Los «Crash Tests» de la FIA en detalle

Durante los dos primeros meses del año, cuando los diferentes equipos de F1 están ultimando detalles para la vuelta a pista, es frecuente la aparición de multitud de comunicados por parte de escuderías como McLaren Honda, Toro Rosso o Haas informando de que han superado los tantas veces mencionados “Crash Tests” de la FIA.

Eric Boullier: “Despúes de un duro trabajo, me gustaría dar las gracias a todos aquellos que nos han ayudado a superar los test de impacto de la FIA. ¡Ahora vamos a pintarlo!”

De estas palabras del director deportivo de McLaren se puede deducir que cumplir con las exigencias que impone la FIA no es tarea fácil, ya que es necesario tener en cuenta una gran cantidad de parámetros de seguridad a la hora de desarrollar el monoplaza. Por este motivo, en el presente artículo se intentará explicar con detalle en qué consisten estas famosas pruebas de homologación, además de comentar los diferentes ensayos de carga a los que se ve sometido un F1.

Empecemos con un repaso a la historia. Los “Crash Tests” comenzaron a realizarse oficialmente en 1985 con el propósito de dotar de la máxima seguridad posible a un deporte en el que, por desgracia, los desenlaces fatales eran bastante comunes. Dichas pruebas, supervisadas por la FIA y realizadas con instrumentos de medición directamente calibrados por ellos, suelen llevarse a cabo en el Centro de Impacto de Cranfield en Bedfordshire (Inglaterra). Existen otras dos instalaciones en las que realizar estas pruebas: el Laboratorio de Investigación del Transporte de Wokingham en Berkshire (Inglaterra), y el Centro de Certificación y Análisis de Comportamiento (CSI) de Milan (Italia).

A su vez, existen otros 18 centros (repartidos en 8 países) que pueden realizar diversas pruebas estáticas y de vuelco. Uno de ellos se encuentra en España, concretamente en Tarragona: IDIADA Automotive Technology.          

Pruebas dinámicas:

Dentro de los denominados “Crash Tests” o pruebas de impacto en movimiento se incluyen 5 ensayos diferentes, los cuales son aplicados a la parte frontal (2), lateral (1) y trasera (1) del monoplaza, además de otro aplicado a la columna de dirección (1). La principal finalidad de estas pruebas es medir la resistencia mecánica de los distintos elementos que constituyen el vehículo, es decir, comprobar su rigidez y capacidad para deformarse en función de si se trata de un elemento estructural o no. De este modo se pretende conseguir que cuando un monoplaza sufra un impacto, no toda la energía del mismo sea transmitida al piloto, sino que una parte muy importante de ella sea “disipada” mediante la degradación de ciertos componentes diseñados para tal fin: lo importante no es hacer un coche indestructible, sino un coche que amortigüe un impacto para que la deceleración sea menos brusca. Por otro lado, elementos como la célula de supervivencia o el «cockpit» deben quedar intactos tras el choque.

Por este motivo, una porción muy grande de las piezas que constituyen un F1 están fabricadas de materiales “composites”, como puede ser la fibra de carbono o de vidrio. Estos materiales se caracterizan, aparte de por su baja densidad y alta resistencia (ratio resistencia-peso elevado), por su alta capacidad de absorción de energía (SEA). Como se ha comprobado experimentalmente, una buena estructura de fibra de carbono puede llegar a absorber 6 veces más energía que el acero.

El Zylon es un material 10 veces más resistente que el acero y que es utilizado para reforzar el cockpit del monoplaza. Es tan elevada su resistencia, que un hilo de Zylon de 1 milímetro de espesor es capaz de resistir un objeto de 450 kilogramos de masa. (fuente: reuters.com)

Prueba de choque frontal 1: 

El fin de este ensayo es comprobar la integridad del morro del coche. Para ello se coloca el chasis junto al morro en una plataforma metálica (dispositivo parecido a un carrito), debiendo sumar 780 kg. El conjunto es acelerado hasta alcanzar una velocidad de 15 m/s (54 km/h) para posteriormente chocar contra un muro. La resistencia de la estructura debe ser tal que la fuerza máxima causada por la deceleración en los 100 primeros mm de deformación no puede superar los 10 G´s (75 kN). Además la deceleración media durante los primeros 150 mm tiene que ser menor de 2.5 G´s (18.75 kN). Durante todo el proceso jamás se podrá exceder el pico de 45 G´s para poder superar dicho test de forma exitosa.

Prueba de choque frontal 2:

El objetivo de esta prueba es comprobar la integridad del chasis y del depósito de combustible. Se añade a la plataforma comentada anteriormente el depósito lleno de agua, se quita el morro, y se conecta a la parte frontal de la célula de supervivencia una plancha de aluminio de 50 mm de espesor y de área 500×375 mm². Además, se incorpora un maniquí de 75 kg que quedará sujeto con los cinturones de seguridad y que irá equipado como un piloto, simulando las condiciones de carrera lo mejor posible. En conjunto la estructura a ensayar deberá tener una masa de entre 900 y 925 kilogramos.

Representación de la segunda prueba dinámica frontal.

De nuevo, se impacta a una velocidad de 15 m/s, pero no contra una superficie plana: esta vez el choque tiene lugar contra una serie de tubos que registran la deformación, la absorción de la energía y la máxima deceleración.

Tras el test se comprueba que no haya pérdidas de combustible (agua en el caso de las pruebas) y que no haya sido dañada la célula de supervivencia ni los diferentes elementos de seguridad (extintores, cinturones, etc). Además se estudiará que la deceleración sufrida en la espalda del maniquí no supere los 60 G´s de fuerza durante más de 3 ms.

Prueba de impacto lateral:

La estructura a ensayar queda fijada al suelo con firmeza y un objeto sólido de masa 780 kg impacta contra la misma a una velocidad de 10 m/s (36 km/h).

Prueba de impacto trasera:

Durante la misma, todas las piezas situadas en la parte posterior del motor deberán ser incorporadas al ensayo, incluyendo incluso elementos de la suspensión. La estructura y la caja de cambios quedarán completamente fijas, siendo golpeadas por un objeto plano de área 450×550 mm² y de masa 780 kg que viaja perpendicularmente al suelo a una velocidad de 11 m/s (39.6 km/h).

Parte trasera de un F1 encargada de absorber la energía del impacto (fuente: formula1-dictionary.net)

Durante el ensayo no se podrán superar los 20 G´s  en los primeros 225 mm de deformación y, además, esta deceleración no podrá mantenerse constante durante más de 15 ms (medida en la dirección del impacto). A su vez, se examinará exhaustivamente que todo el daño estructural que haya sufrido el vehículo se encuentre en el área comprendida entre el eje de la rueda trasera y el difusor.

Prueba columna de dirección: 

En este último ensayo dinámico se prueba que la columna de dirección se rompa en caso de ser golpeada por la cabeza del piloto. Para ello, se simula un golpe con un objeto semiesférico de diámetro 165 mm y de masa 8 kg, el cual viaja a una velocidad de 7 m/s (25.2 km/h). Se comprobará que la deceleración del objeto no supere los 80 G´s durante más de 3 ms y que el mecanismo de liberación rápida del volante siga intacto.

Pruebas de la estructura anti-vuelco:

Esta estructura que forma parte del chasis del monoplaza está diseñada para evitar que el piloto golpee con su cabeza en el suelo en caso de que el vehículo dé media vuelta sobre sí mismo. Consta de una estructura principal y otra secundaria, como se puede apreciar en la foto.

Monocasco del Renault R29 (fuente: f1simplified)

Tras la aplicación de una fuerza equivalente de 50kN lateralmente, 60 kN longitudinalmente y 90 kN verticalmente (¡el equivalente a una masa de más de 9 toneladas!), la deformación de la estructura principal debe ser menor de 25 mm medidos en la dirección de la fuerza.

Por su parte, la estructura secundaria se verá sometida a una carga vertical de 70 kN y no podrá deformarse más de 50 mm.

Pruebas de carga en la estructura anti-vuelco principal (fuente: motorsport.com)

Pruebas estáticas:

Son un conjunto de 13 pruebas en las que el chasis se ve sometido a diferentes estados de carga con el fin de comprobar que este pueda soportar las presiones generadas por dichas fuerzas.

En los tests realizados en la célula de supervivencia y en el «cockpit» las deformaciones, en caso de superar los 3 milímetros, no deberán ser mayores de un 120 % del valor máximo que alcanzaron en las pruebas de estructura antivuelco. Además no podrán deformar más de un milímetro durante el primer minuto, y obviamente, no podrán colapsar. Las cargas aplicadas oscilarán entre los 15 y 50 kN.

A su vez, al morro se le aplican cargas de 40 kN en dirección horizontal y vertical al mismo. El punto de aplicación se encuentra a 550 mm del eje de la rueda delantero. Tras 30 segundos manteniendo constante la carga máxima se comprueba que ni el morro ni los puntos de anclaje de éste con el chasis hayan sido dañados.

Finalmente, se estudiará la resistencia de los elementos de la parte trasera y lateral del monoplaza tras la aplicación de fuerzas de 40-60 kN en varias direcciones.

Gracias a esta serie de pruebas a las que se ven sometida los F1, accidentes como los que sufrieron Kevin Magnussen en Bélgica, Fernando Alonso en Australia o Robert Kubica en Canadá han quedado en un simple susto. Estos ejemplos son una clara demostración de que la Fórmula 1 ha luchado durante años por acabar con los accidentes mortales como los de Ayrton Senna o Gilles Villenueve, consiguiendo con un éxito indudable minimizar los riesgos que tiene la práctica de este deporte.