Primero un poco de física
Un vehículo, como todo cuerpo material y rígido de la naturaleza, posee 3 grados de libertad. ¿Qué es un grado de libertad? Son la cantidad de opciones que tiene un cuerpo para trasladarse o rotar. En este caso nos interesa hablar sobre rotación.
Un vehículo tiene 3 opciones para rotar, y para saber cuales son y como estudiarlas, los ingenieros les agregan una terna de ejes cartesianos a los que se les llama ejes X-Y-Z, y que según la normas ISO 8855 y SAE J670e se ubican de la siguiente manera:
Eje X: coincide con el eje longitudinal del vehículo. El giro en torno al mismo se denomina rolido o balanceo. Se produce un giro sobre este eje al tomar curvas o ante cualquier fuerza lateral (viento, inclinación del camino, etc.).
Eje Y: coincide con el eje transversal del vehículo. El giro sobre éste se denomina cabeceo. Se produce un giro sobre este eje al acelerar o frenar y toda vez que la velocidad del vehículo cambia de valor.
Eje Z: coincide con el eje vertical del vehículo. El giro en torno al mismo se denomina guiñada. Se produce un giro sobre este eje cuando el vehículo DERRAPA de forma sobrevirante, subvirante o neutra como se vio en INFOMANEJO N°48. Este movimiento es el que trataremos en esta entrega.
El remolque, un riesgo adicional
Es importante definir algunos términos antes de abordar el tema:
- Inercia: Propiedad de los cuerpos de no modificar su estado de reposo o movimiento si no es por la acción de una fuerza.
- Derrape: Desde el punto de vista técnico se define como a la rotación de un vehículo sobre su eje Z.
- Fuerza centrípeta: Aquella que es preciso aplicar a un cuerpo para que, venciendo la inercia, describa una trayectoria curva.
- Fuerza centrífuga: fuerza de inercia que se manifiesta en todo cuerpo hacia fuera cuando se le obliga a describir una trayectoria curva. Es igual y contraria a la centrípeta.
ESQUEMA DE FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UNA CAMIONETA CON REMOLQUE CIRCULANDO SOBRE UNA TRAYECTORIA CURVA TENDIENDO AL DERRAPE
De la observación de esta figura surge que para que los vehículos describan una trayectoria curva estable, las fuerzas de rozamiento (que tienen el rol de centrípetas) tienen que ser igual a las fuerzas centrífugas. Sabemos que no puede tratarse a todo el conjunto como si fuera un único cuerpo, debido a que el remolque puede pivotear sobre el punto “O”. Es por eso que el análisis debe efectuarse como si fueran dos cuerpos vinculados, con lo cual, el desequilibrio dinámico de uno puede tener como efecto el desequilibrio dinámico del otro. En este caso nos corresponde analizar el estado dinámico del remolque, que en el caso de la figura se encuentra en equilibrio debido a la igualdad de las fuerzas de rozamiento y la fuerza centrífuga. La posición de “G” depende de la distribución de la carga sobre el remolque.
Para el estudio del derrape, nos interesa en particular la distancia que existe entre el punto “O” y “G”. Ambas fuerzas, las de rozamiento y la centrífuga, generan momentos con respecto a este punto. La definición física del momento es el efecto que genera una fuerza con respecto a un punto determinado que se encuentra a una cierta distancia de ella. Matemáticamente se expresa como:
M (o)=F×d
donde:
M(o): momento de la fuerza con respecto al punto “O”.
F: valor de la fuerza
d: distancia de la fuerza al punto “O”.
Es fácil darse cuenta que cuanto mayor es la distancia entre la fuerza y el punto en cuestión, mayor será el momento o efecto de flexión. Es por esta razón que el punto “G” debe estar más cercano al punto “O” que el eje del remolque. Esto se logra con una adecuada distribución de la carga, es decir, que un mayor porcentaje del peso de ésta se encuentre ligeramente por delante del eje del remolque. De esta forma el efecto flector de la fuerza centrífuga será menor que el de la fuerza de rozamiento, ya que al ser éstas fuerzas iguales, el valor del momento solo depende de las respectivas distancias al punto en cuestión. En síntesis, disminuimos las posibilidades de la ocurrencia de un derrape del remolque.
Si bien este desarrollo tiene un soporte matemático sólido, tiene sus limitaciones, ya que en este análisis se supone que el terreno es perfectamente llano y sin irregularidades, lo cual obviamente se encuentra alejado de la realidad.
El caso más desfavorable que se pudiera presentarse sería la circulación sobre una curva de ripio que tenga irregularidades, por ejemplo serrucho. El peso del remolque no influirá en el comportamiento dinámico para las condiciones del primer análisis, pero si lo hará si se presentan las condiciones expresadas en el caso desfavorable, ya que la vibración que se generará podría producir la pérdida de contacto entre los neumáticos y el camino. En caso de producirse dicha pérdida de contacto, desaparecerán las fuerzas de rozamiento (centrípetas) y por consiguiente sus reacciones (las centrífugas), con lo cual el remolque se moverá según su inercia, es decir, en línea recta. Si el vehículo tractor se encuentra describiendo una trayectoria curva y el remolque una trayectoria recta, éste último tenderá a arrastrar de la cola del primero iniciando el derrape.
Por este motivo recomendamos circular lo mínimo e indispensable con el remolque descargado cuando transitamos sobre caminos irregulares.
Un vehículo, como todo cuerpo material y rígido de la naturaleza, posee 3 grados de libertad. ¿Qué es un grado de libertad? Son la cantidad de opciones que tiene un cuerpo para trasladarse o rotar. En este caso nos interesa hablar sobre rotación.
Un vehículo tiene 3 opciones para rotar, y para saber cuales son y como estudiarlas, los ingenieros les agregan una terna de ejes cartesianos a los que se les llama ejes X-Y-Z, y que según la normas ISO 8855 y SAE J670e se ubican de la siguiente manera:
Eje X: coincide con el eje longitudinal del vehículo. El giro en torno al mismo se denomina rolido o balanceo. Se produce un giro sobre este eje al tomar curvas o ante cualquier fuerza lateral (viento, inclinación del camino, etc.).
Eje Y: coincide con el eje transversal del vehículo. El giro sobre éste se denomina cabeceo. Se produce un giro sobre este eje al acelerar o frenar y toda vez que la velocidad del vehículo cambia de valor.
Eje Z: coincide con el eje vertical del vehículo. El giro en torno al mismo se denomina guiñada. Se produce un giro sobre este eje cuando el vehículo DERRAPA de forma sobrevirante, subvirante o neutra como se vio en INFOMANEJO N°48. Este movimiento es el que trataremos en esta entrega.
El remolque, un riesgo adicional
Es importante definir algunos términos antes de abordar el tema:
- Inercia: Propiedad de los cuerpos de no modificar su estado de reposo o movimiento si no es por la acción de una fuerza.
- Derrape: Desde el punto de vista técnico se define como a la rotación de un vehículo sobre su eje Z.
- Fuerza centrípeta: Aquella que es preciso aplicar a un cuerpo para que, venciendo la inercia, describa una trayectoria curva.
- Fuerza centrífuga: fuerza de inercia que se manifiesta en todo cuerpo hacia fuera cuando se le obliga a describir una trayectoria curva. Es igual y contraria a la centrípeta.
ESQUEMA DE FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UNA CAMIONETA CON REMOLQUE CIRCULANDO SOBRE UNA TRAYECTORIA CURVA TENDIENDO AL DERRAPE
De la observación de esta figura surge que para que los vehículos describan una trayectoria curva estable, las fuerzas de rozamiento (que tienen el rol de centrípetas) tienen que ser igual a las fuerzas centrífugas. Sabemos que no puede tratarse a todo el conjunto como si fuera un único cuerpo, debido a que el remolque puede pivotear sobre el punto “O”. Es por eso que el análisis debe efectuarse como si fueran dos cuerpos vinculados, con lo cual, el desequilibrio dinámico de uno puede tener como efecto el desequilibrio dinámico del otro. En este caso nos corresponde analizar el estado dinámico del remolque, que en el caso de la figura se encuentra en equilibrio debido a la igualdad de las fuerzas de rozamiento y la fuerza centrífuga. La posición de “G” depende de la distribución de la carga sobre el remolque.
Para el estudio del derrape, nos interesa en particular la distancia que existe entre el punto “O” y “G”. Ambas fuerzas, las de rozamiento y la centrífuga, generan momentos con respecto a este punto. La definición física del momento es el efecto que genera una fuerza con respecto a un punto determinado que se encuentra a una cierta distancia de ella. Matemáticamente se expresa como:
M (o)=F×d
donde:
M(o): momento de la fuerza con respecto al punto “O”.
F: valor de la fuerza
d: distancia de la fuerza al punto “O”.
Es fácil darse cuenta que cuanto mayor es la distancia entre la fuerza y el punto en cuestión, mayor será el momento o efecto de flexión. Es por esta razón que el punto “G” debe estar más cercano al punto “O” que el eje del remolque. Esto se logra con una adecuada distribución de la carga, es decir, que un mayor porcentaje del peso de ésta se encuentre ligeramente por delante del eje del remolque. De esta forma el efecto flector de la fuerza centrífuga será menor que el de la fuerza de rozamiento, ya que al ser éstas fuerzas iguales, el valor del momento solo depende de las respectivas distancias al punto en cuestión. En síntesis, disminuimos las posibilidades de la ocurrencia de un derrape del remolque.
Si bien este desarrollo tiene un soporte matemático sólido, tiene sus limitaciones, ya que en este análisis se supone que el terreno es perfectamente llano y sin irregularidades, lo cual obviamente se encuentra alejado de la realidad.
El caso más desfavorable que se pudiera presentarse sería la circulación sobre una curva de ripio que tenga irregularidades, por ejemplo serrucho. El peso del remolque no influirá en el comportamiento dinámico para las condiciones del primer análisis, pero si lo hará si se presentan las condiciones expresadas en el caso desfavorable, ya que la vibración que se generará podría producir la pérdida de contacto entre los neumáticos y el camino. En caso de producirse dicha pérdida de contacto, desaparecerán las fuerzas de rozamiento (centrípetas) y por consiguiente sus reacciones (las centrífugas), con lo cual el remolque se moverá según su inercia, es decir, en línea recta. Si el vehículo tractor se encuentra describiendo una trayectoria curva y el remolque una trayectoria recta, éste último tenderá a arrastrar de la cola del primero iniciando el derrape.
Por este motivo recomendamos circular lo mínimo e indispensable con el remolque descargado cuando transitamos sobre caminos irregulares.