Anàlisi de les deformacions dels vehicles implicats en un accident de trànsit

Com pot ajudar-nos l’anàlisi de les deformacions dels vehicles implicats en un sinistre viari?

A l’hora de reconstruir un accident de trànsit, l’anàlisi dels danys i les deformacions dels vehicles és una peça principal en l’estudi del perit reconstructor. Aquestes deformacions ens ajudaran a aplicar uns mètodes energètics d’anàlisi que permetran determinar la dinàmica de l’accident, calcular les velocitats d’entrada a la col·lisió de cadascun dels vehicles implicats en el sinistre o fins i tot establir una posterior associació del sinistre amb les lesions dels seus ocupants.

 

Alguns conceptes clau per tenir en compte en l’estudi de les deformacions que es produeixen en un sinistre viari

Abans d’entrar a comentar alguns dels estudis i models que poden ajudar-nos a entendre com mesurar les deformacions derivades d’un accident de trànsit, és important que entenguem i tinguem en compte els següents conceptes:

• Coeficient de restitució: és el coeficient que mesura la conservació de l’energia cinètica del vehicle després del xoc o col·lisió, amb uns valors que van del 0 a l’1. Quan el coeficient sigui 1, la restitució serà completa i podrem parlar d’un xoc purament elàstic (no hi haurà deformació permanent). Per contra, quan el coeficient sigui 0 no hi haurà restitució i direm que el xoc ha estat plàstic o inelàstic (tota l’energia cinètica s’haurà transformat, doncs, en energia de deformació, calorífica i sonora).
• Coeficient de rigidesa: és la mesura que quantifica la resistència d’una estructura en l’aplicar-li una Força, a raó del desplaçament que li comporti. La rigidesa d’una estructura és un indicador variable que dependrà del tipus de material amb què està fabricada l’estructura, de la longitud i la configuració de la seva forma, del gruix de la secció transversal de les seves parts, de la zona d’impacte …
• EES (Equivalent Energy Speed ​​o velocitat d’energia equivalent): És la velocitat que iguala l’energia cinètica del vehicle amb l’energia absorbida en la deformació.
• EBS (Equivalent Barrier Speed ​​o velocitat equivalent contra barrera): És la velocitat que iguala l’energia cinètica del vehicle amb l’energia absorbida en la deformació plàstica en la col·lisió d’un vehicle contra una barrera rígida. Es tracta de velocitats que es determinen a través d’assajos crash-test.
• Solapament (offset): es tracta del percentatge de l’amplada del vehicle que entra en contacte directe en el moment de la col·lisió. S’entén que el total de l’amplada serà el 100% de solapament.
• Arqueig: anomenem arqueig a la deformació induïda superior a 10 cm al lateral oposat a l’impactat en un vehicle com a conseqüència d’una col·lisió.

Consideracions prèvies per a mesurar les deformacions dels vehicles implicats en un sinistre viari:

Equipament

Com a material bàsic per realitzar els mesuraments, mencionaríem: una càmera de fotos per recollir els danys, una plomada, dues cintes mètriques i / o cinta adhesiva de color en alguns casos.

Aquest material ens serviria, en una col·lisió frontal, per exemple, per traçar una línia de referència paral·lela a l’eix posterior del vehicle (si la col·lisió és posterior la línia de referència es prendria paral·lela a l’eix davanter); col·locant a terra una cinta mètrica, per, amb la segona cinta mètrica, realitzar els mesuraments de les deformacions ajudats d’una plomada.

També es poden mesurar aquestes deformacions mitjançant una barra de mesurament de deformacions, agafant la referència de l’eix més allunyat a la zona deformada o ja, com estem veient en les noves tendències, servint-nos d’un escàner 3D, que ens dona una imatge tridimensional del vehicle i de les seves deformacions. En aquesta mateixa línia, tot i no disposar d’escàner, cal esmentar que existeixen programaris informàtics que, a través de fotografies preses amb una càmera normal, generen una imatge 3D del vehicle i les seves deformacions.

Estudis i mètodes existents per a la reconstrucció de sinistres viaris a partir de les deformacions dels vehicles implicats

Els estudis de Kenneth L. Campbell i R.R. McHenry:
Les primeres aproximacions a l’anàlisi de deformacions permanents en vehicles sinistrats cal atribuir-les a Kenneth L. Campbell, qui després de les dades que va obtenir a partir d’assajos de col·lisió frontal contra barrera rígida realitzades a General Motors, va formular una equació lineal que li va permetre establir un model numèric que relacionava la profunditat de la deformació (d) amb la velocitat d’impacte (v).

Així: v= b₀ + b₁d

On b₀ és la velocitat màxima a la qual es pot verificar una col·lisió sense que s’originin deformacions permanents (coeficient de deformació elàstica) i b₁ és el coeficient de deformació plàstica.

Aquesta teoria va ser utilitzada posteriorment per Raymond McHenry per modelitzar el comportament dels vehicles a partir d’un sistema compost per una massa i una molla que absorbeix energia cinètica en deformar-se durant la col·lisió. McHenry va extrapolar la relació de proporcionalitat entre deformació i velocitat a una nova relació, també proporcional, entre deformació i força actuant en l’impacte. Així, segons McHenry existeix un valor de força per al qual només hi ha deformació elàstica (no permanent) i, un cop superat aquest valor de força, la relació de dependència entre força i deformació és lineal.

McHenry estableix, doncs, que:

F= A+BD

On:

F és la força que produeix la deformació
A és el coeficient de deformació elàstica
B és el coeficient de deformació plàstica
D és la profunditat de la deformació

Val a dir que aquests indicadors de la rigidesa o solidesa estructural d’un vehicle varien en funció del model de vehicle, versió, any de fabricació, parts del vehicle afectades en la col·lisió (no és el mateix valor de rigidesa del para-xocs que del xassís d’un mateix vehicle implicat en un sinistre) … Per tant, serà necessari per al perit treballar a partir d’estadístiques prou contrastades, que s’ajustin a la realitat del vehicle implicat en l’accident, perquè els resultats obtinguts siguin rigorosos.

És a partir d’aquest model desenvolupat per McHenry que podrem obtenir la ja esmentada EBS (o velocitat equivalent de barrera), quan ens trobem amb el xoc d’un automòbil davant d’una barrera fixa que no absorbeix energia i que és de massa infinita. Aquest és un concepte que als perits reconstructors ens resulta especialment útil per determinar la severitat d’un impacte i la probabilitat que causi lesions importants en els ocupants del vehicle sinistrat.

On v1 és la velocitat de col·lisió contra la barrera fixa indeformable, E1 és l’energia de deformació i M1 és la massa del vehicle.

D’altra banda, a partir dels estudis de McHenry, en cas que coneguem l’energia absorbida però no la velocitat, podrem resoldre també aquesta incògnita, si igualem les expressions d’energia cinètica i energia absorbida.

A partir d’aquests estudis de McHenry s’ha desenvolupat un mètode gràfic per mesurar les deformacions produïdes, el qual consisteix a obtenir 2 punts de la recta de deformació produïda per calcular els coeficients de rigidesa.

Abans d’acabar amb el mètode de McHenry, és important subratllar que el seu model només permet obtenir resultats precisos en el cas de col·lisions frontals amb un 100% de superposició, en tant que el model no té en compte l’amplada de la zona afectada, sinó només la profunditat de la deformació.

El mètode analític de Rudolf Limpert:
Es tracta d’un mètode de l’enginyer nord-americà Rudolf Limpert pertanyent a la NHTSA, qui va reconstruir més de 3.500 accidents. Aquest mètode parteix d’obtenir una fórmula que reprodueixi amb fidelitat la forma de la corba real deformació-velocitat, en tant que hi ha diferents corbes que reflecteixen les diferents rigideses dels automòbils segons quina hagi estat la zona d’impacte implicada. És un mètode que, bé ens pot donar un primer rang de valors en els quals es troba la velocitat, bé ens pot ajudar a contrastar i comprovar els resultats obtinguts per altres vies.

A partir del mètode desenvolupat per Limpert, es recullen diferents equacions, segons el tipus de col·lisions i vehicles:

Col·lisió frontal:

• Col·lisió posterior (tots els turismes):

• Col·lisió lateral (tots els turismes):

• Envestida d’una motocicleta contra el lateral d’un turisme (aplicable per velocitat superior a 25 km / h):

On:

V_m és la velocitat de la motocicleta; i b és la batalla (reducció de la motocicleta per col·lisió en metres).

Aplicació del mètode energètic mesurant les deformacions dels vehicles implicats en un sinistre viari

Abans de continuar explicant el desenvolupament del mètode per mesurar deformacions i obtenir resultats en la reconstrucció d’un sinistre viari és important especificar que els coeficients de rigidesa obtinguts mitjançant assaigs en els models explicats fins ara tenen en compte les següents restriccions:

-la rigidesa dels vehicles és pràcticament uniforme en tota l’amplada afectada per la col·lisió

-la força actua perpendicularment a la superfície del vehicle

-la deformació residual del vehicle es mesura perpendicularment a la zona sense deformar

-la profunditat de deformació és aproximadament constant des del terra del vehicle fins al capó, sostre o tapa de maleter, segons es tracti d’un impacte frontal, lateral o posterior

-es consideren inapreciables les forces exteriors al sistema compost pels vehicles que xoquen, la qual cosa se sol complir per col·lisions a alta velocitat

-el treball realitzat per la força que actua en la deformació és igual a la força (F) multiplicada per la longitud al llarg de la qual actua (profunditat de la deformació) i estesa a tota la superfície (L)

Com determinar el pla deformat

La determinació de l’àmbit deformat serà més senzilla quan ens enfrontem a una col·lisió frontal o lateral, mentre que la reconstrucció es tornarà més complicada quan la zona d’impacte es localitzi en el vèrtex del vehicle. És molt important la determinació de l’àmbit deformat, ja que els coeficients de rigidesa dels vehicles (frontals, laterals o posteriors) són diferents, com ja hem dit, depenent de la zona d’impacte.

Segons protocol, determinarem el pla deformat partint d’aquest ordre:

-Si es pot determinar amb exactitud l’àrea de contacte inicial, s’ha de prendre aquesta com a pla.

– En cas contrari, es determinarà la direcció del vector impuls en el seu impacte principal: si aquest forma un angle inferior als 45º amb l’eix longitudinal de el vehicle, es referenciarà un pla frontal o posterior segons el cas; si l’angle és superior a 45º, s’utilitzarà el plal lateral.

-En els casos en què l’anterior no sigui viable, s’utilitzarà el pla on la deformació sigui més gran.

Mesurar l’amplada de la zona deformada

L’amplada inclou dues zones: la zona del dany directe i la zona contigua.

En observar els danys en el vehicle, es poden observar tres possibilitats:

• Danys en dimensió: els danys observats (directes + contigus) no han significat la reducció o ampliació de la geometria del vehicle en qualsevol dels seus costats (frontal, lateral o posterior). En aquests casos el valor L serà la mesura que inclogui la longitud dels danys directes i els contigus.
• Danys subdimensionats: quan els danys observats han comportat la reducció de la geometria del vehicle (frontal, lateral o posterior).
• Danys sobredimensionats: quan els danys observats han comportat l’ampliació de la geometria del vehicle (frontal, lateral o posterior).

En aquests dos casos el valor L serà la mesura que consta a la fitxa tècnica, segons el lloc on s’hagin produït els danys.

Determinar l’alçària de la zona deformada

• En les col·lisions frontals o posteriors, l’alçària del mesurament serà la del para-xocs, sempre tenint en compte també l’altura del para-xocs de l’altre vehicle implicat. Així, en cas de col·lisió camió-turisme, les deformacions més greus en el turisme es trobaran en una posició més alta.
• En les deformacions laterals les mesures es realitzaran a l’altura de la planta del vehicle.
• En les deformacions de vehicles a diferent alçària, si la diferència entre les profunditats de les deformacions és superior a 10 cm, s’haurà de realitzar mitjana ponderada de les dues mesures.

Utilització de la línia de referència

En aquells casos on no sigui possible determinar la profunditat de la deformació del vehicle de forma immediata, per ser aquesta de considerable grandària, s’establirà una línia de referència a una distància arbitrària de l’eix posterior en cas de col·lisió frontal (o d’una altra part de l’ vehicle que no s’hagi deformat), per obtenir les mesures reals de deformació en restar-li la diferència.

Mesura de la profunditat de la deformació partint de les dades anteriors

Determinada l’amplada, l’alçada i la línia de referència, es procedirà a mesurar la profunditat de les deformacions. Per perfils regulars es podran prendre 2 o 4 mesuraments, mentre que per perfils irregulars es prendran 6. Les mesures es realitzaran a intervals equidistants, coincidint amb l’inici i el final del perfil deformat (convindrà al perit anar fent un croquis per facilitar la presa i comprensió de totes les dades).

El conveni que se segueix per a la numeració de les mesures és el següent:

• En impactes davanters o posteriors la numeració es farà d’esquerra a dreta, seguint la mateixa perspectiva que té el conductor des de l’interior.
• En impactes laterals la numeració anirà de darrere cap endavant.
  A més:
• Serà important mesurar les parts rígides del vehicle i no les parts plàstiques.
• En el cas de deformacions laterals severes tindrem en compte l’arqueig de l’estructura.
• Traçarem una línia de referència que uneixi els dos vèrtexs del lateral deformat per considerar l’energia utilitzada en l’arqueig de l’estructura del vehicle.
• Determinarem la direcció de la força principal (vector impuls)
• Determinarem l’angle, la qual cosa servirà per quantificar correctament l’energia dissipada en la deformació.

Partint dels supòsits i consideracions esmentats fins aquí i en funció de 2, 4 o 6 mesures de la profunditat de deformació residual del vehicle, s’arriba a les següents fórmules:

Disposant de 2 cotes de deformació:

Disposant de 4 cotes de deformació:

Disposant de 6 cotes de deformació:

Aquest mètode és vàlid per a impactes frontals o laterals amb àmplies zones de contacte, però no per àrees d’impacte estretes, com l’impacte contra un pal o l’impacte d’una motocicleta.

Deformacions produïdes per xoc amb pal, arbre, fanal …

Els sistemes de càlculs són força imprecisos en les deformacions produïdes en aquests casos, que poden donar errors d’entre el 20 i el 30%, a causa de la contundència en la intrusió d’aquest tipus d’objectes en les estructures dels vehicles durant el xoc. Per evitar aquest error, es considera com a amplada de la deformació (L) tota l’amplada del vehicle i posteriorment es redueix la velocitat resultant en un 30%.

Amidament de les deformacions en les motocicletes

En cas de deformació frontal o posterior, compararem la distància entre eixos amb l’original de la fitxa tècnica.

En cas de deformació lateral, compararem l’eix longitudinal de la motocicleta original amb el de la motocicleta accidentada, obtenint els graus de torsió.

Basant-nos en estudis realitzats i preexistents, podrem comparar la reducció de la distància entre eixos amb l’EES (velocitat d’energia equivalent), de forma genèrica i aproximada.

Referències bibliográfiques

IGLESIAS PULLA, A.: Propuestas de mejora en la investigación de accidentes de tráfico en España

MUÑOZ GUZMÁN, T.: Cálculo de la velocidad en la investigación de accidentes de tráfico

SÁNCHEZ MARTÍ, J.: Aplicación de los cálculos de velocidad a la reconstrucción de accidentes. El informe pericial

TOLEDO CASTILLO, F et al.: Manual de investigación y reconstrucción de accidentes de tráfico