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Protección al vuelco para tractores

El sector agrario tiene una enorme siniestralidad con una media de 60 muertos al año, de los que 40 están relacionados directamente con el uso del tractor y la mitad de estas muertes se producen por aplastamiento con el tractor. Prácticamente la totalidad de los accidentes mortales por vuelco, salvo alguna excepción que confirma la regla, se producen con los tractores sin estructura de protección al vuelco.

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Jueves 13.08.2009El sector agrario tiene una enorme siniestralidad con una media de 60 muertos al año, de los que 40 están relacionados directamente con el uso del tractor y la mitad de estas muertes se producen por aplastamiento con el tractor. Prácticamente la totalidad de los accidentes mortales por vuelco, salvo alguna excepción que confirma la regla, se producen con los tractores sin estructura de protección al vuelco

En España existe una gran cantidad de tractores sin estructura de protección al vuelco. En el año 2001, alcanzaban el 28% del parque total de tractores superando los 200.000 tractores. Y son estos 200.000 tractores los responsables de un tercio de las muertes es el sector agrario, con la elevada cifra de 20 anuales. Estos 200.000 tractores deberían desaparecer de nuestros campos y su renovación es vital para sus usuarios. Para ellos, la mejor solución es poderse acoger al Plan Renove.

Legislación y problemática

Los tractores normales de ruedas, para poder ser inscritos en el Registro y ser comercializados, están obligados a llevar una estructura de protección al vuelco homologada, desde el 1/1/1978 por las directivas Europeas 77/536 y 79/622.

Estas directivas no afectan a los tractores inscritos en el Registro antes de 1978, de los que queda un número muy importante en funcionamiento, ni a los tractores estrechos que se siguieron comercializando posteriormente a 1978 y que además son menos estables.

En 1997, aparece el Real Decreto 1215/1997 que obliga a todos los equipos móviles de trabajo con trabajadores transportados a tomar medidas para reducir los riesgos del vuelco. Esto afecta a todos los tipos de tractores independientemente de que en su día pudieron inscribirse sin estructura de seguridad. Las medidas que propone el Real Decreto son estructuras que impidan que el equipo de trabajo de más de 1/4 de vuelta o una estructura de protección que garantice un espacio de seguridad para el trabajador en caso de vuelco, o otras medidas de alcance semejante.

Este Real Decreto es de obligado cumplimiento desde el 5 de diciembre del 2002, pero únicamente obliga a dotar con estructuras de protección a los tractores conducidos por trabajadores contratados. Es decir, no afecta a los empresarios autónomos, que son la mayor parte de los agricultores.

Entre las Directivas Comunitarias y el Real Decreto existe además un punto de confrontación: los modelos de tractores inscritos antes de 1978 para trabajadores contratados deberán colocar una estructura de protección al vuelco, pero las directivas indican que únicamente podrán llevar estructuras de protección homologadas. Estas estructuras para modelos tan viejos ya no se fabrican y resulta inviable fabricarlas en la mayoría de los casos.

La Administración promulga un Real Decreto que aborda el problema de forma general, que afecta a una pequeña parte de los trabajadores del campo y no la acompaña, ni con medidas de control para su cumplimiento, ni con ayudas para acometer las modificaciones necesarias en los equipos para cumplir la ley.

Para solventar esta situación, se está estudiando en la Unión Europea el admitir la colocación de estructuras denominadas "estructuras de protección de resistencia probada", las cuales serían estructuras calculadas con un método de cálculo comprobado. Actualmente, el Cemagref, en Francia y el Instituto Navarro de Salud Laboral (INSL) en colaboración con el Grupo de Mecanización Agraria de la Universidad Pública de Navarra han desarrollado sendos programas. El primero de ellos lo podemos encontrar en la página web del Ministerio de Agricultura de Francia: www.agriculture.gouv.fr. El segundo, denominado "Estrema" lo podemos encontrar y utilizar de forma gratuita a través de la página www.cfnavarra.es/insl.

En resumidas cuentas, lo que sí es una triste realidad es que en España existen una gran cantidad de tractores sin estructura homologada de protección al vuelco. Estos tractores muy viejos, con más de 25 años como mínimo, son más propensos a tener accidentes ya que están más desgastados, se emplean con aperos más nuevos y, a menudo, demasiado grandes para ellos. Además, normalmente se emplean en parcelas pequeñas llenas de lindes, en orografías más peligrosas que en parcelas de grandes superficies donde dejaron de ser competitivos hace tiempo. No debemos olvidar que estos tractores son los responsables directos de unas 20 muertes al año y, en su mayoría, no cumplen el Real Decreto 1215/1997.

Solución

La mejor solución para todos y cada uno de los tractores que no cumplen el Real Decreto 1215 por ser anteriores a 1979, es mandarlos a la chatarra y renovar en parque de tractores acogiéndose, si es posible, al Plan Renove. Con los pies en el suelo, esta solución es un tanto idílica mientras la Administración no realice un plan de ayudas para la renovación del parque de tractores más "generoso", y ni aun así; ya que buena parte de los tractoristas de estos tractores viejos, están jubilados, o a punto de jubilarse, y no pretenden comprar un tractor nuevo.

Por ello, en el año 2002 el INSL estimó necesario el buscar una solución alternativa cuyo principal objetivo no fuera otro que el de reducir la mortalidad por vuelco de tractor. La solución inmediata es construir una estructura sencilla y barata que, aun sin homologar, proteja al tractorista en caso de vuelco. Esta estructura deberá ser posible fabricarla en un taller de calderería metálica para cualquier modelo de tractor. Este tarea se la encargó al Grupo de Mecanización Agraria de la Universidad Pública de Navarra que empezó a trabajar con los datos de la Comunidad Foral de Navarra, pero que son extensibles a otras comunidades y a otros países con la misma problemática: Francia, Italia,...

Material y métodos

Estudio del parque de tractores inscrito con anterioridad a 1978 en Navarra
Se han estudiado los datos de marca, modelo, edad y potencia de 1.482 tractores inscritos con anterioridad a 1978 en Navarra, y se ha visto que existen más de 100 modelos diferentes. En la figura 2 se representan los 5 modelos más frecuentes que suponen un tercio del total de tractores sin estructura. El más frecuente es el tractor marca Massey Ferguson modelo Ebro 178.

Diseño de la estructura

Se han observado distintos modelos de tractor con y sin estructura llegando a una conclusión que determina el diseño de la estructura de protección al vuelco:. el único punto resistente y común a todos los tractores para poder anclar la estructura de protección, es la trompeta trasera del tractor. La estructura se ancla en la trompeta, se abre en forma de uve, y forma un paralelogramo que envuelve la zona de seguridad del tractorista.

Desarrollo del método de cálculo

Una vez establecido el diseño de la estructura, se ha desarrollado un método para calcular la estructura de protección al vuelco en tractores de ruedas normales de entre 800 y 6 000 kg. Estos tractores son los afectados por la Directiva Europea 79/622 y es sobre los que se ha centrado el trabajo. El método de cálculo de la estructura se basa en:

  • Código de ensayo estático (CODE 4). Regulado por la Directiva Europea 79/622.
  • Diseño de la estructura.
  • Medidas y masa del tractor.

El método calcula la estructura para que aguante teóricamente las pruebas de homologación que se realizan para homologar las nuevas estructuras de protección al vuelco. Estas pruebas de homologación se deben realizar siguiendo el código de ensayo CODE 4. Este código de ensayo determina que energías y fuerzas debe soportar un modelo de estructura de protección al vuelco para ser homologada para un modelo de tractor.

Programa de cálculo "Estrema"

Con este método de cálculo se ha realizado un programa en Excel denominado "Estrema" (Estructura de Seguridad para Tractores del Equipo de Mecanización Agraria) en el cual se va solicitando a través de unos formularios muy sencillos, ilustrados y completamente explicados, el el peso de tractor y otras medidas fundamentales para el cálculo de la estructura.

El programa da como resultado la estructura de protección al vuelco necesaria en ese tractor, las cotas de esta estructura y el perfil de acero con el que debe ser construida así como la métrica de los tornillos de anclaje de la estructura a la trompeta del tractor. Los detalles de la construcción se pueden ver en una serie de pantallas. Para más información www.cfnavarra.es/insl. A continuación, se muestra en la figura 4 unos de los formularios que aparecen en el desarrollo del programa.

Construcción de la estructura

Vistos los diferentes modelos de tractor, se adquirió un tractor Massey Ferguson Ebro 178 que era el modelo más frecuente en Navarra. Se introdujeron sus datos en el programa y se calculó la estructura necesaria. La estructura se fabricó y se colocó respetando las cotas y secciones que nos había dado el programa. En las figuras 5 y 6 se aprecia el tractor sin estructura y con la estructura colocada.

Ensayo de la estructura

El tractor con la nueva estructura se trasladó a la Estación de Mecánica Agrícola (EMA) del Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentación, para realizarles las mismas pruebas que se realizan para homologar modelos de estructuras de protección al vuelco para los tractores. Estas pruebas se realizan empleando unos cilindros hidráulicos que empujan la estructura, es el denominado método estático y se encuentra regulado por el CODE 4.

Lo primero, antes de ensayar la estructura, es anclar el tractor. Para ello se sujeta por la parte delantera en la zona donde se colocan los contrapesos y quitando las ruedas traseras se sujeta directamente la trompeta trasera del tractor. En la figura 7 se aprecia, además del anclaje de la trompeta del tractor, la zona de seguridad del tractor delimitada por unos cartones. La zona de seguridad está completamente determinada por la normativa y parte desde el punto de referencia del tractor. Los ensayos que se deben realizar marcados por el código de ensayo estático son los siguientes:

  • Empuje longitudinal.
  • Primer aplastamiento.
  • Empuje transversal.
  • Segundo aplastamiento.

Los dos primeros simulan el vuelco hacia atrás, y los dos últimos el vuelco lateral, que es el más normal suponiendo el 90% de los vuelcos.

Empuje longitudinal

Se empuja la estructura del tractor con un cilindro hidráulico en su parte posterior y en un lado. El código de ensayo CODE 4 establece que debe aplicarse una energía en julios en el ensayo longitudinal de:

1,4 * Masa del tractor
1,4 * 3 000 = 4.200 Julios

En la Estación de Mecánica existe un centro de control y acción desde donde se ordena la aplicación de una fuerza determinada, en función del peso del tractor, a una velocidad también determinada por el código, y donde se toman los datos del ensayo.

Con estos datos se ha representado la deformación de la estructura y la energía aplicada en el ensayo. Se observa una deformación de 18 cm y medio que no llega ni a acercarse a la zona de seguridad situada a más de 50 cm. Cuando se llega al límite de energía, deja de aplicarse presión. La deformación de la estructura tiene dos componentes, una elástica y una plástica. La componente elástica es la que permite la recuperación de parte de la deformación máxima cuando el cilindro hidráulico que realiza el empuje retrocede hasta su posición inicial.

Primer aplastamiento

Se aplica sobre la parte trasera de la estructura de protección al vuelco, y se realiza mediante dos cilindros de doble efecto que tiran hacia debajo de una viga horizontal situada sobre la estructura. En este caso el código de ensayo CODE 4 establece que debe aplicarse una fuerza en Newton en los aplastamientos de:

20 * Masa del tractor
20 * 3.000 = 60.000 N

Se mide la fuerza aplicada por cada uno de los cilindros y la fuerza total aplicada. Se llega al límite marcado por el código alcanzando los 61.000 N. En los ensayos de aplastamiento no tenemos datos de las deformaciones sufridas por la estructura durante el ensayo, pero al final del ensayo se realizaron las medidas directas de la deformación permanente observando que la estructura únicamente se asienta rectificando algo el desplazamiento del ensayo anterior.

Empuje transversal

En este caso el pistón hidráulico empuja la estructura desde su parte lateral, aplicado en la parte superior delantera de la estructura, siendo el punto marcado por la norma el plano situado 50 cm por delante al punto de referencia del tractor. Debe aplicarse una energía en julios en el ensayo transversal de:

1,75 * Masa del tractor
1,75 * 3.000 = 5.250 Julios

Segundo aplastamiento

En la última prueba, se aplica un aplastamiento de igual magnitud que el primero sobre la parte delantera de la estructura. También se superan los 60 kN y como en el primer aplastamiento, aunque no dispongamos datos de desplazamientos, en la inspección visual no se aprecian desplazamientos reseñables.

Conclusiones

Con este último aplastamiento terminamos los ensayos realizados en la EMA, y tras la comprobación de nuestra estructura, hemos obteniendo las siguientes conclusiones:

  • La estructura soporta las pruebas de homologación sin invadir en ningún momento la zona de seguridad.
  • Teóricamente, en un vuelco de tractor la estructura habría garantizado el espacio de seguridad al tractorista.

Mejora de la estructura

La estructura diseñada, calculada, construida y ensayada ha superado el ensayo, pero a puesto de manifiesto aspectos a mejorar. Son los siguientes:

  • La estructura es demasiado grande, demasiado alta.
  • Las zonas curvas de estructura en su parte superior dificultan y encarecen la construcción.
  • La estructura se encuentra demasiado atrasada.

Teniendo en cuenta lo anterior se ha rediseñado la estructura de protección al vuelco, dotándola de una altura más ajustada a la zona de seguridad, esto hace además que los momentos que se generan al aplicar las energías de los ensayos sean inferiores y, en consecuencia, los perfiles metálicos que deben constituir la estructura deben ser menos resistentes. Por lo tanto, este primer ajuste produce un abaratamiento de la estructura por tener que emplear menos metros de perfil metálico y por requerir una sección de perfil inferior.

El segundo punto, referente a la eliminación de las curvas en la parte posterior, resulta necesario para alcanzar el objetivo de que la estructura pueda fabricarse en cualquier taller, ya que doblar perfil hueco resulta complejo y no estáa al alcance de cualquier taller.

Por este mismo motivo, se ha mejorado el programa de cálculo de manera que da la opción de calcular la parte inferior de la estructura con perfil macizo, ya que la estructura de protección al vuelco en su parte inferior es curva siguiendo la curvatura de los guardabarros. La opción de colocar la parte inferior de la estructura maciza tiene también otra ventaja añadida para los tractores que tengan poco sitio entre la rueda y el guardabarros, y es que la estructura maciza siempre resulta más estrecha que la hueca.

Por último, se ha ajustado también el programa para que la estructura no quede tan atrasada, ya que en el ensayo realizado en la EMA se pone de manifiesto que existe una distancia excesiva entre el asiento y la parte posterior de la estructura, de este modo la estructura envuelve mejor la zona de seguridad y mejora en estética.

Construcción de una segunda estructura

Con estos aspectos mejorados y el mismo tractor, se ha vuelto a calcular la estructura necesaria para el tractor con el programa Estrema. Con los resultados del programa obtenidos y la colaboración de los talleres Verges se ha construido la nueva estructura y se ha colocado en el tractor. En este caso, además se ha construido para colocarla, como recomienda el programa, entre la rueda y el guardabarros. En la figura 12 se aprecia el tractor con la nueva estructura de protección al vuelco.

Ensayo de la nueva estructura

El tractor con su estructura fueron expuestos en Lérida en el II Congreso Nacional de Prevención de Riesgos Laborales en el sector Agroalimentario. Además de presentarse una serie de comunicaciones referentes a la problemática de los tractores sin estructura de protección al vuelco, y de presentarse el programa Estrema V.3, se realizó una demostración que constituye un verdadero ensayo para la estructura.

La demostración consistió en volcar un tractor sin estructura de protección al vuelco, y en volcar el Massey-Ferguson Ebro 178 con la nueva estructura de protección. El vuelco de los tractores se realizó con la ayuda de una rampa.

Una vez arriba, el tractor fue volcado lateralmente desde una altura de 1,20 m sobre un suelo altamente compactado. Este vuelco real fue muy duro y violento. En la figura 14 se aprecia el tractor volcado. Como se puede apreciar, la estructura doblada debido al fuerte impacto no invade la zona de seguridad del tractorista.

Conclusiones

Esta demostración, a diferencia del ensayo realizado en la EMA, no nos permite realizar gráficas de energía, deformación, etc. Sin embargo, resulta un ensayo más real. Y, podemos decir, sin ninguna duda, que la estructura ha aguantado un vuelco real sin invadir la zona de seguridad reservada para el tractorista.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación del INSL y a la colaboración de la EMA, el Centro de Mecanización Agraria de Lérida, la Fundación IDEA, la organización del II Congreso de Prevención en Riesgos Laborales en el sector Agroalimentario, D. Víctor Verges, D. Luis Márquez y a la Mutua Navarra por habernos concedido Primer Premio en el Concurso de Proyectos de Prevención de Riesgos Laborales.

Bibliografía

Arana, J.I., Mangado, J., Hualde, A., Jarén, C., Pérez de Larraya, C., Arazuri, S. y Arnal, P. [2002]
Protection Structures in Tractors: Problems and Solutions. International Conference on Agricultural Engineering. Volumen 2, Páginas,110-111. Editorial: Szent István Univerity. ISBN: 963 9058 14 9.
Jarén, C., Mangado, J., Aranaz, D., Arana, J.I., Arnal, P., Arazuri, S., Pérez de Larraya, C. y Eransus, J. [2002]
Tractores sin estructura de protección al vuelco. Situación en Navarra y posibles soluciones. I Congreso nacional de prevención de riesgos laborales en el sector agroalimentario. Madrid (España). www.agroprevencion.com
Jarén, C., Mangado, J., I. Arana, J.I., Arnal, P., Arazuri, S. y Pérez de Larraya, C. [2003]
Instrucciones para la utilización del programa para el cálculo de una estructura de protección al vuelco para tractores inscritos con anterioridad al 1-1-78. http://www.cfnavarra.es/insl/doc/tractores/Instrucciones.PDF
Mangado, J., Jarén, C., Arana, J.I., Arazuri, S. y Arnal, P. [2003]
Programa "Estrema" para el cálculo de estructuras de protección al vuelco para tractores inscritos con anterioridad al 1-1-78. II Congreso Nacional de AgroIngeniería. Córdoba (España).

 

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