Investigación desarrollada y enviada por: Francisco Raúl Casanella Leyva y Yilena Sintes
Pérez.
casanella@facing.uho.edu.cu
RESUMEN
Se desarrollan estudios dedicados al análisis de la fuerza de rodamiento en puentes de carreteras, con
el objetivo de determinar sus valores de diseño, así como su correspondiente campo de acción;
haciendo uso de los métodos de observación, inducción-deducción y análisis y síntesis. Se expone su
origen, los modos generales de estimarla, así como la particularización de éstos para el caso de
puentes carreteros y –finalmente- la obtención de formulaciones lineales continuas aplicables al
convoy N-30 hasta 1000m de longitud cargada.
ABSTRACT
Studies are developed dedicated to the analysis of the rolling) forces in highways bridges, with the
objective of determining their design values, as well as their corresponding action field; making use of
the observation, induction-deduction and analysis and synthesis methods, exposing its origin, the
general ways of estimating it, as well as the particularization of these for the case of highway bridges
and - finally - the obtaining of applicable continuous lineal formulations up to 1000m of loaded
longitude to the N-30 caravan .
I.1 INTRODUCCIÓN
Se comienza exponiendo la tipología de los neumáticos, luego se muestran las diferentes
fuerzas que actúan durante el movimiento de los mismos, y dentro de ellas, la fuerza de
resistencia al rodamiento. Se hace énfasis –fundamentalmente- en el coeficiente de
resistencia al rodamiento. Continúa con una exposición de diferentes procedimientos para
obtenerlo y se culmina con un análisis o discusión de los valores extremos que puede
adoptar este. Se aplican estos resultados al convoy N-30, determinándose expresiones
lineales que relacionan la fuerza de rodamiento de esta caravana con la longitud cargada.
I.2 TIPOS DE NEUMÁTICOS
Un neumático es una estructura flexible en forma de toroide lleno con aire comprimido. El
elemento estructural más importante del neumático es su capa interior. Esta se fabrica de
una o de varias capas de cordones flexibles de alto módulo de elasticidad encajonada en
una matriz de componentes de caucho de bajo módulo de elasticidad
El diseño y construcción de la capa interior (carcaza) determina, en gran parte, las
características del neumático. Entre los varios parámetros de diseño la disposición
geométrica de los cordones de caucho, particularmente sus direcciones, juega un papel
significante en el comportamiento del neumático. La dirección de los cordones normalmente
se define por el ángulo de la corona, que es el ángulo entre el cordón y el eje circunferencial
del neumático.
Cuando los cordones tienen un ángulo de la corona pequeño, el neumático tendrá un buen
agarre con el terreno, pero un rodamiento incómodo. Por otro lado, si los cordones están en
ángulo recto con el centerline de la banda de rodadura, el neumático será capaz de
proporcionar un cómodo desplazamiento, pero un pobre comportamiento ante las maniobras.
Los neumáticos se clasifican en dos tipos [27] [30]:
Capas sesgadas
Capas Radiales
En el neumático de capas sesgadas, los cordones se extienden en un ángulo de
aproximadamente 40 grados con respecto al eje circunferencial del neumático. Un
neumático de capas inclinadas tiene dos capas para cargas ligeras y hasta 20 para vehículos
pesados. Los cordones en capas adyacentes están orientados en direcciones opuestas. En
el funcionamiento, las capas diagonales se doblan, elongando los elementos en forma de
diamantes. Ofrecen más suavidad en el manejo, pero el rendimiento en los virajes y
resistencia al desgaste es un poco inferior que los neumáticos radiales [30].
El neumático de capas radiales, se introdujo primero por Michelin en 1948. En este caso se
tienen los cordones del dibujo bajo un ángulo de aproximadamente 20 grados. La vida útil
de un neumático de capa radial puede ser de hasta dos veces la vida útil de un neumático de
capas inclinadas, bajo condiciones similares. El rendimiento durante los virajes de estos
neumáticos es bueno comparado con los neumáticos sesgados y tiene mejor resistencia al
desgaste. Sin embargo, en carreteras difíciles (accidentadas) la comodidad en el manejo es
un poco inferior que con un neumático sesgado [30].
Para el neumático de capas radiales, la presión de contacto entre el neumático y la superficie
es relativamente uniforme, en tanto en los de capas sesgadas esta presión varía
grandemente de un punto a otro.
El uso de los neumáticos de capa radial es predominante en automóviles del pasajeros y
camiones pesados. El neumático de capas inclinadas se usa fundamentalmente en ciclos,
motociclos, maquinaria agrícola y algunos equipos militares.
figura 1. Tipos de neumáticos a) de capas inclinadas b) de capas radiales (tomado de [27] p 5)
Capas orientadas en
ángulos inclinados
Cordones
Ángulo de la corona
a)
Capas orientadas en ángulos radiales
Ángulo de la corona de los
cordones en las correas
Correas
b)
I.3 FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE EL NEUMÁTICO EN MOVIMIENTO
Se analizará el caso de la rueda elástica moviéndose sobre una superficie “rígida”
7
. Este
caso se ilustra en la figura 2:
Donde:
Gs-
Carga vertical sobre la rueda libre, considerando su propio peso.
P-
Fuerza horizontal que provoca el movimiento de la rueda.
Pb®-
Fuerza de inercia de la rueda debida al movimiento no uniforme de la misma.
Mbr-
Momento debido a la inercia de la rueda, cuando la misma se mueve con movimiento
no uniforme.
Rx-
Componente horizontal de la reacción del camino.
Ry-
Componente vertical de la reacción del camino.
rd-
Radio dinámico del neumático.
e-
Distancia del punto de aplicación de la reacción del camino al eje vertical de simetría
de la rueda
Para el caso de movimiento con velocidad angular constante (figura 3), la fuerza Pbr y el
momento Mbr son cero y se puede formar el siguiente sistema de ecuaciones:
7
Se le denomina –en este trabajo- superficie rígida a los pavimentos constituidos por hormigón hidráulico o asfáltico (N. del A.)
figura 2. Fuerzas y momentos que actúan sobre la rueda elástica la cual rueda
libremente por una superficie rígida.
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