MARÍA GR.ACIELA BERARDO Accidentes· de tránsito Análisis pericial científico-mecánico Modalidades de su desarrollo Determinación de velocidades Análisis de las huellas de frenado Deformación de los vehículos Desplazamiento posterior al impacto Análisis de casos 2 ª edición corregida y actualizada Córdoba 2004 editorial Mediterránea A Tomás. A mis hijos Koty, Popi, Tomás y Lucía. -Amis padres, por el apoyo que me han brindado a lo largo de mi vida. ~ © Copyright by editorial Mediterránea Duarte Quirós 63 l - L. 3 Córdoba. República Argentina Te!.: (0351) 425781 l E-mail: [email protected] Impreso en mayo de 2004 en los talleres gráficos de José Solsona Argensola 1942 - Tel./Fax: 4723231 Córdoba - Argentina Hecho el depósito de ley 11.723 Derechos reservados Prohibida su reproducción Impreso en r\rgentina Prinred in t\rgentina ISBN: 987-1020-13-9 (ED1Cl(¡"l .UST!( ..I) total o parcial N OTA DE LA AUTORA A LA 2a EDICIÓN Frente al agotamiento de la primera edición de este libro y ante la invitación de Editorial Mediterránea para poner a disposición de los interesados una segunda, he considerado oportuno actualizar el siguiente contenido. Se trata de los coeficientes de rigidez empleados en la determinación de la energía disipada para producir daños sobre el rodado. Estos coeficientes demandan una revisión permanente, conforme el avance en los diseños de vehículos por fabricantes que tienen como principal objetivo mejorar la seguridad pasiva vehicular. Los coeficientes de rigidez son listados juntamente con sus desviaciones standard, las que representan las variaciones esperadas dentro de la población vehicular. Mediante su aplicación, se puede definir un rango de valores, lo que acota los posibles errores. Uno de los principales inconvenientes detectados en la utilización de los coeficientes anteriores, era la falta de coincidencia entre los modelos ensayados y los que conforman el parque automotor de nuestro país. Ahora los coeficientes están presentados para distintos tipos de vehículos, comprendiendo automóviles, pick-ups, multipropósitos, vans y camiones, los que a su vez están subclasificados según su distancia entre ejes; esto permite extender su aplicabilidad a cualquier rodado, de cualquier origen. Córdoba, mayo de 2004 María Graciela Berardo PRÓLOGO La autora publica este libro titulado Accidentes de tránsito - Análisis pericial científico-mecánico, cuyo valor interdisciplinario es prioritario destacar de modo preliminar: es que no sólo constituye un aporte importante desde lo científico de la especialidad de la Ingeniería Vial y, dentro de ella, de la Seguridad Vial y su principal temática, la Accidentología (tal como lo han entendido los especialistas que le calificaron en la Universidad Nacional de Rosario con las mejores notas), sino porque además se encuentra respaldado por una amplia experiencia de la autora, resultado de su larga trayectoria como perito judicial en la materia. El libro está destinado, desde el nacimiento de la idea que lo inspira, no sólo a abogados sino también a peritos: se trata de un desafío que la autora supera con holgura, al centrar su temática y discurso en el punto de confluencia judicial de los saberes de ambas profesiones: el ámbito de la reconstrucción judicial de accidentes viales. Esto ya evidencia su utilidad para el tratamiento procesal de un tema que, hasta no hace poco, era frecuente ver encarado sólo «con ojo de buen cubero». Será de utilidad a abogados, jueces, fiscales y demás operadores judiciales para ilustrarse sobre los principios básicos en los que se apoya la reconstrucción de accidentes viales; esto evitará que se acepten como ciertas, algunas expresiones, conclusiones, argumentos equivocados y hasta incoherencias por parte de peritos, que ante el desconocimiento de los funcionarios y defensores, aparecen como verdaderas. Servirá también a éstos para brindarles una visión diferente, menos intuitivay más técnica, brindando los fundamentos básicos necesarios para el tratamiento judicial de la accidentología vial; para ello, la au- xn PRÓLOGO tora se ha esforzado en limitar el uso de fórmulas matemáticas a las mínimas indispensables para explicar la totalidad de los fenómenos en estudio. También será de utilidad para unificar criterios de los peritos, homogeneizando sus producciones, pues brinda al cuerpo pericial un mismo material de consulta que reúne todos los conceptos teóricos elementales en la reconstrucción de accidentes viales. Por responder a la intención de presentar un material de fácil lectura e interpretación para muchos profesionales, la autora ha preferido destacar el fenómeno físico-mecánico, por encima de la formulación matemática, lo que es logrado acabadamente en este material. En suma, se trata de un novedoso y valioso aporte, de enfoque interdisciplinario, que sintetiza en un único trabajo el análisis detallado de las múltiples variables que intervienen en un accidente de tránsito, lo que seguramente favorecerá la producción de dictámenes periciales más acertados e ilustrados, y aportará rigurosos criterios científicos para la valoración jurisdiccional de las conclusiones de aquéllos. El libro contribuirá de este modo al logro de sentencias más ajustadas a la realidad de los hechos y, por lo tanto, más equitativas; en síntesis, a una mejor administración de justicia. José l. Cafferata Nores INDICE 1. INTRODUCCION 1 2. ELEMENTOS DEL VEHícULO........ .•............ 9 2.1. Ruedas 11 2.2. Frenos .. 19 3. LA MANIOBRA DE FRENADO 27 3.1. El conductor - Tiempo de percepción y reacción 29 3.2. Rozamiento y adherencia 37 3.3. Coeficiente de fricción 48 3.4. Factor de frenado o desaceleración ("Drag factor").. 64 3.4.1. Diferentes "drag factors" 66 3.4.1.1. "Drag factor" cuando no se han bloqueado todas las ruedas 66 3.4.1.2. "Drag factor" en superficie no horizontal 67 3.4.2. Determinación de centro de masa de un vehículo. 68 4. VELOCIDAD INICIAL EN FUNCIÓN DE LA FRENADA... 73 4.1. Identificación y análisis de la huella de frenado 75 4.2. Estimación de la velocidad .. 80 4.2.1. Aplicación de ecuaciones 81 4.2.2. Huellas de frenado irregulares 88 4.2.3. Huellas sobre superficies de distinto coeficiente de fricción............................................................................... 95 5. FRENADA SEGUIDA DE IMPACTO 5.1. Deformación de los vehículos 5.2. Estimación de la velocidad remanente 6. DESPLAZAMIENTO DE LOS VEHICULOS POSTERIOR AL IMPACTO 6.1. Trayectorias post impacto 97 99 107 121 125 XIV INDICE 6.2. Posición final de los vehículos 7. ANALISIS DE CASOS 7.1. Ejemplo 1 7.2. Ejemplo 2 7.3. Ejemplo 3 129 139 141 145 160 8. ERRORES EN LA DETERMINACION DE LAS VARIABLES PARA EL CALCULO DE VELOCIDAD - ANALISIS DE SENSIBILIDAD 167 ANEXOS 183 ANEXO I: Indice de tablas 185 ANEXO II: Indice de gráficos 187 ANEXO III: Indice de figuras 189 Referencias 193 bibliográficas l. INTRODUCCIÓN ------------------ 1. INTRODUCCIÓN Los accidentes de tránsito en las carreteras son un fenómeno cotidiano, que nadie puede desconocer. Un accidente es una situación dinámica, consistente en uno o más sucesos encadenados no deseados, que ocurren en forma inesperada, generalmente de consecuencias ingratas. Accidente de tránsito es aquel suceso o sucesos encadenados en el que se encuentra involucrado uno o más vehículos en movimiento, que ocurre en la vía pública, ocasionando daños a las cosas y/o lesiones o muerte (siempre que el deceso ocurra dentro de las 24 horas siguientes al accidente) a las personas. Las estadísticas elaboradas a partir de los registros de informes de accidentes redactados por personal policial del Departamento de Accidentología Vial de Policía Judicial de Córdoba, muestran que en el año 2002,solamente en el ámbito de la ciudad de Córdoba, se registró un promedio de 358 accidentes con lesionados por mes y 10 casos de homicidios culposos por mes. La toma sistemática y el análisis detallado de todos los datos relacionados con los accidentes hace posible el adecuado estudio de las causas reales ocurrentes en ellos, lo que es fundamental para el estudio a posteriori de las deficiencias de la vía, de los vehículos y del comportamiento humano a fin de corregirlas y orientar el estudio de los nuevos proyectos y posibles normas a implantar. Son numerosos los factores que intervienen en la producción de un accidente lo que obliga a que su tratamiento sea abordado por equipos interdisciplinarios. Los componentes físicos básicos de la circulación son: hombre, móvil y vía. Una breve reflexión sobre el proceso de la conducción permite advertir que existe una ajustada interrelación entre cada uno de ellos. Accidentes ~ de tránsito . Análisis Pericial Cientifico-Mecánico 4 MARÍA GRACIELA BERARDO INTRODUCCiÓN Los motivos que dan lugar a un accidente, deben buscarse en consecuencia, en la buena, regular o mala interrelación entre estos factores. Con el fin de estudiar si es posible evitar estos accidentes, en los que la causa está ligada directamente al factor humano, resulta necesario investigar cuáles son las variables que pueden influir sobre el comportamiento humano durante el movimiento de peatones y durante la conducción. El estudio de estos comportamientos y sus variables debe ser encarado por profesionales en esa disciplina, tales como psicólogos, sociólogos,etcétera. En este libro, el factor humano ha sido abordado únicamente al referirse al tiempo de percepción y reacción, por su influencia en la determinación de la velocidad .. . -HOMBRE Es suficientemente conocida la gran incidencia del factor humano (ya sea conductor o peatón) en el desencadenamiento de un accidente, ya que en la inmensa mayoría de los accidentes se registra en algún momento una falla humana. Los conductores constituyen el elemento más importante de la circulación, ya que el movimiento de los vehículos en la carretera depende fundamentalmente de ellos y la calidad de la circulación será el resultado de su mayor o menor habilidad para adaptar el movimiento de sus vehículos a las características de la vía y de la circulación. La práctica demuestra que no basta con tener conocimientos sobre conducción, sino que también hace falta experiencia en la conducción real. Por ello suelen ocurrir accidentes con mayor frecuencia de lo normal durante el primer año de obtenida la habilitación para conducir. La forma de conducir depende de numerosas variables; además de los conocimientos, influyen aptitudes físicas y psíquicas, y situaciones particulares que pueden ocasionalmente modificar dichas capacidades, algunas de ellas comentadas en el texto. Todo ello hace que el comportamiento de un conductor no sea constante, no sólo porque un mismo conductor puede actuar diferente en distintas circunstancias ante un mismo hecho, sino también por las diferencias existentes entre un conductor y otro, lo que motiva que algunos conductores sufran accidentes en las mismas situaciones en las que otros no lo harían. El comportamiento de los peatones es aún menos predecible que el de los conductores. Además es mucho más difícil regular el movimiento de los peatones que el de los vehículos. Especialmente en zonas urbanas, el tránsito combinado de peatones y vehículos da lugar a accidentes de características particularmente graves. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 5 -MÓVIL '( N o son muchos los accidentes ocurridos donde se haya encontrado como causa en la producción del hecho, alguna falla mecánica en el funcionamiento del vehículo. Entre las principales se destacan: neumáticos en mal estado, reventones, frenos deficientes, fatiga de materiales, etc. Atendiendo a las principales fallas mecánicas como causas de accidentes, se ha dedicado el segundo capítulo a una descripción de los elementos del vehículo, tales como ruedas y frenos, para familiarizarse con sus componentes y mecanismos de funcionamiento. Con la incorporación de la obligatoriedad de efectuar la Inspección Técnica Vehicular, se espera que el número de accidentes debidos a fallas mecánicas se reduzca. Claro está, que este tipo de disposiciones deben venir acompañadas del correspondiente control en el cumplimiento, pues de lo contrario, con el tiempo comienzan a perder rigor y con ello, efectividad. Si bien la toma de datos para la investigación requiere solamente de una rigurosa inspección mecánica del o los vehículos involucrados, lamentablemente esta tarea sólo es realizada a conciencia y en forma sistemática en el caso de los homicidios culposos, según la información del Departamento de Accidentología Vial de Policía Judicial de Córdoba, lo que invalida cualquier análisis estadístico. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 6 MARtA GRAClELA BERARDO INTRODUCCIÓN No obstante, los fabricantes de autos llevan a cabo investigaciones de accidentes seleccionados, que consideran particularmente instructivos, con equipos preparados que trabajan durante las 24 horas del día o que hacen desplazamientos internacionales. La información que proporciona un accidente de tránsito para un investigador de la seguridad pasiva es muy rica: deformación del bastidor, reacción de los distintos elementos interiores o causa de las heridas, etcétera. Sin embargo, las altas velocidades que pueden desarrollar algunos vehículos, lógicamente dificultan la consecución de un alto grado de seguridad pasiva en choques producidos en esas condiciones. -VÍA Entre los factores de la vía que pueden ser causa en la producción de un accidente, se reconocen aquellos vinculados con el diseño geométrico, los relacionados con el diseño estructural y los derivados de las condiciones del medio ambiente. Dentro de los vinculados con el diseño geométrico se destacan curvas, intersecciones, sección transversal, control de accesos, obstáculos fijos en los costados del camino, dispositivos de regulación de tránsito, señalización, excesiva velocidad. En el marco de los factores relacionados con el diseño estructural, se destacan el tipo, estado y mantenimiento de la superficie de rodamiento, con marcada participación en la maniobra de frenado a través del factor de frenado o deceleración, tópico abordado en el tercer capítulo. Sobre todos estos aspectos, pueden y deben actuar los ingenieros encargados de la explotación vial, siendo necesario llegar al equilibrio entre el costo de las mejoras necesarias y la disminución de accidentes. En cuanto a los factores derivados de las condiciones del medio ambiente, tales como visibilidad pobre, presencia de hielo, nieve, etcétera, si bien los ingenieros nada pueden hacer para que esto no ocurra, deben aportar las soluciones de diseño adecuadas para mitigar sus efectos. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 7 Con respecto a la velocidad, mencionada en la enumeración anterior de factores que constituyen causa en la producción de un accidente, deben distinguirse dos aspectos en su influencia sobre la seguridad: por una parte la velocidad media de circulación y por otra, las diferencias de velocidad entre los distintos vehículos. Está comprobado que al aumentar la velocidad media de circulación, aumenta la gravedad de los accidentes, mientras que no parece variar la frecuencia de ellos. Por el contrario, la probabilidad que tiene un vehículo de involucrarse en un accidente crece rápidamente al aumentar el valor absoluto de la diferencia entre su velocidad y la velocidad media del tránsito. Por lo tanto, la mejora de la seguridad que producen las limitaciones de velocidad es debida a la disminución de la dispersión de velocidades (al limitar a los excesivamente rápidos), teniendo menos importancia la disminución de la velocidad media. La determinación, aunque más no sea en forma aproximada, de la velocidad de circulación de los vehículos involucrados en un accidente, permitirá conocer si se superaron los valores límites de velocidad, quién violó las normas vigentes, en qué proporción se superó la velocidad media, etcétera. En este libro se describen los conceptos y principios básicos para una investigación accidentológica y se proporciona una suerte de manual que describe los pasos necesarios para la determinación de la velocidad. El procedimiento para la estimación de velocidad de los vehículos involucrados en un accidente está desarrollado teniendo en cuenta los tres momentos que puede o no incluir todo accidente. El primero de ellos, consistente en la maniobra de frenado, está abordado en los capítulos 3 y 4, donde se plantean una serie de consideraciones sobre los distintos tipos de huellas de frenada. El segundo momento corresponde al impacto propiamente dicho, donde con el auxilio de los "Crash Tests" se han podido acercar valores de energía cinética disipada en el instante del choque, tal como se expone en el capítulo 5. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cientifico-Mecánico 8 MARÍA GRACIELA BERARDO Por último, en el capítulo 6, se considera la trayectoria post impacto hasta la posición final de los vehículos involucrados en el accidente. El desarrollo teórico se complementa con el análisis de casos reales, en el capítulo 7. En algunos de ellos, se ha borrado la chapa patente de los vehículos fotografiados para preservar la privacidad. En el capítulo 8 se analizan individualmente las variables intervinientes en la determinación de la velocidad, a fin de identificar los parámetros más sensibles para recomendar especial atención en su estimación. Este libro intenta cubrir un bache existente en gran parte de la Bibliografía consultada, al aportar conceptos teóricos necesarios para encarar un análisis técnico accidentológico. Cuando un accidente es tratado en sede judicial, ya ha transcurrido bastante tiempo desde su ocurrencia, en consecuencia se vuelve más valiosa la recolección de datos realizada al momento del hecho. Esta tarea, que es llevada a cabo por personal de Policía Judicial, generalmente carece de precisión adoleciendo de numerosas fallas, que muchas veces reconocen motivos económicos, aunque en otros casos están más ligadas a escaso tiempo, desconocimiento, exceso de trabajo, etc. Al concluir este libro la autora advierte la necesidad de capacitación seria y rigurosa al personal encargado de la recolección de datos, pues la mejor reconstrucción de un accidente no podrá acercarse a la verdad de lo sucedido si no se lo permiten los datos precisos oportunamente recolectados y adecuadamente registrados. 2. ELEMENTOS DEL VEHÍCULO Ruedas Frenos Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 2. ELEMENTOS DEL VEHÍCULO 2.1. RUEDAS Las ruedas son la parte del vehículo que está en contacto con la superficie de la vía; a través de las ryedas se transmiten todos los esfuerzos necesarios para detener, acelerar o cambiar de dirección al vehículo en movimiento. Para calificar el comportamiento de un vehículo hay que analizar el comportamiento de sus neumáticos, ya que ante una situación de peligro, cuando el conductor ya ha hecho todo lo que está a su alcance, el neumático es el último encargado de evitar el accidente, siempre y cuando los otros elementos mecánicos estén en buenas condiciones de seguridad. Los neumáticos pueden contribuir a la ocurrencia de un accidente, en casos tales como: • Exceso de uso que puede afectar su rendimiento, especialmente en suelos húmedos. • Rápida pérdida de aire. • Mezcla de diferentes tipos de neumáticos incompatibles en un mismo vehículo. • Selección inapropiada del neumático afectando el control del vehículo y su estabilidad. • Desgaste importante limitando la eficiencia de la maniobra de frenado. Por ello, el tipo y estado de conservación de los neumáticos son fundamentales para un adecuado comportamiento del vehículo en diferentes situaciones. El neumático (cubierta más cámara) va colocado sobre una pieza metálica llamada llanta. La llanta es un disco metálico que lleva sobre su circunferencia exterior una plancha acanalada donde se inserta el neumático. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cienlffico-Mecánico 12 MARíA GRACIELA ELEMENTOS BERARDO DEL VEHÍCULO 13 La llanta queda rígidamente unida al eje por medio de una pieza llamada masa, que contiene los mecanismos del freno y que está unida al semieje (en el caso de rueda motriz), el cual a su vez conecta en su otro extremo con el diferencial a través del cual se transmite el movimiento del motor. El movimiento de las ruedas del automóvil es provocado por la aplicación de una fuerza en el eje, paralela a la superficie del camino o por la aplicación sobre ellas de un par. De este modo se distinguen dos tipos de ruedas: las primeras, denominadas portante o libres, y las segundas, portante y motriz, conocidas comúnmente como rueda motriz. En el caso en que la rueda del automóvil se encuentra en reposo, la reacción resultante del camino actúa en el punto A. Cuando la rueda se encuentra en movimiento, la distribución de esfuerzos con relación al eje transversal resulta ser asimétrica. Entonces el punto de aplicación de la reacción resultante del camino se traslada en la dirección del movimiento de la rueda, hacia el punto B. La reacción resultante se descompone en dos componentes: una paralela al camino Rx y una perpendicular Ry. La primera de ellas (Rx) se llama "resistencia al rodamiento". La rueda partante es entonces aquella donde aparece una fuerza de tracción T transmitida por el chasis a la rueda para asegurar el movimiento que equilibre al par pasivo originado en las resistencias al movimiento. Analicemos las fuerzas y momentos que actúan sobre una rueda portante o libre. (Figura 1) La rueda motriz es aquella que soporta un par motor transmitido por los árboles de accionamiento de las ruedas. Este par aplicado en la rueda motriz hace surgir en su periferia una fuerza tangencial que actúa sobre el camino provocando en éste una reacción dirigida de acuerdo con la dirección del movimiento de la rueda. La existencia de esta reacción es necesaria para provocar el movimiento. Veamos en la Figura 2, las fuerzas y momentos que actúan sobre una rueda motriz. p= carga vertical (incluye peso propio de la rueda). T= fuerza horizontal que provoca el movimiento de la rueda. Fi = fuerza de inercia de la rueda debida al movimiento no uniforme de ella. Mi = par debido a la inercia de la rueda, en el caso del movimiento no uniforme de ella. Rx= componente horizontal de la reacción del camino. Ry= componente vertical de la reacción del camino. I --~-~ .. Figura 2: Rueda motriz P= carga vertical sobre la rueda motriz (incluye peso propio). V= reacción sobre el eje de la rueda motriz, la que considera las distintas resistencias que vence el automóvil durante su movimiento. Sentido de circulación Figura 1: Rueda portante Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico Fi==fuerza de inercia de la rueda debida al movimiento no uniforme de ella. M==par motor de la rueda. Mi==par debido a la inercia de la rueda, en el caso del movimiento no uniforme de ella. R==reacción del camino. R'==componente radial de la reacción del camino. R"==componente paralela al camino. La reacción del camino sobre la rueda motriz R se puede descomponer en una componente radial R' y una componente paralela al camino R". La componente radial CR')es la reacción del camino en el caso que no actuara sobre la rueda el par motor, que puede descomponerse en R'x y R'y, como se vio al analizar la rueda portante. La componente paralela al camino CR")es la debida al par motor aplicado a la rueda motriz. Esta reacción se denomina fuerza tractíva, y es la fuerza necesaria para provocar el movimiento de la rueda. Bajo la aplicación de los frenos, las ruedas comienzan a girar con dificultad; el vehículo se retarda. Este retardo produce una fuerza de inercia en la dirección de la marcha, que mantiene las ruedas en movimiento de rodadura hasta que toda la energía contenida en el vehículo rodante se haya transformado en calor. El sentido de la fuerza en el perímetro de la rueda al frenar es opuesto al sentido de la fuerza al acelerar. La cubierta está compuesta de varias capas que se pueden reconocer como: carcaza y banda de rodamiento. La carcaza consiste en la superposición de varias capas de telas engomadas de tejido textil (algodón, rayón o incluso nylon); representa el elemento estructural de la cubierta propiamente dicha. Estas telas, en número variable, se superponen con un ángulo de cruce que oscila entre 35 y 50 grados. Dicho ángulo determina las condiciones de estabilidad del neumático; a mayor ángulo menor estabilidad, pero por otra parte, mayor confort. -Según la dirección con que las telas se superpongan formando la carcaza, se pueden distinguir neumáticos diagonales o radiales (donde la orientación de las telas coincide con los planos radiales). • Generalmente llevan anillos de alambre en el sentido de la banda de rodadura para controlar la deformación en sentido diametral producida por los esfuerzos del neumático inflado. Se distinguen así los neumáticos: • diagonales sin zuncho • diagonales con zuncho • radiales zunchados Los neumáticos están constituidos prinCipalmente por dos partes bien distinguidas: la cámara y la cubierta. La cámara de aire es una envoltura de goma con forma de anillo toroide que tiene como función retener el aire de inflado. Sus paredes son muy elásticas y no presenta ninguna resistencia a la flexión. En la actualidad, esta cámara en los neumáticos para automóviles, ha sido reemplazada por una cubierta de tales condiciones que retiene herméticamente el aire de inflado. La cubierta, de igual forma toroide pero interiormente abierta, consiste en una envoltura robusta que permite SOportar la presión de inflado y transmitir a la calzada el peso del vehículo y los esfuerzos emergentes del proceso de la circulación. Figura 3: Neumático Fuente: Accidentes de tránsito radial. Tlie Traffic Accident lnvestigation - Aná!isis Pericia! Científico-Mecánico Accidentes de tránsito - Análisis Pericia! Cientrtico-Mecánico Manual. 16 MARÍA GRACIELA BERARDO ELEMENTOS Las cubiertas radiales han crecido en popularidad últimamente por las condiciones estructurales favorables que se logran con ese ángulo de superposición de las telas, lo que permite menor deformación y menor calentamiento (menor desgaste). Al ser también la banda de rodamiento más flexible, se logra una mejor adherencia a las irregularidades del camino y mejor rodadura (menor consumo de combustible). Figura 4: Neumático diagonal. Fuente: Tlze Traffic Accident Investigation Manual. La banda de rodamiento es la parte del neumático que está en contacto con la superficie de la vía y en consecuencia la que se desgasta por su apoyo y roce. Consiste en una capa de caucho vulcanizado duro, de bastante espesor, que recubre la parte superior de la carcaza. La banda de rodamiento está tallada con hendiduras y resaltos de diferentes diseños, según las marcas, que "agarran" sobre las asperezas del pavimento y dan adherencia a las cubiertas para aguantar los esfuerzos del motor, freno, etc. Se reconocen varios diseños característicos, adoptándose normalmente una combinación de ellos, para obtener en base a sus principales cualidades, neumáticos aptos para diferentes usos. Cuando sobre el camino aparecen condiciones particulares como agua, hielo o aceite, la adherencia del neumático decrece rápidamente, siendo fundamental que el conductor adecue su condición a las posibilidades reales de los neumáticos. Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Cientifico-Mecánico DEL YEliÍCULO 17 Las cubiertas usadas correctamente, rara vez fallan antes de gastar su dibujo original. Cuando se inicia el desgaste, el dibujo se va perdiendo, reduciéndose la capacidad del neumático para funcionar y disminuyendo el "agarre" o "tenida". Esta disminución es constante y se reduce a cero en la denominada "cubierta lisa". Existen muchas formas de denominar o identificar un neumático, pero la más tradicional indica: el ancho, la clase de velocidad, el tipo de construcción y el diámetro de la llanta. Ejemplo: 165/80 SR 13" (ancho nominal: 165 mm, relación alto/ ancho: 80, S: marca de velocidad; si es S= 180 Km/h, H= 210Km/h, V= más de 210 Km/h, R: radial, 13: diámetro nominal de la llanta). El conductor debe conocer las limitaciones de velocidad permitida a los neumáticos y las diferencias que se producen en las características de "tenida" en los distintos tipos de camino y con las variaciones de las condiciones atmosféricas. No se puede mantener la misma velocidad cuando la superficie del camino es ondulada o lisa, o cuando hay baches o piedras, cuando está seca o mojada, cuando hay hielo o nieve, etc. La presión de inflado debe responder a lo indicado en las especificaciones por las fábricas, las que aconsejan el valor más apropiado en relación al peso que soporta la rueda. Elevada presión de inflado, si bien aumenta la capacidad de carga, aumenta el riesgo de rebotes, empeora la suspensión y hace la marcha más dura, con un rodamiento irregular y nocivo para las cubiertas disminuyendo el kilometraje del neumático, mientras que la presión de inflado baja, empeora la estabilidad, haciendo la dirección más dura y facilitando el desgaste por la mayor formación de calor, acelerando el fin de su vida útil. Dados los múltiples factores que intervienen en la adherencia de una cubierta al suelo resulta difícil precisar cuál será el valor de profundidad mínima del dibujo para una circulación segura; estudios realizados por el Traffic Institute de North Western University (EE.UU.) permiten fijar un valor, debajo del cual el neumático no debería circular por la vía pública, por razones de seguridad. El estudio se realizó sobre 304 Km. de carretera de alta velocidad, durante un año. Se comprobó que Accidentes de tránsito - Análisis Pericia! Cientifico-Mecánico ELEvlENTOS DEL VEllíCULO 18 MARíA GRACIELA los riesgos de pinchaduras, cortes y lesiones a la cubierta aumentaban geométricamente a medida que disminuía el espesor total de la banda de rodamiento. Se contabilizó en promedio, un neumático desinflado cada 36.000 Km. recorridos, aunque resultaron pocos los neumáticos desinflados en relación con el número de accidentes ocurridos (1486 accidentes). (,( . ~ 50 ,1 o -lO o o 30 E" E'" o E '" ~g 20 ., . ~~ .. 'O" 00 .0 w "'o En consecuencia, la inspección de las ruedas (con posterioridad a un accidente) debe incluir: • posición en el vehículo. • Presión de inflado. • AgujerOs visibles del neumático. • Abolladuras de la llanta. • Profundidad del dibujo o % de desgaste Lamentablemente, es habitual que personal de Policía Judicial (que interviene inmediatamente ocurrido el accidente), sólo indique un porcentaje de desgaste para todos los neumáticos, sin hacer distinciones entre ellos, ni relevar ninguno de los otros datos de interés mencionados para la correcta reconstruc- 'O .!:!'i: 19 BERARDO MINIMO PERMITlOO 10 ~ 1.5MM O Profundidad NUEVOS dibujo (MM) ción del hecho . La influencia del desgaste de los neumáticos sobre el coeficiente de adherencia neumático-calzada, es decir sobre la maniobra de frenado propiamente dicha, está desarrollado en el capítulo 3. USADOS Gráfico 1: Relación de neumáticos dañados por cada 160.000 Km/ vehículo vs. profundidad de dibujo en banda de rodamiento. Fuente: Tire Disablement and Accideuts 011 o High Speed Road. 2.2. FRENOS Sistemas de frenos Como resultado del estudio surgió que: las cubiertas lisas son más propensas a sufrir deterioros que las cubiertas nuevas en un orden de 50 veces más, mientras que en las cubiertas con 1,5 mm de profundidad de dibujo este orden es de 18 veces y la curva crece rápidamente al disminuir el dibujo de la cubierta por debajo de este valor. Cabe acotar que en la investigación mencionada, el 4 % de los vehículos revisados tenía sus neumáticos debajo del mínimo recomendado para profundidad de dibujo, según Normas IRAM 113-337. En síntesis, las condiciones de trabajo de una rueda de automóvil pueden determinarse por la presión de aire en el neumático, el valor del par transmitido por la rueda, la velocidad de movimiento de la rueda, la carga vertical aplicada sobre la rueda y el dibujo de la banda de rodamiento Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Ciemittco-Meceníco El sistema de frenos de un vehículo Ysu correcto funcionamiento son determinantes en la eficacia de la maniobra de frenado. El frenado consiste en la aplicación de una superficie fija de algún tipo de material friccional contra un tambor o disco giratorio que actúa solidario con la rueda; la transformación de la energía del vehículo en calor produce un calentamiento del freno. Los frenos son los dispositivos que convierten en calor la energía de avance del vehículo, calor que se disipa por radiación a la atmósfera, disminuyendo su velocidad hasta anularla, logrando así la detención. La eficacia del frenado depende entonces, de la calidad y desgaste de las cubiertas, del estado y clase del pavimento Yde Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 20 MARíA GRACIELA BERARDO ELEMENTOS la pericia y habilidad del conductor, considerando un vehículo en buenas condiciones mecánicas. Un vehículo con neumáticos gastados y lisos sobre superficie mojada de asfalto "agarra" mucho menos que con cubiertas nuevas sobre hormigón seco. Existen diferentes sistemas de frenos aunque todos ellos se basan en la aplicación de una fuerza transmitida desde un pedal de comando, que provoca rozamiento entre el elemento fijo y el móvil. El elemento móvil consiste en tambores giratorios que suelen estar ubicados en las ruedas del vehículo o sobre el árbol de la transmisión, mientras que el elemento fijo que contra ellos se aplica suele consistir en zapatas interiores. En la Figura 5, Ay B son las zapatas articuladas en un eje C fijo en un plato-soporte con relación al chasis; L es una leva situada entre los extremos de las zapatas, que las abre cuando se tira de la varilla P, y las aplica contra las paredes interiores del tambor F, que gira con la rueda sujeta a los espárragos G. Mientras no se accionan los frenos, las zapatas oprimen a la leva por la acción del resorte R . 21 DEL VEHíCULO Con la transmisión mecánica se requiere una buena organización de palancas y cables o varillas para llevar la fuerza hasta cada rueda, de forma de no interferir con el giro a uno y otro lado de las delanteras. Este tipo de transmisión ha quedado limitado a motocicletas o vehículos similares. • Transmisión hidráulica: donde al ser pisado el pedal de freno, empuja un líquido en el cilindro de mando, del que salen las tuberías hacia cada rueda. Este sistema se utiliza actualmente en la casi totalidad de los automóviles Yvehículos comerciales medianos. En la Figura 6, D es el pedal de freno, H el cilindro de mando y T, las tuberías. Las zapatas Ay B se articulan en C contra el tambor giratorio F. En esta transmisión, las tuberías pueden tener tantas curvas y codos como sea necesario; además, las tuberías pueden ser flexibles, lo que las hace fácilmente adaptables a los giros de las ruedas directrices y a las oscilaciones de la suspensión de todas las ruedas. H EJE DE GIRO Figura 5: Sistema de frenos con mando mecánico. Fuente: Manual de Automáviles. La transmisión de la fuerza desde el conductor hasta los elementos del sistema de frenado propiamente dichos puede hacerse de diferentes modos: • Transmisión mecánica. Consiste básicamente en el mecanis- mo recién descripto. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico Figura 6: Sistema de frenos con mando hidráulico. Fuente: Manual de Autotnáviles. • Transmisión neumática: Se utiliza en los vehículos comercia- les de gran capacidad donde el mando hidráulico o mecánico de los frenos requiere gran fuerza de aplicación. Este sistema presenta una gran facilidad para ser usado en grandes y pesados vehículos, permitiendo llevar fácilmente la Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 22 MARíA GRAClELA BERARDO acción de los frenos a sus ejes y a los remolques que puedan arrastrar. Los aparatos están calculados para que el frenado se inicie en los remolques ligeramente antes y termine un poco después que en el camión, con objeto de que aquéllos no se echen encima del vehículo tractor. La transmisión se realiza mediante aire comprimido trabajando a unos cinco kilos de presión. El sistema consiste en una pequeña bomba de aire, movida por el motor del vehículo que lo comprime y almacena en uno o varios depósitos, de los que puede salir cuando el conductor pisa el pedal, dirigiéndose por tuberías hasta los frenos, en los que los pistones de otros cuerpos de bomba (semejante al caso de mando hidráulico) accionan las zapatas o el eje de la leva que las separa. FILmo DEAIRE 23 ELEMENTOS DEI. VUlíCULO ~D=-\. ~ las altas velocidades que se pueden alcanzar), lo que exige multiplicar la fuerza aplicada sobre el freno. Para que el esfuerzo aplicado por el conductor al pedal se multiplique, el único procedimiento mecánico es el de palanca. Como se ve en el pedal de la figura 8, si el brazo de palanca P es 6 veces mayor que el de aplicación A, la fuerza se multiplica por 6 ya que el recorrido de A es 6 veces menor que el de P Pero el mecanismo de palanca ocupa espacio, requiere articulaciones y ejes que lubricar y ajustar, resultando mucho más complicado en organización y mantenimiento que el mando hidráulico: En la Figura 8 se puede ver que si el esfuerzo de 40 kilogramos aplicado al pedal P se multiplica por esta palanca P-A a 240 y se ejerce sobre un émbolo de mando M de 10 cm- de superficie, la presión resultante en el líquido será de 24 Kg/cm-, la cual, al llegar a los cilindros receptores B, C y D, se convierte en: si B tiene 5 cm- de sección, la fuerza de su pistón será 24 x 5 = 120 Kg; si C tiene 10 cm 2, su fuerza valdrá 24 x 10 = 240 Kg; y si el émbolo receptor D es de 20 cm-, la fuerza alcanzará 24 x 20 = 480 Kg. 30 ~B=5cm' C=10cm 1 D=20cm 1 Figura 7: Sistema de frenos con mando por aire comprimido. Fuente: Manua! de Ataornáviles. Figura 8: Fundamento del mando hidráulico. Fuente: Manual El esfuerzo aplicado a un máximo de 30 ó 40 musculares del conductor. conductores de vehículos Accidentes de Autoniáviles. por el conductor al pedal está limitado Kg. compatible con las posibilidades Esto es especialmente complicado en pesados o automóviles deportivos (por Los seroojrenos son los sistemas que ayudan con su fuerza la acción del conductor sobre el pedal. Pueden ser hidráulicos, de de tránsito - Análisis Accidentes Pericial Científico-Mecánico de tránsito - Análisis Pericial Cientffico-Mecánico ¿4 MARÍA GRACJEL/\ BERARDO ELEMENTOS vacío, eléctricos y de aire comprimido. También pueden ser mixtos: de vacío-hidráulicos o de aire comprimido-hidráulicos. En los últimos tiempos se ha difundido en reemplazo de las zapatas, para vehículos de altas velocidades, los frenos a disco. Su ventaja radica en la seguridad y perfecto funcionamiento en cuanto a la utilización de los servofrenos, en una más favorable disposición para la disipación de la energía calórica de frenado y presentan mejores condiciones de autolimpieza. El elemento móvil está constituido por un disco metálico solidario con la rueda y el elemento fijo consiste en un arco que abraza una porción periférica del disco teniendo en cada extremo dos platos, los cuales mediante un comando hidráulico pueden ser presionados contra las paredes del disco. Estos platos, de forma variada, en su cara de contacto con el disco tienen un recubrimiento con material friccional similar al usado en las zapatas. 25 DEL VEHÍCULO Este esfuerzo F será directamente proporcional a la fuerza P aplicada sobre la zapata, a 11(coeficiente que mide la eficacia del frenado Y depende de la forma de los elementos de roce y del punto de aplicación de la fuerza sobre la zapata) y a fd (coeficiente de rozamiento dinámico entre las superficies de contacto, que depende del tipo de material utilizado, de la velocidad relativa entre las superficies de contacto y de la temperatura de ellas). (1) F ==P .11 . fd Llamando (d) al diámetro del elemento de rozamiento y (D) al diámetro de la rueda del vehículo, la fuerza de frenado Ft aplicada tangencialmente a la rueda será Ft ==F . d / D ==P . 11. fd . d / D (2) En los frenos a disco, el esfuerzo de frenado en la periferia del disco será: ARCO 2n r Ft ==2 . P . fd . -d-== 2 . P. fd . 11 CILlNDRO~ (3) PISTON Siendo: P= fuerza transmitida por cada uno de los platos d= diámetro del disco r= distancia media del plato al centro del disco Figura 9: Freno a discos. Fuente: El frenado en vehículos aUlolI/Olores. En los frenos a zapatas, la aplicación de la fuerza P sobre la zapata, provoca un esfuerzo de rozamiento entre el elemento fijo y el móvil de valor F Accidentes de tránsito La relación de eficacia será siempre menor que 1.En general, los tipos más comunes de frenos a disco tienen un valor 11 cercano a 0,8. Se mencionó como una de las principales ventajas de los frenos a disco, el perfecto funcionamiento en la utilización de los servofrenos; esto adquiere aquí especial importancia, dado que la relación de eficacia en los frenos a disco es menor que en los frenos a zapata; entonces para obtener valores semejantes - Análisis Pericial Cientifico-Mecánico Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 26 MARÍA GRACIELA BERARDO de Ft, habrá que aplicar esfuerzos P significativa mente superiores (del orden de 3 a 5 veces que los empleados en frenos a zapatas). Un párrafo especial merecen los sistemas de frenos ABS (Antilock Braking Systern). El sistema ABS se compone básicamente de sensores instalados sobre las ruedas, los cuales se encargan de medir sus diferentes velocidades de giro. Las señales necesarias para la regulación de frenada, se transmiten a través de los denominados canales, a una unidad de control electrónica que la analiza para aumentar o disminuir la frenada de cada rueda o grupo de ruedas en función de los datos recibidos, mediante la transmisión al freno de cada rueda de la cantidad de presión correspondiente para que no se produzca el bloqueo. La mayor o menor efectividad de funcionamiento está directamente relacionada con el número de canales y sensores que se emplean para controlar el giro de las ruedas. En función de dicho número y de su modo de funcionamiento existen varios tipos de ABS. Desde los más básicos, y ya fuera de uso de un solo sensor y un solo canal, hasta los más usados hoy de cuatro canales y cuatro sensores, sistema que se ha mostrado como el más efectivo, pues el control de cada rueda se realiza de modo independiente. Los vehículos equipados con este sistema de frenos en nuestro país, constituyen un bajo porcentaje del total del parque automotor. Pero este número afortunadamente se está incrementando día a día, no sólo por las facilidades que se brindan en la actualidad para la adquisición de vehículos con este tipo de equipamientos, sino también por la necesidad del conductor de contar con la mayor cantidad de dispositivos que colaboren con la seguridad en la circulación. 3. LA MANIOBRA DE FRENADO El conductor. Tiempo de percepción y reacción Rozamiento y adherencia Coeficiente de fricción Factor de frenado o deceleración ("Drag factor") Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 3. LA 3.1. EL CONDUCTOR. TIEMPO MANIOBRA DE FRENADO DE PERCEPCIÓN Y REACCIÓN El tiempo de percepción y reacción es aquel tiempo que transcurre desde que el conductor recibe la información del riesgo o peligro hasta que inicia la respuesta de su conducido. En reconstrucción de accidentes, la determinación de dicho tiempo es utilizada para estimar la posible distancia de frenado total (generalmente para determinar si el peligro pudo haber sido evitado bajo ciertas circunstancias) o para determinar si la respuesta del conductor a la situación de peligro fue la mejor posible bajo las condiciones existentes. El tiempo de percepción y reacción está formado por diferentes etapas, para cuyo reconocimiento y relación con la reconstrucción de accidentes es conveniente identificar previamente una serie de puntos accidentológicos característicos. Estos deberán definirse mínimamente con una coordenada espacial sobre las trayectorias de los protagonistas y una temporal. Ellos son: • PPP: Punto de posible percepción. Es aquel punto de la trayectoria desde el cual es posible, para toda persona habilitada para conducir, percibir el riesgo o peligro. Depende básicamente del entorno, visibilidad, topografía, etcétera. En este punto comienza la etapa de detección y con ella, comienza el tiempo de percepción y en consecuencia, el tiempo de percepción y reacción. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 31 LA MANIOBRA DE FRENADO -• PPE: Punto de percepción efectiva. Es el punto de la trayectoria en el cual efectivamente se advierte que algo ocurre. Marca el fin de la etapa de detección y fin del tiempo de percepción e indica el comienzo de la etapa de identificación, y con ella el comienzo del tiempo de reacción. • PDR: Punto de respuesta. Es el punto de la trayectoria donde se inician las acciones de respuesta tendientes a la evasión. Marca el fin del tiempo de percepción y reacción humana y comienzo del tiempo de respuesta mecánica. • PCAE: Punto de comienzo de acción evasiva. Es el punto en el cual el vehículo comienza a variar sus parámetros cinemáticos (frenando, acelerando, girando, etcétera). Los parámetros modificables son: velocidad, dirección y aceleración. Marca el fin del tiempo de percepción y reacción total. • PDI: Punto de impacto. Es el punto en que se produce la interacción de las fuerzas entre dos cuerpos. Este punto puede ser considerado cuando se produce el contacto inicial, el máximo contacto o el último contacto (o punto de desenganche), los que presentan muy pequeñas diferencias. La práctica indica que, si bien el punto de impacto físicamente debiera determinarse cuando se produce el primer contacto, las infinitésimas fuerzas actuantes en ese momento no provocan efectos apreciables que puedan dejar huellas de utilidad para la reconstrucción, por lo que se aconseja tomar como punto de impacto el instante de máximo contacto. • PDPF: Punto de posición final. Es el punto donde finaliza el movimiento (salvo casos excepcionales de fuga). Es por ello que se lo suele definir como el punto donde la situación dinámica del vehículo se ha estabilizado, habiendo ya ocurrido las consecuencias. • PSS: punto sin solución. Es el punto de la trayectoria, desde el cual la mejor percepción y las maniobras más adecuadas realizadas correctamente, no pueden impedir que el accidente ocurra. No depende de las aptitudes o actitudes del conductor, pues para su determinación se usan valores de tiempos de percepción Yreacción medios y maniobras adecuadas, realizadas en tiempo apropiado en un vehículo apto para circular. Este punto accidentológico característico es de suma utilidad para la evaluación de la evitabilidad o inevitabilidad física de un accidente. El tiempo de percepción y reacción total puede desagregarse entonces, en el tiempo de percepción, tiempo de reacción (la suma de estos dos términos da el tiempo de percepción - reacción humana) Y tiempo de reacción mecánica. El tiempo de percepción corresponde a la etapa de detección; coincide su comienzo con el comienzo del tiempo de percepción Yreacción Yfinaliza cuando el conductor "focaliza" lo que ha detectado (fin del tiempo de percepción y comienzo del tiempo de reacción). La duración de la detección depende de numerosoS factores entre los que pueden citarse: capacidades sensoriales del protagonista, características del objeto de la detección, grado de atención del conductor, etcétera. Un valor medio es del orden de 0,3 segundo. Dentro del tiempo de reacción, se reconocen cuatro etapas: Identificación (identificación del riesgo o peligro, información sobre el mismo), evaluación o intelección (comprensión de la situación, interpretación del riesgo o peligro), decisión o emoción (adopción de la maniobra más conveniente) Yrespuesta o volición (acción sobre los mandos del vehículo). La identificación o percepción marca el comienzo del tiempo de reacción. Esta etapa finaliza cuando se ha recolectado la información.necesaria y suficiente como para valorar el riesgo. Su duración también depende de los mismos factores que intervienen en el tiempo de percepción, además de aquellos Accidentes Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cientifico-Mecánico de tránsito - Análisis Periciaf Científico-Mecánico factores modificantes de las capacidades sensoriales tales como cansancio, fatiga, aIcoholemia, intoxicación, los que retardan el proceso mental de identificación. Un valor medio de la duración de esta etapa es del orden de 0,3 segundos. La evaluación comienza cuando finaliza la etapa anterior y termina cuando, una vez procesada la información, se concluye si el riesgo es talo no. Muchos errores en esta etapa de evaluación, son causas de accidentes. Su duración aproximada es de 0,5 segundo. La decisión comienza cuando finaliza la etapa anterior y termina al iniciarse la respuesta. En esta etapa se resuelve si es conveniente modificar la velocidad, o la dirección, o la aceleración, etcétera. La duración de esta etapa depende de la complejidad, variedad y combinaciones de opciones que se presenten. En términos generales, los valores medios oscilan entre 0,5 y 1 segundo. La respuesta, comienza cuando el cerebro envía la orden al grupo de músculos que corresponda y termina cuando los músculos comienzan a ejecutar la acción (por ejemplo, cuando los brazos inician el giro del volante, la extremidad inferior cambia la presión sobre el pedal del acelerador, etcétera) La duración media de esta etapa es de 0,2 segundo. El tiempo de respuesta mecánica comienza al terminar la etapa de respuesta y finaliza cuando el vehículo empieza a modificar sus parámetros cinemáticos. Su duración media es del orden de 0,5 segundo. En el esquema de la figura 10 se han distinguido las diferentes etapas y componentes que determinan el tiempo de percep. ción y reacción total y su relación Conlos puntos accidentológicos característicos descriptos anteriormente. Cabe acotar que la suma directa de los tiempos indicados para cada etapa pueden diferir del valor necesario para el tiempo de percepción y reacción, pues pueden presentarse superposiciones de tiempos o saltos de etapas, así como aumentos o disminuciones en los valores medios mencionados anteriormente. P.P.P. I Etapa Detección K7 ) Tiempo de ~ Percepción o ; I '" -' P.P.E. I Identificación I ('1 I Evaluación Tiempo de Percepción 11' - ~ Reacción Humana Tiempo de Reacción 1, Decisión Tiempo de percepción y reacción total 0- ! ) Respuesta PD.R. J ) 1 Tiempo de Respuesta Mecánica P.CAE. Figura 10: Esquema de etapas del Tiempo de Percepción y Reacción y Puntos AccidentolÓgicos. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cientifico-Mecánico 34 MARíA GRAClELA BERARDO LA MANlOBRA Además son muchos los factores que modifican los tiempos asignados. Entre ellos pueden mencionarse: drogas (alcohol, marihuana, valium, etcétera), edad, fatiga, etcétera. Por ejemplo, en individuos con más de 0,1 % de alcohol en sangre se comprobó que el tiempo de reacción aumenta alrededor del 25 %. El gráfico 2 muestra los resultados de distintos ensayos en personas con diferentes contenidos de alcohol en sangre. En él se muestran los tiempos de reacción en función del porcentaje de alcohol en sangre. 1.0 i i I I 35 DE FRENADO Máxima posible • 0.9 íñ 0.8 ~ .!!!. 0.7 1: :2 0.6 8 •..:ll 0.5 CI.i " 0.4 8. E 0.3 Oi 0.4 QJ !!. z o Ü 0.3 CI.i ¡:: 0.2 0.1 oU o « I Jóvenes Personas Mayores ~ 0.2 w el o 0.1 a. :E w ¡::: Estímulos .10 .15 .20 .25 .30 .35 .40 .45 PORCENTAJE DE ALCOHOL EN SANGRE Gráfico 2: Tiempos de reacción VS. contenido de alcohol en sangre. Fuente: Traffic Accident Reconslructioll. No se ha podido comprobar científicamente que el sexo tenga efectos significativos sobre el tiempo de reacción. En cuanto a la fatiga, si bien está comprobado que con ella aumenta el tiempo de reacción, no ha sido posible cuantificar dicha influencia por la dificultad de establecer grados de fatiga. Con respecto a la edad, la declinación de las facultades neuromotoras se ve compensada con la experiencia, la que hace disminuir el tiempo de las etapas de detección, identificación, evaluación y decisión. Esto se hace evidente en los valores obtenidos para personas mayores o jóvenes, según que el estímulo sea esperado o no. El Gráfico 3 muestra valores medios y máximos y mínimos posibles. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cientitico-tvtecentco I Jóvenes Estímulos Inesperados I Personas Mayores Esperados Gráfico 3: Tiempos de reacción para estímulos esperados e inesperados en jóvenes y personas mayores. Fuente: Traffic Accident Reconstruction. Numerosos ensayos se han practicado a fin de determinar el tiempo de percepción y reacción total apropiado para cada circunstancia, todos ellos de difícil implementación, ya que hubo que desechar los resultados obtenidos en el ensayo propiamente dicho, considerando solamente los valores arrojados en comportamientos posteriores, a fin de tomar por sorpresa a los conductores, y así lograr resultados reales. Con todos ellos, se puede concluir que: Si la reacción es refleja, insumirá un tiempo muy corto, entre 0,10 y 0,20 segundos. Se trata de aquellas respuestas involuntarias a estímulos, como son los actos instintivos resultantes de la percepción de una situación peligrosa inminente. Si la reacción es de tipo simpie, es decir que requiere respuestas conocidas, en situaciones esperadas, para las que se tiene experiencia, el tiempo de percepción y reacción total es corAccidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 36 MARÍA GRACIELA to; para la mayoría de los conductores, alrededor de 0,40 segundo. Un ejemplo de este tipo de reacciones es la detención cuando la luz del semáforo cambia a amarillo, o el vehículo que circula adelante prende las luces de stop. No hay etapas de identificación, evaluación ni decisión, ya que se trata de una respuesta casi mecanizada como todas aquellas que se presentan normalmente durante la conducción. Si la reacción es compleja, como ocurre en la mayoría de los accidentes, el tiempo de percepción y reacción total puede llegar hasta 1,30 segundo. Este es el caso donde se presentan situaciones inesperadas, y cuya decisión se efectúa entre las respuestas posibles habituales, como por ejemplo ante el ingreso inesperado de un vehículo a la carretera, tener que decidir si frenar o acelerar. Están presentes todas las etapas de la percepción-reacción, aunque pueden encontrarse superpuestas. Se dice que la reacción es discriminatoria, cuando se solicitan respuestas no habituales, dado que las habituales no son posibles y en consecuencia se requiere mayor información que la inmediatamente disponible para tomar la decisión, como por ejemplo cuando un conductor en una autopista no está seguro y debe decidir si abordar la próxima salida para conducirse al destino deseado o no, o cuando algo en el vehículo o sobre la vía hace un ruido repentino, originando una reacción inapropiada que puede provocar una situación más seria. En este tipo de reacciones, el tiempo de percepción y reacción total puede alcanzar 1,5 segundo o valores superiores. A fin de aportar un valor medio se puede considerar un tiempo de 2 segundos. El tiempo de percepción y reacción que se utiliza para el diseño geométrico difiere del considerado para la reconstrucción de accidentes, pues para el diseño se trabaja con márgenes de seguridad que llevan 'a alcanzar valores mayores que para la reconstrucción de accidentes. A modo de ejemplo se mencionan las Normas de Diseño Geométrico de la Dirección Nacional de Vialidad donde para la maniobra de detención se adoptan valores desde 2 a 2,9 segundos, dependiendo de la zona que se atraviesa. En reconstrucción de accidentes, donde el hecho lamentablemente ya ocurrió, sólo puede determinarse si ocurrió por errores o demoAccidentes LA MANIOBRA BERARDO de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 37 DE FRENADO ras en la reacción, en la percepción o en la respuesta mecánica, y en consecuencia se manejan esos valores solamente para determinar si el accidente fue físicamente evitable o no. La determinación del tiempo de percepción y reacción para cada caso en particular, debe ser estimado por el investigador en base a las circunstancias existentes; si bien la bibliografía sobre el tema es abundante, muchas veces es contradictoria y se hace dificultosa su aplicación, pues se ha encontrado que se asignan diferentes denominaciones a iguales intervalos de tiempo, con lo que se complica la determinación. 3.2. ROZAMIENTO y ADHERENCIA Existe rozamiento cuando dos cuerpos están en contacto y con movimiento relativo entre sus respectivas superficies. Puede definirse al rozamiento como la fuerza de resistencia al movimiento entre dos superficies en contacto. El fenómeno de rozamiento es muy complejo y si bien existe rozamiento en todos los estados de la materia, para este tema sólo se tratará el rozamiento entre sólidos. En términos generales, el coeficiente de rozamiento es la relación entre la fuerza tangencial (paralela a la superficie) aplicada a un objeto deslizándose sobre una superficie y la fuerza normal (perpendicular a la superficie) sobre el objeto. El diagrama típico que permite una fácil interpretación, se muestra en la figura 11. Para el caso de superficies horizontales, el diagrama se simplifica, como muestra la figura 12. En este diagrama simplificado el coeficiente de rozamiento /J, es simplemente la relación entre la fuerza horizontal requerida para deslizar el objeto y el peso del objeto. (4) /J,=FIP Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 38 MARíA GRACIELA N LA MANIOBRA BERARDO Fuerza Normal Figura 11: Fuerzas actuantes sobre un objeto que se desliza sobre plano inclinado. N - Movimiento F p Figura 12: Idem figura anterior sobre superficie horizontal. En reconstrucción de accidentes de tránsito, se reconocen tres tipos de rozamiento: - rozamiento estático - rozamiento dinámico - rozamiento por rodadura (o resistencia por rodadura) Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cientitico-Mecenico 39 DE FRENADO Esta última se refiere a la resistencia que se origina cuando un vehículo está "rodando" (sin frenar) y depende de la deformación de los cuerpos que ruedan. Generalmente estos valores son muy bajos y se asume que son insignificantes en la mayoría de los problemas de reconstrucción de accidentes. Dados dos cuerpos en contacto a través de superficies planas, para lograr que comience un "desplazamiento" relativo entre ambos cuerpos, habrá que aplicar una fuerza tangencia], que en una primera fase logrará solamente un desplazamiento motivado en deformaciones elásticas tangenciales, subsistiendo aún el ensamblamiento entre las dos superficies, mientras que en una segunda fase se lograrán desplazamientos mayores, adquiriendo el fenómeno características del tipo de frotamiento, donde la fuerza tangencial asume un valor constante. En la primera fase la menor fuerza tangencial necesaria para iniciar el movimiento, resultará directamente proporcional al peso del cuerpo desplazado mediante un coeficiente denominado "coeficiente de rozamiento estático", mientras que en la segunda fase, la fuerza tangencial necesaria para mantener el desplazamiento con velocidad uniforme será proporcional al peso del cuerpo a través de un coeficiente denominado "coeficiente de rozamiento dinámico o coeficiente de rozamiento con deslizamiento". En consecuencia, puede definirse el coeficiente de rozamiento estático como la fracción del peso (o fuerza normal a la superficie de contacto) que hay que aplicar al cuerpo en reposo para que éste inicie su desplazamiento. Fe == /-te . P (5) /-te == Fe / P (6) La resistencia por rozamiento estático es debida a que las irregularidades de la superficie del cuerpo a ser desplazado se encastran con las irregularidades de la superficie del cuerpo sobre el que se apoya o superficie de apoyo. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 40 MARÍA GRAClELA BERARDO LA MANIOBRA El coeficiente de rozamiento dinámico, también llamado coeficiente de rozamiento con deslizamiento, será pues la fracción del peso que hay que aplicar al cuerpo que ha iniciado el movimiento, para que se mantenga con velocidad uniforme .. Fd = ¡ld. P (7) = Fd / P (8) ¡ld La resistencia por rozamiento dinámico es debida a que una vez que se ha iniciado el movimiento relativo, las irregularidades de ambas superficies tienen peor encastre, lo que explica que el coeficiente de rozamiento estático sea mayor que el coeficiente de rozamiento dinámico. A modo de ejemplo, el Departamento de Ingeniería de Producto de Neumáticos Pirelli, en Brasil, ha arribado a los siguientes valores como consecuencia de numerosos tests realizados en diferentes situaciones: "El coeficiente de rozamiento dinámico para superficies asfálticas sudamericanas varía en términos generales de 0,73 a 0,84, siendo común adoptar el valor de 0,8, que es muy próximo a las condiciones de la mayoría de las vías sudamericanas. El estático es de 1,1. Para el caso de vías húmedas, han comprobado que el coeficiente de rozamiento dinámico es cercano a 0,62 y el estático 1,0". Por ser el coeficiente de rozamiento estático mayor que el dinámico, es lógico que cuando se bloquean los neumáticos, sólo se logre una disminución en la eficacia del frenado. De allí, la importancia de la utilización de sistemas de frenos ABS (Antilock Braking System), los que como su nombre indica impiden el bloqueo de los neumáticos, logrando con ello minimizar los efectos negativos que esto produce sobre la eficiencia de la maniobra de frenado. Cuando un vehículo frena sin llegar a bloquear sus neumáticos, los neumáticos ruedan sin resbalar, las ruedas giran rodando; la zona que está en contacto con la superficie de apoyo no tiene movimiento relativo con respecto a ésta, entonces el rozamiento es de tipo estático. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cientifico-Mecánico DE FRENADO 41 Cuando se bloquean los neumáticos aparece un movimiento relativo entre la superficie de rodamiento y la zona de aquéllos que está en contacto con ella, por lo que el rozamiento es de tipo dinámico. El valor límite que marca el fin de un estado y el comienzo de otro depende de las características de los materiales de los cuerpos que se ponen en contacto. En frenados violentos, el tiempo que transcurre entre el comienzo del frenado y el bloqueo total de la primera rueda es generalmente muy corto; en consecuencia, el tiempo en que se presenta el rozamiento estático es corto, más aún si se lo compara con el tiempo total en que un vehículo está deteniéndose. Los coeficientes de rozamiento no son constantes físicas, pues dependen de numerosas variables, lo que dificulta su determinación experimental. Cuando un vehículo frena, el esfuerzo de frenado se reparte entre el eje delantero y el eje trasero, según una relación que depende de las características del frenado. Figura 13: Distribución de pesos en una maniobra de frenado. El pavimento ejerce una fuerza hacia atrás sobre los neumáticos, mientras que la parte más alta del vehículo tiende a continuar en su dirección (por inercia). El peso se va hacia adelante y las ruedas traseras se alivianan, alcanzándose una distribución del peso de hasta el 70 % adelante y sólo 30 % atrás. Por ello en el proceso de frenado los neumáticos delanteros se aplastan más y aumenta la superficie y fuerza de adhesión ACCidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 42 MARÍA GRACIELA LA MANIOBRA BERARDO contra el suelo. Esto explica la importancia de la distribución de las cargas estáticas por eje, especialmente en los vehículos comerciales. DE FRENADO 43 Para que se produzca el frenado debe cumplirse que: Tl<¡ld.Pl T2 < ud . P2, f Y siendo: ¡ld = coeficiente Pl= peso sobre P2= peso sobre --~~.~ de rozamiento dinámico eje delantero eje trasero FRENADA ~ I s 1ir I !lit Neumático *:W Wi. delantero El esfuerzo de frenado utiliza como punto de apoyo la adhepor tal aquel fenómeno por el cual una rueda en rodamiento transmite a la calzada, a través de las zonas de contacto recíproco, las fuerzas tangenciales que provocan o limitan la circulación. Comúnmente se denomina adherencia a la fuerza tangencial con que el terreno reacciona sobre la rueda (especialmente en la maniobra de frenado). Se reconocen dos tipos de adherencia: Adherencia longitudinal: Se refiere al sentido longitudinal en relación al movimiento. Adherencia transversal: Involucra a todas las ruedas que están sometidas a una fuerza normal al plano de circulación. rencia, entendiendo ",;' $ Normal Frenado Figura 14: Aplastamiento de los neumáticos en el proceso de frenado. Llamando (d) a la relación constante del reparto, el esfuerzo de frenado delantero TI será: Cuando no se verifican las condiciones de adherencia pueden presentarse dos situaciones que deben distinguirse: • Que una rueda patine: es el caso en que la rueda gira sobre la calzada sin cambiar de lugar (no se produce movimiento e interesa al par motor) • Que una rueda resbale: ocurre cuando se mueve sin girar (la fuerza corresponde a un par de frenado) longitudinal, Tl=d.m.a (9) donde m = masa= P/g = peso total del vehículo actuando en su centro de gravedad / aceleración de la gravedad a = valor de deceleración y el esfuerzo de frenado trasero T2 será: T2=(l-d) (10) m. a Accidentes Cuando no se verifican las condiciones de adherencia transversal, puede ocurrir que: • Se prOduzca derrape; es el caso en que ocurre resbalamiento transversal de tránsito - Análisis Pericia! Cientifico-Mecánico ACCidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Científico-Mecánico 44 MARíA GRACIELA BERARDO LA MANIOBRA Es de destacar la importancia de la verificación de las condiciones de adherencia especialmente en el proceso de frenado, ya que cuando caen las condiciones de adherencia y se pasa al estado de patinamiento o resbalamiento, el conductor poco experimentado se enfrenta a una situación de difícil resolución. Se puede decir entonces, que la eficacia del frenado está limitada por la adherencia de las ruedas al camino. La utilización total de la adherencia de las ruedas durante el movimiento sin deslizamiento, asegura una eficacia máxima. Para una rueda con una cierta carga P de valor constante, no sujeta a ninguna fuerza tangencial de tracción o frenado, circulando con movimiento uniforme, se verifica que: L=2. n Cf= (L - 2. n . r. Adherencia (11) siendo: x bJ -¡;; ·ü experimentalmente midiendo la longitud recorrida para un determinado número de giros, siempre en ausencia de toda fuerza tangencial) n= número de vueltas realizadas por el neumático para recorrer la distancia L L>2.n. 1- (2. n. r . n/ (13) L) c: QI en c: 7/ n¡ ------- - 1 ~ ~ Patinamiento Resbalamiento ---- I vv---- 1 · ------ e (2) 7/ QI :::¡ LL 7/ W o Ante un esfuerzo de frenado, la circulación deja de ser con movimiento uniforme y comienza a ser una circulación con movimiento variado, verificándose que: = * ~ LL L= Longitud de calzada recorrida r= radio de rodadura. (Puede determinarse L El análisis de estos fenómenos se hace a partir de la interpretación del proceso empírico descripto en el Gráfico 4. En el gráfico se ha representado en abscisas el coeficiente de frenado (coeficiente de deslizamiento para el caso de aceleración) y en ordenadas la fuerza tangencial de deceleración. Las curvas corresponden a dos casos típicos: la primera (1)a una calzada rugosa y áspera y la segunda (2) a una superficie lisa, ambas en estado seco. 1" .r.n n) / 45 DE FRENADO 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Coeficiente de frenado C, P=cte. Gráfico 4: Fuerza tangencial Fx vs. Coeficiente de Frenado Cf. (12) r.n siendo: L= longitud recorrida durante el frenado Entonces, durante el frenado, la diferencia entre Ly (2.ti. r. n) es mayor a O. Se define como coeficiente de frenado Cf al cociente entre dicha diferencia y la longitud L: Accidentes de tránsito - Análisis Pericia/ Cientffico-MecánicO Ambas curvas, para valores de coeficiente de frenado Cfentre Oy 0,2 presentan características de proporcionalidad entre las fuerzas tangenciales y los coeficientes. Para valores de coeficientes de frenado mayores a 0,2, las dos curvas presentan cornPortamientos diferentes. Analizando la curva 1, se observa que para un valor de Cf==0,2,se obtiene un valor máximo de la fuerza tangencial, valor que comienza a disminuir hasta llegar a Cf= 1, donde se alACCidentes de tránsito - Aná/isis Pericia/ Cientffico-Mecánico 46 MARíA GRAClELA canza un valor sensiblemente inferior a ese máximo. Esta curva logra así, definir el límite de adherencia (fuerza tangencia! correspondiente al punto a), a la vez que el valor Cf=0,2 permite separar zonas muy diferentes. Para Cf < 0,2, estamos en presencia de adherencia, mientras que para Cf> 0,2, estamos en zona de "escurrimiento" (la rueda patina o resbala). El coeficiente de adherencia queda definido por el cociente entre la fuerza tangencial máxima y la carga P En efecto, cuando el esfuerzo tangencial ha alcanzado el valor máximo (punto a) se pasa inmediatamente al escurrimiento total (punto e) sin posibilidad de obtener deslizamientos intermedios entre Cf = 0,2 YCf = 1. Para retornar a las condiciones de adherencia es necesario disminuir la fuerza tangencial hasta un valor menor al máximo, y recién entonces la rueda vuelve a rodar en las condiciones de adherencia (punto b) para valores de Cfmenores a 0,2. En la curva 2, en cambio, cuando se sobrepasa el valor de coeficiente de frenado que limita la zona de proporcionalidad, el valor de la fuerza tangencial continúa creciendo lentamente, o corno máximo manteniéndose prácticamente constante hasta Cf=1. Aquí el límite de adherencia está dado por el valor de la fuerza tangencial correspondiente al escurrimiento total, es decir, por el límite de rozamiento rasante. En general, el límite de adherencia en el caso 2 es notablemente inferior no sólo al de adherencia del caso 1, sino también al límite de rozamiento rasante. Hasta aquí, se ha hecho referencia al coeficiente de adherencia longitudinal. Pero cuando larueda está solicitada por una fuerza normal a la dirección del movimiento, la trayectoria de la rueda adquiere una desviación angular A respecto a su plano ecuatorial, que a su vez provoca una deformación de la impronta en el sentido de dicho movimiento. Dicha impronta al modificar la distribución de las presiones, genera un par que tiende a producir el giro del plano ecuatorial en el sentido del movimiento. Este fenómeno recibe la denominación de deriva y la desviación angular de la trayectoria A, ángulo de la deriva. Accidentes LA MANIOBRA BERARDO de tránsito - Análisis Periciet Científico-Mecánico 47 DE FRENADO ~(¡lli Figura 15: Fenómeno de deri va. Fuente: El frenado el! vehículos automotores. El proceso empírico correspondiente es el que se analiza en el Gráfico 5. Derrape Adherencia >- I~ al fenómeno de deriva -I+~---- ~ 100rl----r-------¡-------,---===~~====~ I I I I I ~ ~ ~> 75 r----~--~ e ~ -1 I .~ ~ 50r----7r---~~--~---~---~ ~ ~ ~ ~ 25 5° 10° Angulo 15° 20° de deriva Gráfico 5: Fuerza transversal Fy vs. ángulo de deriva A. El diagrama muestra una proporcionalidad entre los esfuerzos transversales y los ángulos de deriva, para ángulos de deriva cercanos a los 5°. Esta zona puede considerarse como que presenta condiciones de adherencia. A partir de dicho límite, los ángulos de deriva aumentan rápidamente hasta llegar al derrape total (A= 90°), para un valor Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico ¡I., 48 MARÍA GRAClELA BERARDO LA casi constante de la fuerza transversal, sin que pueda definirse claramente el límite entre adherencia y derrape. Las experiencias realizadas en bancos de prueba permiten afirmar que el desarrollo de la curva de la figura anterior, para un determinado neumático y tipo de calzada, depende de la carga vertical que actúa sobre la rueda y de la presión de inflado del neumático: El aumento de la carga estabiliza la rueda disminuyendo la deriva mientras que el incremento de la relación carga/ presión de inflado, tiende a aumentar la deriva. MANIOBRA p== presión unitaria (dP/dA) vertical e= coeficiente de rigidez elástica 11==deformación Mientras que si el neumático se comporta como una cámara de fluido Ypor lo tanto la presión ejercida sobre la calzada es igual a la presión interna, constante en todos los puntos de la impronta, subsistirá una relación elástica, con otra constante de proporcionalidad que denominaremos k. (15) P==k·11 3.3. COEFICIENTE DE FRICCIÓN Estudios experimentales realizados con neumáticos sobre calzadas permiten afirmar que el coeficiente de rozamiento real entre rueda y calzada no se identifica ni con el coeficiente de rozamiento estático ni con el coeficiente de rozamiento dinámico. Esto se debe a que para llegar a esas conclusiones se asumió que el peso del cuerpo superior y la fuerza tangencial aplicada sobre él, se distribuían uniformemente en la impronta (área de contacto), cosa que no ocurre en la realidad, ya que la presión unitaria varía en todo el área de la impronta y que sólo el neumático sufre una deformación vertical pues se considera la calzada como un material rígido. Además, se ha comprobado que en un mismo instante y dentro de una misma impronta pueden presentarse puntos en los cuales se verifica el rozamiento estático y otros en los cuales se verifica el rozamiento dinámico. Si el neumático se comporta como un cuerpo elástico, es válida la relación de proporcionalidad entre la deformación vertical y la presión de contacto en cada punto del área, siendo en consecuencia: p= c·11 (14) para Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Científico-Mecánico 49 DE FRENADO En el caso de neumáticos reales, la distribución de la presión adquiere valores intermedios. Dado que se ha comprobado mediante tests de frenado violento, que el bloqueo de las ruedas ocurre aproximadamente a 0,5 segundos de aplicados los frenos, la cantidad de tiempo que la fricción estática puede ser considerada es muy pequeña comparada con el total del tiempo de detención. Por ello, a los fines de reconstrucción de accidentes, no existe motivo suficiente para tener en cuenta la fricción estática y se considera solamente el coeficiente de rozamiento dinámico. Los valores determinados por diversos experimentadores para los coeficientes de fricción a utilizar son muy numerosos y a menudo contradictorios, pues además de la multiplicidad de variables que influyen en su valor, son diferentes los métodos empleados en los distintos experimentos para su determinación. El coeficiente de fricción puede determinarse por: - Test de deslizamiento con el vehículo del accidente o un vehículo semejante. Este método es poco aplicable en nuestro medio, dada la imposibilidad material de conseguir el vehículo involucrado o uno semejante. - Test de deslizamiento de un neumático. Si bien su realización no demanda costosos equipos, no es de gran aplicación en nuestro medio dada la diferencia temporal entre la fecha del accidente y su reconstrucción por parte de personal idóneo, lo que origina que normalmente la superficie de Accidentes de tránsito - Análisis Pericia! Científico-Mecánico 50 MARíA GRACIELA LA MANIOBRA BERARDO rodamiento haya sufrido modificaciones (repavimentaciones, conservaciones, etc.). - Usar valores de coeficiente de fricción de reparticiones públicas para la vía bajo análisis, si los hubiere. Tampoco es común en nuestro medio encontrar los valores de coeficientes de fricción para una amplia red vial. - Usar valores de coeficientes de fricción de tablas y realizar sobre ellos los ajustes que sean necesarios. Este es el más común, pero requiere de un acabado conocimiento de las variables que pueden actuar modificando dicho coeficiente, para poder determinar su valor real. El método a utilizar dependerá de variables tales como: costo, tiempo, posibilidad de interrupción del tránsito y seguridad. El coeficiente de fricción varía con el tipo y condiciones de la calzada y el neumático, con las condiciones atmosféricas y ambientales, con el estado de conservación de los neumáticos y del vehículo, con la habilidad y pericia del conductor, etc.; todo ello hace que sea compleja la exacta determinación de estos valores. A los fines de ordenar las variables, se considerará que el coeficiente de fricción puede variar en función de : a) - Tipo de textura superficial de la calzada y edad b) - Presencia de agua, hielo o nieve sobre la calzada c) - Tipo de neumáticos, estado y presión de inflado d) - Temperatura ambiente e) - Velocidad del vehículo a) - Tipo de textura superficial de la calzada y edad Existen diferentes escalas de clasificaciones de las superficies de las calzadas; una de ellas, por ejemplo, la confeccionada por el Laboratorio Central de Puentes y Carreteras de Francia categoriza las superficies de las calzadas según un coeficiente H.S. (profundidad media de los intersticios). Este coeficiente se Accidentes de tránsito - Análisis Periciel Científico-Mecánico 51 DE FRENADO obtuvo tras practicar el ensayo denominado "método de la arena", por el cual se extendía una cantidad de arena de granulometría cerrada hasta llegar a adquirir lisura. El H.S. se determinó como la relación entre la cantidad de arena extendida y la superficie ensayada. Con este método se determinaron las siguientes categorías de superficies de las calzadas: Categoría Categoría Categoría Categoría Categoría A B C D E HS~0,2mm. 0,2mm<HS~ 0,4mm 0,4mm<HS~ 0,8mm 0,8 mm < HS~ 1,2 mm HS > 1,2mm Textura Textura Textura Textura Textura muy fina fina media gruesa muy gruesa A continuación, se estableció el valor de HS medio para cada tipo de revestimiento. Por ejemplo, las carpetas asfálticas tipo mortero, al ser de textura fina, abarcan las categorías A, B y C. (Al ser de textura fina, y por lo tanto presentar poca rugosidad, cobra más importancia el dibujo del neumático). Las carpetas tipo concreto tienen una rugosidad superficial variable, estando comprendidas dentro de las cuatro categorías (B, C, D y E). Las calzadas de hormigón abarcan especialmente las categorías B y C. Los tratamientos bituminosos superficiales presentan buenas condiciones de adherencia. Están comprendidos generalmente en las categorías D y E. En el gráfico 6 se muestran los resultados de los ensayos realizados por el Laboratorio Central de Puentes y Carreteras de Francia para carpetas asfálticas nuevas, tipo mortero y tipo concreto, en estado húmedo, para neumáticos lisos o con dibujo, en función de la velocidad (Krn/h), Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 52 MARÍA Carpeta c: :2 0.80 GRACIELA Asfáltica Carpeta Tipo Mortero , LA MANIOI3RA BERARDO Otros estudios efectúan otra clasificación en función de la textura, definiendo la macrotextura y la microtextura como se indica en la figura 16. Para esa clasificación, se obtuvieron los resultados de resistencia al deslizamiento en función de la velocidad, mostrados en el gráfico 8. Asfáltica Tipo Concreto u u :E •.. •.. 0.60I <Il "O •.. •.. •.. •.. •.. •.. <Il c: 0.40I <Il r. '(3 'to 0.20 o •..•.. •.. r-. Lisa Pulida Lisa Aspera 1-40 80 120 O Velocidad Referencias: Neumát. Gráfico 6: Coeficiente 40 ---0& 120 - - - - - - Neumát. para carpetas húmedo, 80 (km/h) liso de fricción en estado en función asfálticas . -o-D- con dibujo Rugosa Pulida Rugosa Aspera nuevas, tipo mortero de la velocidad. Figura 16: Clasificación en función de la textura. ~ 1,0 En el Gráfico 7, se muestran los resultados de los mismos ensayos para carpetas nuevas de hormigón y tratamiento bituminoso, en estado húmedo, para neumáticos lisos y con dibujo, en función de la velocidad (Km/h), z UJ ....J .._.. -r-- ~ 0.8 0,6 ¡zCl Hormigón 0.80 -, -, Tratamiento Bituminoso --I~ -- 0.60 ... -, : 0,4t-~ § 0,2 (/) ü iñ UJ o:: 1--- ... •.. I~ ---80 --- Gráfico 7: Coeficientede bituminoso, O 40 80 120 liso - - - - - - Neumát. con dibujo fricción para carpetas nuevas de hormigón y tratamiento en estado húmedo, Accidentes o 20 Gráfico 8: Resistencia 0.20 120 Neumát. L-~-~~~~+===¡:~~~ 40 60 80 100 120 140 VELOCIDAD (Km/h) Velocidad (km/h) Referencias: <, 0.40 diferentes 40 1 ................. ....J O Microtextu ra Macrotextura I~ I o y tipo concreto, •.. •.. •.. 53 DE FRENADO al deslizamiento vs. velocidad texturas. La continua circulación del tránsito sobre la calzada provoca una disminución de las condiciones de adherencia, por pérdida de la rugosidad. Según el tipo de áridos empleado en la calzada, variará el comportamiento al desgaste. El Road Research Laboratory em- en función de la velocidad. de tránsito - Análisis Pericial Cientifico-Mecánico para Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 54 MARÍA GRAClELA BERARDO plea un aparato de pulimento acelerado para estudiar dicho comportamiento, comprobando que por ejemplo, las rocas calcáreas, son las que registran coeficientes más bajos; por lo general las rocas de grano fino terminan puliéndose, arrojando en consecuencia bajos valores de adherencia. Se ha comprobado que materiales de textura discontinua dan en general valores de adherencia más constantes durante su período de uso. No obstante, la mayoría de los ensayos para determinar coeficientes de fricción se han realizado sobre calzadas sin desgaste considerable, ya que en la práctica aparece de muy difícil valoración la edad de la calzada, además de haberse comprobado que la disminución en las condiciones de adherencia con el desgaste es poco significativa, comparada con la intervención de las otras variables. b) - Presencia de agua, hielo o nieve sobre la calzada La presencia de agua, hielo o nieve sobre la calzada, provoca una disminución del coeficiente de fricción neumático-calzada, hecho que se hace más notable a medida que la calzada es más lisa y los neumáticos pierden su dibujo. En la Figura 17 se ven las diferentes condiciones de contacto entre una rueda en movimiento y una superficie mojada, pudiendo distinguirse así 3 zonas: Zona 1: lámina continua, no hay contacto Zona 2: lámina discontinua, contacto parcial Zona 3: contacto con adherencia LA MANIOBRA -, • -::::::::::::::::::::::.-::::.c:._ ':. .".".".".. .".",".".. ." .... Sentido 55 DE FRENADO de la marcha 'NEUMATICO _ ...••.•... --------- _"=======-_-:..-_".".".. ."."."."... ':::: .. .".". .".". . . LAMINA DE AGUA .::': ~ ~ ~ « « « z z z N N N O O SUPERFICIE DE RODAMIENTO O Figura 17: Condiciones de contacto entre una rueda en movimiento y una superficie mojada. Al hablar de "presencia de humedad en la calzada", se está entendiendo que se trata de láminas de agua de muy poco espesor, donde se presenta un fenómeno de deslizamiento viscoso de agua entre el neumático y la calzada solamente en una parte del área de contacto. Cuando la lámina de agua es considerable (para espesores del orden de los 5 mm) y la velocidad del vehículo es elevada, se dificulta la expulsión del agua, produciéndose una elevación hidrodinámica de la rueda, perdiéndose el contacto entre el caucho de los neumáticos y la superficie del camino (podría decirse que los neumáticos se apoyan sobre el agua). A este fenómeno se lo conoce con el nombre de "hidroplaneo". El hidroplaneo es prácticamente independiente del tipo de revestimiento de la calzada, pero muestra su influencia sobre el coeficiente de fricción a medida que aumenta la velocidad. Según Moyer, con la presencia de humedad sobre la calzada, se ha comprobado que a velocidades de 60 Km/h, el coeficiente de fricción disminuye un 50 % para calzadas rugosas y un 65 % para calzadas lisas. El dibujo de los neumáticos tiene por finalidad permitir una rápida expulsión del agua, lo que se dificulta cuando tiende a desaparecer. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico En el gráfico 9 pueden verse los resultados de ensayos realizados por el Road Research Laboratory, sobre calzada lisa, con neumáticos con dibujo. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 56 MARÍA 0.8 o -- ---- --- -------- Lámina Agua Lámina Agua f\. 0,2 mm. 2,6 mm. 0.20O O 10 20 30 -, ---- ~ 40 LA MANIOBRA BERARDO --- 0.6 O 0.4O GRACIELA 50 --- "--- 60 Velocidad Gráfico 9: Coeficiente de fricción -- --1--- 70 80 (Km/h) vs. velocidad para distintos espesores de la lámina de agua. Se puede observar cómo varía el comportamiento del coeficiente en función de la velocidad, para calzadas mojadas, según se trate de una lámina de agua de 0,2 mm o una lámina de agua de 2,5 mm. Puede verse que en el caso de la lámina de agua de 0,2 mm de espesor, el coeficiente decrece paulatinamente a medida que aumenta la velocidad, mientras que para lámina de agua de 2,5 mm. el valor del coeficiente cae bruscamente para velocidades superiores a los 50 Km/h. Otros ensayos (de S. Huschek) arrojaron los resultados que se muestran en el gráfico 10, combinando algunas variables: ~ :.: ----- 6.0 I al'" l I ~ 4.0 t-------""""<:""-IF'-<;;:-----..;::,,'"'<::;:---i -; .~ !:::::::::: - -- (IJ gj --,:::- •••• .•......... 2.0 ~ : , Hidroplaneo'" o 'g 40 " " .... ....-::::::::_~80 ~ .¡¡; VELOCIDAD 120 (Km/h) DE FRENADO En el caso de calzadas con nieve, el valor del coeficiente es muy bajo (del orden de 0,2/0,25), mientras que para calzadas con hielo, este valor cae aún más, obteniéndose valores cercanos a 0,1. El valor del coeficiente de fricción en calzadas con hielo es independiente de la velocidad; el único caso en el que se registran aumentos del coeficiente de fricción proporcionales al aumento de la velocidad, es para calzadas con nieve. Los valores más bajos del coeficiente de fricción se encuentran para nieve compacta o hielo a temperatura del entorno de cero grado centígrados, pues en esas condiciones, punto de congelamiento o fusión, coexisten dos estados del agua, líquida y sólida, y ante la presión ejercida por los neumáticos, se licúa una capa superficial que lubrica el movimiento, al igual que con los patines para el hielo. Estos valores pueden mejorarse, utilizando neumáticos especiales con clavos de tungsteno o cadenas sobre los neumáticos. En la Tabla 1 se muestran los valores del coeficiente de fricción medio (neumático-calzada) para diferentes tipos de superficie de rodamiento, en estado seco y húmedo, recomendados por Víctor Irureta (''Accidento[ogía Via[ y Pericia"). Irureta sostiene que "los ensayos de Reed y Keskin han demostrado que para camiones o vehículos pesados, los valores medidos son del orden del 70 % de los que surgen de la tabla anterior, para la misma superficie (excepto para nieve o hielo, en los que se mantiene). Ello es debido a que en estos vehículos, usualmente se usan neumáticos que no contribuyen totalmente al frenado, por características de diseño (ejes libres, etc.) y como el peso se distribuye en el total de los neumáticos en los que el vehículo se apoya, la fuerza de resistencia al movimiento (rozamiento) que cada rueda que sí frena, puede ejercer, es menor a la que ejercerían si sólo ellas soportasen el total del peso" . <1J el: ---- - - - Pavimento de hormigón rugoso (Prof. textura - Pavimento de hormigón liso (Prof. textura 0,7 mm) 0,3 mm) Gráfico 10: Resistencia al deslizamiento con neumáticos lisos, para pavimento de hormigón (rugoso y liso), en función de la velocidad. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 57 Accidentes de tránsito - Análisis Pericia! Científico-Mecánico 58 MARíA GRAClELA VALORES DEL COEFICIENTE (NEUMÁTICOS piso Asfalto nuevo Asfalto viejo Asfalto resbaladizo Concreto nuevo Concreto viejo Empedrado limpio Ripio Tierra dura Tierra suelta Arena si pavimento Barro s/pavimento Barro si empedrado Nieve s/pavirnento Hielo cristal BERARDO DE FRICCION - PISO) LA MANIOBRA MEDIO seco húmedo 0,85 0,70 0,5 0,85 0,70 0,60 0,6 0,65 0,50 0,45 0,45 0,40 0,30 0,15 0,60 0,55 0,35 0,55 0,55 0,40 0,65 0,70 0,55 0,30 0,30 0,25 0,20 0,07 59 rior a 0,6), ya que su diferencia (entre neumático liso y con dibujo) a la.misma velocidad, es del orden de tan sólo 7 % a favor de los neumáticos nuevos. Pero se advierte una diferencia importante en el comportamiento de los neumáticos nuevos o viejos para calzadas en estado mojado. La Tabla 2 muestra los resultados publicados en "El Automóvil - Cálculo de Piezas", de M. Boisseaux, donde se puede observar cómo varía el coeficiente de fricción, según se trate de neumáticos nuevos o viejos, para distintos tipos de calzada y estado. N aturaleza y estado de la carretera Estado Naturaleza Asfalto de grava gruesa Asfalto medio Asfalto compacto Tabla 1: Valores del coeficiente de fricción medio para diferentes tipos de superficie de rodamiento, en estados seco y húmedo. Fuente: Accidenlología Vial y Pericia. DE FRENADO Hormigón compacto Asfalto seco mojado seco mojado seco mojado seco mojado fangoso helado Neumáticos Viejos Nuevos 0,9 0,7 0,8 0,65 0,6 0,65 1,0 07 0,15 <0,10 0,9 0,50 0,8 0,55 0,6 0,30 1,0 050 0,10 <0,10 c) - Tipo de neumáticos, estado y presión de inflado Los neumáticos con caucho más duro, más resistente, de mayor performance, aportan coeficientes de fricción más elevados que los neumáticos de caucho normal. N o obstante, estudios realizados en 1989 han demostrado que no existen diferencias significativas en los coeficientes de fricción desarrollados por los neumáticos comunes y por los radiales. También se ha comprobado que el coeficiente de fricción no está influido por el desgaste de los neumáticos para elcaso de calzadas rugosas en estado seco con un coeficiente alto (supeAccidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico Tabla 2: Coeficiente de fricción según naturaleza y estado de la calzada, para neumáticos nuevos y viejos. El Centro de Investigaciones de Carreteras de Bélgica, realizó ensayos sobre calzadas con superficies lisas (con coeficientes bajos), para neumáticos lisos y con dibujos, demostrando que la diferencia entre coeficientes para neumáticos lisos o con dibujo crece a medida que disminuye el coeficiente de fricción de la calzada. Por ejemplo, se obtuvo que para calzadas con un coeficiente Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico (f) MARíA de 0,4, la diferencia entre el coeficiente para neumáticos lisos y con dibujo podía alcanzar el 28 %. Cuando la superficie de rodamiento es lisa, el dibujo de los neumáticos cobra especial importancia, especialmente por su participación en el drenaje del agua superficial. Se ha comprobado que el coeficiente disminuye ligeramente cuando la presión de inflado de los neumáticos aumenta, ya que una presión de inflado superior a la normal reduce el área de contacto; pero dado que esta variación es muy pequeña y que en la reconstrucción de accidentes habitualmente no se cuenta con este dato, se asumirá que la presión de inflado no tiene incidencia en la determinación del coeficiente de fricción. d) -Temperatura 61 LA MANIOBRA DE FRENADO GRACIELA BERARDO ambiente Está comprobado que el coeficiente de fricción disminuye cuando la temperatura aumenta. Un incremento de la temperatura ambiente de 27 grados, disminuye el coeficiente en 0,1, en el caso de carretera limpia y seca. El Centro de Investigaciones de Carreteras de Bélgica realizó ensayos sobre una calzada de hormigón a lo largo de un día en el cual se registró una amplitud térmica de casi 17 grados, con mediciones cada 2 horas, obteniendo una variación en el coeficiente de 0,08. Los resultados pueden observarse en el gráfico siguiente: Reed and Keskin en su trabajo "Vehicular Response to concluyen que: para una diferencia de temperatura de 7°C a 27°C sobre superficie asfáltica seca, el coeficiente de fricción solamente decrece 0,10 y sobre superficies húmedas, esta diferencia es aún menor. Emergency Braking" e) -Velocidad del vehículo A medida que aumenta la velocidad del vehículo, disminuye el coeficiente de fricción. Esta premisa se acentúa para el caso de neumáticos lisos sobre calzadas con superfictes lisas y húmedas. Investigadores en Ohio, arribaron a la siguiente conclusión (publicada en "Improvements of Methods for Determining PreCrash Parametersfrom Skid Marks"), con iridependencia del estado de los neumáticos y el tipo y estado de la superficie de rodamiento: el valor (en promedio) del coeficiente cae rápidamente cuando la velocidad (antes del frenado) se encuentra entre 16 y 48 Km/h, mientras que esta caída se hace más leve para velocidades entre 48 y 96 Km/h. Estas conclusiones se muestran en el gráfico siguiente. Z1.20 o 13 Sd1.10 i!: W 01.00 •... W Z .g UJO,90 13 0.48 ¡¡: '(3 .g u. W 00,80 <.> 0.46 0,701 Ql "C 2 .~ 0.42 e I I " 0.44 32 •• .. I BO 96 VELOCIDAD (Kmlh) Gráfico 12: Valores promedio del coeficiente de fricción en función de la velocidad. ~ 0.40 u 19 23 27 31 35 Por otro lado, Collins sugiere aplicar factores para el coeficiente de fricción donde la velocidad accidente es mayor que 64 Km/h. 39 Temperatura °C Gráfico 11: Coeficiente de fricción vs. temperatura Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cientffico-Mecánico de reducción esperada del 62 MARÍA GRACIELA LA MANIOBRA BERARDO Los resultados de ensayos efectuados sobre calzadas de distinta rugosidad, en estados seco y húmedo, se muestran en el Gráfico 13, donde se puede apreciar que para igual tipo de calzada, el coeficiente de fricción disminuye más rápidamente con la velocidad cuando la calzada está húmeda. Igualmente puede advertirse que el coeficiente cae más rápidamente con la velocidad a medida que se pierde la rugosidad de la superficie de contacto. A modo de resumen, se adjunta la Tabla 3 (de Baker, J. Stannard) que muestra los coeficientes según el estado y tipo de superficie de rodamiento, para diferentes rangos de velocidades. COEFFICIENTS o o ~ u.. OFFRICTION r--r-- 1'--. r-: ~ 0,6 W Z 0,4 W Ü tE CALV 0,2 o o pACO C~ o CAL t:::---- C 1'r-, 1-- 1- o ZADA 20 ~ ---- - LZAD DARl GOSA RUGO AMO DESCRIPTION OF ROAD SURFACE ECA ~DA I---f. ~LZAD r-- LISA ~ UMED ;AL AL"ul A ON HI LO 40 VELOCIDAD 60 (Km/h) 80 100 No obstante, las disminuciones en el coeficiente de fricción obtenidas en los ensayos especialmente para el caso de calzadas rugosas son pequeñas, dentro de los entornos de velocidades habituales en accidentología. Cuando se quiera obtener un valor con mayor precisión, la bibliografía aconseja utilizar la expresión de Limpert: = 110 - v. V (16) donde 110 = coeficiente de fricción a bajas velocidades velocidad de deslizamiento (Km/h) v= coeficiente de decrecimiento, cuya dimensión es la unidad de la velocidad a la inversa: (h/Km) V= Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Científico-Mecánico Lcss than 30 rnph WET More than 30 rnph Less than 30 mph To More than 30 mph From To From To From To From PORTLAND CEMEN" New, Sharp Traveled Traffie Polished .80 .60 .55 1.20 .80 .75 .70 .60 .50 1.00 .75 .65 .50 .45 .45 .80 .70 .65 .40 .45 .45 .75 .65 .60 ASPHALT or TAR New, Sharp Travelled Traffie Polished Exeess Tar .80 .60 .55 .50 1.20 .80 .75 .60 .65 .55 .45 .35 1.00 .70 .65 .60 .50 .45 .45 30 .80 .70 .65 .60 .45 .40 .40 .25 .75 .65 .60 .55 GRAVEL Paeked,Oiled Loose .55 .40 .85 .70 .50 .40 .80 .70 .40 .45 .80 .75 .40 .45 .60 .75 CINDERS Paeked .50 .70 .50 .70 .65 .75 .65 .75 ROCK Crushed .55 .75 .55 .75 .55 .75 .55 .75 ICE Smooth .10 .25 .07 .20 .05 .10 .05 .10 SNOW Paeked Loose 30 .10 .55 .25 .35 .10 .55 .20 30 .30 .60 .60 .30 .30 .60 .60 1-- Gráfico 13: Coeficiente de fricción vs. velocidad para calzadas con distinta rugosidad y distinto grado de humedad. 11 OF VARIOUS ROADWAY SURFACES DRY t--- t-- 0,8 63 El coeficiente de decrecimiento V:=: 0,004 para deslizamiento en pavimento seco y V:=: 0,008 para deslizamiento en pavimento húmedo. Z 1,0 Ü DE FRENADO Tabla 3: Coeficiente de fricción según el estado y tipo de superficie de rodamiento, para distintos rangos de velocidades. Fuente: Tlie Traffic Accident luvestigation Manual. Accidentes de tránsito - Análisis Pericia! Científico-Mecánico 64 MARÍA GRAClELA BERARDO LA MANIOBRA En ella se puede advertir que por ejemplo en el caso de pavimentos, se cuenta con un rango considerable de coeficientes dependiendo del material utilizado, estado y características de la superficie. (Los valores indicados son promedio). Se observa que los coeficientes más altos son sugeridos para rango de velocidades más bajas. Además, se advierte que el coeficiente decrece considerablemente para superficies húmedas. En general, es muy raro encontrar coeficientes superiores a 0,90. g=aceleración FACTOR DE FRENADO O DECELERACIÓN ("Drag factor") Es común encontrar este término en la bibliografía dedicada a procesos de investigación y reconstrucción de accidentes de tránsito. El factor de frenado o deceleración, designado norrnalmentej, está definido como la fuerza requerida para decelerar dividida por el peso del vehículo. f=F/P (17) También se lo puede definir como la relación entre la aceleración del objeto y la aceleración de la gravedad, por lo que el "drag factor" puede ser pensado como porcentaje de la aceleración de la gravedad a=j. g (18) donde: a= aceleración del objeto; en este caso se trata de deceleración del vehículo, por lo que debe incluirse el signo (-) f=factor de frenado (adimensional) Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 6S de la gravedad (9,8 m/seg-) Despejando: j=a/ g Es común que se genere confusión entre la ecuación indicada para el coeficiente de rozamiento J1- (vista anteriormente como ecuación 4) y la del factor j(ecuación 17). I-I=FIP 3.4. DE FRENADO (4) y j=F/P • (17) Pero aunque las ecuaciones son iguales, ya se vio que conceptual mente son diferentes: el coeficiente de rozamiento 1-1 se refiere a la fuerza frenante en el contacto neumático-calzada, mientras que el factor de frenadojse relaciona con la detención de todo el vehículo. Los factores jy 1-1 serán iguales en loscasos donde todas las ruedas estén bloqueadas y resbalando sobre superficie horizontal. Sólo se hará referencia al factor de frenado en vehículos automotores, ya que tanto las motocicletas y motos como los camiones y trailers, presentan particularidades que exigen un tratamiento diferente. En el caso de caída libre, donde la aceleración es igual a la aceleración de la gravedad, el factor de frenado j es igual a lo Analizando la posibilidad de que el factor jsea igual a 1, en la ecuación (17), vemos que esto sólo se va a cumplir cuando la fuerza de deceleración F sea igual al peso del objeto. En conclusión, cuando el factor jes igual a 1, la fuerza sobre el objeto es igual a su peso y la aceleración es igual a la aceleración de la gravedad. Dado que el coeficiente j es la relación entre la aceleración del objeto y la aceleración de la gravedad y entonces puede ser expresado como porcentaje de la aceleración de la gravedad, cuando se lee: "el auto deceleró a 0,5 g", significa que la fuerza frenante era igual a la mitad del peso del vehículo. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico (x5 MARÍA 3.4.1. Diferentes GRACIELA LA MANIOBRA BERARDO "drag factors" Se ha visto que los factores f y ¡.L coinciden en los casos donde todas las ruedas están bloqueadas y resbalando sobre superficie horizontal. A continuación se analizan los casos donde debe calcularse el "drag factor" para todo el vehículo, porque no puede tomarse el mismo valor que el coeficiente de fricción en deslizamiento. 3.4.1.1. "Drag factor" cuando no se han bloqueado todas las ruedas En el punto 3.2 se vio que cuando un vehículo frena, el esfuerzo de frenado se reparte entre el eje delantero y el eje trasero, según una relación constante, que depende de las características del vehículo. Esto provoca un aumento de peso sobre las ruedas delanteras y una reducción sobre las traseras, alcanzándose una distribución del peso de hasta el 70 % adelante y sólo el 30 % atrás. Cuando todas las ruedas están bloqueadas, no es necesario hacer correcciones por la distribución de pesos. En este caso, el "drag factor" para todo el vehículo será igual al coeficiente de .fricción en deslizamiento. Pero si no se produce bloqueo en todas las ruedas, un eje tendrá "drag factor" diferente del otro, por la diferente distribución de pesos. Entonces no se puede asumir que el vehículo frenó con un "drag factor" igual a las condiciones de rueda bloqueada (coeficiente de fricción en deslizamiento). En este caso el "drag factor" para todo el vehículo deberá calcularse aplicando la siguiente ecuación: Jf fd - xd Ud -ft) 1 - z (fd - ft) donde: xd= distancia horizontal del centro de gravedad, desde el eje delantero como fracción decimal de la distancia entre ejes z= altura del centro de gravedad como fracción decimal de la distancia entre ejes En el caso de otro tipo de vehículos, por ejemplo, motos o vehículos articulados, el drag factor adquiere connotaciones especiales. Ocurre que a diferencia de los vehículos automotores, en esos otros tipos de vehículos, generalmente los conductores pueden optar por aplicar los frenos solamente sobre alguno de los ejes. 3.4.1.2. "Drag factor" en superficie no horizontal En el caso de un vehículo deslizándose con todas sus ruedas bloqueadas, sobre una superficie no horizontal, el drag factor no es igual al coeficiente de fricción en deslizamiento. El drag factor para superficies en rampa o pendiente está dado por: fp = (u + G) rJ 1 + G 2 (20) donde: fp = drag factor en rampa o pendiente fl = coeficiente de fricción entre neumático y superficie de rodamiento G = % de pendiente o rampa, expresado como decimal (+) según el sentido del gradiente ó (-), (19) A continuación se analiza un ejemplo, donde el coeficiente de fricción ¡.L es igual a 0,80 y el vehículo en cuestión se desliza por una pendiente muy pronunciada de -8 %. Reemplazando en la ecuación anterior, Jf= drag factor del vehículo fd= drag factor en eje delantero ft= drag factor en eje trasero Accidentes 67 DE FRENADO de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico MARÍA 68 fP = (0,8 - LA GRACIELA BERARDO (f) MANIOBRA DE FRENADO 0,08) /;j 1+ (- .08)2 = 0,7177 Como el denominador es muy próximo a 1, se puede aceptar una ecuación que sólo consista en el numerador de la anterior: Jv= (¡..¡+ G) (21) para la cual, reemplazando los valores antes indicados, se obtiene un factor fp igual a 0,72, lo que justifica la simplificación. Figura 18: Datos para determinación 3.4.2. Determinación de centro de masa de un vehículo. de centro de masa de un vehículo Datos necesarios: -Peso sobre eje delantero (Pd) (de Especificaciones Técnicas) - Peso sobre eje trasero (Pt) (de Especificaciones Técnicas) - Distancia entre eje delantero y eje trasero (1) - Radio de ruedas con neumático (r) - Peso sobre un eje cuanto el otro eje es elevado a una altura h (Ph) - Altura a la cual el eje es elevado para el pesaje en la determinación del centro de masa (h), - Peso total del vehículo (P) En la figura 18 se muestran los datos necesarios: Entonces: Id sos, resulta: = x. 1, lo que expresado en función de los pe- (22) x =PtIP El peso estático sobre eje delantero o trasero, puede obtenerse ubicando solamente las ruedas delanteras del vehículo sobre una plataforma y pesándolo; luego se realiza lo mismo con las traseras; la suma de ambos valores debe coincidir con el peso total del vehículo. Es decir que si la distribución de pesos de un vehículo es dada como porcentaje del peso total sobre un eje, el centro de masa del vehículo es el mismo porcentaje de la distancia entre ejes, desde el otro eje. Ubicación longitudinal La ubicación longitudinal del centro de masa de un vehículo se define por la distancia de éste al eje delantero, expresada como fracción decimal de la distancia entre eje delantero y trasero (ld/l , según la denominación asignada en la figura 18). Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico Ejemplo Se trata de un Renault 18, cuyo peso aproximado total es de 1.000 Kgs. La distancia entre ejes delantero y trasero es: 2,44 m (1) Mediante el procedimiento indicado anteriormente se obtuvo un peso sobre eje delantero: 550 Kg, mientras que el peso sobre eje trasero fue de 450 Kg. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico 70 MARÍA GRAClELA BERARDO LA MANIOBRA La ubicación longitudinal del centro de masa se obtendrá aplicando la ecuación (22): 71 se obtiene: Iz ={[ 2,44.y 2,442 x=Pt/P DE FRENADO - 0,802 (600 - 550)) I (0,80 x 1.000)} + 0,33 Reemplazando: x=4501 1000= 0,45 Id=:: x.1 =0,45. z= Iz/l = 0,68 I 2,44 = 0,278 2,44 m = 1,098 m. (medidos desde el eje delantero) Ubicación transversal Altura Para determinar la altura del centro de masa de un vehículo es necesario efectuar un pesaje sobre una plataforma apoyando un eje y elevando el otro eje a una altura desde el piso aproximada a 1/3 de la distancia entre ejes del vehículo. Debe tenerse presente que al estar elevado el eje, y dado que el vehículo apoya sobre sus ruedas, la altura que debe considerarse es igual a la altura referida más el radio de la rueda con neumático. La ecuación para obtener la altura del centro de masa cuando el eje elevado es el trasero, es: I~ lz En la mayoría de los vehículos la ubicación transversal del centro de masa coincide con el punto medio del ancho de trocha o separación entre tren derecho e izquierdo de ruedas. Para aquellos casos excepcionales donde existan razones para creer que la carga sobre el tren derecho es muy diferente de la del tren izquierdo, se puede utilizar el mismo procedimiento anterior pero pesando las ruedas derechas e izquierdas separadamente. (Ph-Pd) h .P +r (23) La altura del centro de masa, expresada como fracción decimal de la distancia entre ejes, es: z = Iz/l h Reemplazando con los valores del ejemplo anterior y para: (altura a la que es elevado el eje trasero para el pesaje) = 0,80 m Ph=600Kg. Pd=550Kg. r= 13" Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Cientrtico-Mecánico Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Científico-Mecánico 4. VELOCIDAD INICIAL EN FUNCIÓN DE LA FRENADA Identificación ~ y análisis de la huella de frenado Estimación de la velocidad Aplicación de ecuaciones Huellas de frenado irregulares Huellas sobre superficies de distinto coeficiente de fricción 4. VELOCIDAD INICIAL EN FUNCIÓN DE LA FRENADA 4.1. IDENTIFICACIÓN y ANÁLISIS DE LA HUELLA DE FRENADO Analizando el diagrama del Gráfico 4, se ve que en la maniobra de frenado propiamente dicha, la resistencia aplicada al giro de las ruedas tiene como límite el bloqueo (cuando se impide el giro de los neumáticos), en cuyo momento las bandas de rodamiento dejan de rodar "agarrándose" al suelo y resbalan frotando sobre él. En este caso se ha roto el estado de rozamiento estático entre rueda y calzada. Como se vio en el capítulo anterior, cuando un vehículo frena sin llegar a bloquear sus neumáticos, los neumáticos ruedan sin resbalar, las ruedas giran rodando; la zona que está en contacto con la superficie de apoyo no tiene movimiento relativo con respecto a éste, entonces el rozamiento es de tipo estático. Cuando se bloquean los neumáticos aparece un movimiento relativo entre la superficie de apoyo y la zona de los neumáticos en contacto con ella; entonces, cuando comienza el bloqueo, el rozamiento se vuelve de tipo dinámico. Un vehículo con las ruedas traseras bloqueadas, tiende a "colear" (se cruza sobre la calzada con la consiguiente pérdida de la estabilidad), mientras que si las ruedas bloqueadas son las delanteras, pierde en parte la dirección, pues sigue avanzando en recta. Cuando ocurre el bloqueo de las ruedas, los neumáticos presentan la misma zona de contacto con la superficie de apoyo y la energía cinética se transforma en calor en esa zona de contacto. Este calor provoca el ablandamiento del caucho del neumático, que por la fricción pierde partículas, las que depositadas sobre la superficie de rodamiento, dan origen a las huellas de frenado. Accidentes de tránsito . Aná!isis Pericia! Cientffico-Mecánico 76 MARÍA GRAClELA VELOCIDAD BERARDO El fenómeno se inicia antes del bloqueo, cuando la disminución en la velocidad angular de las ruedas provoca un resbalamiento S, que indica cuánto más lentamente girará la rueda. s = (wr-w)/wr (24) donde: wr= velocidad angular de la rueda correspondiente cidad del rodado w= velocidad angular instantánea de la rueda a la velo- Reed y Keskin determinaron que desde que se empieza a accionar el freno hasta que los neumáticos dejan huellas de frenado claramente identificables, se disipa entre el 15 % Yel30 % de la energía cinética inicial. Para la determinación de la velocidad inicial en función de la frenada, se considera que la huella de frenado marca el comienzo del bloqueo porque aunque las huellas aparecen visibles muy poco antes del bloqueo total de las ruedas (menos de 0,1 segundo), no se comete un error trascendente al aplicar esta simplificación. Habitualmente no es fácil determinar el comienzo de la huella, dado que antes de la huella nítida aparece una huella difusa, cuya longitud depende de la potencia con que se hayan aplicado los frenos, no siendo posible determinar con exactitud ni su comienzo ni su final. También es común encontrar las huellas dejadas por las ruedas delanteras superpuestas con las traseras, complicando la determinación de sus longitudes, o definir la presencia de huellas en número inferior a 4 y de diferentes longitudes. Los estudios de Brown y Guenther, determinaron que no se incurre en error significativo si se considera la longitud total de la huella de frenado nítidamente visible, es decir, sin discriminar entre huellas simples o superpuestas, despreciándose las huellas difusas. Otra bibliografía recomienda tomar la cuarta parte de la sumatoria de las longitudes de las huellas de deslizamiento encontradas, teniendo en cuenta la superposición de ellas, consiAccidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico INICIAL EN FUNCIÓN DE LA FRENADA 77 derando que así se toma una longitud media (para vehículos de cuatro ruedas). Tal como demostraron Reed y Keskin, durante la máxima eficiencia de frenado, se alcanza una deceleración del orden de un 20% a 30% superior a la que ocurre cuando se bloquea. Por ello, aparece razonable en la determinación de valores de velocidad inicial, considerar como distancia de frenado la longitud de la huella más larga. (En el punto 4.2.2. se analizan casos particulares con huellas de frenado irregulares). En reconstrucción de accidentes, debe prestarse suma atención a la identificación del tipo de huella.iya que podemos encontrar huellas de frenado o huellas de derrape; en ambos casos la fricción puede provocar el depósito de partículas de caucho sobre el pavimento. Estas se distinguen pues las huellas de frenado muestran estrías longitudinales, mientras que Ías de derrape, presentan estrías diagonales. En la figura 19 se pueden ver claramente definidas las estrías longitudinales, lo que estaría indicando que se trata de una huella de frenado. En la Figura 20 se puede observar la oblicuidad de las estrías, lo que indicaría que se trata de una huella de derrape. Figura 19: Huella de frenado. Fuente: Tlie Traffic Accident Investigation Manual Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cientifico-Mecánico 78 MARÍA GRACIELA BERARDO VELOCIDAD Figura 20: Huella de derrape. Fuente: Tire Traffic Accident Investigation Manual INICIAL EN FUNCIÓN DE LA FRENADA 79 Figura 21: Paso de huella de derrape a huella de frenado. Fuente: The Traffic Accident lnvestigation Manual Las huellas de derrape se originan cuando se practica un giro con una velocidad superior a la velocidad denominada "velocidad crítica" Vc. Vc=--J¡ . tt.R.g (25) donde: )..tt= coeficiente de fricción transversal R= radio de la curva g= aceleración de la gravedad Cuando un frenado se transforma en derrape o viceversa, se puede determinar la zona de transición por la modificación de las estrías de un tipo a otro. En la figura 21 se observa que en M, las estrías diagonales cambian a estrías longitudinales P D Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Cientffica-Mecánica No siempre se cuenta con huellas de frenado pues muchas veces se reduce la velocidad del vehículo hasta su detención sin dejar huellas. Está demostrado que la máxima eficiencia del frenado se alcanza cuando el resbalamiento S es del orden del 15 % y que el bloqueo de las ruedas (donde S= 100%) disminuye esa eficiencia. Por ello es aconsejable tratar de evitar el bloqueo de las ruedas, regulando la presión que se ejerce sobre el pedal de freno. Obviamente, esto es muy difícil de llevar a la práctica cuando el conductor se enfrenta a situaciones que le obligan a detener el vehículo en forma inmediata, lo que se denomina frenada de pánico o stop panic, en donde seguramente su maniobra dejará huella. En esta situación, sólo se logrará reducir la eficiencia del frenado y disminuir la direccionabilidad del vehículo, limitando la posibilidad de cualquier maniobra de evasión. Esto ocurre porque las ruedas sólo pueden dirigir al vehículo cuando se mueven. Si el vehículo está en marcha y las ruedas quedan bloqueadas, las ruedas no pueden dirigir al vehículo y el vehículo se moverá por inercia en la dirección que lleva. El sistema de frenos ABS (definido anteriormente) al impedir el bloqueo de las ruedas, no sólo consigue la máxima efiAccidentes de tránsito - Análisis Pericia! Científico-Mecánico 00 MARÍA GRACIELA BERARDO VELOCIDAD ciencia en la frenada, sino que también otorga estabilidad en la conducción y conductibilidad que permite al conductor practicar alguna maniobra evasiva durante la maniobra de frenado. Esto se logra manteniendo a las ruedas con un resbalamiento S del orden del 15 %. Como se ha comprobado que la máxima deceleración de una frenada en calzada en estado seco, es alrededor de un 20 ó 30 % superior a la que se produce cuando se alcanza el bloqueo, en caso de confirmarse la maniobra de frenado sin dejar huella, será suficiente con aumentar el coeficiente de frenado usual de esa superficie en un 10 ó 15 %, dada la imposibilidad manifiesta de mantener la máxima eficiencia del frenado en todo momento. (Estos valores de incremento en el coeficiente de frenado usual, coinciden con los mínimos hallados en los tests del sistema ABS, donde el aumento del coeficiente responde al incremento en la eficiencia del frenado al no bloquearse los neumáticos). INICIAL EN FUNCIÓN DE LA FRENADA 81 -La determinación del coeficiente de fricción o "drag factor" es el punto más dificultoso. Para su determinación, se aconseja remitirse a los puntos 3.3. y 3.4. Ylos casos particulares presentados en el punto 3.4.1. Si se toma un coeficiente de fricción de alguna tabla (método más común), deben realizarse los ajustes necesarios que contemplen las variables que pueden haber modificado dicho coeficiente en las condiciones vigentes al momento del accidente. La velocidad así estimada representa la velocidad para deslizarse en la longitud de la huella hasta la detención. Pero si la huella no concluye con la detención total y se produce una colisión, está indicando que la velocidad inicial era más alta. La magnitud en que la velocidad inicial supera a la velocidad así estimada depende de cuánta velocidad remanente quede al final de la huella (temas tratados en los Capítulos 5 y 6 ). 4.2.1. Aplicación de ecuaciones 4.2. ESTIMACIÓN A partir de 3 ecuaciones de Física Elemental, pueden establecerse diferentes formas de determinar la velocidad inicial de un vehículo en la reconstrucción de accidentes. DE LA VELOCIDAD Para estimar velocidad a partir de las huellas de frenado, deben determinarse dos factores de suma importancia: "Longitud de la huella de frenada *Coeficiente de fricción o "drag factor" de la superficie sobre la cual tuvo lugar el deslizamiento. -La identificación de la huella de frenada y la medición exacta de su longitud, requiere la utilización prudente de las recomendaciones comentadas en el punto 4.1. y los casos particulares que se presentan en el punto 4.2.2. Una vez determinada la longitud de la huella, debe deducirse la distancia entre ejes del vehículo, generalmente 2,70 a 3,00 m., hecho que se hace más relevante en vehículos largos, como vehículos de transporte público o camiones. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cientifico-Mecánico Las 3 ecuaciones son: Vf-Vi a=--- d = Vi . t + Yz a. Vf2 (26) t t2 (27) = Vi2 + 2 . a . d (28) donde: a=aceleración en m/segs d= distancia en m t= tiempo en segundos Accidentes de tránsito - Análisis Pericia! Cientifico-Mecánico 82 MARÍA GRAClELA BERARDO YELOCIDAD INICIAL EN FUNCiÓN DE LA FRENADA Yi= velocidad Yf= inicial en m/seg velocidad final en m/seg Drag factor f= a/g En reconstrucción de accidentes de tránsito, es a menudo interesante conocer la tasa a la cual los vehículos deceleran desde el comienzo de la maniobra de frenado. Si la distancia durante la cual el vehículo estuvo decelerando es conocida, así como la tasa de deceleración, la velocidad inicial del vehículo puede ser calculada usando la siguiente ecuación (despejada de la ecuación 28): Yi=-yyr-2ad 83 Deceleración (m/segs) Vehículos en punto muerto: A menos de 30 Km/h Entre 30 y 60 Km/h A más de 60 Km/h -0,10 -0,20 -0,39 -0,01 -0,02 -0,04 Vehículosfrenando con marcha alta: A menos de 30 Km/h Entre 30 y 60 Km/h A más de 60 Km/h -0,04 -0,05_ -0,08 -0,39 -0,48 -0,78 Detención gradual, frenado suave -0,10 -0,98 (29) donde cada factor tiene el significado expresado anteriormente. La mayor dificultad se presenta cuando debe determinarse la tasa "a" a la cual el vehículo decelera. Como se vio en el punto 3.4., la tasa de deceleración de un vehículo está relacionada a su "drag factor", mediante la aceleración de la gravedad. a=f· g (18) siendo: a= tasa de aceleración o deceleración (m/seg-) f= "drag factor" (adimensional) g= aceleración de la gravedad (rn/seg-) El principal problema será entonces, determinar un "drag factor" para el caso en estudio. A modo de referencia, se muestran en la Tabla 410s valores de "drag factor" (como porcentaje de la aceleración de la gravedad) y de deceleración que brinda Baker, J., para automóviles en superficies horizontales. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico Frenado normal, sin bloqueo -0,20 -1,96 Tabla 4: Valores de deceleración para automóviles en superficies horizontales. Fuente: The Traffic Accident Investigation Manual Con fines ilustrativos se mencionan aquí los valores de deceleración que se obtienen en frenados comunes con las cuatro ruedas y en caminos ásperos y secos, según el funcionamiento del sistema de frenos: - Frenos en perfecto estado, a= 6 m/seg" - Frenos en buen estado: 5 m/seg- Frenos en regular estado: 4 m/seg" - Frenos en mal estado: 3 m/seg- . Una maniobra de frenado con motor solamente, provee deceleraciones que varían según la velocidad inicial, de 1 a 4 Km/h por segundo (0,27 m/seg- a 1,1 m/seg-) Asimismo, la A.A.S.H.T.O. (American Association of State Highway and Transportation Officials) define a los fines del diseño geométrico dos calidades de frenado: - Frenado lento: con deceleraciones menores a 4 Km/h por segundo (1,1 m/seg-) Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico » o e-e- (":> ro UJ ro PER HOUR REQUIREO _. ::l O (":> ::l Q i'i => 0>, () ~ <1> Q () ~ ~ iD () ~ () :::'. <1> lJ iñ' ~ => 0>, :h 5' (fI ::J ¡;;, <l <D (fI ID ::J o: <1> () () » Q i'i => 0>. () ~ <1> Leng! 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 mcters of slide 10 SlOp in 4 5 6 7 8 9 9 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 19 19 20 21 21 22 0.05 5 7 8 10 11 12 13 14 15 16 17 17 18 19 19 20 20 21 22 22 24 25 26 27 28 28 29 30 31 0.10 7 10 12 14 16 17 19 20 21 22 24 25 26 27 28 28 29 30 31 32 33 35 36 38 39 40 41 43 44 9 12 15 17 20 21 23 25 26 28 29 30 31 33 34 35 36 37 38 39 41 43 44 46 48 49 51 52 54 0.30 9 13 16 19 21 23 25 27 28 30 31 33 34 35 36 38 39 40 41 42 44 46 48 50 52 53 55 56 58 0.35 brakes-------------------- 0.20 --------------------lllegal ---------------$no\\'----------------- ----------Ice-------------- 24 27 28 30 32 33 35 36 37 39 40 41 42 44 45 47 49 51 53 55 57 58 60 62 22 10 14 17 20 0040 p,¡ ""l o. ro -s p,¡ ::l S ;;' p,¡ (":> I ""l O 'O O ""l UJ ro - ::l UJ UJ - N UJ _. _ -s UJ 0.'0 c!Q' ro p,¡ . ::l o ""lp,¡ e-e- N UJ ::l e o. ~ UJ UJ UJ O (":> ""l p,¡ S p,¡ ro O- -_. - - _. UJ _. _. 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UJ ro ::l O (":> p,¡ - ro (":> ro ro o. ::l (":> O S p,¡ O ""l ::l O 15 22 27 31 35 38 41 44 46 49 51 54 56 58 60 62 64 66 68 69 73 76 79 81 85 88 90 93 95 0.95 16 22 28 32 36 39 42 45 48 50 53 55 57 59 62 64 66 67 69 71 75 78 81 84 87 90 93 95 98 1.00 17 24 29 33 37 41 44 47 50 53 55 58 60 62 65 67 69 71 73 75 78 82 85 88 91 94 97 100 103 1.10 17 25 30 35 42 44 46 49 52 55 58 60 63 65 67 70 72 74 76 78 82 85 89 92 95 99 102 105 107 1.20 -------- Exee lIen! brakes--------- dry paving----------------------------------------brakes-------------------- 0.80 p,¡ ::l ro ~ I ro o. UJ ""l o 'O ---SP" ~ (Metric Units) UJ p,¡ S O- p,¡ ro o. O UJ '<: ¡:: >-3 p,¡ :E P" ro ro 0'0. ¡:: ~ p,¡ ::l - UJ UJ .o ::l O, UJ _. _. S UJ _. UJ UJ _.- _. UJ _. UJ UJ UJ _. _. _. _ o. ;.:. paving---------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Good 0.65 ¡:: .c p,¡ -_. UJ - UJ p,¡ 'O o. 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O " w •• I o 100 111"""".!""\"o.J,,,,~,,.¡"oL.II. •• ~-l·it 1 11! ¡; II 11 ~tta~g~!l~IX8 ~ - PEA SECOf'olO VElOClTY Kll0METERS PEA HOUR I/I1T1-USPEED METEAS HnAl I o I ~ o o I , 1" "\0 •• .1 •••• \••"I""\,,,,!,,,,~o"l,,,j 93 95 97 99 102 104 106 108 110 112 114 115 117 119 121 123 127 131 135 139 143 147 154 161 167 173 0.85 95 98 100 102 105 107 109 111 113 115 117 119 121 122 124 126 131 135 139 143 147 151 158 165 172 178 1 124 126 128 130 134 139 143 147 151 155 163 170 177 183 12'2 98 100 103 105 107 110 112 114 116 118 120 0.95 101 103 105 108 110 112 115 117 118 121 123 125 127 129 131 133 138 142 147 151 155 159 167 174 181 188 1.00 --------ExceJlent 1 1 l1 0.90 brakcs-------------------- 106 108 111 113 116 119 120 123 125 127 129 131 133 135 138 140 144 149 154 158 163 167 175 183 190 197 1.10 110 113 115 118 121 123 126 128 130 133 135 137 139 141 144 146 151 156 161 165 170 174 183 191 199 206 1.20 brakes--------- dry paving----------------------------------------- paving----------------------------------------------------------------.------.---------- -----------------------------------·-·---------Clean, 0.60 brake,-------------- wet Drag Factor cturing slide to stop -------------Gravel--------------------Fair 0..10 0.-\5 63 65 66 68 69 70 72 74 75 76 78 79 80 81 83 84 87 89 92 95 98 100 105 110 114 118 Average ----------------------------------------Clean, Tabla 5: Velocidades requeridas para detener un vehículo en Km/h Fuente: Traffic Accident Recoust ructiou 45 46 ~7 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 62 64 66 67 69 71 75 78 81 84 0.20 ---------------Sno\v------------------- ------- ----------lile ga 1brakcs-------- ---- -------- in ----------Ice-------------- of stide to stop l.cugt Al > O > Z tT1 Al -rt > r tT1 O z O- e z n -n Z tT1 r > O Al O > Al tT1 tJj > r tT1 Q > O Al :;' z> g¿ 88 MARÍA VELOCIDAD GRACIELA BERARDO 4.2.2. Huellas de frenado irregulares Al examinar un escenario después de un accidente, pueden encontrarse cuatro patrones diferentes de huellas de frenado. 1- Que no se encuentren huellas de frenado Esto no está indicando que no haya existido maniobra de frenado, sino que en caso de frenado, éste habría sido insuficiente como para bloquear las ruedas, o bien las marcas pudieron desaparecer antes que llegara el personal encargado de relevarlas. También pudo haber ocurrido que el vehículo haya estado equipado con sistema de frenos antibloqueo CAES),en cuyo caso pueden dejarse o no huellas de frenada. En este caso, la estimación de velocidad a partir de las huellas de frenado se vuelve incierta. INICIAL EN FUNCiÓN DE LA FRENADA 89 Esto puede deberse a : -Diferencias en el pavimento por el uso y desgaste o presencia de aceites, etcétera, que harán que bloqueen antes las ruedas que pisan sobre partes con menor coeficiente de fricción -Diferencias en el peso sobre las ruedas (la rueda con menos carga, bloqueará primero). Puede deberse a un desigual reparto de cargas en el rodado o al inicio de una maniobra de evasión, previo a la frenada, lo que provoca una transferencia lateral de peso de un lado al otro del vehículo -Diferencias en los radios de los neumáticos (la rueda con menor radio bloqueará primero) Si los frenos son aplicados en forma brusca, la fuerza frenante bloqueará, casi instantáneamente todas las ruedas; si el freno es aplicado gradualmente, es muy probable que en la mayoría de los casos se obtengan diferentes longitudes de huellas. 4- No todas las ruedas han dejado huella 2- Huellas de todas las ruedas de semejante longitud Esto se aplicaría al caso donde ninguna de ellas supera en más del 5% a la más corta. Esto indica que la totalidad de las ruedas fueron bloqueadas en el mismo momento y que la totalidad del vehículo resbaló. En este caso debe tomarse la mayor de las marcas para definir la distancia de detención y el efecto del resbalamiento determinará que el "drag factor" sea igual al coeficiente de fricción, para estimar la velocidad. 3- Se observan longitudes muy diferentes entre las marcas de las distintas ruedas Si todas las ruedas dejan marca quiere decir que el sistema de frenos fue capaz de bloquear todas las ruedas y que el conductor pudo aplicar suficiente presión al pedal para causar dicho bloqueo. Puede ocurrir que algunas ruedas hayan bloqueado antes que otras. Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Cientitico-Mecénico Cuando no todas las ruedas dejan marca, puede haber ocurrido que: -Todas las ruedas hayan frenado, pero algunas no suficientemente como para bloquear la rueda -Algunas ruedas no hayan frenado En tal caso, habrá que investigar por qué esa rueda no frenó. Pudo deberse a: -Fallas en el sistema de frenos -Una rueda que no tiene freno, por ejemplo una rueda de trailer pequeño -Una rueda que tiene freno pero que no fue usado, por ejemplo en el caso de ruedas en combinación de trailer y tractor, con frenos del trailer controlados independientemente Esto puede averiguarse mediante inspecciones al vehículo y/o requiriendo al conductor la información de los frenos que fueron accionados. Accidentes de tránsito - Análisis Pericia' Cientffica-Mecánica 5X) MARÍA GRACIELA BERARDO En los casos 3 y 4, deben realizarse ajustes para obtener la huella completa equivalente. Para la estimación de velocidades en el caso de huellas irregulares (especialmente casos 3 y 4), comúnmente se plantean dos hipótesis: • Tomar la longitud promedio de las huellas. • Adoptar la huella más larga. Hipótesis 1 • Tomar la longitud promedio de las huellas En el caso de contar con cuatro huellas de diferente longitud, en vehículos de cuatro ruedas (caso 3), consiste en tomar la cuarta parte de la sumatoria de las longitudes de las huellas de deslizamiento encontradas, considerando que así se toma una longitud media. Esto implicaría asumir que hubo un frenado con bloqueo completo de las cuatro ruedas en una distancia igual a la longitud promedio de las huellas. En el caso de tener menos número de huellas que número de ruedas (caso 4), hay quienes sostienen que las ruedas que no dejan marca no contribuyen al frenado, entonces igualmente habría que dividir la longitud total por 4 en el caso de vehículos con 4 ruedas. Pero esto no es correcto, pues con la excepción de aquellos casos en los que se verifiquen fallas en el sistema de frenos, la rueda que no deja huella está indicando que no se bloqueó, y por lo tanto, lejos de no contribuir al frenado, seguramente colaboró con el mismo en mayor medida que las ruedas que alcanzaron el bloqueo. Por lo menos, podemos suponer que lo hicieron en igual medida. Entonces, esta hipótesis consistiría en dividir la sumatoria de las longitudes de las huellas por el número de huellas, salvo que se verifiquen fallas en el sistema de frenos en la o las ruedas que no dejaron huella. Accidentes de tránsito - Análisis Pericia! Científico-Mecánico VELOCIDAD INICIAL EN FUNCiÓN DE LA FRENADA 91 Este planteo brinda valores de velocidades menores a los reales. Es una hipótesis conservadora. Hipótesis 2 • Adoptar la huella más larga Usar la huella de mayor longitud como base para la estimación de la velocidad supone asumir que todas las ruedas frenaron, en una longitud igual a la mayor de ellas y que el frenado sobre las ruedas que no dejaron marca-fue el mismo que si los neumáticos hubieran estado resbalando, aunque esto no sea totalmente cierto. Como se ha visto anteriormente es posible que una rueda que no deja marca, esté utilizando un mayor coeficiente de fricción y contribuyendo más al frenado que otra rueda del mismo vehículo que está resbalando y dejando marca. Recordemos las experiencias de Reed y Keskin, las que demostraron que en el momento de máxima eficiencia de frenado se produce una deceleración 20 % a 30 % mayor que la que ocurre a partir del bloqueo. Por todo esto, aparece razonable considerar" la longitud de la huella más larga como distancia de frenado, para determinar valores de velocidad inicial, aunque debe tenerse presente que este planteo brinda valores de velocidades más altos, nada conservadores. Si se aplican estos conceptos a un caso práctico, se advierte que mientras más dispersión existe entre las longitudes de las huellas, mayor es la diferencia en los valores de velocidades obtenidos, según las dos hipótesis planteadas. En efecto, esto se puede comprobar si se calcula, por el método indicado, para huellas de las siguientes longitudes: Longitud Longitud Longitud Longitud huella huella huella huella 1: 30 mts 2: 20 mts 3: 18 mts 4: 15 mts. Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Científico-Mecánico 92 MARÍA GRACIELA VELOCIDAD BERARDO Aplicando la hipótesis 1 (tomar longitud promedio de las huellas), se obtiene una longitud de huella de (83mts./4) = 20,75 mts. Se utiliza la ecuación (29): Vi='>/Vf2-2ad donde Vf=O a=¡.¡x g=O,75 x 9,8 =7,35 Reemplazando y resolviendo, se obtiene: Vi = 17,46 mlseg Si se utiliza la segunda hipótesis (adoptar la huella más larga), el cálculo debe hacerse con una longitud de huella de 30 mts. Reemplazando y resolviendo: Vi = 21 mlseg (la diferencia con la velocidad obtenida en la aplicación de la hipótesis 1 es de aproximadamente 20 %) Si se aplica el mismo procedimiento para huellas de longitudes diferentes pero con menor dispersión, se comprueba que la diferencia en las velocidades obtenidas según las hipótesis 1 o 2 difieren en menor proporción. Longitud Longitud Longitud Longitud de de de de huella huella huella huella 1: 2: 3: 4: 20 m 22 m 24 m 26 m Asumiendo hipótesis 1, se calcula con longitud La velocidad así obtenida es: = 23 m. Vi = 18,38 m/seg Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Científico-Mecánico INICIAL EN FUNCIÓN DE LA FRENADA Mientras que para la hipótesis 2, se calcula con longitud 26 m, y la velocidad obtenida es: Vi= 19,55 mlseg 93 = (6 % de diferencia) Todo esto indica que cuando la dispersión entre las longitudes de huellas no es elevada, puede utilizarse cualquiera de las hipótesis (en el caso de cuatro huellas dejadas por vehículos de cuatro ruedas). Pero cuando las longitudes de las huellas difieren considerablemente, cada caso deberá ser tratado en particular, dividiendo la longitud total de huella en secciones según la cantidad de huellas que presenten, y estimando un drag factor para cada sección. Para algunas secciones donde se presenten menos de cuatro huellas, deberá determinarse el "drag factor" como se indicó en el punto 3.4.1.1. ("drag factor" cuando no se han bloqueado todas las ruedas), donde cobra importancia la distribución de los pesos. El "drag factor" para ruedas que no dejan huella debe manejarse como rango de valores, entre el valor correspondiente a la resistencia por rodadura y el de resbalamiento. El valor exacto surgirá de las investigaciones acerca de la posible aplicación de los frenos y su funcionamiento. Entonces, el frenado parcial debe considerarse en dos etapas: una primera distancia correspondiente al resbalamiento con un "drag factor" basado en el coeficiente de fricción y otra distancia con un coeficiente estimado dentro de un posible rango. Si todos los frenos son aplicados de igual forma y no hay nada que indique una falla en el funcionamiento del sistema de frenos, se puede inferir que aunque las huellas sean irregulares, todas las ruedas contribuyeron al frenado. El rango de valores entre los que puede moverse el "drag factor", puede limitarse si se consideran algunas referencias que pueden brindar las mismas huellas. Por ejemplo, si una marca es hecha de un solo lado del vehículo y esta marca es bastante recta, está indicando que el frenado fue semejante sobre ambos lados del vehículo. Con frenados significativamente diferentes, el vehículo tendría que haber desviado. Sin tal desvío, el drag factor de las ruedas sobre el Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Científico-Mecánico 94 MARÍA GRACIELA BERARDO lado donde no hay marca puede ser considerado el mismo que el "drag factor" sobre el lado que dejó marcas. Contrariamente, si hay un viraje con huellas de un solo lado del vehículo, se puede inferir que el frenado fue desparejo. Entonces el rango de posibles valores para el "drag factor" debe reflejar esta diferencia, teniendo en cuenta la dirección del desvío. Si las marcas de los neumáticos continúan derechas en toda su longitud, puede asumirse que las ruedas frontales bloquearon primero, pues si las ruedas traseras hubieran bloqueado mientras las delanteras estaban rodando, el vehículo habría girado durante la última parte de la huella. Si el vehículo gira durante la última parte de la huella, la huella más larga no debe ser considerada, ya que se estaría exagerando la distancia sobre la cual el vehículo resbaló. En tal caso, es conveniente determinar el centro de masa del vehículo a fin de estimar la longitud de resbalamiento como la distancia movida por el centro de gravedad del rodado. Algunas veces hay marcas muy definidas del lado derecho o izquierdo del vehículo pero no se puede establecer si corresponden a las ruedas frontales o traseras, o a ambas. Si la trayectoria de las ruedas traseras es casi coincidente con la trayectoria de las ruedas delanteras, puede resultar complicado definir dónde comienza cada huella separadamente; habrá que asumir una posibilidad mínima y máxima que brindará un rango de velocidades en la estimación final. En la mayoría de los casos, los informes brindados por personal de Policía Judicial que actúa en el momento de ocurrido el accidente, indican por ejemplo: "Había una huella de 15 metros de longitud". No se menciona cómo fue tomada la medida. No es posible saber si dicha longitud corresponde a la distancia entre comienzo de huella de neumático delantero y final de huella de neumático trasero o bien a la longitud desde comienzo a final de huella de neumático trasero o delantero. En el primer caso, la medida tomada indicaría que la huella era de 15 metros menos la distancia entre ejes del vehículo, mientras que en el segundo caso, la longitud total de la huella habría sido 15 metros. Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Científico-Mecánico VELOCIDAD INICIAL EN FUNClÓNDE LA FRENADA 95 Ante la incertidumbre, ambos casos deberían ser considerados y de este modo, se ampliaría el rango de valores posibles para la velocidad a estimar. 4.2.3. Huellas sobre superficies de distinto coeficiente de fricción Es común encontrar huellas que se desarrollan sobre superficies de distintos coeficientes de fricción. En esos casos se aplica la misma ecuación (29) Vi = ~Vf2- 2 ad Pero el cálculo debe efectuarse desde la posición final hacia atrás, en sentido contrario a la trayectoria seguida por el vehículo, hasta llegar al punto de comienzo de la maniobra de frenado. Las longitudes de huellas sobre diferentes superficies quedan definidas por el punto donde el centro de gravedad del vehículo cruza el borde de la vía. La velocidad inicial para cada sección es la velocidad final obtenida para la sección siguiente, según el sentido de análisis (contrario al de la trayectoria del vehículo). Se analiza el ejemplo visto anteriormente, pero considerando que los 30 metros que se habían indicado para huella de frenada ocurren 10 metros sobre banquina de pasto y 20 metros sobre pavimento; el cálculo debe hacerse como sigue: Primer paso (tramo sobre banquina de pasto) (29) Vi=~Vf2-2adl donde Vf=O a = f1 x g = 0,40 (para pasto) x 9,8 = 3,92 longitud Reemplazando de huella sobre pasto di = 10 metros y resolviendo, se obtiene: Vi = 8,85 m/seg Accidentes de tránsito - Aná!isis Pericia! Científico-Mecánico % MARíA GRACJELA BERARDO Esta velocidad inicial Vi es la velocidad final de la ecuación del tramo siguiente (20 metros sobre pavimento) Vi = -JVf2- 2 a d, donde 5. FRENADA ------------,----.' SEGUIDA DE IMPACTO (29) Vf = 8,85 m/seg a = Il x g = 0,75 longitud Reemplazando Vi = 19,29 m/seg (para pavimento) x 9,8 de huella sobre pavimento = 7,35 d2 = 20 metros y resolviendo, se obtiene: = 69,4 Kmlh De la comparación de este valor (19,29 m/seg), con los 21 mi seg (75,6 Km/h) obtenidos anteriormente al considerar toda la huella sobre pavimento, se deduce que como el pavimento tiene un coeficiente mayor que el pasto, colabora en mayor medida con la detención del vehículo. Entonces, a igualdad de longitud de huellas sobre diferentes superficies de rodamiento, la velocidad inicial será mayor para la superficie que brinda mayor coeficiente de fricción. Deformación de los vehículos Estimación de la velocidad remanente Accidentes de tránsito - Análisis Pericial Científico-Mecánico