Rigidez à torção: como reforçar a estrutura do seu carro!

Como ela é aferida e como a sua falta afeta o comportamento dinâmico do carro. Agora, é hora de vermos os reforços mais usados – pelas fábricas e pelos preparadores – em automóveis de rua e de corrida.

Antes de começarmos, é preciso dar um toque importante: toda corrente quebra em seu elo mais fraco. Se o seu monobloco não é dos mais bem estruturados, reforços localizados mal planejados podem transferir tensões para outras regiões e criar pontos críticos, resultando em possíveis trincas e até rasgos. Para carros assim, é necessário um bom projeto de reforço estrutural. Você mexeria nas colunas da sua casa, sem critério e sem profissionais especializados?

O calcanhar de aquiles: cofre do motor

Abaixo, temos três imagens do monobloco do Mustang fastback 1967. Ignore a espessura das colunas A e as longarinas curtas (que não podem ser vistas nas fotos) por um instante e se foque no cofre do motor. Ele é vazado por cima, por baixo e na frente. Por baixo, porque a maior parte do conjunto de suspensão e do motor ocupa aquele espaço – e na maioria dos carros, o motor entra no cofre de baixo para cima. Por cima, porque é necessário fazer a manutenção mecânica. E a parte frontal do monobloco precisa ser vazada para comportar o radiador.

Só por isso, esta região tenderia a ser mais frágil que o resto da carcaça: compare à cabine, por exemplo, fechada em cima e embaixo. Mas, além disso, o cofre comporta o conjunto de suspensão dianteira – e como vocês já viram na parte anterior a este post, a suspensão repassa muitas tensões ao monobloco e é isso que causa a torção estrutural. Ou seja, a fonte do problema age justamente na região mais frágil da carcaça.
O capô pode dar a impressão de amarrar a estrutura por cima, mas lembre-se de que ele não faz parte da carcaça. É apenas uma tampa, fixa por dobradiças de um lado e pelo trinco do outro. Como resultado, mesmo carros modernos tendem a torcer mais o monobloco nesta região. Duvida? Assista ao vídeo abaixo.

Como melhorar isso? Bem, a solução existe há mais de cinco décadas – mas, mistério $omente, algumas fábricas optam por não adotá-la até hoje, mesmo em carros dito esportivos.

Conectando torres de suspensão

A salvação tem nome: barra estrutural, ou barra Monte Carlo para os mais íntimos. É simples: trata-se de uma travessa de metal que liga as duas torres de suspensão – mais do que isso, ela cria mais um ponto de ligação entre longarinas paralelas do monobloco. No mundo ideal, ela seria soldada,mas como isso dificultaria a manutenção do veículo, quase sempre ela é parafusada. Normalmente é instalada no eixo onde está o motor, mas pode ser usado na frente e atrás.
Não tem segredo: é engenharia básica, simples e sem frescura, usada desde antes da época do Mustang. O sucesso de sua instalação depende do espaço disponível e da espessura da chapa em seus pontos de fixação – mas quase sempre, as consequências são bastante positivas, incluindo a melhor distribuição de tensões. Para fazer esta distribuição com mais eficácia, recomendamos as peças mais complexas, em forma de trapézio ou de losango, com três ou quatro pontos de fixação, expandidos para a parede corta-fogo.

Agora, não adiantaria nada ter um cofre extremamente reforçado se o intermediário entre asuspensão dianteira e a traseira for rígido como jornal molhado. É aí que entra o nosso próximo tópico.

Assoalho: a espinha dorsal do carro

A imagem abaixo é de um típico assoalho de monobloco de um carro da década de 1960 – no caso, um Mustang. Pintamos de verde as longarinas (os elementos que efetivamente estruturam a carcaça) para que vocês vejam que o assoalho está sobrecarregado estruturalmente. Nesta concepção abaixo, há muito espaço entre as longarinas dianteiras e traseiras. Boa parte da falta de comunicação entre as suspensões dianteira e traseira nestes carros mais antigos se dá pela flacidez estrutural: o assoalho é a espinha dorsal do automóvel.Agora, confira abaixo como é a estrutura de um Mustang Boss 2012: longarinas inteiriças, uma gigantesca e parruda travessa do câmbio (é o elemento pintado de azul, serve para conectar as duas longarinas) e reforços localizados (pintados de vermelho), conhecidos como caixas de torque. Vale lembrar que o ‘Stang é um esportivo: nem todos os carros atuais possuem um monobloco com tantos recursos – na verdade, a tendência é de que seu popular tenha um monobloco bem parecido com o do Mustang aí em cima, talvez com as longarinas um pouquinho mais compridas…

A notícia boa é que dá pra reforçar o seu monobloco sem muito drama. Os três reforços mais usados se chamam subframe connectors, torque boxes (caixas de torque) e bracing.

Subframe connectors, torque boxes e bracing

Simples e direto: a função do primeiro é conectar as longarinas dianteiras às traseiras, o segundo serve para distribuir melhor as tensões estruturais entre o assoalho e as longarinas. Normalmente, estas peças são fabricadas em chapas de aço com espessura de entre 0,11″ e 0,085″. Na imagem abaixo, temos um Dodge Charger 1968 reforçado com os dois recursos. As caixas de torque surgiram nos carros conversíveis, mas rapidamente foram adotadas pelos esportivos. Ambos só funcionam a contento se forem soldados à estrutura do veículo – existem versões fixas com parafusos, mas a eficácia não se compara.

E o bracing? Ele é um berço tubular que forma uma estrutura bem mais complexa, com muito mais pontos de fixação. O seu grande desafio é o espaço para instalação e a altura do veículo – afinal, o bracing pode transformar o seu carro em um verdadeiro raspador de lombadas.

Atenção: muito cuidado deve ser tomado no processo de preparação e soldagem destes componentes. E estas peças NUNCA devem ser instaladas com o carro erguido por cavaletes no assoalho. É um erro bastante comum. Nesta condição, a estrutura não está alinhada – você vai soldar um veículo torto! Os cavaletes podem erguer o automóvel pela suspensão, mas o ideal mesmo é que o carro esteja repousando sobre os quatro pneus em uma superfície nivelada.

Stitch welding

Apesar de o nome “monobloco” transmitir a impressão de solidez – quase como se fosse um bloco inteiriço esculpido -, a estrutura do seu carro é feita da junção de várias chapas de metal soldadas. Dezenas, centenas – é só olhar com atenção para o seu porta-malas, por exemplo, que você vê as junções. E sabe como é: tempo é grana. As soldas atendem rigorosamente aos padrões do projeto (teoricamente, afinal…), asseguram a rigidez à torção aos quais foram dimensionadas, são seguras e durarão para sempre, tudo isso – mas não quer dizer que não dá pra ser melhor.

Imagine o monobloco como uma caixa feita de várias folhas sulfite, que são integradas umas às outras por três ou quatro pontos de cola em cada junção. Se você torcer a caixa um pouco, mesmo sem que o papel amasse, vai ver que surgem frestas entre as folhas. O que o stitch welding faz é adicionar pontos extras de solda, amarrando melhor as chapas que compõem o monobloco – particularmente nas junções entre as longarinas do monobloco e a carroceria.
Entre os reforços estruturais, este é o mais caro e demorado. O carro precisa ser inteiramente desmontado, quase toda a pintura precisa ser removida, o soldador vai te xingar até a morte e o resultado é visualmente incômodo. Hardcore stuff.
Geralmente, cada ponto de solda é separado por intervalos de uma polegada. Em casos rigorosamente extremos, as soldas são feitas alternando-se os lados de forma cruzada, para prevenir possíveis distorções estruturais (sabe aquela coisa de torquear parafusos de forma cruzada? Tipo isso). Gasta-se, média, um quilo de solda para se fazer um carro de tamanho médio. E muitos saquinhos de dinheiro. E o saco inteiro do soldador.

Lembra do Porsche Singer, aquele 911 todo modificado? A carroceria dele passa por este processo!

Gaiola

Se você rever os reforços estruturais anteriores – principalmente os subframe connectors e o bracing –, vai perceber que, no fundo, são flertes com a gaiola. Ela se resume a uma série de tubos conectados por soldas, de diâmetro, espessura, ângulos e pontos de fixação determinados, com a intenção de aumentar a segurança e o desempenho dos carros de corrida.

A gaiola ideal atende a três necessidades: protege o piloto contra impactos (principalmente laterais e capotamentos), aumenta a rigidez à torção do monobloco e permite a instalação de equipamentos de segurança – como os cintos de competição (de quatro a seis pontos) e os bancos de alumínio, como os da Kirkey. Estes bancos recebem uma chapa de apoio que sai da gaiola, logo atrás do piloto, para evitar que o banco se dobre para trás em um impacto traseiro muito forte.
A gaiola segue a silhueta do habitáculo, acompanhando o desenho das colunas A (na foto abaixo, veja como a gaiola é conectada à coluna por uma chapa perfurada!), B e C, com conexões transversais sempre que possível – normalmente cruzadas na diagonal. Nos pontos críticos, como os ângulos retos, as conexões recebem um tubo de reforço na diagonal, para ajudar a distribuir as forças, eliminando pontos críticos de tensão. A ideia é formar o máximo de triângulos possíveis.

Cada órgão e competição determina as especificações que cada gaiola deve possuir, da espessura dos tubos aos pontos de fixação, para atender às necessidades de segurança da categoria. Abaixo, temos uma ilustração presente no famoso Appendix J, da FIA. Nos EUA, o órgão que cuida desta parte se chama SFI.

Outro ponto importante é a proteção dos ocupantes contra a própria gaiola: os tubos superiores e inferiores que conectam os pontos da coluna A e B passam perto da cabeça e das pernas, e os tubos que passam sob o painel representam um fator de risco aos joelhos no caso de um impacto. É por isso que estes tubos recebem uma forração, chamada padding, que também precisa atender às especificações da FIA/SFI de densidade, forma de instalação e resistência antichamas.

Em termos de rigidez à torção, a gaiola representa o mundo ideal: ela pode ser estendida ao cofre do motor e à traseira, amarrando completamente o monobloco. Ela interliga a estrutura de forma longitudinal, transversal, diagonal e o que raios for; distribuindo perfeitamente as forças e tensões geradas nas curvas.