alumbrado público por los postes deformables que absorben energía. Las directrices suecas de vialidad dejan los siguientes puntos clave con respecto a las habilitaciones de clase de velocidad de los postes pasivamente seguros: • Postes que cumplan las demandas de clase de velocidad 100 se puede utilizar en todo tipo de carreteras; • Postes que cumplan las demandas de de clase de velocidad 70 pueden utilizarse en carreteras con límites de velocidad de 70 kilómetros por hora o menos; • Postes que cumplan las demandas de clase de velocidad 50 no deben ser utilizados, lo que representa el hecho de que a menudo se producen colisiones graves en entornos con un límite de velocidad de 50 kilómetros por hora con vehículos que viajan a velocidades más altas. 2.3.2.- Experiencia en Finlandia En Finlandia, entre 1991 y 1995, las colisiones contra objetos rígidos contabilizaron el 24% de todos los accidentes mortales. Las colisiones más frecuentes fueron contra árboles, seguidas de postes. Las columnas de iluminación pasivamente seguras tienen un uso muy extendido en Finlandia (Lehtonen, 2008A). La Administración Nacional de Carreteras de Finlandia comparó los costes derivados de estas colisiones, los costos de construcción asociados con columnas rígidas y frágiles. Llegaron a la conclusión que la sustitución de antiguas columnas rígidas por columnas frágiles a menudo era rentable. La inversión podría ser cubierta por el ahorro de costes de colisión en cuatro años, si el tráfico era pesado. Un documento de apoyo de Finnra Engineering proporciona detalles de las clases de estructuras que recomienda para su uso la Administración de Carreteras de Finlandia (2005). De acuerdo con este documento; • Los productos de las clases HE: 100:3, LE: 100:3 y NE :100:2-3 pueden ser usados en todas las carreteras; • Los productos de las clases HE: 70:3, LE: 70:3 y NE :70:2-3 pueden ser utilizados en las carreteras con un límite de velocidad de 80 kilómetros por hora o menos; • Cuando una señal se encuentra entre una carretera y un peatón y/o carril bici, entonces se debe considerar una estructura de las clases LE. 2.3.3.- Experiencia en Noruega Savin (2002) proporciona puntos clave en una carta enviada al Ministerio de Transporte de Noruega a sus oficinas locales que ofrecen asesoramiento sobre la utilización de soportes que absorben la energía: ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 17 • El uso de soportes de absorción de energía debería ser obligatorio para alumbrado, señales y otros equipos, donde el límite de velocidad es superior a 60 kilómetros por hora o si los mástiles no están protegidos de ser golpeados por una barrera o por otros medios; • Mástiles de absorción de energía deben utilizarse también en las principales carreteras y calles con un límite de velocidad de 50 kilómetros por hora si están situados a menos de 2 m de la carretera; • El poste no tiene por qué ser de absorción de energía si se halla al lado de una pared de una casa o otro objeto fijo grande; • Postes SE de alumbrado y señalización LE, señales y otros mástiles (menos de 6 m de altura) debe utilizarse: a) donde es particularmente importante para reducir la velocidad y parar los vehículos sin control, ya que existe el riesgo de que puedan volver a chocar con obstáculos peligrosos, tales como puentes, paredes de roca y otras proyecciones. b) en las zonas urbanizadas y otros lugares donde hay muchos peatones y/o ciclistas que podrían ser lesionados por un vehículo sin control. c) sobre las medianas centrales de las vías, de tal manera que el mástil no caiga en el camino de un vehículo que se aproxima. d) en las zonas entre una carretera y un carril bici o una senda peatonal, donde el límite de velocidad es superior a 60 kilómetros por hora. En general, estos tipos de mástiles normalmente son usados cuando el límite de velocidad es 60 km/h, se requiere la absorción de energía a 50 kilómetros por hora y las medianas en autopistas; • Estos requisitos deben cumplirse en todas las carreteras nacionales. También se aplicará para carreteras del condado donde las autoridades locales no tienen sus propios requisitos. También se recomienda para las vías en ciudad. 2.3.4.- Experiencia en otros países de la Unión Europea Según el Consejo Europeo de Seguridad en el Transporte, los accidentes de vehículos que tras salirse de la calzada colisionaban contra árboles, postes o señales era el mayor problema de seguridad vial internacional. Este tipo de colisiones representaban entre el 18 y el 42 por ciento de los fallecidos en la mayoría de los países de la Unión Europea. Con datos de 1995, en Francia las colisiones contra elementos externos a la carretera supusieron el 31% de los accidentes mortales. En Alemania, el 18% de los accidentes con lesiones personales ocurridos en 1995 se produjeron por colisiones contra farolas o postes. En Holanda las colisiones contra postes o farolas suponen un 22% del total de accidentes mortales producidos en sus carreteras. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 18 2.3.5.- Experiencia en los Estados Unidos Si nos fijamos en Estados Unidos, aquí los accidentes por colisión contra un objeto fijo suponen entre el 25 y el 30% de todos los accidentes. El choque contra un poste es el responsable del 11% del total de muertes en carretera. Muchas investigaciones se han realizado en los EE.UU. con respecto a los postes de electricidad, incluyendo las columnas de iluminación, que cubren las carreteras urbanas y rurales, la mayoría de estos últimos (por ejemplo Zegeer y Parker, 1984, Marquis, 2001). Las columnas de ruptura han estado en uso durante muchos años en las carreteras de alta velocidad. La mayoría de los departamentos estatales de transporte utilizan habitualmente estructuras de ruptura en sus principales carreteras y también en muchas carreteras secundarias, incluso cuando no son requeridas por la política federal o nacional. Documentos de diseño de la Carretera/Calle Mayores permite a los diseñadores el prohibir el uso de columnas de ruptura cuando hay presencia de peatones, tal vez con la idea de que el vehículo errante no debe de hacer más daño. Artimovich establece que las estructuras de ruptura rara vez se utilizan para las señales de tráfico en los EE.UU. Sicking (2008) añade que las únicas excepciones a la utilización de las estructuras de ruptura, que él es consciente, es para las carreteras de baja velocidad con límites de velocidad de alrededor de 40 km/h. Ya que los vehículos actuales se considera que proporcionan suficiente seguridad para sus ocupantes, incluso en choques contra un poste rígido. Por lo tanto, algunos estados toman la posición de que detener el coche que viaja en un pavimento es menos peligroso que dejar al vehículo continuar hacia una casa o un edificio comercial. Según una investigación llevada a cabo en los Estados Unidos, las farolas de polímeros y fibra pueden llegar a reducir el número de lesiones alrededor de un 30%. 2.3.6.- Experiencia en Australia Viajemos aún más lejos, hasta Australia, donde la Universidad de Monash ha elaborado un estudio, a través de su Centro de Investigación de Accidentes, donde se concluye que el número de muertes y lesiones graves suele ser mayor como consecuencia de choques con objetos fijos tras una salida de carretera, que en cualquier otro tipo de accidente. Más de un 25% de las muertes en la carreteras de la región de Victoria se producen contra obstáculos externos a la vía. Un estudio de los accidentes ocurridos en este territorio australiano entre 1991 y 2000 demuestra que en choques contra objetos fijos es más frecuente encontrar heridos de gravedad y fallecidos que en choques con objetos no fijos. Este dato es perfectamente medible, ya que en el periodo 1996-2000 los choques contra objetos fijos causaron entre el 16 y el 19% del total de víctimas, y entre el 29 y el 37% del total de muertes en carretera. Los objetos fijos presentes con frecuencia en este tipo de colisiones son árboles y farolas. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 19 2.4.- Informe de VINNOVA (Suecia) El informe de Effects of Swedish traffic safety research de VINNOVA de 2007 [4] habla principalmente sobre la seguridad en las carreteras suecas del año 1971 al 2004. Este es demasiado intenso, y únicamente la parte de beneficios económicos es la que interesa para este trabajo. 2.4.1.- Coste de los accidentes en Suecia Los costes socioeconómicos de los accidentes son muy altos, ver Tabla 2_10. Con la Evaluación de SIKA (precios de 2001) vemos que el costo de las muertes en Suecia en 2005 puede calcularse en casi 8000 millones de SEK (800 millones de euros). A esto hay que añadir el número de lesiones graves y leves. Las estadísticas de lesiones son incompletas. Antes de que STRADA8 se creara, los datos sobre lesiones se obtenían de los hospitales. La Oficina Central de Estadística de Suecia estima que el porcentaje de lesiones reportadas fue de 59% para graves y 32% para lesiones menores (SIKA 2005b). Utilizando las cifras de accidentes de 2005 (SIKA 2006) esto significa que por cada persona que muere en un accidente de tráfico, otros 15 se verán gravemente heridos y unos 160 sufriría heridas leves. En los cálculos se han utilizado una proporción de 10 lesiones graves y 100 lesiones de menor importancia por cada accidente de tráfico a fin de no sobreestimar los números de heridos. Esto da un costo total anual de accidentes de aproximadamente 30000 millones de SEK (3000 millones de euros). Tabla 2_10 Las lesiones graves comprenden extremidades rotas, aplastamiento, cortes graves, conmoción cerebral o lesiones internas. Además, cualquier persona que está ingresado en el hospital es considerado como gravemente herido. El resto de las lesiones se clasifican como lesiones menores. Estas definiciones son utilizados por la policía para informar sobre las lesiones de los accidentes (SIKA 2005b, Vägtrafikskador 2004). 2.4.2.- Costes y beneficios internacionales de los accidentes Se puede distinguir entre los beneficios relacionados con la industria o el impacto en dos niveles: • El costo-beneficio expresa la relación entre costos y beneficios para los consumidores, las empresas y la sociedad en su conjunto. Los beneficios de la actividad económica a nivel nacional es parte del cálculo económico. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 20 • El aumento de posibles beneficios relacionados con las exportaciones de la industria son adicionales por lo tanto a los cálculos económicos y se debe calcular por separado. Hay una concreción general de cómo el valor añadido total de los proyectos se pueden analizar, basado en un modelo económico base de costo-beneficio. En el cálculo de los beneficios económicos de las medidas de seguridad vial, es práctica común el asumir que el beneficio consiste en la reducción de las pérdidas de vidas y la reducción de los costos de tratamiento de la salud. La reducción de los costos de la pérdida de ingresos dentro y fuera del hospital, el daño y la administración de material. En muchos países estos precios estandarizados se han preparado para este fin. Utilizando las recomendaciones dadas en SIKA suecas (2005a), que son los siguientes: Tabla 2_11 Diferentes accidentes tienen diferentes perfiles con respecto a los números de muertos, heridos graves o leves. Estos deben ser calculados en base a las estadísticas de accidentes o de otras fuentes. En adición a los datos sobre la frecuencia se requiere del uso de muchas de las medidas. Por cada medida con un efecto conocido se puede calcular la disminución esperada en el riesgo de varias lesiones relacionadas con el tráfico. Cuando sabemos cuántas de estas lesiones pueden ser esperadas en el transcurso de un año, se puede calcular la disminución esperada en las lesiones de tráfico como consecuencia de la medida adoptada. Multiplicando esta los costes medios de ese tipo de lesión en cuestión da el beneficio anual. El beneficio de una medida que hace que los automóviles sean más seguros se puede esperar que dure toda la vida útil del vehículo. Suponiendo que los coches suecos tienen una duración de vida media de 15 años. La suma de beneficios anual del radio medio de descuento durante todo este período es el valor actual de la tasa de descuento, del 4% p.a. (SIKA 2005a). En principio estos cálculos deben cubrir todo el beneficio para los consumidores y para la industria. Algunos de los beneficios de los consumidores de una mejor seguridad vial serán transferidos a la industria manufacturera en forma de una mayor disposición. Los beneficios en el mercado internacional son algo diferentes. Aquí, el beneficio puede, en principio, ser medido por el aumento de la exportación de productos de seguridad vial y un aumento en las ventas de automóviles sueco que se deben a la medida en cuestión (es decir, cuando el equipo de seguridad se ha instalado). La identificación del beneficio de ventas no es fácil. Se ha optado por una solución simple al asumir que el beneficio es al menos tan grande como la producción y la instalación de ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 21 costos para el equipo de seguridad en cuestión. Esto se basa en la presunción de que de otro modo la instalación del equipo no tendría valor alguno. Los cálculos económicos son algo especulativos y sensibles a una número de supuestos dudosos. Por ello, se ha optado por utilizar un análisis conservador de sensibilidad para los cálculos presentados aquí, que se puede encontrar en Eriksen et al (2004). 2.4.3.- Costes y beneficios en España Con los datos del año 2011 de España sobre accidentes de tráfico mostrados en el resumen del informe del RACE, junto con los precios que se han mostrado en el apartado 2.4.1 se extrapolan, se puede conseguir una estimación aproximada de los beneficios y costes económicos. Severidad Total anual 2011 Coste por lesión (millones de euros) Coste social (millones de euros) Fatales 2060 1.75 3605 Heridos graves 11347 0.312 3540 Heridos leves 104280 0.018 1877 TOTAL 9022 Tabla 2_12 Para el caso de colisiones contra un árbol o poste, quedaría como sigue: Severidad Arbol o poste 2011 Coste por lesión (millones de euros) Coste social (millones de euros) Fatales 96 1.75 168 Heridos graves 343 0.312 107 Heridos leves 1337 0.018 24 TOTAL 299 Tabla 2_13 Así, si se supone que el número de accidentes se divide indistintamente entre los producidos contra un árbol o contra un poste. Los accidentes contra estos últimos, que es donde se puede mejorar la seguridad pasiva, costaria al Estado aproximadamente 150 millones de euros anuales. Yendo más lejos, y con estimaciones hipotéticas que se han dado en el informe del TRL, sobre en cuanto se reduciría la siniestralidad en el caso de que todos los postes estuvieran construidos en PRFV: • La mortalidad se reduciría entre un 30 y un 50%. Media del 40% • Las lesiones se reducirían en un grado. Severidad Arbol o poste 2011 Coste por lesión (millones de euros) Coste social (millones de euros) Fatales 29 1.75 51 Heridos graves 19 0.312 6 Heridos leves 172 0.018 3 TOTAL 60 Tabla 2_14 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 22 El Estado se ahorraría anualmente 90 millones de euros, o lo que es lo mismo porcentualmente, los costes se reducirían un 40%. Sin contar, por supuesto, la inversión inicial. 3.- Elementos a Simular 3.1.- Vehículo En la realización del proyecto hemos utilizado un modelo de coche, Peugeot 206, facilitado por Marco Carrera Alegre en un anterior trabajo de una asignatura del máster. Los datos y dimensiones del vehículo que se deben indicar de acuerdo con la norma UNE-EN 12767 (Seguridad pasiva de las estructuras soporte del equipamiento en carretera. Requisitos y métodos de ensayo) [7], y que por lo tanto aunque no se este siguiendo dicha norma, se pueden considerar relevantes, son: • Anchura (medida en la anchura máxima de la carrocería, sin tener en cuenta los retrovisores): 1610mm. • Vía (distancia entre ruedas): anchura de vía en los ejes delantero y trasero (medidos en el eje de las ruedas):1390mm. • Longitud (excluido el gancho para remolques): 3740mm. • Altura: 1430mm. • Voladizo delantero: 802mm. • Batalla (distancia entre ejes): 2370mm. • Voladizo trasero (excluido el gancho para remolques): 568mm. • Peso: 1243 kg. Figura 3_1 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 23 3.2.- Semáforo La realización de este proyecto se va a llevar a cabo mediante el análisis de dos tipos de elementos, un semáforo fabricado en acero y otro fabricado con poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV), con el fin de comprobar y demostrar el distinto comportamiento de la estructura de cada uno de ellos dependiendo del material que los componga, pero conservando la geometría. Figura 3_2 Con un diámetro interior del poste de 80mm, e interior de 100mm. Y con las luces de tráfico de encima y otra lateral (no representada, pero considerada como fuerza) con una masa de 50kg. 3.2.1.- Poste de acero Poco hay que comentar, salvo que el acero, es un HR-A36, que atiende a las siguientes características: E11(GPa) ν X(MPa) ε εε ε rot ρ(kg/m 2) 250 473 500 0,329 7860 Tabla3_1 Y con una curva de comportamiento elasto-plástico como la que sigue: σ(MPa) 250 302 338 381 426 473 ε εε ε 0 0,039 0,086 0,174 0,255 0,329 Tabla 3_2 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 24 3.2.2.- Poste de PRFV El laminado a utilizar en el poste posee la siguiente secuencia de apilamiento, de menor a mayor radio: • Zona 1: Fibra de vidrio-poliester unidireccional fabricado por pultrusión y en dirección ascendente (0º). 2, 53 mm de espesor. • Zona 2: 1 capa de MAT de fibra de vidrio-poliester de 0,8mm de espesor • Zona 3: Fibra de vidrio-poliester unidireccional fabricado por pultrusión y en dirección ascendente (0º). 2, 53 mm de espesor. • Zona 4: 1 capa de MAT de fibra de vidrio-poliester de 0,8mm de espesor • Zona 5: Fibra de vidrio-poliester unidireccional fabricado por pultrusión y en dirección ascendente (0º). 2, 53 mm de espesor. • Zona 6: 1 capa de MAT de fibra de vidrio-poliester de 0,8mm de espesor La anterior estructura se explica debido a que cada parte tiene una función específica como se muestra a continuación: El MAT empleado en las Zonas 2, 4 y 6, es decir en la superficie exterior y entre capas de fibra unidireccional, es necesario debido a que presenta unas propiedades de acabado superficial de alta calidad, superiores al unidireccional fabricado por pultrusión. Además, protege a esta fibra unidireccional frente a delaminaciones en caso de impactos de baja energía o por la necesidad de realización de agujeros en la columnas, como por ejemplo sucedería si se quisiera instalar otro brazo lateral. Las propiedades del MAT son las siguientes: E11(GPa) E12(GPa) G(GPa) X(MPa) X'(MPa) Sxy(MPa) ρ(kg/m 2 ) 7,7 7,7 2,88 100 100 30 1900 Tabla 3_3 Además posee otras como tener un 30% de fibra en peso, y un gramaje por metro cuadrado de 450. El laminado unidireccional fabricado por pultrusión existente en las zonas 1,3 y 5, es el que presenta un módulo de Young verdaderamente elevado en comparación con el MAT en el sentido longitudinal, por lo cual es el que proporciona rigidez a la columna frente a flexión. Estas zonas poseen las siguientes propiedades: E11(GPa) E12(GPa) G(GPa) X(MPa) X'(MPa) Sxy(MPa) ρ (kg/m 2 ) 40 11 5 800 700 50 1900 Tabla 3_4 Además de otras, como tener un 75% de fibra en peso, y 4800 tex. Habría que tener en cuenta que sólo las Zonas 1 a 6 se consideran con finalidad resistente, despreciando la aportación de la capa externa de resina que suele utilizarse en estos semáforos. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 25 Finalmente, se realizo una modificación, cuyas razones pueden verse en el Anexo F, otorgando al poste el mismo comportamiento con las siguientes propiedades: E11(GPa) ν X (Mpa) X' (Mpa) Y(MPa) Y'(MPa) Sxy(MPa) ρ (kg/m 2 ) 31,87 0,32 350 345 65 65 42 1900 Tabla 3_5 Dado que este tipo de materiales no es tan conocido como el del acero, se ha añadido el Anexo G, donde se profundiza en ellos, tanto en sus propiedades como en el método de fabricación de la pultrusión. 3.3.- Conjunto El ángulo formado entre la dirección de avance del coche y el brazo lateral del semáforo es de 20º, como se muestra en el siguiente esquema: Figura 3_3 Y el poste se encuentra centrado con relación al paragolpes delantero del vehículo a 14,3 mm. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 32 Paragolpes (Desplazamientos en dirección de avance) Para el caso a 30kmh/h, en el FRAME 20 (0,2s), con un valor de 134 mm, se produce el desplazamiento máximo en el centro del paragolpes Figura 6_13 En el FRAME 20 (0,2s), con un valor de 252 mm, se produce el desplazamiento máximo en el mismo lugar para el caso a 45km/h. Figura 6_14 El desplazamiento máximo a 60 km/h se produce en la misma posición en el FRAME20 (0,2s), con un valor de 938 mm. Figura 6_15 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 33 Paragolpes (PEEQ) En el FRAME 20 (0,2s), con un valor de 9,056·10 -2 , se produce el PEEQ máximo en la parte superior del centro del paragolpes para el caso a 30km/h. Figura 6_16 El PEEQ máximo a 45 km/h se produce en la misma posición desde el FRAME 10 al 20 (0,1s – 0,2s), con un valor de 1,229·10 -1 Figura 6_17 Para el caso a 60kmh/h, desde el FRAME 19 al 20 (0,19s - 0,2s), con un valor de 1,410·10 -1 , se produce el PEEQ máximo en el mismo lugar Figura 6_18 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 34 Suelo (Tensiones de Von Misses) La tensión máxima de Von Misses a 30 km/h se produce en la esquina posterior izquierda del suelo en FRAME 20 (0,2s), con un valor de 1298 MPa. Figura 6_19 Para el caso a 45kmh/h, en el FRAME 9 (0,09s), con un valor de 373 MPa, se produce la tensión máxima en la parte delantera central Figura 6_20 En el FRAME 15 (0,15s) a 60 km/h se produce en la parte delantera central, con un valor de 359 MPa la tensión máxima Figura 6_21 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 35 Suelo (PEEQ) Para el caso a 30kmh/h, desde el FRAME 10 al 20 (0,1s - 0,2s), con un valor de 6,305·10 -2 , se produce la PPEQ máxima. Figura 6_22 En el FRAME 20 (0,2s) a 45 km/h se produce con un valor de 2,371·10 -1 la PEEQ máxima Figura 6_23 La PEEQ máxima a 60 km/h se produce desde el FRAME 13 al 20 (0,13s - 0,2s), con un valor de 2,371·10 -1 . Figura 6_24 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 36 Vehículo Para el caso a 30kmh/h, el vehículo tras el impacto quedaría de la siguiente forma: Figura 6_25 El vehículo quedaría deformado de la siguiente manera para el caso a 45km/h tras el choque: Figura 6_26 La deformación por el impacto que sufriría el vehículo para el caso de 60km/h sería como sigue: Figura 6_27 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 37 4.1.3.- Gráficas Energía de deformación El valor máximo de la energía de deformación para el modelo entero es 2250 J para el caso de 30km/h. Y de 490 J para el semáforo y 2050 J para el coche. Figura 6_28 Figura 6_29 Figura 6_30 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 38 Para el caso de 45km/h, el valor máximo de la energía de deformación para el modelo entero es 3300 J. Y de 610 J para el semáforo y 3000 J para el coche. Figura 6_31 Figura 6_32 Figura 6_33 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 39 Para el caso de 60km/h, el valor máximo de la energía de deformación para el modelo entero es 4200 J. Y de 760 J para el semáforo y 3450 J para el coche. Figura 6_34 Figura 6_35 Figura 6_36 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 40 Disipación viscosa El valor máximo de la energía disipada viscosamente para el modelo entero es 4500 J para el caso de 30km/h. Y de 9 J para el semáforo y 1875 J para el coche. Figura 6_37 Figura 6_38 Figura 6_39 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 41 Para el caso de 45km/h, el valor máximo de la energía disipada viscosamente para el modelo entero es 1850 J. Y de 14 J para el semáforo y 1000 J para el coche. Figura 6_40 Figura 6_41 Figura 6_42 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 48 Progreso de velocidades del vehículo en dirección de avance Figura 6_59 Para el caso de 30km/h, al velocidad de salida es de -1 m/s: Figura 6_60 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 49 La velocidad de salida para el caso de 45km/h es de 0 m/s: Figura 6_61 La velocidad de salida es de 6,5 m/s para el caso de 60km/h: Figura 6_62 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 50 Progreso de aceleraciones del vehículo en dirección de avance Figura 6_63 La aceleración máxima es de -1500 m/s 2 para el caso de 30km/h: Figura 6_64 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 51 Para el caso de 45km/h, al aceleración máxima es de -2000 m/s 2 : Figura 6_65 La aceleración máxima para el caso de 60km/h es de -1750 m/s 2 : Figura 6_66 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 52 Progreso de intrusión del poste en el paragolpes del vehículo Figura 6_67 La intrusión máxima del poste es de 57,5 mm para el caso de 30km/h: Figura 6_68 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 53 Para el caso de 45km/h, al intrusión máxima del poste es de 62,5mm: Figura 6_69 La intrusión máxima del poste es de 80 mm para el caso de 60km/h: Figura 6_70 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 54 4.1.4.- Conclusiones Semáforo 30km/h 45km/h 60km/h Tensión max (MPa) 337 407 473 Lugar Base poste Base poste Base poste Tiempo(s) 0,06 0,08 0,20 Desplazamiento max (mm) 760 1405 2373 Lugar Arriba caja luces Arriba caja luces Arriba caja luces Tiempo(s) 0,10 - 0,20 0,20 0,20 PEEQ max 9,691·10 - 2 2,226·10 - 1 3,290·10 - 1 Lugar Base poste Base poste Base poste Tiempo(s) 0,14 - 0,20 0,18 -0,20 0,06 -0,20 PLASTIFICACION SI SI SI ROTURA NO NO NO Cs 1,48 1,22 1,06 Tabla 6_1 La conclusión más evidente que se puede extraer para todos los casos que se han estudiado, es que el poste se deforma plásticamente de tal manera que quedaría inutilizable. Creyéndose que el caso de 45 km/h sería el más peligroso para cualquier viandante, debido a que tras la debilidad estructural después del impacto, y antes de que se proceda estrictamente a su cambio, el semáforo podría caer sobre ellos. No estimándose así para los otros dos casos, debido a que para 30km/h se deforma poco, y a 60m/h está lo suficientemente deformada como para considerar que ya ha caído, pero no ha sido arrancada. Vehículo 30km/h 45km/h 60km/h Tensión max paragolpes (MPa) 338 355 366 Lugar Centro Centro Centro Tiempo(s) 0,08 0,08 0,08 Desplazamiento max paragolpes (mm) 134 252 938 Lugar Centro Centro Centro-Derecha Tiempo(s) 0,20 0,20 0,20 PEEQ max paragolpes 9,056·10 - 2 1,229·10 - 1 1,410·10 - 1 Lugar Centro-Superior Centro-Superior Centro-Superior Tiempo(s) 0,20 0,10 - 0,20 0,19 - 0,20 PLASTIFICACION paragolpes SI SI SI ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 55 ROTURA paragolpes NO NO NO Cs paragolpes 1,77 1,69 1,64 Tensión max suelo (MPa) 298 373 359 Lugar Esquina Posterior Izquierda Centro-Delante Centro-Delante Tiempo(s) 0,20 0,09 0,15 PEEQ max suelo 6,305·10 - 2 2,371·10 - 1 2,371·10 - 1 Lugar ------------------ ----------------- ----------------- Tiempo(s) 0,10 - 0,20 0,20 0,13 - 0,20 PLASTIFICACION suelo SI SI SI ROTURA suelo NO NO NO Cs suelo 2,01 1,61 1,67 Tabla 6_2 Como era de esperar tanto los resultados obtenidos del paragolpes y el suelo indican que a mayor velocidad, la tensión y la deformación que sufre el vehículo es mayor, y por lo tanto la severidad del accidente. De aquí hace falta realizar una aclaración sobre el valor de la tensión máxima de Von Misses en el suelo para el choque a 60km/h, ya que aunque sea menor que para 45km/h, esto se puede considerar a causa de que la propagación del impacto aun no ha llegado hasta ese elemento en el tiempo de estudio del análisis. Aunque el desplazamiento máximo del paragolpes para 45 km/h y 60 km/h es muy superior a lo que se puede pensar en un principio, habría que pensar que en ambos casos el vehículo sigue avanzando en menor o mayor cantidad por encima del poste del semáforo. Por consiguiente, estos datos no pueden usarse para hallar la distancia de intrusión del poste en el vehículo, que por otro lado se realiza con una de las gráficas. Gráficas 30km/h 45km/h 60km/h Energía deformación total max (J) 2250 3300 4200 Tiempo(s) 0,09 0,08 0,07 Energía deformación semáforo max (J) 490 610 760 Tiempo(s) 0,06 0,06 0,07 Energía deformación coche max (J) 2050 3000 3450 Tiempo(s) 0,09 0,08 0,06 Tabla 6_3 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 56 30km/h 45km/h 60km/h Disipación viscosa total max (J) 4500 1850 2500 Tiempo(s) 0,20 0,20 0,20 Disipación viscosa semáforo max (J) 9 14 260 Tiempo(s) 0,20 0,20 0,20 Disipación viscosa coche max (J) 1875 1000 1400 Tiempo(s) 0,20 0,20 0,20 Tabla 6_4 30km/h 45km/h 60km/h Disipación plástica total max (J) 26000 60000 82500 Tiempo(s) 0,20 0,20 0,20 Disipación plástica semáforo max (J) 9200 27500 43750 Tiempo(s) 0,20 0,20 0,20 Disipación plástica coche max (J) 16800 32500 38750 Tiempo(s) 0,20 0,20 0,20 Tabla 6_5 De las tablas 6_3, 6_4 y 6_5, no pueden extraerse más que conclusiones evidentes, como sería que dado a que a mayor velocidad de impacto se produce una mayor deformación, entonces es normal que tanto la energía de deformación como la disipación viscosa y plástica vaya en aumento. Aunque sí que habría que fijarse en lo extraño que resulta que en el caso de la disipación viscosa, dado que el semáforo y el vehículo componen el modelo entero, de que la suma de energías parciales de los dos elementos en el mismo instante de tiempo no se corresponda exactamente con el total de la energía. Esto es más raro si se observa la tabla 6_3, dado que la suma de los valores parciales aun en instantes diferentes, pero cercanos, se acercan más al valor total de la energía, que en caso de la disipación viscosa. Esta "anomalía" podría deberse a que conectores, y elementos muelles y amortiguadores contribuyeran en el cálculo de la disipación viscosa. Por otro lado, de la observación de los trazos de las gráficas correspondientes a estas tablas (Figuras 6_28 a 6_54), debido a que se van produciendo varios picos en ellas en vez de ser continuas, se podría comentar sin error a dudas de que el choque no se produce completamente de una sola vez con toda la masa del vehículo, sino que según se van "añadiendo" elementos con sus respectivas masas individuales estas van contribuyendo al choque. O visto al revés, también podría decirse que el vehículo no se deforma completamente de una sola vez, sino que lo hace "a trompicones" conforme las fuerzas producidas por el impacto van propagándose por sus diferentes elementos. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 57 30km/h 45km/h 60km/h Velocidad de salida (m/s) -1,0 0,0 6,5 Aceleración max vehículo (m/s 2 ) -1500 -2000 -1750 Tiempo(s) 0,11 0,10 0,08 Intrusión poste max (mm) 57,5 62,5 80 Tiempo(s) 0,20 0,20 0,20 Tabla 6_6 Con la velocidad de salida del vehículo, puede observarse como se produce perfectamente el choque para cada uno de los casos en el tiempo de estudio. Para 30km/h el vehículo tras el choque sale rebotada, mientras que para 60km/h el vehículo se frena en seco. Y para el último, el de 60km/h, aunque debiera pararse o salir rebotado como indican los informes, dado que el tiempo de análisis no es lo suficientemente amplio este aun se encuentra avanzando por encima del poste del semáforo. De las gráficas de la tabla 6_6, puede concluirse lo mismo sobre como se produce el choque de forma discontinua, y no totalmente en un instante de tiempo exacto. Habría que hacer mención especial a los valores de las aceleraciones, los cuales son desorbitados ya que llegan a alcanzar valores de -200g. La única causa que se ve plausible para tales valores es el hecho de que ABAQUS por algún motivo desconocido realice mal este cálculo. Para darse cuenta de que estas aceleraciones no son posibles, sólo habría que hacer una pequeña comparación con las aceleraciones "aproximadas reales" que se obtendrían si se realiza de forma manual su cálculo con una simple operación, como es que la aceleración es igual a la velocidad final menos la velocidad inicial y todo ello partido para el tiempo en que transcurre la desaceleración. 30km/h 45km/h 60km/h Aceleración vehículo (m/s 2 ) -46,65 -62,5 -50,8 Tabla 6_7 Por su parte, que la aceleración a 60km/h sea inferior a la sufrida a 45km/h, se puede explicar teniendo en cuenta, que como ya se dijo antes, para un mejor análisis de este caso habría que aumentar el tiempo a estudio. Así, se prevería, que en pocas centésimas de segundo más se produjera la parada total del vehículo, lo que contribuiría a un aumento elevado de la aceleración. Por último, que alguno de los valores de la intrusión del poste en el paragolpes superen los 2/3 del diámetro exterior del poste, caso de 60km/h, podrían considerarse lo suficientemente alto como para pensar que se ha podido llegar a invadir el habitáculo del bloque motor. Como, por experiencias reales se sabe que ocurre en estos accidentes. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 64 Suelo (Tensiones de Von Misses) La tensión máxima de Von Misses a 30 km/h se produce en la parte delantera de la izquierda del suelo en FRAME 2 (0,02s), con un valor de 276 MPa. Figura 6_86 Para el caso a 45kmh/h, en el FRAME 2 (0,02s), con un valor de 283 MPa, se produce la tensión máxima en la misma zona. Figura 6_87 En el FRAME 3 (0,03s) a 60 km/h se produce en el mismo lugar, con un valor de 284 MPa la tensión máxima Figura 6_88 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 65 Suelo (PEEQ) Para el caso a 30kmh/h, en el FRAME 5 al 6 (0,05s - 0,06s), con un valor de 3,160·10 -2 , en la parte delantera del lateral izquierdo del suelo se produce la PEEQ máxima. Figura 6_89 En el FRAME 4 (0,04s) a 45 km/h se produce con un valor de 2,671·10 -2 la PEEQ máxima en la misma zona. Figura 6_90 La PEEQ máxima a 60 km/h se produce en el mismo lugar en el FRAME 3 (0,03s), con un valor de 2,763·10 -1 . Figura 6_91 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 66 Vehículo Para el caso a 30kmh/h, tras el impacto el coche se deformaría como sigue: Figura 6_92 La deformación que habría sufrido el vehículo tras el choque para el caso a 45km/h sería la siguiente: Figura 6_93 Tras el choque, el vehículo se habría deformado de la siguiente manera para el caso de 60km/h: Figura 6_94 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 67 4.2.3.- Gráficas Energía de deformación El valor máximo de la energía de deformación para el modelo entero es 4250 J para el caso de 30km/h. Y de 2750 J para el semáforo y 1550 J para el coche. Figura 6_95 Figura 6_96 Figura 6_97 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 68 Para el caso de 45km/h, el valor máximo de la energía de deformación para el modelo entero es 4500 J. Y de 3250 J para el semáforo y 1500 J para el coche. Figura 6_98 Figura 6_99 Figura 6_100 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 69 Para el caso de 60km/h, el valor máximo de la energía de deformación para el modelo entero es 5400 J. Y de 3800 J para el semáforo y 1600 J para el coche. Figura 6_101 Figura 6_102 Figura 6_103 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 70 Disipación viscosa El valor máximo de la energía disipada viscosamente para el modelo entero es 225 J para el caso de 30km/h. Y de 4 J para el semáforo y 150 J para el coche. Figura 6_104 Figura 6_105 Figura 6_106 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 71 Para el caso de 45km/h, el valor máximo de la energía disipada viscosamente para el modelo entero es 300 J. Y de 9 J para el semáforo y 190 J para el coche. Figura 6_107 Figura 6_108 Figura 6_109 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 72 Para el caso de 60km/h, el valor máximo de la energía disipada viscosamente para el modelo entero es 400 J. Y de 17 J para el semáforo y 200 J para el coche. Figura 6_110 Figura 6_111 Figura 6_112 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 73 Disipación plástica Para el caso de 30km/h, el valor máximo de la energía disipada plásticamente para el modelo entero es 14000 J. Y de 8000 J para el coche. Figura 6_113 Figura 6_114 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 80 Progreso de aceleraciones del vehículo en dirección de avance Figura 6_127 La aceleración máxima es de -5750 m/s 2 para el caso de 30km/h: Figura 6_128 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 81 Para el caso de 45km/h, al aceleración máxima es de -1300 m/s 2 : Figura 6_129 La aceleración máxima para el caso de 60km/h es de 1000 m/s 2 : Figura 6_130 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 82 Progreso de intrusión del poste en el paragolpes del vehículo Figura 6_131 La intrusión máxima del poste es de 37,5 mm para el caso de 30km/h: Figura 6_132 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 83 Para el caso de 45km/h, al intrusión máxima del poste es de 47,5 mm: Figura 6_133 La intrusión máxima del poste es de 60 mm para el caso de 60km/h: Figura 6_134 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 84 4.2.4.- Conclusiones Semáforo 30km/h 45km/h 60km/h Tensión max (MPa) 345 345 345 Lugar Base poste Base poste Base y centro poste Tiempo(s) 0,06 0,04 0,03 Desplazamiento max (mm) 243 243 238 Lugar Centro poste Centro poste Centro poste Tiempo(s) 0,06 0,04 0,03 ROTURA SI SI SI Tabla 6_8 En todos los casos el poste del semáforo se rompe, lo que es un buen indicativo según los informes que se han estudiado, ya que indicarían que son menos lesivos para los integrantes del vehículo. Por otro lado, que los desplazamientos máximos sean iguales, o en el caso de 60km/h sea inferior, se explica al coger los valores que se han dado hasta rotura del poste, por lo que se ha indicado antes de los resultados que da ABAQUS después no son reales. Esto último se ve, en que tras la rotura, en vez de que el poste sea despedido por encima del vehículo, el poste se va deformando igual y como lo haría con uno de acero. Vehículo 30km/h 45km/h 60km/h Tensión max paragolpes (MPa) 326 323 343 Lugar Centro Centro Centro Tiempo(s) 0,06 0,03 0,02 Desplazamiento max paragolpes (mm) 125 172 184 Lugar Centro Centro Centro Tiempo(s) 0,06 0,04 0,03 PEEQ max paragolpes 6,986·10 - 2 9,071·10 - 2 1,057·10 - 1 Lugar Centro ----------------------- ----------------------- Tiempo(s) 0,06 0,04 0,03 PLASTIFICACION paragolpes SI SI SI ROTURA paragolpes NO NO NO Cs paragolpes 1,84 1,86 1,75 Tensión max suelo (MPa) 276 283 284 Lugar Delante izquierda Delante izquierda Delante izquierda Tiempo(s) 0,02 0,02 0,03 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 85 PEEQ max suelo 3,160·10 - 2 2,671·10 - 2 2,763·10 - 1 Lugar Delante izquierda Delante izquierda Delante izquierda Tiempo(s) 0,05 - 0,06 0,04 0,03 PLASTIFICACION suelo SI SI SI ROTURA suelo NO NO NO Cs suelo 2,17 2,12 2,11 Tabla 6_9 Los valores de tensión del paragolpes y del suelo, aunque van ascendiendo con la velocidad, salvo en el paragolpes para el caso de 45km/h, son muy similares. Lo que querría implicar que el semáforo se comportaría de forma muy similar para velocidades que variarán dentro de unos límites. El caso especial del paragolpes cuando el choque se produce a 45km/h podría estar dado por la precisión de los cálculos del programa, o porque el valor real no se haya alcanzado antes de la rotura, que es hasta donde se han tomado los datos. Los desplazamientos de los paragolpes a pesar de ser valores que podrían ser reales de la intrusión del poste, no habría que tomarlos como tales sin antes restarles la distancia que separaba en el principio el poste y el vehículo (14,3mm), y la distancia que haya podido recorrer el vehículo en la deformación del poste antes de la rotura. Gráficas 30km/h 45km/h 60km/h Energía deformación total max (J) 4250 4500 5400 Tiempo(s) 0,06 0,04 0,025 Energía deformación semáforo max (J) 2750 3250 3800 Tiempo(s) 0,06 0,04 0,025 Energía deformación coche max (J) 1550 1500 1600 Tiempo(s) 0,06 0,03 0,025 Tabla 6_10 30km/h 45km/h 60km/h Disipación viscosa total max (J) 225 300 400 Tiempo(s) 0,06 0,04 0,03 Disipación viscosa semáforo max (J) 4 9 17 Tiempo(s) 0,06 0,04 0,03 Disipación viscosa coche max (J) 150 190 200 Tiempo(s) 0,06 0,04 0,03 Tabla 6_11 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 86 30km/h 45km/h 60km/h Disipación plástica total max (J) 14000 21000 23000 Tiempo(s) 0,06 0,04 0,03 Disipación plástica semáforo max (J) 0 0 0 Tiempo(s) ------------------ ------------------ ------------------ Disipación plástica coche max (J) 8000 10000 12500 Tiempo(s) 0,06 0,04 0,03 Tabla 6_12 De las tablas 6_10, 6_11 y 6_12, podrían extraerse exactas conclusiones que sus homólogas 6_3, 6_4 y 6_5 para el acero. Aunque esta vez el desajuste de cifras en el mismo instante de tiempo también se produce en los datos de la disipación plástica. En este caso este hecho se debe a que para poder introducir las líneas de código en el archivo .inp de ABAQUS sobre la fractura del material compuesto, hubo que definir un corto tránsito de comportamiento plástico, a pesar que esto no sea acorde a la realidad. Puesto que estas líneas de código debían de ir precedidas de otras que definían este comportamiento irreal para que ABAQUS pudiera leer el archivo. Así mismo, de la observación de los trazos de las gráficas correspondientes a estas tablas (Figuras 6_95 a 6_118) podría extraerse la misma información, que sus equivalente para el acero, de como el choque se produce "a trompicones" y no de forma completa en un instante de tiempo determinado. Sin embargo, sí que habría que fijarse que tanto el número de picos como su amplitud es menor, lo que indicaría que el impacto es más uniforme. 30km/h 45km/h 60km/h Velocidad de salida (m/s) 5,5 10,5 15,0 Aceleración max vehículo (m/s 2 ) -5750 -1300 1000 Tiempo(s) 0,05 0,02 0,02 Intrusión poste max (mm) 37,5 47,5 60 Tiempo(s) 0,04 0,03 0,02 Tabla 6_13 La disminución de la velocidad entre el inicio y tras la rotura del poste por el vehículo, que van desde 1,66 a 2,83 m/s, son muy bajas, lo que da a pensar que el impacto no tendría una severidad alta, por la uniformidad del mismo que se acaba de mencionar. Como con el acero, los valores de las aceleraciones son excesivamente elevados, alcanzando hasta los -580g aproximadamente. Además, que el valor máximo para 60km/h no sea una desaceleración, solo pude verse como lo que ya se dijo, que ABAQUS en el cálculo de esta magnitud comete errores. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 87 De nuevo, para darse cuenta de que estas aceleraciones no son posibles, sólo habría que hacer una pequeña comparación con las aceleraciones "aproximadas reales". 30km/h 45km/h 60km/h Aceleración vehículo (m/s 2 ) -47'2 -50,0 -55,3 Tabla 6_14 Esta vez todos los valores, sin excepción, son acordes a lo esperado. A una mayor velocidad de partida, una mayor desaceleración. Por último, los valores de la intrusión del poste en el paragolpes(vehículo) son acordes a lo que se esperaba, y con una magnitud para poderse considerar muy cercanos a la realidad. No llegando estos a alcanzar en ningún caso más de 2/3 del diámetro del poste, lo que indica que tienen un buen comportamiento como elementos de seguridad pasiva. 4.3.- Comparativa de resultados 4.3.1.- Semáforo 30km/h ACERO 30km/h PRFV 45km/h ACERO 45km/h PRFV 60km/h ACERO 60km/h PRFV Tensión max (MPa) 337 345 407 345 473 345 Desplazamiento max (mm) 760 243 1405 243 2373 238 PLASTIFICACION SI NO SI NO SI NO ROTURA NO SI NO SI NO SI Cs 1,48 - 1,22 - 1,06 - Tabla 6_15 Todos los valores, tanto tensiones como desplazamientos, que son menores para el caso de un poste de PRFV, son indicativos de que este tipo de semáforos serían menos lesivos desde el punto de vista de los ocupantes del vehículo. Salvo una única excepción para el caso de 30km/h en las tensiones, de lo que se podría concluir que para velocidades reducidas los semáforos de PRFV no aportan ninguna ventaja sobre los convencionales de acero. Esto se hace más evidente cuando se observan los valores de los otros casos, en los que se comprueba que los postes de PRFV son más eficientes en la seguridad pasiva cuanto más alta es la velocidad, como de otra forma indicaban los estudios que se analizaron al comienzo de este trabajo. Por otro lado, que todos los postes de PRFV lleguen a romperse, haría que hubiera más peligro para los viandantes. Sin embargo, en el estudio del TRL, ya se afirmó que el riesgo producido de que un poste partido tras un accidente de tráfico que salga volando golpee a un viandante es mucho menor, si incluso se compara con el provocado por avance del vehículo antes y después del accidente. ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 88 4.3.2.- Vehículo 30km/h ACERO 30km/h PRFV 45km/h ACERO 45km/h PRFV 60km/h ACERO 60km/h PRFV Tensión max paragolpes (MPa) 338 326 355 323 366 343 Desplazamiento max paragolpes (mm) 134 125 252 172 938 184 PEEQ max paragolpes 9,056·10 - 2 6,986·1 0 -2 1,229·10 - 1 9,071·1 0 -2 1,410·10 - 1 1,057·10 -1 PLASTIFICACION paragolpes SI SI SI SI SI SI ROTURA paragolpes NO NO NO NO NO NO Cs paragolpes 1,77 1,84 1,69 1,86 1,64 1,75 Tensión max suelo (MPa) 298 276 373 283 359 284 PEEQ max suelo 6,305·10 - 2 3,160·1 0 -2 2,371·10 - 1 2,671·1 0 -2 2,371·10 - 1 2,763·10 -1 PLASTIFICACION suelo SI SI SI SI SI SI ROTURA suelo NO NO NO NO NO NO Cs suelo 2,01 2,17 1,61 2,12 1,67 2,11 Tabla 6_16 Ambos valores, los correspondientes al paragolpes o al suelo, ya sea en forma de tensión o desplazamiento o PPEQ, son relevantes para ya ir empezando a concluir definitivamente, a falta de comparar las gráficas, que los semáforos fabricados en PRFV son menos lesivos si se comparan con sus homólogos de acero. 4.3.3.- Gráficas 30km/h ACERO 30km/h PRFV 45km/h ACERO 45km/h PRFV 60km/h ACERO 60km/h PRFV Energía deformación total max (J) 2250 4250 3300 4500 4200 5400 Energía deformación semáforo max (J) 490 2750 610 3250 760 3800 Energía deformación coche max (J) 2050 1550 3000 1500 3450 1600 Tabla 6_17 ESTUDIO Y COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SEMÁFORO FABRICADO EN MATERIALES COMPUESTOS FRENTE A SU HOMÓLOGO DE ACERO ANTE EL IMPACTO VEHICULAR 89 30km/h ACERO 30km/h PRFV 45km/h ACERO 45km/h PRFV 60km/h ACERO 60km/h PRFV Disipación viscosa total max (J) 4500 225 1850 300 2500 400 Disipación viscosa semáforo max (J) 9 4 14 9 260 17 Disipación viscosa coche max (J) 1875 150 1000 190 1400 200 Tabla 6_18 30km/h ACERO 30km/h PRFV 45km/h ACERO 45km/h PRFV 60km/h ACERO 60km/h PRFV Disipación plástica total max (J) 26000 14000 60000 21000 82500 23000 Disipación plástica semáforo max (J) 9200 0 27500 0 43750 0 Disipación plástica coche max (J) 16800 8000 32500 10000 38750 12500 Tabla 6_19 Que los valores de energía de deformación sean más altos para los semáforos y más bajos para los vehículos en los casos de choque contra una columna de PRFV, se podría explicar como que este tipo de elementos absorben más energía en accidente de tráfico que sus homólogos de acero. Al contrario, que los valores de energía disipada viscosamente o plásticamente sean más altos tanto para los semáforos como para los vehículos, vendría a indicar que ambos elementos han sufrido un golpe más fuerte. O lo que es lo mismo para cualquier tabla (6_17, 6_18 y 6_19), la transmisión de energía al vehículo es más elevada en el caso de un impacto contra postes de acero, lo que se traduce en una mayor deformación del habitáculo del coche, y por lo tanto en una mayor peligro para sus ocupantes.