Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc

DISEÑO Y ANÁLISIS DE UNA
ESTRUCTURA DE SEGURIDAD PARA
UN PEUGEOT 307 CC
PROYECTO FIN DE MÁSTER
Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes
Universidad Carlos III de Madrid
Leganés, Septiembre de 2013
Autor: Alberto Cerrudo Vallejo
Tutor: Santiago Rodríguez Fernández

Agradecimientos:
A mi familia, amigos y tutor por su apoyo.
A Fernando Álvarez del Departamento Técnico de la Real Federación Española
de Automovilismo por su asesoramiento.

Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
1
1.-INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 3
1.1.-OBJETO ................................................................................................................. 3
1.2.-COMPETICIONES DE LA R.F.E. de A. ........................................................................ 3
1.3.-NORMATIVA DE APLICACIÓN................................................................................... 5
1.4.- RESUMEN DEL ARTÍCULO 253 ................................................................................ 6
2.-ESTRUCTURAS DE SEGURIDAD...................................................................................... 7
2.1.- DEFINICIÓN Y TIPOS............................................................................................. 7
2.2.- INSTALACIÓN DE UNA ESTRUCTURA DE SEGURIDAD............................................... 8
2.2.1.- Fabricada según los requerimientos del Anexo J ................................................. 8
2.2.2.- Homologada o certificada por una A.D.N............................................................ 8
2.2.3.- Homologada por la F.I.A................................................................................... 9
2.2.4.- Cuadro resumen de necesidades ..................................................................... 10
3.-ESTRUCTURA DE SEGURIDAD PARA UN PEUGEOT 307 CC ............................................. 11
3.1.- CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULO ....................................................................... 11
3.2.- ESTRUCTURA SEGÚN EL ARTÍCULO 253 DEL ANEXO J............................................ 14
3.2.1.- Resumen de la normativa ............................................................................... 14
3.2.2.- Creación de la estructura con SolidWorks......................................................... 23
3.2.3.- Comprobaciones geométricas.......................................................................... 46
3.3.- ESTRUCTURA PARA OBTENER LA HOMOLOGACIÓN DE LA R.F.E. de A..................... 49
3.3.1.- Resumen de la normativa ............................................................................... 49
3.3.2.- Ensayos ........................................................................................................ 51
3.3.3.- Creación de la estructura con SolidWorks......................................................... 53
3.3.4.- Comprobaciones geométricas.......................................................................... 54
3.3.5.- Ensayo 1: Carga aplicada sobre el arco principal............................................... 55
3.3.6.- Ensayo 2: Carga aplicada sobre el semiarco lateral ........................................... 75
4.- PESO ........................................................................................................................ 87
4.1.- PESO ESTRUCTURA 1........................................................................................... 87
4.2.- PESO ESTRUCTURA 2........................................................................................... 88
5.- PRESUPUESTO........................................................................................................... 89
5.1.- PRESUPUESTO ESTRUCTURA 1............................................................................. 89
5.2.- PRESUPUESTO ESTRUCTURA 2............................................................................. 91
6.- ADAPTIBILIDAD A OTROS VEHÍCULOS ........................................................................ 93
6.1.- ESTUDIO PARA PEUGEOT 307 .............................................................................. 93
6.2.- ESTUDIO PARA ALFA ROMEO GT .......................................................................... 94

2 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes
7.- CERTIFICADOS.......................................................................................................... 95
7.1.- FICHA PARA LA HOMOLOGACIÓN DE LA ESTRUCTURA........................................... 95
7.2.- CERTIFICADO DE COLADA ..................................................................................100
7.3.- CERTIFICADO DE CUALIFICACIÓN DEL SOLDADOR...............................................100
7.4.- CERTIFICADO DE HOMOLOGACIÓN .....................................................................101
8.- PLANOS ...................................................................................................................102
9.- CONCLUSIONES........................................................................................................103
9.1.- COMPARACIÓN ENTRE NORMATIVAS ...................................................................103
9.2.- INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.....................................................................103
9.3.- ESTUDIO ECONÓMICO........................................................................................104
9.4.- FUTUROS TRABAJOS...........................................................................................104
11.- BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................105
11.1.- REGLAMENTOS.................................................................................................105
11.2.- INFORMACIÓN SOBRE VEHÍCULOS.....................................................................105
11.3.- MATERIALES.....................................................................................................106

3
1.-INTRODUCCIÓN
1.1.-OBJETO
El objeto de este proyecto es el diseño y análisis de una estructura de seguridad para
un Peugeot 307 CC. Se realizarán dos diseños, uno con las exigencias mínimas para vehículos
del grupo N o A, y otro más exigente para poder obtener la homologación de la R.F.E. de A.
Por lo tanto se diseñaran dos estructuras, siendo la segunda una evolución de la primera. Para
esta última se realizarán los ensayos correspondientes. Tanto el diseño como la simulación se
realizarán con el software SolidWorks 2013.
1.2.-COMPETICIONES DE LA R.F.E. de A.
La Real Federación Española de Automovilismo (R.F.E. de A.) es la máxima autoridad
deportiva del automovilismo de competición en territorio nacional. Ésta entidad gestiona y
promueve la organización de las diferentes competiciones relacionadas con el mundo del
automóvil, velando por la aplicación de la normativa y por el buen desarrollo de las pruebas. La
R.F.E. de A. cuenta con el reconocido prestigio de la Federación Internacional del Automóvil
(F.I.A.).
Actualmente la R.F.E. de A. organiza las siguientes competiciones:
- Campeonato de España de Karting.
- Campeonato de España de Rallyes de asfalto.
- Campeonato de España de Rallyes de tierra.
- Campeonato de España de Rallyes Todo Terreno.
- Campeonato de España de Montaña.
- Campeonato de España de Autocross.
- Campeonato de España de Rallyes de Velocidad para Vehículos Históricos.
- Campeonato de España de Rallyes de Regularidad para Vehículos Históricos.
- Campeonatos en circuitos.
Dentro de cada campeonato existen subcampeonatos para diferentes categorías de
vehículos. Es decir según las características de cada vehículo y/o sus modificaciones éste
pertenecerá a un grupo o a otro. En el caso de los Rallyes, los diferentes vehículos pueden
participar de forma conjunta, aunque solo compitan contra vehículos de la misma categoría.
Por ejemplo: dentro del Campeonato de España de Montaña las siguientes categorías de
vehículos:
- Campeonato de España de Montaña CATEGORÍA I.
- Campeonato de España de Montaña CATEGORÍA II.
- Campeonato de España de Marcas.
- Copa de España de Conductores Grupo N.
- Copa de España de Conductores Grupo A.
- Copa de España de Conductores Grupo A2.
- Copa de España de Conductores Grupo Históricos.

- Trofeo de España de vehículos GT.
- Trofeo de España de pilotos femeninos de Montaña.
- Trofeo de España Junior de Montaña (pilotos nacidos a partir del 1 de Enero de
1991).
Imagen 1. De izquierda a derecha y de arriba a abajo: rally de asfalto, rally de tierra, competición todo
terreno, competición de karting, competición de autocross, campeonato en circuito (Copa Seat), rally de
vehículos históricos, vehículo CM o Speed Car perteneciente a la Categoría II del campeonato de
montaña.

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1.3.-NORMATIVA DE APLICACIÓN
Como se ha visto anteriormente existen multitud de campeonatos y categorías dentro
de la competición automovilística. Cada campeonato tiene su propia reglamentación general
aplicable a todas las categorías que englobe y además cada categoría tiene sus propios
reglamentos específicos.
Una categoría de vehículos como puede ser el Grupo N, puede participar en varios
campeonatos como en los Rallyes de Asfalto, Tierra o Montaña, siempre y cuando se adapte a
sus normativas.
También aclarar que un vehículo comercial puede obtener la homologación para varias
categorías diferentes. Por ejemplo, un mismo vehículo puede ser homologado como Grupo N o
como Grupo A, pero solo puede tener una homologación simultáneamente.
Parte de normativa usada para la realización de este proyecto está en el
Artículo 253 del Anexo J de la F.I.A. Este artículo recoge todo lo relacionado con el
equipamiento de seguridad para los Grupo N y Grupo A, incluyendo las estructuras de
seguridad.
El Grupo A está formado por vehículos de turismo, es decir vehículos derivados de la
serie sobre los que se homologan numerosas modificaciones en lo relativo al motor,
suspensiones o transmisión. También hay otras características, como las dimensiones del
vehículo que no pueden ser modificadas, es decir el aspecto exterior del vehículo debe ser el
mismo que el de serie. En resumen el Grupo A es un coche de calle modificado y adaptado a
competición.
El Grupo N está formado por vehículos de producción. Estos vehículos son producidos
en serie para competiciones y tienen limitaciones en cuanto a modificaciones. Para obtener
dicha homologación se deben construir un mínimo de 2.500 vehículos idénticos de competición
en un año del total de 25.000 que deben producirse del modelo estándar. Es decir, se
requieren 2.500 Subaru Impreza WRX de las 25.000 unidades de Subaru Impreza para su
homologación como Grupo N.
Salvo alguna restricción especificada en la ficha de homologación, todas las
homologaciones válidas para el Grupo N son válidas para el Grupo A.
Para la homologación de la estructura se deberá cumplir La Normativa para la
Homologación de Estructuras de Seguridad ante la R.F.E. de A. y se seguirá El
Reglamento de Homologación F.I.A. para Estructuras de Seguridad.

1.4.- RESUMEN DEL ARTÍCULO 253
Este artículo recoge las exigencias de seguridad aplicables a los grupos de vehículos A y
N. A continuación se indican los apartados que lo forman:
- Canalizaciones y bombas.
- Seguridad de los sistemas de frenado y de dirección.
- Fijaciones suplementarias.
- Cinturones de seguridad.
- Extintores y sistemas de extinción.
- Estructura de seguridad (Artículo 253-8).
- Visión hacia atrás.
- Anilla para remolque.
- Lunas y redes.
- Fijaciones de seguridad del parabrisas.
- Cortacorrientes.
- Depósitos de seguridad aprobados por la F.I.A.
- Protección contra incendios.
- Asientos, puntos de anclaje y soportes.
- Válvulas de sobrepresión.
- Exigencias específicas para vehículos de propulsión eléctrica.

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2.-ESTRUCTURAS DE SEGURIDAD
2.1.- DEFINICIÓN Y TIPOS
Una estructura de seguridad, también conocida como arco de seguridad o jaula de
seguridad es una estructura formada por barras de acero tubulares. Ésta sirve de refuerzo al
vehículo para evitar los daños en caso de accidente y sobretodo evitar el hundimiento del
techo en caso de vuelco o vueltas de campana. La instalación de este elemento es obligatoria
para todos los vehículos de competición.
Imagen 2. Estructura de seguridad para un BMW SERIE 3 E36 COMPACT.
Imagen 3. Estructura de seguridad en el interior del Mini John Cooper Works WRC.
Se distinguen dos tipos de estructuras de seguridad, las fijas y las desmontables. Las
fijas van soldadas entre sí y atornilladas al chasis o carrocería del vehículo mediante placas de
anclaje intermedias. Las estructuras desmontables suelen ser atornilladas. En el diseño se han
optado por uniones totalmente fijas, salvo la fijación de la estructura al chasis que es
atornillada.

2.2.- INSTALACIÓN DE UNA ESTRUCTURA DE SEGURIDAD
La estructura de seguridad puede ser:
- Fabricada según los requerimientos del Anexo J.
- Homologada o certificada por una A.D.N.
- Homologada por la F.I.A.
2.2.1.- Fabricada según los requerimientos del Anexo J
Una estructura que se realiza íntegramente conforme el artículo 253-8 del Anexo J
podrá ser construida e instalada por cualquier que tenga la capacidad técnica para ello. No
necesita ningún tipo de homologación.
Este artículo recoge requisitos mínimos a nivel de diseño, dimensiones del tubo y tipo
de material utilizado. Todo lo que no esté recogido en el mismo está prohibido montarse.
Al no requerir homologación, los Comisarios Técnicos la revisarán exhaustivamente
antes de cada prueba para verificar el correcto cumplimiento de la norma.
Imagen 4. Comisario Técnico descubriendo un tubo mal soldado.
2.2.2.- Homologada o certificada por una A.D.N.
Una A.D.N. es una Autoridad Deportiva Nacional declarada por la F.I.A. En cada país
existe una única entidad autorizada para homologar estructuras de seguridad y en España es
la R.F.E. de A. La homologación de este tipo de estructuras requiere mayores exigencias que
las anteriores y las empresas que se dediquen a ello deben demostrar tanto capacidad técnica
como competencia.
Estas estructuras deberán cumplir La Normativa para la Homologación de
Estructuras de Seguridad ante la R.F.E. de A. y seguir El Reglamento de
Homologación F.I.A. para Estructuras de Seguridad.

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Particularidades:
- Las empresas dedicadas a desarrollar estas estructuras deben presentar un estudio
técnico-descriptivo, que en ocasiones requiere realizar un estudio de resistencia de
materiales por elementos finitos.
- También se deben presentar los certificados del material utilizado, así como el de
cualificación de soldador homologado que realice las soldaduras.
- Se pueden usar aceros aleados y las dimensiones de los tubos pueden ser menores que
los exigidos en el Anexo J.
- A partir de 2003 las estructuras deben tener una placa de identificación que no pueda
ni copiarse ni retirarse (soldada, troquelada, o con acero auto destructible), la cual
reflejará como mínimo el nombre del constructor, el número de homologación de la
A.D.N. y el número de serie único del fabricante.
Imagen 5. Placa de identificación.
- Se deberá presentar una copia original del documento o certificado de homologación
ante los Comisarios Técnicos antes de cada prueba, éste se deberá llevar siempre a
bordo del vehículo. Con esto se evita que los comisarios realicen la inspección de la
estructura.
2.2.3.- Homologada por la F.I.A.
La única diferencia con las anteriores es que estas estructuras están homologadas ante
la F.I.A. que es el máximo organismo a nivel deportivo en el mundo. Para su homologación
ante la F.I.A. debe ser el fabricante quien haga la petición de homologación a través de la
A.D.N. del país del fabricante.
Diferencias con la homologación ante una A.D.N.:
- La placa de identificación es obligatoria a partir de 1997.
- Para algunos vehículos de mayor categoría como los World Rallye Car (W.R.C.) es
obligatoria la homologación F.I.A.
- El proceso de homologación es más exigente y restrictivo.

2.2.4.- Cuadro resumen de necesidades
TIPO DE ESTRUCTURA HOMOLOGACIÓN
REGLAMENTO
APLICABLE
DOCUMENTACIÓN
OBLIGATORIA
PLACA
IDENTIFICATIVA
Fabricada según el
Artículo 253-8 del
Anexo J
No obligatoria Anexo J Ninguna No necesaria
Homologada por una
A.D.N.
Obligatoria
Reglamento
Homologación
F.I.A.
Certificado A.D.N. Obligatoria
Homologada por la
F.I.A.
Obligatoria
Reglamento
Homologación
F.I.A.
Ficha de
Homologación F.I.A.
Obligatoria
Imagen 1. Tabla con resumen de necesidades.

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3.-ESTRUCTURA DE SEGURIDAD PARA UN PEUGEOT 307
CC
3.1.- CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULO
Imagen 6. Peugeot 307 CC.
El vehículo para el cual se va a diseñar la estructura de seguridad es el Peugeot 307
C.C. Pertenece al Grupo A, es decir es un vehículo de serie modificado para competición. La
siguiente tabla recoge las características técnicas del mismo, se han marcado en negrita
aquellas que serán necesarias para el diseño de la estructura de seguridad:
PRESTACIONES Y CONSUMOS HOMOLOGADOS
Velocidad máxima (km/h) 225
Aceleración 0-100 km/h (s) 10
Aceleración 0-1000 m (s) 31
Consumo urbano (l/100 km) 12,4
Consumo extraurbano (l/100 km) 6,8
Consumo medio (l/100 km) 8,8
DIMENSIONES, PESO Y CAPACIDADES
Número de puertas 2
Largo / ancho / alto (mm) 4347 / 1759 / 1424
Batalla / vía delantera - trasera (mm) 2605 / 1497 - 1506
Coeficiente Cx / Superficie frontal (m2
) / Factor de resistencia 0,31 / 2,08 / 0,64
Peso (kg) 1490
Combustible Gasolina (litros) 50

Volumen de maletero mínimo con dos filas de asientos disponibles
(litros)
350
Número de plazas / Distribución de asientos 4 / 2 + 2
MOTOR DE COMBUSTIÓN
Combustible Gasolina
Potencia máxima CV - kW / rpm 177 - 130 / 7000
Par máximo Nm / rpm 202 / 4750
Situación Delantero transversal
Número de cilindros 4 - En línea
Material del bloque / culata Aluminio / Aluminio
Diámetro x carrera (mm) 85,0 x 88,0
Cilindrada (cm3
) 1997
Relación de compresión 11,0 a 1
Distribución
4 válvulas por cilindro.
Dos árboles de levas en
la culata
Alimentación
Inyección Indirecta.
Admisión Variable
Automatismo de parada y arranque del motor ("Stop/Start") No
TRANSMISIÓN
Tracción Delantera
Caja de cambios Manual, 5 velocidades
Tipo de Embrague
Embrague monodisco en
seco
Desarrollos (km/h a 1.000 rpm)
1ª 9,3
2ª 14,5
3ª 19,9
4ª 25,8
5ª 31,5
CHASIS
Suspensión delantera (estructura/muelle)
Tipo McPherson /
Resorte helicoidal
Suspensión trasera (estructura/muelle)
Rueda tirada con
elemento torsional /
Resorte helicoidal
Barra estabilizadora (delante/detrás) Sí / Sí
Frenos delanteros (diámetro mm) Disco ventilado (302)
Frenos traseros (diámetro mm) Disco (247)

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DIRECCIÓN
Tipo Cremallera
Diámetro de giro entre bordillos/paredes (m) 10,7 / 11,1
Vueltas de volante entre torpes 2,9
Neumáticos delanteros 205/50 R17
Neumáticos traseros 205/50 R17
Llantas delanteras 6,5 x 17
Llantas traseras 6,5 x 17
Tabla 2. Características técnicas de vehículo.
La siguiente imagen muestra las vistas del vehículo:
Imagen 7. Vistas del Peugeot 307 CC.

3.2.- ESTRUCTURA SEGÚN EL ARTÍCULO 253 DEL ANEXO J
3.2.1.- Resumen de la normativa
El primero de los diseños se va a crear para cumplir con las exigencias recogidas en el
Artículo 253 del Anexo J. A esta estructura la denominaremos estructura 1.
3.2.1.1.- Estructura básica
La normativa nos permite tres configuraciones básicas distintas:
Imagen 8. Diferentes configuraciones básicas de la estructura de seguridad.
La configuración A está formada por un arco principal, 1 arco delantero, 2 miembros
longitudinales, 2 tirantes traseros y 6 pies de anclaje.
La configuración B está formada por 2 arcos laterales, 2 miembros transversales, 2
tirantes traseros y 6 pies de anclaje.
La configuración C está formada por 1 arco principal, 2 semiarcos laterales, 1 miembro
transversal, 2 tirantes traseros y 6 pies de anclaje.
La configuración elegida para nuestro modelo es la C la cual se detalla a continuación:
Imagen 9. Configuración básica tipo C.

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Arco principal:
El arco principal debe estar construido de una sola pieza tubular y prácticamente
vertical con una inclinación máxima de +/-10º. Se debe situar detrás de los asientos delanteros
y el eje debe estar contenido en un solo plano. El arco principal deberá estar lo más cercano al
contorno de la carrocería y tener una única curvatura en su parte vertical inferior.
Semiarco lateral:
Los semiarcos laterales deben estar construidos de una sola pieza tubular. Su parte
frontal es vertical hasta que llega a la altura del parabrisas y continua paralelo a éste. Cuando
llega a la altura del techo lo sigue paralelamente hasta unirse con el arco principal. En su parte
vertical inferior solo debe tener una única curvatura.
Tirantes traseros:
Los tirantes traseros también deberán ser de una única pieza tubular e irán desde el
arco principal hasta los pies de anclaje traseros. Deberán formar una ángulo mínimo de 30º
con la vertical y deberán estar lo más cerca posible del contorno de la carrocería.
Miembro transversal:
El miembro transversal será una única pieza tubular que se unirá a la altura donde
contactan el techo y el parabrisas con los semiarcos laterales.
Pies de anclaje:
Los pies de anclaje son placas soldadas al final del tubo de la estructura. Estos se
atornillarán a una placa de refuerzo, la cual irá soldada a la carrocería o el chasis. Para
conseguir un montaje óptimo sobre la carrocería, el guarnecido original puede ser modificado
junto a la estructura de seguridad o sus puntos de anclaje, recortándolo o modificándolo
localmente. Por otro lado no se permite la eliminación completa de las partes de la tapicería o
guarnecido.
Tanto la placa del pie de anclaje como la placa de refuerzo deberán tener un espesor
mínimo de 3 mm. En vehículos homologados a partir del 01/01/2007 el área de contacto entre
la placa de refuerzo y la carrocería será de 120 cm2
como mínimo.
El pie de anclaje se atornillará a la placa de refuerzo con un mínimo de 3 tornillos de al
menos M8 y de una calidad ISO 8.8. Se emplearán tuercas autoblocantes dotadas de arandelas
de bloqueo.

El ángulo entre 2 tornillos tal y como se indica en la siguiente imagen no debe ser
inferior a 60 grados:
Imagen 10. Ángulo mínimo entre tornillos.
Para los puntos de anclaje de los tirantes traseros se cumple lo anterior, solo que el
número mínimo de tornillos puede ser de 2 de M8 y calidad ISO 8.8. Además el área mínima
de la placa de refuerzo será de 60 cm2
.
3.2.1.2.- Refuerzos obligatorios
Tras definir la estructura básica procedemos a incluir otros refuerzos que también son
obligatorios.
Miembros diagonales en el arco principal:
Para vehículos homologados a partir del 01/01/2002 la estructura deberá tener dos
miembros diagonales tubulares en el arco principal. Deben ser rectos y al menos uno de ellos
debe ser de una única pieza. Tanto las uniones superiores e inferiores de estos miembros con
el arco principal deben realizarse a menos de 100 mm de la unión de éste con el tirante
posterior.
Imagen 11. Miembros diagonales en el arco principal.

17
Protecciones en las puertas:
Para vehículos homologados a partir de 01/01/2007 se podrán optar por las siguientes
protecciones en las puertas:
Imagen 12. Protecciones para las puertas válidas a partir de 01/01/2007.
En el diseño se ha elegido la primera de las opciones (configuración en “X”). Estará
formada por miembros tubulares y al menos uno de ellos será de una única pieza. Esta deberá
ser lo más alta posible pero sin que los puntos de unión superiores se encuentren a mayor
altura de la mitad de la altura total de la puerta medida desde su base. La conexión de los
tirantes de las puertas con el pilar de refuerzo del parabrisas está autorizada.
Protecciones en el techo:
Para vehículos homologados desde el 01/01/2005 se podrán optar por las siguientes
protecciones en el techo:
Imagen 13. Protecciones para el techo válidas a partir de 01/01/2005.
En el diseño se ha elegido la primera de las opciones (configuración en “X”). Estará
formada por miembros tubulares y al menos uno de ellos será de una única pieza. Los
refuerzos podrán seguir la curvatura del techo. Los extremos de los refuerzos deben estar a
menos de 100 mm de la unión entre arcos y el resto de miembros.
Pilar de refuerzo del parabrisas:
Para vehículos homologados desde el 01/01/2006 deben están montados a cada lado
del mismo cuando la dimensión ”A” es superior a 200 mm. Su perfil será tubular y puede ser
curvado hasta 20º siempre que en vista lateral sea rectilíneo. Su extremo superior debe estar a
menos de 100 mm de la unión entre el refuerzo transversal y el semiarco lateral. Su extremo
inferior debe estar a menos de 100 mm del pie de anclaje del arco.

Imagen 14. Pilar de refuerzo del parabrisas.
Refuerzos de ángulos y uniones:
Las uniones entre:
- Los miembros diagonales del arco principal.
- Los refuerzos del techo.
- Los tirantes de las puertas.
- Los tirantes de las puertas y los pilares de refuerzo del parabrisas.
Deben estar reforzados por un mínimo de dos cartelas. Las cartelas se deberán
construir del siguiente modo:
- Estarán hechas de chapa doblada en forma de U de espesor mínimo 1 mm.
- Los extremos de dicha cartela (punto E) deben estar situados a una distancia del
punto superior del ángulo (punto S) de 2 a 4 veces el diámetro exterior del tubo
mayor de los unidos.
- Se permite un corte en la parte superior del ángulo (S), pero su radio no debe ser
mayor de 1,5 veces el diámetro exterior del tubo mayor de los unidos.
- Los lados planos de la cartela pueden tener un agujero cuyo diámetro no debe ser
más grande que el diámetro exterior del tubo mayor de los unidos.
Imagen 15. Cartela de refuerzo.

19
3.2.1.3.- Refuerzos opcionales
A continuación se muestran los refuerzos opcionales que se han decidido instalar en la
estructura:
Refuerzo entre el arco principal y tirantes traseros:
Imagen 16. Refuerzo opcional entre arco principal y tirantes traseros.
Miembro transversal trasero:
Imagen 17. Miembro transversal trasero.
El miembro transversal trasero puede usarse para los anclajes de las bandas de los
hombros de los arneses de seguridad. Esta barra deberá ser tubular y permitir que el ángulo
que forman las bandas de los hombros con la horizontal esté entre 10º y 45º.
Imagen 18. Disposición de las bandas de los arneses.

Imagen 19. Indicaciones de la normativa permitiendo la fijación de las bandas de los hombros al
refuerzo transversal trasero.
Imagen 20. Anclaje para la fijación de las bandas de los hombros.
Miembro transversal delantero:
El miembro transversal delantero une los dos semiarcos laterales. Debe estar fijado al
arco delantero y no debe invadir el espacio reservado para los ocupantes. Debe estar situado
lo más alto imposible pero el borde inferior no debe situarse por encima del punto más elevado
del salpicadero. Además para vehículos homologados a partir del 01/01/2007 no debe
posicionarse por debajo de la columna de dirección.
Imagen 21. Miembro transversal delantero.

21
Refuerzos de ángulo y unión:
Se han instalado dos refuerzos de ángulo y unión. Uno entre el arco principal y los
semiarcos laterales y otro entre el refuerzo del parabrisas y los semiarcos laterales.
Imagen 22. Refuerzos de ángulo y unión instalados.
Todos estos refuerzos opcionales deben estar bien soldados y la normativa permite que se
apliquen por separado o combinados entre sí.
3.2.1.4.- Material y dimensiones de los tubos
Solo están permitidos los tubos de sección circular de acero al carbono no aleado con
una resistencia mínima a tracción de 350 N/mm2
. El contenido máximo de carbono será inferior
al 0,3%. El contenido máximo de aditivos es de 1,7% para manganeso y 0,6% para otros
elementos. El acero debe tener unas buenas propiedades de elongación y soldabilidad.
El acero elegido es el Acero al Carbono AISI 1030. En la siguiente tabla se muestran
sus características mecánicas:
Características del Acero al Carbono AISI 1030
Módulo de elasticidad 205.000 MPa
Coeficiente de Poisson 0,29
Módulo cortante 80.000 MPa
Densidad 7850 Kg/m3
Límite de tracción 525 MPa
Límite elástico 440 MPa
Elongación 12%
Tabla 3. Característica del AISI 1030.

Su composición es la siguiente:
Carbono, C 0,27%
Cromo, Cr 0,8-1,1%
Hierro, Fe 98,67-99,13%
Manganeso, Mn 0,6-0,9%
Fósforo, P < 0,04%
Azufre, S < 0,05%
Tabla 4. Composición del AISI 1030.
Las dimensiones mínimas del tubo que forme el arco principal serán de 45 x 2,5 mm o
de 50 x 2 mm de diámetro exterior y espesor respectivamente. Para el resto de barras o
refuerzos las dimensiones mínimas serán 38 x 2,5 mm y 40 x 2 mm de diámetro exterior y
espesor respectivamente.
Para el diseño de la estructura los tubos elegidos son de 45 x 2,5 mm para el
arco principal y 38 x 2,5 para el resto.
El curvado del tubo debe hacerse en frío con un radio de curvatura de al menos 3 veces
su diámetro (medido en el eje del tubo).
La soldadura deberá cubrir todo el perímetro del tubo, tener la mayor penetración
posible y ser de gran calidad. Es preferente el uso de soldadura al arco en atmósfera de gas
inerte.
En los lugares donde los cuerpos de los ocupantes puedan entrar en contacto con la
estructura de seguridad debe instalarse un revestimiento protector no inflamable. Donde
puedan entrar en contacto el casco y el revestimiento, éste deberá cumplir la norma F.I.A.
8857-2001 tipo A.

23
3.2.2.- Creación de la estructura con SolidWorks
3.2.2.1.- Información general
Para adaptar las dimensiones de las barras al habitáculo del vehículo se han tomado
medidas de éste. Además a medida que se diseñaba se comprobaba simultáneamente su
correcta ubicación. A continuación se explican los pasos seguidos para construir la estructura
de seguridad mediante SolidWorks.
Ejecutamos el programa y le damos seleccionamos “nuevo”. A continuación
seleccionamos sobre la ventana “Pieza” y le damos a aceptar.
Imagen 23. Pantalla para nuevas creaciones en SolidWorks.
Lo primero que debemos configurar son las unidades. Dentro de opciones,
seleccionamos propiedades del documento y unidades. Allí elegimos MMGS, es decir
(milímetro, gramo y segundo).
Imagen 24. Elección de las unidades del documento.

También deberemos elegir la configuración “piezas soldadas” en vez de “piezas
mecanizadas” que viene por defecto. Esto dará mayor realismo al modelado. Para ello
seleccionaremos cada operación con botón derecho y en “configurar operación” elegimos
“como soldada”.
Imagen 25. Predeterminado “como soldadas”.
3.2.2.2.-Arco Principal
En primer lugar crearemos el arco principal. Para ello crearemos un plano donde
dibujaremos la trayectoria que seguirá el tubo mediante la herramienta “croquis”.
Imagen 26. Se observa la trayectoria seguida por el arco principal.

25
Después creamos un plano perpendicular a la trayectoria y que pase por uno de sus
extremos y mediante la herramienta “croquis” y luego la herramienta “equidistanciar
entidades” creamos dos circunferencias de 45 y 40 mm de diámetro.
Imagen 27. Circunferencias que formaran el arco principal.
Para finalizar el arco principal usamos la herramienta “Saliente/Base barrido”. Como
perfil elegimos las circunferencias y como trayectoria el croquis anteriormente dibujado.
Imagen 28. Arco principal de diámetro 45 x 2,5 mm terminado.

3.2.2.3.- Semiarco lateral
Lo primero que hacemos para empezar a crear el semiarco lateral izquierdo es dibujar
el plano por donde la trayectoria de éste pasará. A continuación dibujamos sobre dicho plano
mediante la herramienta “croquis” la trayectoria que seguirá dicho arco.
Imagen 29. Se observa la trayectoria seguida por el semiarco lateral izquierdo.
Posteriormente usamos las herramientas “croquis” y “equidistanciar entidades” para
crear dos circunferencias de 38 y 33 mm de diámetro. Mediante la herramienta “Saliente/Base
barrido” creamos el tubo del semiarco lateral izquierdo.
Imagen 30. Semiarco lateral izquierdo de diámetro 38 x 2,5 mm sin terminar.

27
Se puede observar que el semiarco lateral izquierdo todavía no está terminado, pues
falta unir éste con el arco principal.
Imagen 31. Semiarco lateral izquierdo sin unir al arco principal.
Para finalizar este arco usamos la herramienta “Extruir saliente/base”. Creamos
nuevamente las circunferencias, indicamos que la dirección de extrusión sea hacia el arco
principal y activamos la opción “extruir hasta el sólido”.
Imagen 32. Operación de “Extruir saliente/base”.

Imagen 33. Semiarco lateral izquierdo terminado.
3.2.2.4.-Protecciones laterales
Primero dibujamos una de las barras. Se realiza igual que las operaciones realizadas
hasta ahora: creamos un plano que contiene a la trayectoria, dibujamos ésta como croquis,
creamos un plano perpendicular a dicha trayectoria donde dibujamos las circunferencias del
croquis y extruimos este croquis con la herramienta “Extruir saliente/base” en ambas
direcciones hasta el sólido. Añadir que todos los tubos que se dibujen a partir de ahora serán
de 38 x 2,5 mm de diámetro exterior y espesor respectivamente.
Imagen 34. Primera de las protecciones laterales dibujada.

29
Para la segunda barra, la cual está partida en tres, realizaremos lo anterior tres veces.
Antes de dibujar la tercera barra tendremos que dibujar el refuerzo del parabrisas.
Imagen 35. Protecciones laterales segunda y tercera.
Antes de seguir con las protecciones de las puertas debemos crear la barra del
parabrisas. Ésta se realizará de dos partes, una recta y otra curva, siempre cumpliendo con lo
especificado en la normativa.
Imagen 36. Primera parte del arco de refuerzo del parabrisas.

Una vez dibujada esta parte de la barra de refuerzo del parabrisas podemos seguir con
las protecciones de las puertas. Recordamos que usamos la herramienta “Extruir
saliente/base”.
Imagen 37. Protecciones laterales tercera y cuarta.
3.2.2.5.- Barra de refuerzo del parabrisas
Para finalizar esta barra solo tendremos que dibujar su parte curva, ya que la recta ya
la dibujamos anteriormente. Debido a que la trayectoria es curva no se puede usar la
herramienta “Extruir saliente/base”. Para ello usaremos la herramienta “Saliente/base barrido”.
Pero deberemos tener en cuenta que haciéndolo de este modo la barra de refuerzo del
parabrisas penetrará en el interior del semiarco lateral izquierdo, por lo tanto luego tendremos
que arreglarlo. La curvatura tiene un ángulo de 11º (la normativa nos dice inferior a 20º).

31
Imagen 38. Se pueden observar el croquis y la trayectoria para la operación “Saliente/base
barrido”.
Si realizamos un corte podremos observar la introducción de esta barra dentro del
semiarco lateral.
Imagen 39. Se puede observar la colisión entre barras.
Para solucionar esto de cara a evitar resultados erróneos en la simulación, utilizamos la
herramienta “corte barrido”. Seleccionamos como trayectoria la que se usó para crear el
semiarco lateral izquierdo y como croquis la circunferencia interior del mismo. Esto creará un
vaciado eliminando la parte de barra del refuerzo del parabrisas que entra dentro de semiarco
lateral.

Imagen 40. Se puede observar que tras la operación “corte barrido” se elimina el material erróneo.
3.2.2.6.-Creación del refuerzo entre el arco principal y el semiarco lateral
Esta barra se crea mediante la operación “Extruir saliente/base”. Recordar que este
refuerzo es opcional.
Imagen 41. Se puede observar el refuerzo entre arco principal y semiarco lateral.
3.2.2.7.-Tirante trasero izquierdo
Este tirante se crea de igual forma que barras anteriores. Una vez dibujado mediante la
operación “Extruir saliente/base” se utiliza la operación “Extruir corte” para aplicarle un corte
que permita su adaptación a la placa de anclaje.

33
Imagen 42. Tirante trasero con extremo sin finalizar.
Nos situamos a la altura adecuada y con la operación “Extruir corte” restamos a dicho
tirante una circunferencia aleatoria con el fin de que su terminación sea plana.
Imagen 43. Operación “Extruir corte” de una circunferencia al tirante trasero.

Imagen 44. Resultado de la operación “Extruir corte”.
3.2.2.8.-Simetría
A continuación realizamos una simetría de todas las barras creadas hasta ahora. Para
poder realizar la simetría del arco principal solo necesitaremos tener la mitad de éste por lo
tanto eliminamos la mitad derecha con el mismo procedimiento que para eliminar el tirante
trasero (operación “Extruir corte”). El plano de simetría pasa por el centro de la estructura.
Imagen 45. Resultado de la operación “Extruir corte” sobre el arco principal.

35
Imagen 46. Resultado de la operación “simetría” sobre lo hasta ahora modelado.
3.2.2.9.-Refuerzos en el techo
En primer lugar y mediante procedimientos anteriores creamos el refuerzo transversal
del techo. En segundo lugar creamos una de las barras cruzadas. Por último creamos las dos
barras que se cruzan con esta.
Imagen 47. Se observa la construcción de las barras de protección del techo.

3.2.2.10.-Tirantes diagonales.
Estos se encuentran debajo del arco principal. Se crean de la misma manera que otras
barras descritas anteriormente.
Imagen 48. Se observa la construcción de los tirantes diagonales.
3.2.2.11.-Barra transversal frontal.
Su construcción es igual que la barra transversal del techo. Se recuerda que esta barra
es opcional.
Imagen 49. Barra transversal delantera modelada.

37
3.2.2.12.-Pie de anclaje
A continuación se explica la creación de un pie de anclaje. Comenzaremos con el pie de
anclaje del semiarco lateral izquierdo. En primer lugar se creará mediante la operación “Extruir
saliente/base” un rectángulo de 140 x 100 x 3 mm.
Imagen 50. Croquis que una vez extruido dará un pie de anclaje.
A continuación y mediante la herramienta “Asistente para taladro” se crean los cuatro
taladros a través de los cuales los tornillos unirán el pie de anclaje a la placa de anclaje y al
chasis del vehículo. En dicho asistente se crean talados para tornillos ISO M10. Por último
mediante la herramienta redondeo se crean radios de acuerdo en las esquinas de dicho pie de
radio 10 mm.
Imagen 51. Pie de anclaje terminado.

Para el pie de anclaje del arco principal se utiliza la herramienta “matriz”. En ella se
incluyen todas las operaciones que permitieron crear el pie de anclaje anterior.
Imagen 52. Operación “matriz” para crear el pie de anclaje del arco principal.
Para el pie de anclaje del tirante trasero se procede de igual forma. La única diferencia
es que éste es más pequeño. Sus dimensiones son 120 x 90 x 3 mm y lleva cuatro taladros
para tornillos ISO M8.

39
3.2.2.13.-Refuerzo entre el tirante trasero y arco principal
Esta barra es opcional y se crea por procedimientos similares a los anteriores.
Imagen 53. Se pueden observar los pies de anclaje.
3.2.2.14.-Barra transversal trasera
Creamos la barra transversal trasera la cual puede servir para fijar los puntos de anclaje
de las bandas de los hombros de los arneses de seguridad. Después de su creación, realizamos
una simetría de los pies de anclaje y del refuerzo anterior. Recordar que su instalación es
opcional ya que las bandas de los hombros pueden anclarse al chasis.
Imagen 54. Pies de anclaje, barra transversal trasera y refuerzos entre arco principal y el tirante trasero
terminados.

3.2.2.15.-Refuerzo entre los semiarcos laterales y las barras de refuerzo del parabrisas
Se crea este refuerzo opcional. Primero se crea un plano perpendicular a la trayectoria
de la barra del semiarco lateral por el punto donde pasará el refuerzo que estamos creando.
Posteriormente se crea mediante la operación “croquis” la trayectoria de este refuerzo, el cual
irá hasta la trayectoria del refuerzo del parabrisas.
Imagen 55. Trayectoria que seguirá dicho refuerzo.
Por último usamos la herramienta “Extruir saliente/base” sobre el croquis formado por
las dos circunferencia que crearán el tubo. Dicho croquis se sitúa en el plano perpendicular a la
trayectoria que seguirá. La extrusión se realiza en ambas direcciones hasta el sólido.
Posteriormente aplicamos una simetría a este refuerzo.
Imagen 56. Refuerzos entre los semiarcos laterales y los refuerzos del parabrisas instalados.

41
3.2.2.16.-Cartelas traseras
Tal y como nos dice la normativa, los tirantes diagonales bajo el arco principal, los
tirantes de las puertas y del techo, así como la unión entre la barra de refuerzo del parabrisas
con los tirantes de las puertas deben ir reforzadas con al menos dos catelas.
Para la construcción de las cartelas traseras primero crearemos un plano que pase por
el medio del arco principal. Posteriormente crearemos otro plano paralelo al anterior a una
distancia de 19 mm (radio del tubo que forman los tirantes traseros). Sobre este plano
croquizamos una cartela y luego hacemos simetría de la misma para posteriormente extruir las
dos a la vez. La extrusión se realiza mediante la operación “Extruir saliente/base”. La extrusión
se realiza alejándose de los tirantes con un espesor de 1 mm. También se extruye hacia el
interior para que genere bien el contacto entre las cartelas y las barras. El espesor en este
sentido es de 0,5 mm. Este espesor es suficiente como para crear contacto pero sin llegar a
traspasar a la parte hueca del tubo.
Imagen 57. Inicio en la construcción de las cartelas.
A continuación creamos una simetría respecto del primero de los planos que hicimos de
lo dibujado hasta ahora. Posteriormente realizamos una vista lateral en sección y nos situamos
sobre el canto de las cartelas.
Imagen 58. Vista de sección lateral.

Creamos el croquis que dará cierre a las cartelas y extruimos 1 mm hacia el exterior y
0,5 hacia el interior. Una vez realizado en una de ellas aplicamos simetría para hacerlo en la
otra. Tener en cuenta que al hacer esta extrusión la parte del lateral de la cartela está
entrando dentro del tubo por lo que luego se deberá eliminar.
Imagen 59. A la izquierda: parte lateral de la cartela extruida. A la derecha se observa como esta
extrusión invade el interior de los tubos que forma los tirantes diagonales.
Para eliminar el material sobrante se utiliza la operación “extruir corte”. Se toma la
circunferencia interior del tubo como elemento cortante. Se debe prestar atención a la longitud
de la extrusión del corte ya que si se hace mayor de lo necesario no solo eliminará el material
de la cartela sino que puede eliminar alguno de los tubos en la zona del cruce.
Después se realizan unos orificios en los laterales de las cartelas de 12 mm de
diámetro. También se redondean las esquinas con un radio de acuerdo de 1 mm.
Imagen 60. A la izquierda: se observa la eliminación del material sobrante de las cartelas. A la derecha
se observa las cartelas con los orificios y el redondeo en el lateral.

43
3.2.2.17.-Cartelas en el techo
El procedimiento seguido para crear las cartelas del techo es el mismo que para las
cartelas traseras.
Imagen 61. Cartelas del techo.
3.2.2.18.-Cartelas en las puertas
El procedimiento seguido para crear las cartelas en las puertas es el mismo que para
otras cartelas. Una vez realizadas en la puerta izquierda se aplica simetría para dibujarlas en la
puerta derecha.
Imagen 62. Cartelas en las puertas.

3.2.2.19.-Cartelas de refuerzo entre la barra de refuerzo del parabrisas y los refuerzos
de la puerta
Esta cartela se crea igual que las interiores. No obstante tiene dos diferencias, la
primera y más sencilla es que no tiene agujero transversal. La segunda y algo más complicada
es que como parte de la cartela se apoya sobre la parte curva de la barra de refuerzo del
parabrisas, a la hora de realizar la extrusión deberemos aumentar ligeramente el espesor para
evitar que sea más delgada en esa parte. Una vez hecho en un lado y mediante simetría se
lleva al otro.
Imagen 63. Cartelas de refuerzo entre las barras de refuerzo del parabrisas y los refuerzos de las
puertas.
3.2.2.20.-Resumen estructura
Con los pasos hasta ahora dados se habría finalizado el diseño y modelización de la
estructura de seguridad según el artículo 253-8 del Anexo J de la R.F.E. de A. Recordar que si
se diseña según este apartado la estructura cumple las exigencias mínimas, pero no puede
optar a la homologación permanente. Es decir, si se hace de este modo se podrá competir con
ella hasta que la normativa cambie, lo cual suele ocurrir anualmente.
También recordar que los refuerzos entre:
- El arco principal y semiarco lateral.
- Los tirantes traseros y el arco principal.
- El semiarco lateral y barra de refuerzo del parabrisas.
- Y las barras transversal delantera y trasera.
Son todos opcionales. Se han decidido instalar para aumentar la seguridad o para poder
servir de anclaje a las bandas de los hombros de los arneses como es el caso de la barra
transversal trasera.

45
Imagen 64. Estructura 1.

3.2.3.- Comprobaciones geométricas
3.2.3.1.- Estructura de seguridad contenida entre suspensiones:
Longitudinalmente la estructura debe estar completamente contenida entre los anclajes
de los elementos de las suspensiones delanteras y traseras que soportan las cargas verticales
(muelles y amortiguadores). Esto se demuestra en la siguiente imagen:
Imagen 65. Conjunto estructura-vehículo en vista lateral.
El ángulo que formarían las bandas de los hombros de los arneses al anclarse a la barra
transversal trasera sería superior a 10 grados, concretamente 15, por lo que cumple.
Se puede verificar como las barras no bloquean el sistema de apertura de la puerta
(marcado en rojo).
También se aprecia como el ángulo que el tirante trasero forma con la vertical es
superior a 30 grados, concretamente 56 grados.
Por último se ve como la barra de refuerzo del parabrisas es recta el vista lateral tal y
como nos dice la normativa.
Imagen 66. Conjunto estructura-vehículo en planta.

47
3.2.3.2.- Proyección frontal
Para vehículos homologados a partir del 01/01/2002 en protección frontal, los refuerzos
de los ángulos deben ser visibles únicamente a través de la el área rayada del parabrisas que
se muestra en la siguiente imagen:
Imagen 67. Área donde deben estar en proyección frontal todos los refuerzos de ángulos.
El cumplimiento de esta norma se aprecia en la siguiente imagen:
Imagen 68. Conjunto estructura-vehículo en vista frontal.
3.2.3.3.- Hueco disponible en la puerta
Todas las estructuras de seguridad homologadas a partir del 01/01/2001 deben cumplir
con los siguientes criterios en cuanto al hueco disponible en la puerta:
- La dimensión A debe tener un mínimo de 300 mm. En este diseño son 380 mm.
- La dimensión B debe tener un máximo de 250 mm. En este diseño son 177 mm.
- La dimensión C debe tener un máximo de 300 mm. En este diseño son 162 mm.

- La dimensión E no debe ser superior a la mitad de la altura de la apertura de la
puerta (H). La altura de la puerta son 964 mm y la dimensión E son 361 mm, por lo
tanto cumple.
- Además ninguna barra que forme parte de la estructura debe bloquear o
entorpecer el acceso a la manilla que abre la puerta desde el interior.
Imagen 69. Hueco disponible en la abertura de la puerta.
Con esto se daría por finalizada la comprobación del diseño de la estructura según los
criterios del Artículo 253-8 del Anexo J. A continuación se le aplicarán algunas modificaciones
para poder obtener la homologación de la R.F.E. de A.

49
3.3.- ESTRUCTURA PARA OBTENER LA HOMOLOGACIÓN DE LA
R.F.E. de A.
3.3.1.- Resumen de la normativa
El artículo 253-8 del Anexo J es la base de la Normativa para la Homologación según la
R.F.E. de A. para Estructuras de Seguridad. Por lo tanto se partirá del diseño realizado hasta
ahora y se irán añadiendo las modificaciones y las nuevas exigencias de dicho reglamento.
Recordar que ahora además de considerar el vehículo como Grupo A, lo consideramos también
como Grupo N, pensando en comercializar estructuras para vehículos fabricados
exclusivamente para competición.
3.3.1.1.- Garantía de calidad
La primera nueva exigencia que nos encontramos en dicho reglamento es que los
fabricantes dedicados a fabricar este tipo de estructuras deben tener mayores controles sobre
el material que utilicen, garantizando su trazabilidad. Además se deben tener laboratorios que
garanticen la correcta ejecución de las soldaduras.
3.3.1.2.- Estructura básica
La estructura básica tiene los mismos puntos que el Artículo 253-8 pero ahora la norma
permite que los tubos que forman la estructura en las configuraciones A y C, los arcos laterales
y miembros transversales en configuración B estuvieran formados por tubos de 35 x 1,5 mm
de diámetros exterior y espesor respectivamente. El arco principal seguirá siendo de 45 x 2,5
mm o de 50 x 2 mm.
Imagen 70. Diferentes configuraciones de estructura de seguridad.

Ahora es obligatorio un tubo diagonal entre los tirantes traseros tal y como muestra la
siguiente imagen:
Imagen 71. Nueva barra obligatoria.
3.3.1.3.- Refuerzos obligatorios
Los tirantes diagonales bajo el arco principal son obligatorios en configuración en “X”
para vehículos de cilindrada mayor a 2000 cm3
, no permitiendo otras configuraciones.
Otras diferencias es que los refuerzos entre el arco principal y los semiarcos laterales, y
los refuerzos entre los semiarcos laterales y las barras de refuerzo del parabrisas pasan a ser
obligatorios.
La longitud de los tubos medidos longitudinalmente cuyo diámetro exterior sea menor
de 40 mm no debe ser superior a 15 metros. En nuestro caso son 12 metros.
3.3.1.4.- Refuerzos adicionales
Se permiten refuerzos adicionales que excedan los límites entre suspensión delantera y
trasera con la condición de que cada uno de estos nuevos puntos de anclaje se conecten a la
estructura básica de seguridad mediante un tubo mínimo de 30 x 1 mm de diámetro exterior y
espesor respectivamente.

51
3.3.1.5.- Material
El acero elegido es al cromo-molibdeno. Más concretamente el AISI 4130 CrMo, a
continuación se resumen sus características mecánicas.
Características del Acero AISI 4130 CrMo
Módulo de elasticidad 205.000 MPa
Coeficiente de Poisson 0,29
Módulo cortante 80.000 MPa
Densidad 7850 Kg/m3
Límite de tracción 1.110 MPa
Límite elástico 951 MPa
Elongación 14,7%
Tabla 5. Característica del AISI 4130 CrMo.
Su composición es la siguiente:
Carbono, C 0,28-0,33%
Cromo, Cr 0,8-1,1%
Hierro, Fe 97,03-98,22%
Manganeso, Mn 0,4-0,6%
Molibdeno, Mo 0,15-0,25%
Fósforo, P < 0,035%
Silicio, Si 0,15-0,3%
Azufre, S < 0,04%
Tabla 6. Composición del AISI 1030.
3.3.2.- Ensayos
La exigencia más importante de La Normativa para la Homologación de Estructuras de
Seguridad ante la R.F.E. de A. es que pide la realización de dos ensayos mediante la aplicación
de una carga. Uno de los ensayos se realizará sobre el arco principal y el otro sobre uno de los
semiarcos delanteros.
Si la estructura de seguridad cumple con el Artículo 253-8 del Anexo J y se presenta
una memoria descriptiva de la misma, así como un análisis por elemento finitos realizado por
un técnico competente, podrá evitarse la realización de este tipo de ensayos. Esto lo decidirán
los técnicos del centro de homologación.
El dispositivo que aplicará la carga debe estar construido de tal forma que no interfiera
con la estructura de seguridad que se está poniendo a prueba.

Ensayo sobre el arco principal:
La estructura debe soportar una carga de 7,5*W daN aplicada sobre el arco principal
(sin la aplicación del factor de gravedad), donde W es el peso del vehículo más 150 Kg. La
carga se debe aplicar mediante una sello de acero que tenga un radio de 20 +/- 5 mm en los
bordes dirigidos hacia el arco principal. Las dimensiones del sello serán:
- Longitud: ancho del arco más un mínimo 100 mm.
- Ancho: 250 +/- 50 mm.
- Grosor: 40 mm como mínimo.
La carga se debe aplicar durante al menos 15 segundos y no debe producirse ningún
tipo de rotura ni un desplazamiento superior a 50 mm medidos en la dirección de la aplicación
de la carga.
Imagen 72. Dispositivo con el que se podría aplicar la carga.
Ensayo sobre el semiarco lateral:
La estructura debe soportar una carga de 3,5*W daN aplicada sobre el semiarco lateral
en el lado del conductor (sin la aplicación del factor de gravedad), donde W es el peso del
vehículo más 150 Kg. La carga se debe aplicar mediante una sello de acero que tenga un radio
de 20 +/- 5 mm en los bordes dirigidos hacia el semiarco lateral. Las dimensiones del sello
serán:
- Longitud: 450 +/- 50 mm.
- Ancho: 250 +/- 50 mm.
- Grosor: 40 mm como mínimo.
El eje longitudinal del sello debe estar dirigido hacia adelante y hacia abajo con una
inclinación de 5 ° + / -1 ° respecto a la horizontal. Además este mismo eje debe estar dirigido

53
hacia el exterior y hacia abajo con un ángulo de 25 ° + / - 1 ° respecto a la horizontal. Esto se
puede observar en la siguiente imagen:
Imagen 73. Ángulos que debe formar el sello delantero.
La carga se debe aplicar durante al menos 15 segundos y no debe producirse ningún
tipo de rotura ni un desplazamiento superior a 100 mm medidos en la dirección de la aplicación
de la carga.
3.3.3.- Creación de la estructura con SolidWorks
Utilizaremos el modelo anterior al cual le haremos alguna modificación. Una de las
diferencias es que los refuerzos entre:
- El arco principal y semiarco lateral.
- El semiarco lateral y barra de refuerzo del parabrisas.
Pasan a ser todos obligatorios.
Los refuerzos entre los tirantes traseros y el arco principal, así como las barras de
refuerzo trasera y delantera siguen siendo opcionales.
La nueva normativa además nos obliga a añadir una nueva barra, que es la diagonal
entre los tirantes traseros. Ésta se realiza con las mismas operaciones vistas anteriormente.

Imagen 74. Estructura 2 terminada. Se observa la nueva barra diagonal entre los tirantes traseros.
Añadir que aunque para los cálculos se va a utilizar una estructura simplificada,
eliminando las cartelas y algunos detalles de los pies de anclaje. A la hora de modelarla se ha
prestado atención a eliminar el material sobrante que se creaba en el interior de los tubos
debido a las extrusiones necesarias para crear las cartelas. Esto se hace para que a la hora de
realizar los planos no salgan aristas debidas a estas operaciones que puedan dar lugar a
confusión.
3.3.4.- Comprobaciones geométricas
Son similares a las realizadas para la estructura 1. Éstas se pueden recordar mirando la
página 46. La única variación es que en proyección frontal se aprecia la nueva barra
introducida. Esto se puede observar en la siguiente imagen:

55
Imagen 75. Conjunto estructura 2 -vehículo en vista frontal.
3.3.5.- Ensayo 1: Carga aplicada sobre el arco principal
3.3.5.1.- Creación de la matriz trasera
A continuación se indican los pasos que se dieron para la creación de la matriz.
- En primer lugar se creará un rectángulo de 1420 x 250 x 50 mm de largo, ancho y
alto respectivamente. Esto cumple con las dimensiones mínimas que nos dice la
normativa, estas pueden verse en la página 52 (la longitud transversal del arco
principal es de 1318 mm). Para ello se usará la operación “Extruir saliente/base”.
Posteriormente mediante la operación “Extruir corte” se realizará un vaciado de 45
mm de diámetro a lo largo de la matriz. En el hueco creado encajará el arco
principal. Con esto creamos la matriz primitiva la cual se puede ver a continuación:
Imagen 76. Matriz primitiva para ensayo sobre arco principal.

- A continuación abrimos el archivo de la estructura de seguridad y arrastramos el
archivo de la matriz primitiva trasera. El programa nos pregunta si estamos
intentando hacer una pieza derivaba y contestamos que sí. Posteriormente situamos
la matriz sobre el arco principal y la centramos. Esto se puede observar a
continuación:
Imagen 77. Estructura principal con matriz primitiva trasera.
- A continuación realizamos la operación “combinar” que se encuentra en la pestaña
“Insertar” y luego “operaciones”. Elegimos como solido principal la matriz y como
secundario la estructura. Le damos a la opción “eliminar”. Esta operación lo que
hace es restar al primer solido el segundo. También elegimos la opción “conservar
solo sólidos seleccionados” y únicamente elegimos el cuerpo principal de la matriz.

57
Imagen 78. Eligiendo la operación “combinar”.
Imagen 79. Eliminar sólidos y elegir que sólidos se conservan.

La matriz queda de la siguiente forma:
Imagen 80. Matriz tras la combinación.
3.3.5.2.- Ensamblaje del arco principal con matriz trasera
Antes de realizar el ensayo debemos ensamblar la estructura con la matriz. Para ello
generamos un nuevo archivo “ensamblaje”. Después mediante la opción “insertar
componentes” añadimos ambos archivos y mediante la herramienta “relaciones de posición”
las unimos. Las relaciones elegidas son conicidades entre los dos huecos creados y las barras
que los crean respectivamente.
Imagen 81. Crear un nuevo ensamblaje.

59
Imagen 82. Ensamblaje terminado.
3.3.5.3.- Simulación
Primero abrimos el espacio simulación mediante el botón SolidWorks Simulation en la
pestaña Productos Office. Después elegimos realizar un nuevo estudio estático.
Imagen 83. Espacio de simulación
Imagen 84. Elección de un nuevo estudio.

Una vez abierto el espacio de simulación tendremos que elegir las opciones de la
simulación, elegir el material, aplicar cargas y restricciones y por último mallar y simular.
Elección del tipo de estudio:
Como la normativa nos dice que la estructura debe aguantar la carga durante un
mínimo de 15 segundos, se realizará un análisis estático activando la función “Grandes
desplazamientos”.
Un análisis estático lineal supone que los desplazamientos que ocurran serán pequeños.
También considera que los planos normales a las áreas de contacto no cambian de dirección
durante la aplicación de la carga. Es decir, el análisis estático lineal aplica la carga en un solo
paso. Este método puede genera resultados inexactos. Al elegir la opción grandes
desplazamientos el programa tendrá en cuenta la deformación de la estructura y como afecta
ésta a la rigidez de la misma, es decir la carga se aplica poco a poco y se irá actualizando la
geometría de la estructura y su rigidez. Esta opción implica más tiempo pero los resultados son
más exactos.
Al utilizar la solución de grandes desplazamiento para estudios estáticos, sólo se
pueden ver los resultados durante el último paso correspondiente a la carga total. Si se
realizara un estudio no lineal se pueden ver los resultados para cada paso de aplicación de la
carga. En nuestro caso con un estudio estático con la opción grandes desplazamientos activada
será suficiente.
Si tras finalizar el estudio, la carga está por debajo del límite elástico no habrá
deformación permanente y por lo tanto se garantiza que aguanta más de 15 segundos.
Para activar la opción grandes desplazamientos se pulsa el botón derecho sobre
“estudio 1” en el árbol desplegable de la izquierda y en propiedades se activa.
Imagen 85. Primer paso para activar la función grandes desplazamientos.

61
Imagen 86. Segundo paso para activar la función grandes desplazamientos.
Aplicación del material:
Para aplicar el material a la estructura y a la matriz primero tenemos que crearlo. Para
ello seleccionamos “aplicar material”, posteriormente “materiales personalizados”. Creamos un
nuevo material llamado Acero AISI 4130 CrMo e introducimos sus características. Éstas se
pueden ver en la página 51:

Imagen 87. Creación de un nuevo material e introducción de sus características.
Al aplicar el material a la estructura y la matriz cambian de color.

63
Sujeciones:
Mediante “Asesor de sujeciones” aplicamos empotramientos en los 6 pies de anclaje.
Imagen 88. Asesor de sujeciones.
Imagen 89. Los pies de anclaje van empotrados.
Aplicación de cargas:
Las cargas a las que está sometida la estructura son la propia acción de la gravedad y
la fuerza correspondiente al ensayo. La estructura debe soportar una carga de 7,5*W daN
aplicada sobre el arco principal (sin la aplicación del factor de gravedad), donde W es el peso
del vehículo más 150 Kg.
La fuerza será:
( ) ( )
Para aplicar ambas cargas se usa el asesor de cargas.

Imagen 90. Se aplicará una fuerza y la acción de la gravedad.
Al seleccionar la carga “gravedad” nos sale la dirección de la misma y la aceleración de
-9,81 m/s2
por defecto por lo que solo debemos darle a aceptar. En el diseño se verá una
fecha roja hacia abajo indicativa de que se tiene en cuenta la gravedad y por lo tanto el peso
propio de la estructura.
Imagen 91. Estructura bajo la acción de la gravedad.

65
Para la aplicación de la fuerza de 123.000 N se elige la cara superior de la matriz como
zona de aplicación y perpendicular a ésta. En la ventana de la izquierda se introduce el valor
de dicha fuerza.
Imagen 92. Aplicación de la fuerza sobre la matriz trasera.
Mallado:
Para tener una mayor precisión en los resultados se realizarán varios estudios con
diferentes densidades de mallado. Posteriormente se calculará la incertidumbre.
En estos los estudios se elegirá la opción “malla sólida basada en curvatura” para que
se adapte a la curvatura de los tubos. En el primero en los estudios se elegirá un tamaño
máximo del elemento de 12 mm. Por defecto el tamaño mínimo es de 2,4 mm. El número
mínimo de elementos por círculo por defecto será de 8 y el cociente de crecimiento del tamaño
del elemento es de 1,6. Los elementos de la malla son cuadráticos de alto orden y dispone de
cuatro puntos jacobianos. El solver es Iterativo.
Para aplicar el mallado se pulsa botón derecho sobre “Malla” en el árbol desplegable de
la izquierda y se selecciona “Crear malla”. Posteriormente se indica los parámetros
anteriormente mencionados.

Imagen 93. Procedimiento de mallado de la estructura.
Imagen 94. Mallado finalizado.

67
Análisis:
Por último seleccionamos “ejecutar el estudio” y el programa va realizando las
siguientes operaciones:
- Establecimiento de la matriz de rigidez.
- Matrices del elemento.
- Iteración.
- Solucionando.
Una vez finalizado el análisis se pasará a la interpretación de resultados.
Imagen 95. Proceso de análisis.
Recopilación e interpretación de resultados:
Se comprobará que la tensión máxima a la que se somete la estructura no sobrepasa el
límite elástico del material (951 MPa). También se comprobará que el desplazamiento máximo
en la dirección de la aplicación de la carga no sea superior al exigido por la normativa (50
mm).
En cuanto a la tensión máxima se mostrará despreciando las singularidades de tensión.
Para ello se irán modificando los parámetros de visualización del mapa de tensiones con el fin
de descubrir las singularidades. Si en un punto la tensión aumenta de forma muy grande
seguramente estemos ante una singularidad.
Como se van a realizar varios ensayos con varias densidades de mallado también se
examinará la convergencia. De no producirse estamos ante singularidades de tensión.

A continuación se van mostrando diferentes mapeados de tensiones para este primer
estudio (se ha ocultado la matriz para facilitar la visualización):
La siguiente imagen muestra la visualización desde 0 a 100 MPa. Se puede observar
como la zona del arco principal y los tirantes diagonales que están bajo éste, están sometidos
a mayor tensión. Se verá como la zona más cargada es la parte de la curvatura izquierda
debido a que tiene un rigidizador más.
Imagen 96. Visualización de 0 a 100 MPa.

69
La siguiente imagen muestra la visualización desde 200 a 300 MPa, se puede observar
como las zonas más solicitadas son las curvaturas del arco principal y el centro de las
diagonales bajo el arco principal.

Finalmente nos centramos en la curvatura del arco principal.

71
Tras un tanteo de mayor precisión entre 550 y 650 MPa se llega a la conclusión de que
la tensión máxima en este punto es de unos 590 MPa. Se puede apreciar como hay una
singularidad de tensión porque en esta zona la tensión aumenta enormemente en poca
superficie.

En cuanto al desplazamiento máximo permitido operamos de igual modo:
Imagen 104. Visualización del desplazamiento.
El desplazamiento máximo es de 3,813 mm y ocurre en el centro del arco principal.
Para poder visualizar como se produce la deformada, cambiamos el factor de escala de la
misma a 50, es decir la veremos 50 veces más grande. Comprobamos que la deformación se
produce como era de esperar:
Imagen 105. Deformación visualizada con factor de escala 50.

73
Resumen de diferentes estudios:
La siguiente tabla recoge los resultados obtenidos en los diferentes estudios variando la
densidad del mallado. El procedimiento para localizar la tensión máxima despreciando las
singularidades de tensión es el mismo que el realizado por el estudio 1.
ESTUDIOS SOBRE EL ARCO PRINCIPAL
1 2 3 4 5
Material AISI 4130 CrMo
Restricciones 6 empotramientos en cara inferior de los pies de anclaje
Carga 123.000 N
Ensayo Estático con opción grandes desplazamientos
Malla Sólida adaptada a curvatura
TME (mm) 12 10 8 7 6
TmE (mm) 2,4 2 1,6 1,4 1,2
Nº elementos circulo 8
Cociente progreso 1,6
Propiedad avanzadas Predeterminado: con cuatro puntos Jacovianos
Desplazamiento
máximo (mm)
3,813 3,913 3,959 3,972 3,981
Tensión máxima
despreciando
singularidad (Mpa)
590 610 630 640 650
Límite elástico (Mpa) 951
Límite de Rotura
(Mpa)
1110
Tiempo de mallado 53 s 64 s 107 s 139 s 146 s
Número de nodos 482.456 716.759 1.275.475 1.689.489 2.242.851
Número de
elementos
265.946 401.708 744.082 980.102 1.299.025
Número de grados de
libertad
1.436.982 2.139.603 3.809.799 5.036.577 6.689.367
Tiempo de análisis 8 min 31 s 11 min 54 s 21 min 40 s 24 min 46 s 36 min 56 s
Tabla 7. Resultados ensayo 1.

Cálculo de la incertidumbre:
Estamos ante una incertidumbre del tipo A, es decir una incertidumbre que puede
estimarse a partir de cálculos estadísticos con los datos recogidos durante el proceso de
medida.
En primer lugar calculamos las medias para la tensión máxima y el desplazamiento
máximo:
̅ ∑
Para la tensión máxima:
̅
( )
Para el desplazamiento:
̅
( )
A continuación calculamos la varianza:
√ ∑( ̅ )
√
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
√
( ) ( ) ( ) ( ) ( )

75
La incertidumbre es la combinación de la media con la varianza:
U = ̅
U1 =
Para el desplazamiento máximo vertical:
U2 =
3.3.6.- Ensayo 2: Carga aplicada sobre el semiarco lateral
3.3.6.1.- Creación de la matriz delantera
A continuación se indican los pasos que se dieron para la creación de la matriz.
- En primer lugar visualizamos los croquis que sirvieron para crear el refuerzo
transversal del techo y el semiarco delantero izquierdo. Creamos un plano horizontal
(plano 100) que pase por el punto de intersección de los dos croquis anteriores.
Une vez hecho esto creamos el plano 101 que pase por el croquis que forma el
refuerzo transversal del techo y que además forme un ángulo de 5º con el plano
100. Esto se observa a continuación:
Tabla 106. Plano 100 y 101.
- En el plano 101 creamos una línea que pase por el punto de intersección de los
croquis anteriores y que sea perpendicular al croquis que forma la barra de refuerzo

transversal del techo. A continuación creamos el plano 102 que contenga a esta
recta y que forme 25º con el plano 101. Sobre este plano 102 dibujaremos la base
de la matriz con las inclinaciones de acuerdo a la normativa.
- Sobre el plano 102 creamos un rectángulo de 400 x 250 mm. Eliminamos la
estructura de seguridad dejando solo parte de sus croquis para posteriormente
colocar la matriz. Estos croquis nos sirven como referencia para su posterior
colocación en el ensamblaje. Con la operación “Extruir saliente/base” damos 50 mm
de altura a la matriz. Esta matriz la guardamos como otro archivo llamado matriz
primitiva delantera.
Imagen 107. Matriz primitiva para el ensayo del semiarco lateral.
- A continuación abrimos la estructura de seguridad y arrastramos el archivo de la
matriz primitiva delantera. El programa nos pregunta si estamos intentando hacer
una pieza derivaba y contestamos que sí. Posteriormente situamos la matriz sobre
el arco principal y la centramos. Esto se puede observar a continuación:

77
Imagen 108. Estructura principal con matriz primitiva delantera.
- A continuación realizamos la operación “combinar” que se encuentra en la pestaña
“Insertar” y luego “operaciones”. Elegimos como solido principal la matriz y como
secundario la estructura. Le damos a la opción “eliminar”. Esta operación lo que
hace es restar al primer solido el segundo. También elegimos la opción “conservar
solo sólidos seleccionados” y únicamente elegimos el cuerpo principal de la matriz.
La matriz queda de la siguiente forma:
Imagen 109. Matriz tras combinación.
- A continuación utilizamos la operación “cortar extruir” para crear las ranuras
pasantes ya que la normativa nos dice que así sean. El procedimiento es crear tres
líneas que muestren las tres direcciones de las operaciones y tres circunferencias
que generan los sólidos a restar. El resultado final se observa a continuación:

Imagen 110. Matriz delantera terminada.
3.3.5.2.- Ensamblaje del semiarco delantero con matriz delantera
Antes de realizar el ensayo debemos ensamblar la estructura con la matriz. El
procedimiento seguido es igual que para en ensayo 1, se puede revisar en la página 58.
Imagen 111. Ensamblaje terminado.
3.3.5.3.- Simulación
La preparación de la simulación, la elección del tipo de estudio estático con grandes
desplazamientos, la aplicación del material y la aplicación de sujeciones son idénticos al ensayo
1, esto se puede ver en las páginas 59 y siguientes.

79
Imagen 112. Aplicación de la gravedad y de la fuerza sobre la matriz.
Mallado:
El procedimiento para mallar es idéntico al del ensayo 1, esto se puede recordar en la
página 65.
Imagen 113. Mallado finalizado. (Densidad 12 mm).

Recopilación e interpretación de resultados:
Se comprobará que la tensión máxima a la que se somete la estructura no sobrepasa el
límite elástico del material (951 MPa). También se comprobará que el desplazamiento máximo
en la dirección de la aplicación de la carga no sea superior al exigido por la normativa (100
mm).
El procedimiento seguido es similar al del ensayo 1, éste se explica en la página 67.
La siguiente imagen muestra la visualización desde 0 a 100 MPa.

81
La parte de la estructura sometida a mayor tensión es el pie de anclaje delantero
izquierdo. Esto se muestra en la siguiente imagen:

83
Tras un tanteo de mayor precisión entre 700 y 750 MPa se llega a la conclusión de que
la tensión máxima en este punto es de unos 740 MPa. Se puede apreciar como hay una
singularidad de tensión porque en esta zona la tensión aumenta enormemente en un punto.

En cuanto al desplazamiento máximo permitido operamos de igual modo:
Imagen 122. Visualización del desplazamiento.
El desplazamiento máximo es de 6,906 mm y ocurre en el centro del refuerzo del
parabrisas. Para una mejor visualización cambiamos la escala de visualización a factor 30:
Imagen 123. Deformación visualizada con factor de escala 30.

85
Resumen de diferentes estudios:
La siguiente tabla recoge los resultados obtenidos en los diferentes estudios variando la
densidad del mallado. El procedimiento para localizar la tensión máxima despreciando las
singularidades de tensión es el mismo que el realizado por el estudio 1.
ESTUDIOS SOBRE EL SEMIARCO DELANTERO
1 2 3 4 5
Material AISI 4130 CrMo
Restricciones 6 empotramientos en cara inferior de los pies de anclaje
Carga 57.400 N
Ensayo Estático con opción grandes desplazamientos
Malla Sólida adaptada a curvatura
TME (mm) 12 10 8 7 6
TmE (mm) 2,4 2 1,6 1,4 1,2
Nº elementos circulo 8
Cociente progreso 1,6
Propiedad avanzadas Predeterminado: con cuatro puntos Jacovianos
Desplazamiento
máximo (mm)
6,903 7,13 7,31 7,352 7,385
Tensión máxima
despreciando
singularidad (Mpa)
740 770 790 795 800
Límite elástico (Mpa) 951
Límite de Rotura
(Mpa)
1110
Tiempo de mallado 53 s 65 s 100 s 114 s 120 s
Número de nodos 383.428 583.389 891.232 1.197.618 1.619.289
Número de elementos 197.374 308.750 471.937 631.863 853.072
Número de grados de
libertad
1.139.898 1.739.493 2.657.070 3.560.964 4.818.681
Tiempo de análisis 5 min 58 s 8 min 52 s 12 min 14 s 15 min 08 s 20 min 31 s
Tabla 8. Resultados ensayo 2.

Cálculo de la incertidumbre:
En primer lugar calculamos las medias para la tensión máxima y el desplazamiento
máximo:
̅ ∑
̅
( )
̅
( )
A continuación calculamos la varianza:
√ ∑( ̅ )
√
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
√
( ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
La incertidumbre es la combinación de la media con la varianza:
U = ̅
U1 =
Para el desplazamiento máximo vertical:
U2 = 7,216

87
4.- PESO
El peso es un factor fundamental en la competición automovilística, por ello se calcula a
continuación:
4.1.- PESO ESTRUCTURA 1
A continuación se muestra una tabla con la cual se ha calculado el peso de la
estructura:
ESTRUCTURA 1
Tubo
Longitud
(mm)
Diámetro
exterior
(mm)
espesor
(mm)
Volumen (mm3
)
Peso
(Kg)
Arco principal 3280 45 2,5 1094290 8,590177
Semiarco lateral 1 2180 38 2,5 607511,5 4,768965
Protecciones puerta 1 2610 38 2,5 727341,75 5,709633
Parabrisas 1 1300 38 2,5 362277,5 2,843878
Parabrisas 2 1300 38 2,5 362277,5 2,843878
Refuerzo trasero 1 300 38 2,5 83602,5 0,65628
Tirante trasero 1 1100 38 2,5 306542,5 2,406359
Tirante trasero 2 1100 38 2,5 306542,5 2,406359
Refuerzo transversal techo 1150 38 2,5 320476,25 2,515739
Refuerzo techo 1 y 2 2200 38 2,5 613085 4,812717
Refuerzos bajo arco principal 3062 38 2,5 853302,85 6,698427
Refuerzo transversal delantero 1320 38 2,5 367851 2,88763
Refuerzos traseros opcional x 2 1960 38 2,5 546203 4,287694
Refuerzo transversal trasero 1452 38 2,5 404636,1 3,176393
Refuerzo arco parabrisas x2 240 38 2,5 66882 0,525024
Pies de anclaje
Largo
(mm)
Ancho (mm)
espesor
(mm)
Volumen (mm3
)
Peso
(Kg)
Delanteros y central x 4 140 100 3 163290 1,281827
Trasero x 2 120 90 3 61974 0,486496
Cartelas Volumen (mm3
)
Peso
(Kg)
Traseras 32239,86 0,253083
Techo 27135,76 0,213016
Puertas 47023,76 0,369137
Parabrisas 35339,44 0,277415
Cordones de soladura, revestimientos protectores, tornillos, tuercas, arandelas y
pintura.
2
TOTAL 71 Kg
Tabla 9. Peso estructura 1.

4.2.- PESO ESTRUCTURA 2
ESTRUCTURA 2
Tubo
Longitud
(mm)
Diámetro
exterior
(mm)
espesor
(mm)
Volumen (mm3
)
Peso
(Kg)
Arco principal 3280 45 2,5 1094290 8,590177
Parabrisas 1 1300 38 2,5 362277,5 2,843878
Parabrisas 2 1300 38 2,5 362277,5 2,843878
Tirante trasero 1 1100 38 2,5 306542,5 2,406359
Tirante trasero 2 1100 38 2,5 306542,5 2,406359
Refuerzo transversal techo 1150 38 2,5 320476,25 2,515739
Refuerzo techo 1 y 2 2200 38 2,5 613085 4,812717
Refuerzos bajo arco principal 3062 38 2,5 853302,85 6,698427
Refuerzo transversal delantero 1320 38 2,5 367851 2,88763
Refuerzo diagonal trasero 1430 38 2,5 398505,25 3,128266
Refuerzos traseros opcional x 2 1960 38 2,5 546203 4,287694
Refuerzo transversal trasero 1452 38 2,5 404636,1 3,176393
Refuerzo arco parabrisas x2 240 38 2,5 66882 0,525024
Pies de anclaje Largo (mm)
Ancho
(mm)
espesor
(mm)
Volumen (mm3
)
Peso
(Kg)
Delanteros y central x 4 140 100 3 163290 1,281827
Trasero x 2 120 90 3 61974 0,486496
Cartelas Volumen (mm3
)
Peso
(Kg)
Traseras 32239,86 0,253083
Techo 27135,76 0,213016
Puertas 47023,76 0,369137
Parabrisas 35339,44 0,277415
Cordones de soladura, revestimientos protectores, tornillos, tuercas, arandelas y
pintura.
2
TOTAL 74 Kg
Tabla 10. Peso estructura 2.

89
5.- PRESUPUESTO
A continuación se calculará el presupuesto de ambas estructuras. Se supone que la
estructura 1 se crea para hacer una única unidad. La estructura 2 se hace con cara a su
comercialización, por lo tanto se calculará tanto para una unidad como para varias con en el fin
de disminuir sus costes. Se observa que los costes de diseño y simulación son menores o nulos
respectivamente para la estructura 1.
5.1.- PRESUPUESTO ESTRUCTURA 1
PRESUPUESTO ESTRUCTURA 1
Tubo Acero al Carbono
AISI 1030
Longitud (mm)
Diámetro
exterior (mm)
€/m Precio (€)
Arco principal 3280 45 12,95 42,48 €
Semiarco lateral 1 2180 38 14,1 30,74 €
Protecciones puerta 1 2610 38 14,1 36,80 €
Parabrisas 1 1300 38 14,1 18,33 €
Parabrisas 2 1300 38 14,1 18,33 €
Refuerzo trasero 1 300 38 14,1 4,23 €
Tirante trasero 1 1100 38 14,1 15,51 €
Tirante trasero 2 1100 38 14,1 15,51 €
Refuerzo transversal
techo
1150 38 14,1 16,22 €
Refuerzo techo 1 y 2 2200 38 14,1 31,02 €
Refuerzos bajo arco
principal
3062 38 14,1 43,17 €
delantero
1320 38 14,1 18,61 €
Refuerzos traseros
opcional x 2
1960 38 14,1 27,64 €
trasero
1452 38 14,1 20,47 €
Refuerzos arcos
parabrisas
240 38 14,1 3,38 €
Pies de anclaje
Superficie
(mm2
)
Espesor (mm) €/mm2
Precio (€)
Delanteros y central x 4 56000 3 0,00003 1,68 €
Trasero x 2 21600 3 0,00003 0,65 €
Soldaduras Longitud a soldar (mm) €/mm Precio (€)
Electrodo 3,5 x 350 mm 10800 0,0006 6,48 €

Cartelas
Superficie
(mm2
)
Precio (€)
Traseras 366629 1 0,000011 4,03 €
Techo 31525 1 0,000011 0,35 €
Puertas 55677 1 0,000011 0,61 €
Parabrisas 40376 1 0,000011 0,44 €
Tornillos Unidades €/unidad Precio (€)
Hexagonal M10 x 30 16 0,8 12,80 €
Hexagonal M8 x 30 8 0,65 5,20 €
Tuerca autoblocante M10 16 0,25 4,00 €
Arandela M10 32 0,05 1,60 €
Arandela M8 16 0,04 0,64 €
Forro protector tubo Longitud (m)
Diámetro
interior (mm)
€/m Precio (€)
Revestimiento protector 12 38 0,8 9,60 €
Pintado Volumen (l) €/l Precio (€)
Pintura blanca 2 23,05 46,10 €
PRECIO MATERIA PRIMA 510,15 €
Mano de obra Horas €/h Precio (€)
Cortado y doblado de
tubos
8 8 64,00 €
Unión soldada tubos 4 8 32,00 €
Creación de cartelas y
pies de anclaje
4 8 32,00 €
Unión soldada cartelas y
pies de anclaje
3 8 24,00 €
Pintado 1,5 8 12,00 €
Instalación protecciones 1 8 8,00 €
PRECIO MANO DE OBRA 172,00 €
Proyecto Horas €/h Precio (€)
Diseño estructura 25 10 250,00 €
Documentación técnica 10 10 100,00 €
PRECIO DISEÑO 350,00 €
Total estructura 1.032,15 €
Incremento por imprevistos +1% 10,32 € 1.042,47 €
I.V.A. +21% 218,92 € 1.261,39 €
PRECIO FINAL (1 unidad) 1.261 €
Tabla 11. Precio estructura 1.

91
5.2.- PRESUPUESTO ESTRUCTURA 2
De cara a la comercialización el presupuesto de esta estructura se ha calculado
dividiendo los costes del diseño entre el posible número de unidades que se construirán.
PRESUPUESTO ESTRUCTURA 2
Tubo Acero AISI 4130
CrMo
Longitud (mm)
Diámetro
exterior (mm)
€/m Precio (€)
Arco principal 3280 45 19,14 62,78 €
Parabrisas 1 1300 38 20,34 26,44 €
Parabrisas 2 1300 38 20,34 26,44 €
Tirante trasero 1 1100 38 20,34 22,37 €
Tirante trasero 2 1100 38 20,34 22,37 €
Refuerzo transversal techo 1150 38 20,34 23,39 €
Refuerzo techo 1 y 2 2200 38 20,34 44,75 €
Refuerzos bajo arco
principal
3062 38 20,34 62,28 €
delantero
1320 38 20,34 26,85 €
Refuerzo diagonal trasero 1430 38 20,34 29,09 €
Refuerzos traseros
opcional x 2
1960 38 20,34 39,87 €
trasero
1452 38 20,34 29,53 €
Refuerzos arcos parabrisas 240 38 20,34 4,88 €
Pies de anclaje
Superficie
(mm2
)
Precio (€)
Delanteros y central x 4 56000 3 0,00004 2,24 €
Trasero x 2 21600 3 0,00004 0,86 €
Soldaduras Longitud a soldar (mm) €/mm Precio (€)
Electrodo 3,5 x 350 mm 10800 0,0006 6,48 €
Cartelas
Superficie
(mm2
)
Precio (€)
Traseras 366629 1 0,000016 5,87 €
Techo 31525 1 0,000016 0,50 €
Puertas 55677 1 0,000016 0,89 €
Parabrisas 40376 1 0,000016 0,65 €

Tornillos Unidades €/unidad Precio (€)
Hexagonal M10 x 30 16 0,8 12,80 €
Hexagonal M8 x 30 8 0,65 5,20 €
Arandela M10 32 0,05 1,60 €
Arandela M8 16 0,04 0,64 €
Forro protector tubo Longitud (m)
Diámetro
interior (mm)
€/m Precio (€)
Zona contacto ocupantes 12 38 0,8 9,60 €
Pintado Volumen (l) €/l Precio (€)
Pintura blanca 2 23,05 46,10 €
PRECIO MATERIA PRIMA 727,30 €
Mano de obra Horas €/h Precio (€)
Cortado y doblado de
tubos
8 8 64,00 €
Unión soldada tubos 4 8 32,00 €
Creación de cartelas y pies
de anclaje
4 8 32,00 €
Unión soldada cartelas y
pies de anclaje
3 8 24,00 €
Pintado 1,5 8 12,00 €
Instalación protecciones 1 8 8,00 €
PRECIO MANO DE OBRA 172,00 €
Proyecto Horas €/h Precio (€)
Diseño estructura 35 10 350,00 €
Análisis/simulación 135 12 1.620,00 €
Documentación técnica 15 10 150,00 €
PRECIO DISEÑO 2.120,00 €
Homologación Precio (€)
Certificado de homologación 660,00 €
PRECIO CERTIFICACIÓN 660,00 €
Total estructura 3.679,30 €
Incremento por imprevistos +1% 36,79 € 3.716,09 €
Beneficio industrial +4% 148,64 € 3.864,74 €
I.V.A +21% 811,59 € 4.676,33 €
PRECIO FINAL (1 unidad) 4.676,33 €
PRECIO FINAL (10 unidades) 1.496,33 €
Tabla 12. Precio estructura 2.

93
6.- ADAPTIBILIDAD A OTROS VEHÍCULOS
Se ha realizado un pequeño estudio para ver si esta estructura podría adaptarse a otros
vehículos. Los vehículos elegidos para el estudio son el Peugeot 307 y el Alfa Romeo GT.
6.1.- ESTUDIO PARA PEUGEOT 307
Imagen 124. Vistas Peugeot 307.
Este vehículo pesa 1382 Kg, es decir 108 Kg menos que el Peugeot 307 CC por lo tanto
si no se modifica la estructura aguantaría con más margen los ensayos.
Pero si hacemos las comprobaciones geométricas veríamos que no sería posible usar la
estructura para este coche. Esto es debido a que el habitáculo es mucho más alto y la
estructura quedaría a mucha distancia del techo. Seguramente habría más incompatibilidades
como que la barra transversal delantera colisionaría con la barra de dirección. La estructura
tampoco se puede elevar ya que colisionaría lateralmente.
Imagen 125. Demostración de incompatibilidad con el Peugeot 307.

6.2.- ESTUDIO PARA ALFA ROMEO GT
Imagen 126. Vistas Alfa Romeo GT.
Este vehículo pesa 1440 Kg, es decir 50 Kg menos que el Peugeot 307 CC por lo tanto
si no se modifica la estructura aguantaría con más margen los ensayos.
Imagen 127. Demostración de compatibilidad con el Alfa Romeo GT.
Los requisitos geométricos en vista frontal, hueco disponible de la puerta, la no
obstaculización de la manilla de apertura de la puerta y el posicionamiento de la barra
transversal delantera por encima de la barra de dirección se cumplen, por lo tanto esta
estructura podría instalarse perfectamente en el Alfa Romeo GT.

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