Analisis Estructural

Universidad Politécnica
de Puebla


Ing. Sistemas Automotrices


Tema:
Jaula de seguridad





Introducción
Una jaula de seguridad (también llamada jaula antivuelcos o barras de seguridad) es un marco metálico especialmente construido dentro o alrededor de la cabina de un vehículo, para proteger a sus ocupantes en un accidente, particularmente en vuelcos. Las jaulas de seguridadson usadas en casi todos los vehículos de carreras (o de competición) y en la mayoría de los autos modificados para competir en carreras. En las competiciones de rally es obligatorio su uso en todos los vehículos.











Jaula de seguridad

Las características esenciales y especificaciones de las jaulas de seguridad en los automóviles de competición, están reflejadas en el “AnejoJ” del Código Deportivo Internacional. Estas estructuras de sólida construcción han de adaptarse a cada vehículo en concreto y cada armadura tiene sus especificaciones concretas. Ya sea en forma de armadura, arco o jaula, las estructuras de seguridad deben estar dimensionadas proporcionalmente al peso del vehículo. Cuando un coche de peso P y por lo tanto masa M = P / g se desplaza a una ciertavelocidad V sabemos que para pararle se necesita disminuir o en su caso anular una energía que acredita en ese momento cuya expresión matemática es:

Ec = 1/2 M x V 2

Para concretar más, supongamos que el vehículo ejemplo pesa 1.000 kg y que va a una velocidad de 100 km/h equivalente a 27.8 m/s. Aplicando la fórmula anterior, obtenemos la energía cinética que lleva y que en caso de golpe ofrenada tenemos que transformarla de alguna manera, o anularla. Ésta es:

Ec = 39.430 Julios.
(1 Julio = unidad de energía)

Así, un coche que pese la mitad (500kg) lleva una energía cinética de 19.870 Julios, es decir, exactamente la mitad. En caso de impacto su estructura debe absorber la mitad que la del coche doblemente más pesado.

Si preparamos este supuesto coche para participar encompetición, tendríamos que calcular una estructura llamada antivuelco (anti roll bar en inglés) que nos asegure una resistencia capaz de soportar un impacto equivalente a un golpe por salida de carretera o vuelco accidental. Lo primero que tenemos que fijar son los mínimos que debe cumplir respecto a cargas (fuerzas), que creadas según los 3 ejes de coordenadas, nos soporten la energía de esoscasi 40.000 Julios en caso de choque, para que deformándose dicha estructura, no deje llegar el impacto al cuerpo de piloto-copiloto que es nuestro objetivo. Para la construcción de dicha barra antivuelco nos tenemos que atener a las normas establecidas por la FIA que diferencia claramente dos posibilidades:

1.- Un constructor acreditado cualquiera, puede hacer una estructura basada en lasformas que se dictan en el Anexo J Art. 253 .8. En éste, se especifica la forma que deben tener (arcos principales y cruces de estructura, barras diagonales etc.) y dónde deben ir situadas. Sus dimensiones de diámetro y espesor de la pared del tubo, así como aleación del acero con el que están fabricadas y soldadura mínima admitida.
2.- Un constructor del vehículo, en un determinado grupo, puedehomologar una barra antivuelco de dimensiones inferiores, siempre y cuando utilice un material suficientemente resistente para que soporte los mínimos impuestos por parte de la FIA. En este caso, se reserva esta entidad internacional la homologación y gestión con el fabricante de todo el proceso.


Hay muchos diseños de jaulas de seguridad, dependiendo de las especificaciones del organismoregulador de la competición en cuestión; se construyen para extender el marco frente al conductor, junto al pilar A, para proveerle de la mayor protección posible a altas velocidades en un automóvil cupé. Esto es comparable a la protección provista en carreras de monoplazas, donde una carcasa sólida cubre la mayor parte del cuerpo; se complementa esta seguridad con un arco anti-vuelco, que se extiende...