Kitabı oku: «Reparación en bancada. TMVL0309»

Capítulo 1

Conceptos de métodos y técnicas en la reparación en bancada

1. Introducción

La evolución que ha experimentado el diseño estructural de los vehículos en los últimos años responde tanto a la necesidad de añadir nuevas funcionalidades a estos, como a la obligación de satisfacer las exigencias requeridas a nivel de seguridad y de diseño.

En la actualidad, los vehículos tienen que cumplir una serie de requisitos para garantizar, de una manera global, un conjunto de condicionantes entre los que la seguridad de los ocupantes se sitúa en el objetivo principal. Para ello, los constructores de vehículos cuentan con equipos de trabajo multidisciplinares, capaces de responder satisfactoriamente a las altas exigencias a nivel de reglamentación, diseño y producción que supone la fabricación de un automóvil.

En lo que a este capítulo respecta, el centro de estudio lo constituirá la estructura de una carrocería autoportante, al ser la modalidad estructural preferente, en el diseño de turismos. El diseño y fabricación de una carrocería autoportante viene condicionada por una exigente normativa a nivel mundial. Para cumplir con los trámites de la homologación en materia de seguridad, el diseño de la estructura tiene que garantizar la seguridad vital de sus ocupantes en caso de accidente.

A continuación, se mostrarán las soluciones constructivas a las que recurren los ingenieros en el diseño de la estructura de un vehículo para minimizar los daños en caso de colisión. Además de garantizar la seguridad, una carrocería tiene que ser reparable. El trabajo de estiraje en bancada resulta fundamental para devolver la carrocería a sus cotas originales.

En este capítulo también se explicarán qué métodos y técnicas de conformación se utilizan, en función del tipo de colisión más frecuente que sufren los vehículos, con el objetivo de que vuelvan a contar con las mismas prestaciones que antes del accidente.

2. Características de las carrocerías autoportantes

Actualmente, la mayor parte de fabricantes de turismos utiliza esta técnica constructiva en la fabricación de carrocerías. Recordemos que una carrocería autoportante se caracteriza por disponer de una única estructura que ejerce la función de carrocería y bastidor. Esta estructura es la encargada de soportar los pasajeros, la carga y los elementos mecánicos del vehículo.

Una carrocería autoportante está formada por un entramado de piezas unidas mediante diferentes procesos. Su función es la de soportar las fuerzas estáticas y las fuerzas dinámicas que se producen durante la marcha del vehículo y absorber las fuerzas resultantes de una colisión.

Estructura de una carrocería autoportante

Actividades

1. Cada vez más, va ganando aceptación la compra de vehículos polivalentes para poder realizar diferentes actividades. ¿Sabría definir en qué categoría se clasifica un “Sport Utility Vehicle” (SUV)? ¿De qué tipo de carrocería dispone?

2.1. Propiedades de los componentes estructurales

El vehículo está compuesto por una serie de componentes concebidos para conservar sus propiedades mecánicas en situaciones de máxima solicitación. En caso de accidente, el comportamiento de la carrocería frente al impacto dependerá del material empleado en la fabricación de los componentes, así como del diseño de la pieza. Las carrocerías autoportantes actuales incorporan diferentes tipos de materiales en base a los requerimientos mecánicos y a la función que desempeña cada pieza.

Recuerde

Una carrocería autoportante se caracteriza por que la carrocería y el bastidor constituyen una única estructura capaz de soportar pasajeros, carga y elementos mecánicos.

El acero, en las variantes de aceros al carbono, aceros endurecibles en horno (BH), aceros de alta resistencia (HSS) y aceros de ultra alta resistencia (HSLA), es el material más utilizado en la industria del automóvil. Su presencia en la carrocería representa casi la mitad del peso del vehículo. A fin de conseguir estructuras más ligeras, otros materiales como el aluminio, van introduciéndose en el diseño de carrocerías.

El diseño del componente dependerá en gran medida de las solicitaciones mecánicas a las que se vea sometido, de la necesidad de alojar otros componentes, sistemas mecánicos o eléctricos y del proceso de fabricación.

La resistencia de cada pieza guarda una relación directa con el material, su geometría y su espesor.

Componentes de la parte frontal de la carrocería

Actividades

2. Traducir al inglés los siguientes términos: aceros endurecibles en horno (BH), aceros de alta resistencia (HSS) y aceros de ultra alta resistencia (HSLA).

2.2. Componentes de la carrocería autoportante

La estructura de una carrocería está constituida por dos grupos de componentes: los componentes interiores y los componentes exteriores. Los componentes interiores lo forma el conjunto de elementos estructurales destinados a soportar las solicitaciones de esfuerzos y cargas. Por otro lado, los componentes exteriores son elementos que cumplen con la misión de cubrir la estructura, garantizando la aerodinámica y una uniformidad en el diseño del conjunto del vehículo.

Componentes estructurales y exteriores de una carrocería

Sabía que...

Los rangos de espesor de los componentes estructurales oscilan de 1.2 mm a 2.5 mm y los de los componentes exteriores, de 0.6 mm a 0.8 mm.

2.3. Zonas de una carrocería autoportante

Una de las condiciones fundamentales que tiene que cumplir una carrocería autoportante es la de proteger a los ocupantes en caso de colisión.

Cuando se produce un accidente, los pasajeros pueden verse afectados de dos maneras: por las consecuencias que las fuerzas de desaceleración producen sobre sus cuerpos o bien por la invasión de algún elemento en su espacio vital. Las carrocerías autoportantes se construyen para reducir al máximo ambas circunstancias. La estructura se diseña como un elemento único para ofrecer una zona de seguridad en el habitáculo y con dos zonas de deformación programada en la parte delantera y en la trasera.

Sabía que...

La inercia es la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de reposo o movimiento mientras no se aplique sobre ellos alguna fuerza que la anule. Esta propiedad es la responsable de que, cuando se produce una desaceleración en un vehículo, los ocupantes se desplacen hacia adelante.

Parte delantera

La parte delantera del vehículo es la zona con más riesgo de sufrir una colisión. Los impactos frontales representan el 60% de las zonas dañadas en caso de accidente. Su misión es la de disipar la energía cinética producida en un impacto, repartiéndola hacia el resto de la carrocería, con el fin de proteger el espacio vital del habitáculo y así evitar la transmisión de daños a los ocupantes. Para ello, cuenta con unos elementos de deformación programada, situados principalmente en el conjunto de largueros y frente delantero.

Zonas de deformación programada en la parte delantera de la carrocería

Nota

La parte delantera de la estructura está formada por: los largueros delanteros, la traviesa delantera, el subchasis, el refuerzo superior de armadura y los pases de ruedas.

Parte central

La parte central de la estructura recibe el nombre de habitáculo. Es la zona donde se sitúan el conductor y los pasajeros. El diseño y los materiales utilizados en esta zona tienen que ser lo suficientemente resistentes como para que, en caso de colisión, los ocupantes resulten ilesos. No dispone de zonas de deformación programada. Debido a esta característica, los elementos estructurales utilizados deben asegurar su indeformabilidad en caso de colisión.

Habitáculo de una carrocería autoportante

Nota

El habitáculo está compuesto por los siguientes elementos: el piso, el túnel central, los estribos bajo puertas, las puertas, los pilares A, B y C, el panel inferior tablero, los refuerzos del techo y el techo.

Parte trasera

La parte trasera de la estructura, de igual modo que la delantera, consta de una zona de deformación programada. Esta zona está compuesta por los largueros, el travesaño trasero, el bastidor y el panel trasero. En cuanto a las estadísticas, las colisiones traseras son menos frecuentes e implican un menor riesgo de daño en los ocupantes. Es por ello que las solicitaciones de los materiales y de la estructura en general son menos exigentes que en la parte delantera.

Zona de deformación programada en parte trasera

Recuerde

El objetivo de las zonas delanteras y traseras de deformación programada es el de absorber la mayor cantidad de energía posible en caso de colisión. De esta manera se garantiza la seguridad en el habitáculo.

Actividades

3. Realizar una búsqueda de las estadísticas publicadas referentes a las colisiones más frecuentes que sufren los vehículos. Elaborar una lista indicando el tipo de colisión y porcentaje de incidencia.

Aplicación práctica

Clasifique los esfuerzos que a continuación se detallan según sean de carácter estático o dinámico: peso de los ocupantes, fuerzas de torsión, peso de los elementos mecánicos, fuerzas de flexión, fuerzas de tracción, peso de la estructura.

SOLUCIÓN

Esfuerzos de carácter estático: peso de los ocupantes, peso de los elementos mecánicos, peso de la estructura.

Esfuerzos de carácter dinámico: fuerzas de torsión, fuerzas de flexión y fuerzas de tracción.

3. Tipos de deformaciones estructurales

Como hemos visto en el apartado anterior, una carrocería autoportante está diseñada para que, en caso de colisión, pueda absorber una parte de la energía y repartirla hacia el resto de la estructura. El conocimiento del comportamiento de la carrocería en caso de accidente ayuda en gran medida al trabajo de reparación. Dependiendo de la zona de impacto, se verán afectados unos componentes específicos. Las deformaciones producidas por cada una de las colisiones tipo precisarán unos métodos de reparación determinados para cada caso.

Nota

El conocimiento de las consecuencias que producen las colisiones tipo en la estructura de un vehículo, es un requisito básico de todo reparador de carrocerías.

3.1. Deformaciones en la parte delantera

Los accidentes frontales representan, estadísticamente hablando, el mayor número de colisiones tipo de los vehículos. Debido a ello, la parte frontal se diseña de tal manera que sea capaz de absorber los golpes directos y redirigirlos hacia el resto de la estructura. La secuencia de distribución de energía en caso de una colisión frontal es la que se muestra en la siguiente imagen.

3.2. Deformaciones en la parte central

Las colisiones laterales constituyen el 30% del total de los accidentes de vehículos.

Como se ha detallado anteriormente, la parte central del vehículo no dispone de zonas de deformación programada. En este caso, es la propia estructura la que deberá disipar la energía hacia el resto de la carrocería.

Por este motivo, el habitáculo se construye de tal manera que mantenga su rigidez y dimensión estructural en caso de colisión. Además, tiene que evitar la invasión de cualquier elemento dentro de la zona de seguridad de los ocupantes. La secuencia de distribución de energía en caso de colisión lateral es la que se muestra en la siguiente imagen.

Importante

En una colisión lateral, la distancia entre el objeto que impacta y los ocupantes es mínima, por lo que el riesgo de sufrir daños de importancia aumenta.

3.3. Deformaciones en la parte trasera

Las colisiones en la parte posterior del vehículo constituyen el 3% del total de los impactos en caso de accidente. Como ocurre en el caso de la parte frontal, la zona trasera dispone de elementos estructurales con deformación programada. Debido a la menor incidencia de impactos en esta zona y a la menor gravedad de los mismos, su diseño estructural es menos complejo que en los dos casos anteriores. En caso de colisión trasera, la secuencia de distribución de la energía se distribuye por la estructura de la siguiente manera.

Actividades

4. ¿Qué son los aceros de alta resistencia? Realizar una búsqueda acerca de sus propie-dades físicas y características mecánicas.

4. Métodos y técnicas en la reparación en bancada

En caso de accidente, las carrocerías no solo tienen que garantizar la seguridad de los ocupantes, sino que además tienen que ser reparables.

Devolver la estructura de un vehículo a sus cotas originales es el objetivo de toda reparación. Con ello se asegura la protección de sus ocupantes así como el correcto funcionamiento de los conjuntos mecánicos. Una reparación de calidad parte del conocimiento de los elementos que componen la estructura de una carrocería y de su comportamiento en caso de colisión.

Estos datos de partida serán de gran ayuda al reparador para realizar un diagnóstico previo de los daños sufridos y plantear el proceso de conformación.

4.1. Método de reparación en bancada de deformaciones en parte

Cada parte de la estructura requiere un método de reparación acorde con las características asociadas al tipo de colisión. El conocimiento del comportamiento estructural de estas zonas ayuda al reparador en el planteamiento del trabajo de estiraje. Toda reparación comienza con un examen de diagnóstico previo a la reparación, en el que se evalúan los elementos dañados y se valora la posibilidad de reparar la estructura en bancada. Los métodos de reparación en bancada se plantean según si las deformaciones que se han producido afectan a la parte delantera, central o trasera.

Reparación en bancada de un vehículo todoterreno

Delantera

El método de reparación en la parte delantera se inicia con un análisis visual de los daños directos en indirectos ocasionados por la colisión. A este proceso le sigue una verificación estructural con instrumentos de control para determinar si es necesario reparar la carrocería. En caso afirmativo, se inicia la secuencia de trabajo en bancada con el fin de proceder a la conformación de la estructura del vehículo.

Análisis de daños directos. Elementos afectados en una colisión frontal

Cuando se produce una colisión frontal, la primera zona de deformación la componen los elementos plásticos y de absorción del conjunto formado por el parachoques delantero.

Primera zona de deformación delantera

En el caso de un impacto de leve alcance, los componentes del vehículo que se pueden ver afectados son: el parachoques y alma de parachoques, ópticas (faros y pilotos) y elementos exteriores como el capó y las aletas.

Conjunto parachoques delantero Rejilla de ventilación, calandra Conjunto óptico Aletas delanteras Capó compartimento motor

Recuerde

Una reparación de calidad depende en gran medida del análisis del tipo de colisión sufrida y de las consecuencias que tiene en la estructura.

Cuando esta primera zona no es capaz de frenar el impacto, entran en acción los elementos de deformación programada situados en la sección delantera de la estructura.

Una colisión frontal se considera grave cuando, además de los componentes anteriores, resultan afectados elementos estructurales de la carro-cería y/o conjuntos mecánicos del vehículo.

Recuerde

Los daños directos se localizan en la zona inmediata de colisión.

Traviesa delantera Largueros delanteros inferiores Largueros delanteros superiores Pases de ruedas delanteros Refuerzo salpicadero Alojamiento suspensiones

Actividades

5. Realizar una búsqueda acerca de los requisitos que debe superar un vehículo, para su homologación, en una prueba de impacto frontal.

Análisis de daños indirectos en una colisión frontal

Además de los daños directos, la estructura del vehículo puede sufrir daños colaterales derivados de la energía liberada en la colisión. Los daños indirectos no se sitúan en las zonas de impacto inmediato, ya que el propio diseño de la estructura facilita que la energía se disipe hacia el resto de la carrocería. En una colisión frontal, los elementos estructurales que detienen el impacto son: la traviesa delantera y los largueros delanteros inferiores.

Cuando la zona de deformación programada de la sección delantera se colapsa, la inercia provoca que el resto de la estructura siga avanzando.

Inercia de un vehículo en una colisión frontal

El resultado de esta es que tanto la sección central (habitáculo) como la trasera puedan sufrir algún tipo de deformación. En el habitáculo se puede producir un desplazamiento del pilar A, la vigueta transversal, el travesaño del techo, el techo y el descuadre de las zonas abiertas. En la sección trasera, las fuerzas internas pueden provocar la deformación de los largueros traseros.

Nota

En las colisiones frontales en offset es importante verificar, además de la zona directamente implicada, que no existan daños en la parte opuesta al impacto.

Metodología de la reparación en bancada

Una vez evaluados los daños de una manera visual, los reparadores disponen de instrumentos de medición para confirmar que efectivamente se ha producido una deformación estructural. Con las galgas de nivel se comprueba si el vehículo esta desalineado.

Con el compás de varas se verifican las cotas del habitáculo y las áreas abiertas del vehículo (compartimento motor, huecos de puertas, marco de parabrisas y maletero).

Verificación del hueco del parabrisas mediante compás de varas

Cuando el técnico del taller verifica que la colisión ha producido una deformación estructural, será necesario iniciar el trabajo de conformación en bancada. Una bancada está compuesta por una serie de elementos que permiten mantener el vehículo fijo durante el proceso de reparación. Además, algunos tipos de bancadas incorporan plataformas elevadoras, permitiendo regular su altura a fin de facilitar el trabajo de reparación.

Nota

Una bancada en su conjunto está compuesta por: un banco de trabajo, unas mordazas de anclaje, un equipo de medición y otro de estiraje.

Actividades

6. Familiarizarse con la técnica en la toma de mediciones con las galgas de nivel y el compás de varas. Investigar qué fabricates existen en el mercado y qué características tienen cada uno de estos instrumentos de medición.

La secuencia de reparación estructural de una colisión frontal consta de tres fases:

En la primera, se recepciona el vehículo y se realiza una inspección visual de los daños.

En la segunda, se realiza una verificación estructural para evaluar si es necesario subir el vehículo a la bancada para su reparación.

Finalmente, en la tercera fase, se procede a reparar el vehículo en bancada.

Aplicación práctica

El técnico de un taller acaba de recepcionar el siguiente vehículo siniestrado. Determine qué operaciones debe llevar a cabo para evaluar la colisión y qué indicios le pueden señalar la necesidad de reparación en bancada.

SOLUCIÓN

La primera acción a realizar es un examen visual. En él, se observa que la colisión ha sido parcial en la parte delantera derecha del vehículo. El conjunto de elementos exteriores afectados en la parte derecha son: el parachoques delantero, la rejilla de ventilación, el soporte de faro antiniebla, el conjunto óptico, la aleta delantera y el capó. Estos elementos tendrán que ser reparados o sustituidos. Además se tendrá que comprobar que no haya resultado dañada la estructura. Para ello, se tienen que realizar mediciones en el hueco del motor y comparar las dimensiones con las cotas originales del vehículo. Además se tendrá que comprobar que los elementos de dirección y suspensión no hayan resultado dañados por el impacto, por lo que se verificarán los puntos de control situados en la zona de anclaje de la torreta de suspensión. Con el análisis de todos estos datos, el reparador podrá decidir si la estructura necesita ser reparada.

El siguiente esquema representa a modo de resumen las operaciones a realizar en este tipo de reparación.

Los dos siguientes esquemas indican los pasos a seguir en las fases dos y tres en una reparación en bancada.

Aplicación práctica

Las imágenes que acompañan este ejercicio representan una colisión frontal tipo offset. Analice qué zonas quedan afectadas por el impacto y de qué manera se distribuye la energía por la estructura.

Solución

Una colisión frontal tipo offset es un impacto parcial que afecta al 40% de la superficie frontal del vehículo. En este caso, afecta a la zona del copiloto. Como ocurre en la mayor parte de las colisiones, pueden verse afectadas otras zonas de la estructura. La zona de impacto principal constituye la zona de daños directos y la de daños indirectos es la producida por los daños colaterales. En una colisión tipo offset, la energía generada como consecuencia del impacto la detienen los elementos de deformación programada, que en la sección delantera de un vehículo la constituyen los largueros inferiores delanteros y el travesaño del parachoques. Estos elementos absorben, a la vez que redireccionan, la energía hacia el lado contrario de la colisión. El conjunto formado por el larguero inferior delantero, el pase de ruedas y el alojamiento de suspensión del lado derecho dispersa la energía hacia el pilar A derecho, el estribo bajo puerta derecho y hacia el piso del vehículo.

Central

La sección central de un vehículo está formada por el habitáculo en el que viajan los ocupantes. Esta zona carece de elementos de deformación programada. Por esta razón, tiene que ser la parte más rígida e indeformable de la carrocería. Las colisiones tipo que afectan a la sección central son las colisiones laterales, es decir, el choque en dirección perpendicular de otro vehículo.

Colisión lateral en zona central

Nota

De la misma manera que ocurre en el caso de una colisión frontal, el proceso de reparación se inicia con una inspección visual, seguido de un control estructural para comprobar si la carrocería ha resultado dañada. En caso afirmativo, se inicia el trabajo de conformación en bancada.

Actividades

7. Realizar una búsqueda acerca de los requisitos que debe superar un vehículo para su homologación en una prueba de impacto lateral.