Contribución al desarrollo de protocolos de simulación del transporte de cargas paletizadas en plataformas de vibración multiaxial, considerando la inclusión de los modos rotacionales (pitch and roll)

Abstract

[EN] This thesis aims to provide new knowledge and data regarding the relevance of angular vibration as a risk in freight transport. Also, a new test protocol is developed to allow in-lab freight transport risk simulation taking into account rotational modes (angular vibration). This could allow in one hand a better package optimization, and on the other hand a cost reduction in relation to the potential damages that the transported goods suffer in distribution circles. To achieve this, the considered starting point was a revision of the main transportation modes used in freight movement and their projected relevance in next years. This analysis highlights the advantages of intermodal goods transport against conventional transport, which compromises a transformation toward standard unit loads in transport and based on full semi-trailers and trailers. Also, road transport will continue being the most relevant, although ship transport for long-distance transport will be preferred over air transport, which is mainly used for high value goods. The analysis of existing works related to research in transport risks shows that even though ship transport is highly relevant in international good movements, studies related to the potential effect of this transport mode in goods are scarce. Also, in road transport there is a number of data already gathered by different authors, but more information related to the road typologies and geographical locations is needed. This will allow for a better adaptation of real-life effects in test protocols, which are based on mean values, and therefore a consequent reduction of packaging could be achieved alongside with minimization of material, costs and environmental impacts. This thesis will focus on acceleration, and therefore vibration, that occurs during transport in six different directions, tree lineal and three angular (rotational). Linear acceleration is considered at the moment in the industry as the most relevant one, and consequently tests protocols for freight simulation are designed using just lineal acceleration. The proposed work will cover full monitoring of terrestrial and intermodal transport, identifying and quantifying angular vibration (pitch, roll and yaw). This angular vibrations could have an important influence depending on their intensity, and produce important good damages in transport if not considered in the packaging design. This is especially relevant in road and ship transport, although it is true for any kind of transport mode. After analysing in detail the main references and test protocols used for transport simulation and the existing equipment, a new test protocol is designed which includes angular vibration. This is a first step towards development of an international recognised protocol which considers as a whole the main risks suffered by goods during transport and distribution. Finally, the achieved results allow to clearly identify future research lines for advancing the state of the art in relation to risk assessment of goods distribution, simulation of transport conditions, and development of new test protocols and related technologies.

[ES] La presente tesis tiene como objetivo principal aportar nuevos conocimientos y datos concretos sobre la relevancia de la vibración angular como riesgo durante el transporte de mercancías. Asimismo se desarrolla un protocolo de ensayo que permite la simulación en laboratorio de los riesgos en el transporte considerando los modos rotacionales (vibración angular), lo que puede permitir una mejor optimización de la cantidad de envases utilizados por un lado y por otro, la reducción de los costes asociados a la potencial pérdida o defecto en las mercancías derivadas de los múltiples riesgos a los que se ven sometidas en los circuitos de distribución. Así, se consideró como punto de partida una revisión de los principales modos de transporte utilizados para el transporte de las mercancías y su relevancia en los próximos años. De este análisis se destacan las ventajas del transporte intermodal para la distribución de mercancías con respecto al transporte convencional. Esto supone una transformación en la unitización de las cargas para el transporte más estándar y basada en contenedores para semitrailers y trailers completos. Además, el transporte por carretera sigue siendo el modo de transporte predominante, si bien en los transportes a largas distancias predomina claramente el transporte marítimo frente al transporte aéreo, que se utiliza principalmente para cargas de alto valor. Estudiados los principales trabajos existentes y riesgos en los distintos modos de transporte se concluye que, a pesar de la relevancia del transporte marítimo en el transporte internacional de mercancías, los estudios sobre los posibles efectos sobre la carga transportada son muy escasos. En el caso del transporte terrestre es donde más datos se aportan por distintos autores, pero es necesario conseguir más datos de inventario disponibles para la mayor tipología de carreteras y ubicaciones geográficas posibles. Esto permite una mejor adaptación a la realidad de los protocolos de ensayo que se basan en valores promedio, reduciendo los sobreembalajes y minimizando cantidad de material, costes e impactos ambientales. Se profundiza en la aceleración y por tanto, las vibraciones, que acontecen en seis direcciones; tres lineales y tres angulares (rotacionales), considerándose las lineales como las más importantes hasta el momento y por tanto, los protocolos actuales de simulación se construyen considerando únicamente estas tres direcciones. En el presente trabajo se lleva a cabo la monitorización completa de un circuito de transporte terrestre e intermodal que permite identificar y cuantificar las vibraciones angulares (pitch, roll y yaw) y que en función de su intensidad podrían tener, por tanto, una gran influencia y provocar daños en las mercancías durante el transporte si no se consideran en el diseño de los embalajes. Esto cobra especial relevancia en modos de transporte como el terrestre y el marítimo en concreto, si bien están presentes en cualquier modo de transporte. Tras el estudio en detalle de los actuales referentes y protocolos utilizados para la simulación del transporte, así como el equipamiento disponible, se diseña un protocolo de ensayos teórico que incorpora la vibración angular. Se trata este de un primer paso para disponer de un protocolo reconocido a nivel internacional que considere de forma integral los principales riesgos que acontecen sobre la mercancía transportada en su transporte y distribución. Con todo, los resultados obtenidos permiten identificar claramente futuras líneas de investigación que aporten nuevos avances en el conocimiento de los riesgos para las mercancías durante la distribución, la simulación y ensayos de los mismos así como de las tecnologías necesarias para llevar a cabo dicha simulación.

[CA] Aquest treball te com a objectiu fonamental aportar nous coneixements i dades concretes sobre la rellevància de la vibració angular com a risc durant el transport de mercaderies. Amb aquest objectiu es dissenya un protocol d'assaig que permet la simulació en el laboratori dels riscs en el transport considerant les diferents maneres de vibració rotacionals (vibració angular); aconseguint una millor optimització de la quantitat d'envasos transportats i reduint el cost vinculat a les destrosses i defectes de producte produïts per els riscs de cicle de distribució. Com a punt de partida es va considerar una revisió dels més destacats modes de transport dirigits al transport de mercaderies i la rellevància de cada mode en els propers anys. D'aquest anàlisis és destaquen avantatges del transport intermodal davant del transport convencional per a la distribució de mercaderies. El transport intermodal requereix de una estandardització de les cargues basada en l'ús de contenidors per a semi tràilers i tràilers complets. A més, el transport per carretera segueix sent el mode de transport prevalent, mentre en els transports de llarga distancia predomina el transport marítim davant del transport aeri, dirigit a cargues amb un valor més alt. Analitzats els treballs existents més destacats i els riscs en els diferents modes de transport es conclou que malgrat la rellevància del transport marítim en el transport internacional de mercaderies, els estudis centrats en els possibles efectes sobre la càrrega transportada son escassos. En canvi, en el mode de transport terrestre és on més dades de diferents autors es poden trobar, encara que és necessari aconseguir més dades de inventari referents a la major tipologia de carreteres i ubicacions geogràfiques possible. La creació de un inventari més complet permet una millor adaptació a la realitat dels protocols d'assaig que es basen en termes mitjos (mitjana aritmètica), disminuint el excés d'embalatge i minimitzant la quantitat de material, els costos i l'impacte ambiental. En aquesta tesi s'aprofundeix en l'estudi de l'acceleració i per tant, les vibracions, que esdevenen en sis direccions; tres lineals i tres angulars (rotacionals), considerant les vibracions lineals com les més destacades i estudiades fins ara, de manera que els actuals protocols de simulació s'elaboren considerant únicament les tres direccions lineals. En canvi, el present treball duu a terme la monitorització completa d'un cicle de distribució terrestre e intermodal que permet identificar i quantificar les vibracions angulars (pich, roll i yaw); ja que en funció de la intensitat podrien tenir una gran influència i provocar danys en la mercaderia durant el transport si no estan considerades durant el disseny dels embalatges. Aquest fet obté especial rellevància en modes de transport com el terrestre i el marítim, encara que estan present en qualsevol mode de transport. Després del estudi en detall dels actuals referents i protocols utilitzats per a la simulació del transport, així com el equipament disponible, és dissenya un protocol d'assaig teòric que incorpora la vibració angular. Es tracta d'un primer pas per a disposar d'un protocol reconegut a nivell internacional que consideri de manera integral els principals riscs que han de suportar les mercaderies durant un cicle de distribució. En conseqüència, els resultats obtinguts permeten identificar clarament futures línies de investigació que aporten nous avanços en el coneixement dels riscs per a les mercaderies durant la distribució, la simulació i els assajos dels mateixos; així com de les tecnologies necessàries per dur a terme aquesta simulació.