Vehículos que se deforman. ¿Son más seguros?

Cuando un objeto choca contra otro, sufre en cambio repentino de velocidad. ¿Cuál es su comportamiento si se trata de un objeto rígido ó si puede deformarse?.

Imaginemos un bloque de hierro macizo que impacta contra el suelo a 50 Km/h.

Dado que desde el primer momento en que toca el suelo no puede penetrar más hacia abajo, puede decirse que ya ha adquirido su velocidad final (cero).

En este caso la reducción de velocidad que experimenta es casi instantánea.

  

Consideremos ahora el caso de un vehículo que impacta sobre una pared indeformable a los mismos 50 Km/h. Desde el primer momento en que alcanza la pared su velocidad comienza a reducirse.

Sin embargo la detención total no es instantánea.: Como puede deformarse, continúa avanzando, sufriendo una reducción más paulatina de velocidad. La detención total solo se alcanzará cuando la deformación llegue a su valor máximo.

Así, cuanto mayor sea su capacidad para deformarse, mayor será el tiempo de que dispone para detenerse completamente.

En este segundo ejemplo, la reducción de velocidad que experimenta es más paulatina.

 

Al repartirse en un tiempo mayor, las fuerzas soportadas por el vehículo – y que éste transmite sobre sus ocupantes – son menores en cada instante.

En la siguiente figura se compara el intervalo de tiempo en que un objeto deformable y otro rígido reducen su velocidad hasta detenerse, al impactar sobre un objeto fijo.

En general, los factores que influyen en la seguridad de un vehículo para sus ocupantes son:

• Su masa: En una colisión entre dos vehículos, el vehículo de mayor masa tiene mayor capacidad para hacer prevalecer su velocidad en contraposición a la del otro.
• Su capacidad de deformarse: Si el vehículo posee una estructura que permita una deformación programada, alargando así el tiempo que dura el impacto, los esfuerzos que soportarán los ocupantes serán menores.
• La integridad del habitáculo: La deformación que debe permitir el vehículo tiene un límite: Mantener íntegro el habitáculo, para que el espacio que ocupan los usuarios no se vea aminorado ó incluso colapsado.
• Los elementos de seguridad pasiva, como los pretensores y limitadores de fuerza de los cinturones de seguridad, diferentes dispositivos de airbag, etc.

¿Los crash test se ajustan a nuestras necesidades?

El uso de dummies en los crash test y la publicación de los resultados por algunos organismos que defienden los intereses de los consumidores, ha permitido a los usuarios disponer de mayor información a la hora de decidir qué vehículo comprar, cuando en sus intereses la seguridad es un factor a tener en cuenta.

Ahora bien, ¿esta información es fiable en función de si quien conduce habitualmente es hombre o mujer?

Numerosos crash test demuestran que el riesgo de sufrir lesiones graves en un impacto frontal, que puede estar en torno al 15% si se usa un dummy adulto masculino, pasa a ser del 20 al 40 % si se usa uno femenino de menor peso y tamaño.

En general los expertos indican que cuanto menor sea una persona menores son las fuerzas capaces de soportar.

En impactos contra postes por ejemplo, los conductores de menor estatura están más expuestos a sufrir mayores lesiones a nivel de cabeza, abdomen y pelvis. De manera contraria, tienen menor riesgo de sufrir lesiones a nivel de tórax si se comparan con conductores de una estatura media.

Las mujeres con menor masa muscular, también son más susceptibles de sufrir lesiones a nivel cervical.

Un estudio publicado en 2011 por la Universidad de Virginia reveló que en los tipos de impacto más habituales en accidentes de tráfico, y circulando con el cinturón de seguridad, las mujeres tienen una probabilidad de sufrir lesiones un 47% superior a la de los hombres, en impactos similares.

Por todo ello se hace necesario profundizar en los estudios para mejorar la seguridad pasiva tomando también como referencia los dummies femeninos.

Velocidad y Distancia de Seguridad

Todas las legislaciones sobre tráfico recogen de algún modo la obligatoriedad de mantener una distancia al vehículo precedente suficiente como para evitar colisionar en caso de reducción brusca de velocidad. Sin embargo, no todas cuantifican cual debe ser esa distancia mínima, ni los factores de los que depende.

Cuando el conductor de un vehículo frena, el conductor del vehículo que circula detrás no puede reaccionar de forma inmediata, sino que necesita una fase de apercibimiento, durante la que la distancia entre ambos vehículos se acorta.


Considerando tiempos de percepción y reacción de hasta 2 segundos, la distancia de seguridad que a 100 Km/h permite no impactar al vehículo que frena es de 55 metros.

Si el obstáculo a librar no es el primer vehículo - que mientras frena continua avanzando - sino un objeto inmóvil que aparece repentinamente, por ejemplo si el primer vehículo se aparta para esquivarlo, el segundo conductor ya solo cuenta para detenerse con la distancia que venía guardando  al vehículo precedente:

La distancia de seguridad en este caso debe ser por tanto mayor. A los mismos 100 Km/h, la separación que permitiría librar este obstáculo sobrevenido sería ya de 110 metros.

En la siguiente figura se comparan las distancias de seguridad necesarias para no impactar al vehículo precedente que frena, ó para para no chocar contra un obstáculo detenido que el primero deje libre tras esquivarlo.

Vídeo recomendado:

Estudio de la maniobra de frenada

Cuando un conductor acciona el freno de su vehículo toda la energía que lleva como consecuencia de la velocidad a la que circula, se transforma en trabajo de rozamiento al bloquearse los neumáticos.

 

Una vez el conductor pisa el freno, los neumáticos no se bloquean instantáneamente, sino que transcurre un corto periodo de tiempo antes de bloquearse.
El periodo que transcurre desde que el conductor acciona el pedal de freno hasta que el sistema de frenos adquiere el 100 % de efectividad se denomina “tiempo de reacción del sistema de frenos”, y se establece de forma genérica en unos 0,2 segundos.
Por otra parte, la distancia que recorre un vehículo desde que el neumático se bloquea hasta que aparece la huella se denomina distancia de calentamiento, y suele estar comprendida de media en torno a 1,5 metros.

Durante dicho periodo empieza a aparecer una huella de color más claro, hasta que finalmente aparece la huella de color más intenso.

Para conocer la velocidad de un vehículo que se detiene sin choque o colisión, es decir, que lo hace por la acción de la frenada de emergencia de su conductor, es necesario igualar la expresión de la energía cinética con la del trabajo de rozamiento.

La expresión resultante de dicha igualación es la que se muestra a continuación de forma simplificada, sin tener en cuenta el tiempo de reacción del sistema de frenos, y nos permite calcular la velocidad del vehículo en función de la longitud de su huella de frenada (s):

La aceleración negativa o deceleración (a) se calcula a través de la constante gravitacional (9,8 m/seg²) y el coeficiente de rozamiento (µ).

El coeficiente de rozamiento es un parámetro que no lleva unidades (adimensional) y representa las características de fricción entre el neumático y el tipo de pavimento y su estado.

Una expresión más precisa, incluyendo el tiempo de reacción del sistema de frenos es la que se incluye a continuación:

El coeficiente de rozamiento entre el neumático y el pavimento se puede determinar empíricamente de forma menos precisa con un carro de fricción:

Y de forma más precisa con un acelerómetro instalado en el interior del vehículo:

Con dispositivos anclados al neumático podemos conocer el tiempo de respuesta del sistema de frenos:

No obstante, existen tablas que nos permiten utilizar un rango de coeficientes en función del tipo de pavimento y del estado en el que se encuentre.

La distancia que transcurre desde que el conductor acciona el pedal de freno hasta que comienza la huella se puede determinar mediante el uso de una pistola de tiza.

Este dispositivo dispara un trozo de tiza al pavimento en el momento en que el conductor pisa el pedal de freno, al estar conectado al sensor que enciende las luces de frenado.

Dispositivos mas sofisticados con adquisición y grabación de datos, permiten sincronizar el momento de pisar el pedal de freno con una grabación en video:

En el video anterior podemos también observar el efecto sobre la rueda al frenar con el sistema antibloqueo ABS.

Finalmente, el siguiente video explica como es el funcionamiento de un sistema de frenos hidráulico: