ESTRUCTURAS Y ACABADOS

AUTOMOTRICES.
DISEÑO ESTRUCTURAL
BUS ESCOLAR MAYOR A 25
PASAJEROS

Fierro Alexis.
INTEGRANTES: Galarza Jorge.
Hinojosa Bryan.
Vilaña Adriana.

NIVEL: Octavo.
DOCENTE: Ing. Stalin Mena.

FECHA DE ENTREGA:
Latacunga, Lunes 14 de Enero del 2019

OCTUBRE – FEBRERO 2019

1. Tema: Diseño Estructural de bus Escolar mayor a 25 pasajeros.
2. Objetivos del proyecto.
2.1 Objetivo general:
Diseñar y simular una carrocería para un Bus Escolar mayor a 25 pasajeros.
2.2 Objetivos específicos:
 Determinar el tipo de chasis que se va diseñar.
 Emplear y utilizar las Normas Técnicas Ecuatorianas vigentes.
 Realizar un diseño estructural en el software Solidworks.
 Seleccionar el material para diseño y simulación del chasis y la carrocería.
 Realizar los cálculos de las cargas en cada panel de la carrocería.
 Simular mediante el software las cagas y funcionamiento del chasis y carrocería.
3. Marco Teórico:
3.1. Chasis o Bastidor:

Es un conjunto de perfiles unidos muy rígidamente en forma de cuadro, de manera que

el conjunto es indeformable.
El chasis de un vehículo automóvil se destina al montaje de una carrocería con
elementos desmontables. Se compone de dos largueros, travesaños y diagonales.
El bastidor está normalmente formado por dos largueros de chapa o perfil laminado,
unidos entre sí por travesaños remachados o soldados, que forman el esqueleto
resistente del vehículo.
Estos largueros están constituidos por perfiles en forma de U, o bien en forma de caja
cerrada, que provienen de chapa que ha sido embutida y luego soldada.
Los travesaños están constituidos de la misma forma y material que los largueros y
unidos por remaches o soldadura.
El bastidor de un vehículo debe cumplir con dos funciones básicas en caso de colisión o
vuelco:
 Absorber la energía que se libera en dicha colisión.
 Proteger a los ocupantes de agresiones externas. [ CITATION And12 \l 12298 ]

Fig 1. Vista lateral de un Chasis de un Hino Ak.

Fuente: Carrocerías Cepeda.
3.2. Carrocería Metálica:

Una carrocería metálica se considerada una caja especial destinada para transportar
personas durante la circulación del autobús, la función principal de la carrocería es
alojar y proteger a los pasajeros. [ CITATION And12 \l 12298 ]
Las carrocerías se clasifican en:
 Carrocería con chasis independiente.
 Carrocería con chasis plataforma.
 Carrocería autoportante o compacta.

3.3. Partes de la Carrocería:

La carrocería es el sistema mecánico destinado al transporte de pasajeros y carga,

constituyendo tanto la interfaz entre el viajero y el vehículo, es decir, la parte física de la
unidad de transporte en contacto con el pasajero, como los sistemas de soporte
estructural. [ CITATION And12 \l 12298 ]
3.3.1. Estructura:

Conocida también como superestructura o estructura de esqueleto, es el sistema estático

que provee resistencia, rigidez y soporte físico a la carrocería, está diseñada para
absorber y dispersar la energía proveniente de pesos muertos, condiciones de manejo,
irregularidades impactos y colisiones mediante el re direccionamiento de la misma
desde miembros expuestos hacia miembros menos solicitados a través de juntas rígidas,
consiguiendo su disipación.
Pero es necesario que todas las características mencionadas intervengan a la vez.
Soportar pesos: Las estructuras deben soportar el peso de todo lo que se apoye, o se
sitúe en ellas, pesos muertos.
Dar forma: Las estructuras proporcionan la forma de la mayoría de los objetos.
Servir de protección: Algunas estructuras cubren a los objetos protegiendo y aislando
su interior. [ CITATION And12 \l 12298 ]

Fig 2. Estructura de esqueleto de un Hino Ak.

 Fuente: Carrocerías Cepeda.
3.3.2. Paneles externos

Superficie exterior en contacto con el ambiente, constituida por laminas metálicas o

piezas de materiales compuestos, dan la forma distintiva a la unidad y son las
responsables de la protección de la estructura contra la corrosión a través de capas de
recubrimiento. [ CITATION And12 \l 12298 ]

Fig 3. Paneles Exteriores de la carrocería.

Fuente: Carrocerías Cepeda.

3.3.3. Juntas

Constituyen las interfaces de unión de elementos estructurales principalmente, de

funcionamiento del vehículo y de confort para los pasajeros. Las principales uniones
utilizadas son las uniones soldadas, empernadas y aglutinadas, dependiendo si se quiere
juntar elementos estructurales, de confort o funcionamiento y de recubrimiento y
visibilidad, respectivamente. [ CITATION And12 \l 12298 ]

Fig 4. Juntas de piso.

Fuente: Carrocerías Cepeda.
3.3.4. Instrumentación:

Dispositivos dotados a la unidad para brindar el máximo de comodidad al cliente

(pasajero y conductor) tanto en el interior como en el exterior de la unidad. [ CITATION
And12 \l 12298 ]
 Fig 5. Instrumentación Interna.
Fuente: Carrocerías Cepeda.

3.4. Los principales componentes de una estructura de esqueleto:

3.4.1 Frontal y posterior: son estructuras de soporte, fijación y unión de los elementos
de la carrocería, dándoles sus posiciones adecuadas; sobre ellas descansan los paneles
frontal y posterior de la carrocería; ofrecen resistencia ante colisiones.

Fig 6. Panel frontal.

Fuente: Propia Solid Works 2018.
 Fig 7. Panel posterior.
Fuente: Propia Solid Works 2018.

3.4.2. Techo: Es la estructura de unión de los laterales y forma entre ellos unidades
rígidas o pórticos; su forma es diseñada para evitar que lluvia, ceniza y polvo se
acumule en su superficie y dependiendo de la aplicación puede ser reforzada para
transportar carga en general.

Fig 8. Panel del techo.

Fuente: Propia Solid Works 2018.

3.4.3. Laterales: Brindan soporte estructural lateral formando el cuerpo de la carrocería.

Comprenden espacios para ventanas y puertas y forman entre sí (derecha e izquierda)
arcos uniformes conocidos como "pórticos", que son las unidades estructurales
fundamentales de soporte de la estructura.
 Fig 9. Panel derecho.
Fuente: Propia Solid Works 2018.

Fig 10. Panel izquierdo.

Fuente: Propia Solid Works 2018.

3.4.4. Piso: Constituye la estructura de soporte tanto de los laterales como de las
estructuras frontal y posterior, y sobre el cual se colocan todos los elementos del interior
de la carrocería; dependiendo de la aplicación se encuentra cerca del bastidor o es
levantado para dar cabida a compartimientos en su parte interior.

Fig 11. Piso.

Fuente: Propia Solid Works 2018.

3.4.5. Estructura completa

 Fig 12. Estructura completa.
Fuente: Propia Solid Works 2018.

4. Desarrollo del Tema:

4.1. Clasificación de los vehículos de transporte escolar:

Denominación Número de ocupantes incluido el conductor

Furgoneta Desde 12 hasta 18
Microbús Desde 19 hasta 26
Minibús Desde 27 hasta 35
Bus A partir de 36
Tabla 1. Clasificación de los vehículos de transporte escolar.
Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

El proyecto que se está realizando se refiere a un Escolar que va a transportar a más de 25

pasajeros, por la cuál de acuerdo a la tabla 1. Se va a ocupar un bus.

4.2. Especificaciones técnicas del chasis de bus HINO AK

Tabla 2. Especificaciones técnicas del chasis de bus HINO AK .

Fuente:[ CITATION Teo12 \l 12298 ].

Tabla 3. Especificaciones técnicas del motor del HINO AK.

Fuente:[ CITATION Teo12 \l 12298 ].
 Fig. 13. Especificaciones técnicas del chasis de bus HINO AK .
Fuente:[ CITATION Teo12 \l 12298 ].

Fig. 14. Especificaciones técnicas del chasis de bus HINO AK .

Fuente:[ CITATION Teo12 \l 12298 ].

4.3. Selección del largo total máximo:

Fig. 15. Selección del largo total máximo

Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

4.4. Ancho total del vehículo:

Fi

g. 16. Ancho total del vehículo.

Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

4.5. Altura máxima:

 Fig. 17. Altura máxima.
Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

4.6. Voladizo delantero:

Fig. 18. Voladizo delantero:

Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

4.6. Voladizo posterior:

Fig. 18. Voladizo posterior.

Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

Tomando en cuenta a la Norma INEN 041:2010 se realizó una tabla comparativa entre
las medidas que nos proporciona la norma y las especificaciones técnicas del HINO AK.

PARTE MEDIDAS DE LA HINO AK

NORMA INEN 041:2010
Voladizo delantero Min 1850 mm 1990 mm
Distancia entre ejes >= 5000 mm 5800 mm
Voladizo trasero <= 66% DE 3350 mm
Ancho de trocha Max 2600 2445 mm
Tabla 4. Tabla comparativa entre la Norma y las especificaciones del chasis.
Fuente: Propia.
Al comparar las diferentes dimensiones que nos proporciona la norma y las especificaciones del
HINO AK, se puede concluir que el chasis del HINO AK cumple con las normas vigentes en el
país, así como se debe tomar en cuenta otras especificaciones como son:
 No debe exceder de los 13000 mm.
  El ancho debe cubrir la trocha sin sobrepasar 75 mm.
El guardachoque no debe sobresalir de màs de 300 mm.

4.7. Dimensiones de la carrocería a emplearse:

Tabla 5. Dimensiones de la carrocería a emplearse:

Fuente: Propia.

4.8. Altura mínima en el corredor central:

Fig. 19. Altura mínima en el corredor central.

Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

4.9. Altura mínima desde el piso al borde inferior de la ventana

Fig. 20. Altura mínima desde el piso al borde inferior de la ventana.

Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

4.10. Altura desde el nivel del suelo hasta el peldaño inferior

Fig. 21. Altura desde el nivel del suelo hasta el peldaño inferior.
Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

4.11. Parachoques frontal y posterior

 Fig. 22. Parachoques frontal y posterior.
Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

4.12. Puerta

Fig. 23. Puerta

Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

Fig. 24. Dimensiones de la Puerta.

Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

4.13. Ventanas:

Fig. 25. Ventanas.

Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

4.14. Perfiles estructurales empleados en la carrocería:

 Tabla 6. Perfiles estructurales empleados en la carrocería.
Fuente: [ CITATION Jos16 \l 12298 ].

4.15. Disposición de perfiles estructurales en la carrocería:

Fig. 26. Disposición de perfiles estructurales en la carrocería:

Fuente: [ CITATION Jos16 \l 12298 ].
CARROCERÍAS PERES en este modelo emplea el chasis para bus HINO AK, el mismo
que debe poseer las características necesarias para soportar la estructura de la carrocería, La
unidad está diseñada para 43 pasajeros sentados más el conductor y tripulante

4.16. Manual del Acero Negro

El material utilizado por la empresa CARROCERÍAS PERES en la superestructura es el
acero ASTM A500, debido a sus excelentes propiedades mecánicas y anticorrosivas. Este es
un tipo de acero estructural que posee un comportamiento elástico-plástico que permite que
el material se deforme para absorber la mayor cantidad de energía gracias a la alta tenacidad
que tiene este tipo de acero y al flujo plástico irreversible que experimenta. [ CITATION
Jos16 \l 12298 ].

Tabla 7. Propiedades mecánicas del acero negro.

Fuente: [ CITATION Jos16 \l 12298 ].

5. Cálculos:

Dimensiones de la carrocería.
 Tabla 8. Dimensiones de la carrocería.
Fuente: Propia
5.1. Cálculo del área:

SUMATORIA DE TODAS LAS MEDIDAS.

AL=(300+1990+5800+3350+ 435) mm
AL=11875 mm
2
AT =(11875∗2510) mm
AT =29806250 mm2
2
AT =29,80 m

5.2. Cálculo de la distribución de los ascientos:

Según la norma 1668 para buses interprovinciales la distancia entre asientos

Fig. 27. Asientos.

Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].
 Fig. 28. Asientos.
Fuente: [CITATION RTE10 \l 12298 ].

Fig. 29. Asientos.

 Fig. 30. Asientos.

Fig. 31. Asientos.

Distancia entre asientos

L1=830 mm
L2=873 mm
¿=11140mm
Ld=¿−Lc
Ld=9010 mm
Longitud asientos=L 2∗10
Longuitud Asientos=8730 mm
Diez Filas de Asientos
Total de pasajeros=43
5.3. Cálculos de las cargas:
5.3.1. Carga De Frenado (Cf)
Se ha considerado cargas de aceleración o frenado partiendo del parámetro de frenado
de pánico; es decir, el vehículo circulando a una velocidad de 100 Km/h a su máximo
peso bruto vehicular sobre una superficie horizontal, debe frenar totalmente en una
distancia no mayor de 85 m. utilizando los frenos de servicio.
Para calcular el valor de esta carga se empleará la siguiente fórmula:
Carga de frenado. Se asume una desaceleración mayor o igual a 4 m/s2 (ver Nota 6).

[ CITATION Jos16 \l 12298 ].

CF=Mxa=N
V 1=Vo+2 aS

V 1 −V O 02−27.72
a= =
2S 2∗85 m

m
a=4,51 2
s
Donde:
M =Masa total del bus no incluye el chasis
V O=Velocidad inicial

V 1=Velocidad final

a=aceleracion
S=Espacio de desplazamiento
Este valor deberá ser aplicado en el mismo sentido del movimiento del bus
(desaceleración.)

Tabla 9. Pesos del bus.

Fuente: Carrocería Cepeda.
 M T =M C + M P

M T =5380+ 3010

M T =8390 Kg

CF=M T ∗a

m
CF=8390 Kg∗4.51 2
s
CF=37838.9 N
M C =masa de la carroceria

M p=masa de los pasajeros

M T =masatotal de lacarroceria terminada

5.3.2. Carga De Aceleración Brusca (Cab)

Las cargas de aceleración, al igual que la de frenado se transmiten desde los puntos de
sujeción de la carrocería hacia las uniones entre la estructura del piso y los laterales y
éstos con la estructura del techo, donde son absorbidas por la estructura en conjunto.
[ CITATION Jos16 \l 12298 ].

Fig.32 . Cargas de aceleración brusca

Fuente: [ CITATION Jos16 \l 12298 ].

Según la norma NTE INEN 1323, esta carga se calcula con el mismo concepto de la
carga de frenado, pero en sentido contrario.
CAb=−37838.9 N

5.3.3. Valor De Carga De Giro (Cg):

La fuerza centrífuga que se genera cuando el vehículo circula en una curva, deberá ser
inferior a la fuerza de vuelco, calculada sobre la base del peso total del bus a plena carga
y su centro de gravedad. La velocidad crítica deberá ser considerada de al menos 100
km/h y el radio de giro se establecerá en función de que es 450 m. La carga de giro
mencionada se calcula con la siguiente fórmula: [ CITATION Jos16 \l 12298 ].

Tabla 10. Pesos del bus.

Fuente: Norma técnica ecuatoriana NTE 1323:2009

Para el estudio del diseño utilizaremos

V2
a=
rc

27.7 2
a=
450
m
a=1.70
S2
CG=a∗MT
m
CG=(1.70 )∗(8390 Kg)
S2
CG=14263 N

5.3.4. Valor de carga por resistencia al aire frontal (craf).

Se aplicará como la fuerza actuante sobre un área correspondiente a la proyección del
bus en un plano perpendicular a su eje longitudinal.

C X∗ρ∗Af ∗v 2
CRaf =
2
Siendo:
X =¿ coeficiente de resistenciaaerodinamica
C¿
kg
ρ=densidad del aire
m3
2
Af =area correspodiente ala proyeccion delbus m
m
v =velocidad del bus
seg
 Para el presente cálculo del valor de la carga se emplearán los siguientes datos
con las siguientes consideraciones:
 Para el cálculo se tomará un valor de 100 Km/h (27.7 m/seg) que vendría a ser la
velocidad máxima promedio de un autobús en la vía en plano.
 Área correspondiente a la proyección del bus 7.27m².
 Frente bus: (2,595m), Altura bus (3,3m).
 Para el bus escolar debe tener una altura Max de 3300 mm, en nuestro bus la
altura es de
 Densidad del aire en la ciudad de Latacunga 0.8853 Kg/m³, se emplean valores
de condición más critica que es de 1.225 Kg/m³.
 Coeficiente de resistencia aerodinámica valor mínimo en la norma 0,7.
[ CITATION Jos16 \l 12298 ].

0.7∗1,225∗7.27∗27.72
CRaf =
2
CRaf =2391,65(N )

5.3.5. Calculo Del Piso Y Del Techo (Cv)

Cargas estáticas
Son las cargas que debe soportar sin ningún problema la estructura bajo la acción del
peso tanto de los pasajeros y su equipaje, como del peso de la misma estructura.
Las cargas estáticas que se encuentran en la normativa nacional son:
 Carga muerta
 Carga viva
 Carga viva (V). Corresponde a la carga por ocupación y se la considerará como
distribuida uniformemente en los respectivos elementos estructurales de la
carrocería. [ CITATION Jos16 \l 12298 ].
Se tomará el valor de la masa de un ocupante, sin tomar el valor de la masa mínima de
equipaje de mano por pasajero. Las condiciones más críticas se dan cuando el bus este
completamente lleno, por lo cual se asumirá la cantidad de 43 pasajeros y se estipula
que este tipo de unidad de transporte no lleva pasajeros parados. [ CITATION RTE09 \l
12298 ]

Tabla 11. Clasificación de pesos y ocupantes.

Fuente: [ CITATION RTE09 \l 12298 ].

Mp=70 ( kg )∗ocupante
Mp=70 ( kg )∗43
Mp=3010 ( kg ) .
m
CV =Mp∗g( )
s2
m
CV =3010 ( kg )∗9.8( )
s2
CV =29498( N )

5.3.6 Valor De Carga Muerta (Cm)

Este tipo de carga corresponde al peso total de la carrocería en condiciones operativas,
lo que incluye todos los componentes estructurales y no estructurales permanentes; es
decir, la carrocería terminada con todos sus accesorios
 m
CM =5380 ( KG )∗9.8( ).
s2
CM =52724( N )
Carga en el subchasis es la sumaentre lacarga viva y muerta .
CT=CV +CM
CT=29498 ( N ) +52724 (N )
CT=82222 ( N ) .

Requisitos de cargas aplicadas a la carrocería bajo la norma NTE INEN

1323:2009.
Las cargas requeridas por este reglamento se aplican a la carrocería para su análisis
cuasi estático, estas cargas después de ser determinadas matemáticamente se les
multiplica por factores de confiabilidad para finalmente generar cargas combinadas
derivadas por estas fuerzas, ya sea por el método LRFD o ASD. Los estados límites se
dividen en dos categorías: Resistencia y Servicio.
Cargas estáticas panel frontal y posterior
DESIGNACION CARGA ESTATICAS VALOR
CM CARGA NUERTA 52724 (N)
CV CARGA VIVA 29498( N)

Tabla 12. Cargas estáticas.

Fuente: Propia.
Cargas dinámicas panel frontal y posterior
DESIGNACION CARGA ESTATICAS VALOR
CG CARGA DE GIRO 14263 (N)
CAb CARGA DE -37858.9 (N)
ACELERACIÓN BRUSCA
CRaf CARGA POR 2391.65 (N)
RESISTENCIA AL AIRE
FRONTAL
CF CARGA DE FRENADO 37838.9 (N)

Tabla 13. Cargas dinámicas.

Fuente: Propia.
5.3.7. METODO ASD (Allowed Strength Designe)
“Diseño por Esfuerzos Permisibles”
Procura conseguir que los esfuerzos unitarios actuantes reales en los miembros
estructurales sean menores que los esfuerzos unitarios permisibles, aconsejados por el
reglamento.
Tiene que ver con el comportamiento para máxima resistencia dúctil, pandeos, fatiga,
fractura, volteo o deslizamiento.

Fig. 33. METODO ASD

Fuente: [ CITATION RTE09 \l 12298 ].

M =52724 N
M+V
52724+29498=82218 N
M+V +G
52724+29498+14263=96481 N
M+V + F
52724+29498+37838.9=120060.9 N
M + V + F+ Raf
52724+29498+37838.9+2391.65=122452.55 N
M + V + Raf
52724+2949+2391.65=58064.65 N
M + V + Ab
52724+29498−37838.9=44383.1 N
M + V + Ab+ Raf
52724+29498−37838.9+2391.65=46774.75 N

5.3.8. METODO LRFD (Load Resistance Factor Design)

“Diseño por Factores de Carga y Resistencia ó Estados límites”
Se denomina “estado límite” aquella condición de la estructura en la cual cesa de
cumplir su función.
Funcionalidad de la estructura, en situaciones tales como deflexiones, vibraciones,
deformación permanente y rajaduras.

Fig.34 . METODO LRFD.

Fuente: [ CITATION RTE09 \l 12298 ].

M =52724 N
M+V
52724+29498=82218 N
M+V +G
52724+29498+14263=96481 N

M+V + F
52724+29498+37838.9=120060.9 N
M + V + F+ Raf
52724+29498+37838.9+2391.65=122452.55 N
M + V + Raf
52724+2949+2391.65=58064.65 N
M + V + Ab
52724+29498−37838.9=44383.1 N
M + V + Ab+ Raf
52724+29498−37838.9+2391.65=46774.75 N
 Fig.35 . Cargas combinadas.
Fuente: [ CITATION RTE09 \l 12298 ].

6. Análisis de resultados.
7. Conclusiones:
 Se logró determinar que el chasis indicado para el diseño de la carrocería de un bus
escolar mayor a 25 pasajeros, es el HINO AK debido a que cumple con todas las
especificaciones dadas en las normas.
 Posterior a los cálculos se logró determinar las dimensiones de la carrocería y con
ello el número de ocupantes del bus que resulto ser de 43 personas.
 Al realizar la simulación de cargas se pudo evidenciar que el diseño de la carrocería
es adecuado para proceder a su construcción ya que obtuvo un resultado
satisfactorio.
 Mediante el uso de catálogos se obtuvo los perfiles necesarios para la construcción
de la carrocería.

8. Recomendaciones.

 Usar catálogos adecuados para determinar las dimensiones y materiales de los

perfiles a ser usados.
 Realizar una visita técnica a un centro carrocero para tener una mejor idea de lo que
se va a diseñar
 Precargar los perfiles a ser usados en la biblioteca de Solidworks

9. Bibliografía:

García, A. (2012). ESTUDIO DEL DISEÑO DE UNA CARROCERÍA CON ANÁLISIS

DE ESFUERZOS ESTÁTICOS Y DINÁMICOS DE UN AUTOBÚS DE LA
MARCA PATRICIO CEPEDA CALIFICADA CON NORMA ISO 9001-2008
MEDIANTE LA APLICACIÓN DE UN SOFTWARE PARA EL CÁLCULO DE
LAS FUERZAS. Latacunga: ESPE-L.
Hernández, J. (2016). ANÁLISIS ESTRUCTURAL BASADO EN SIMULACIÓN POR EL
MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS DE UNA CARROCERÍA DE BUS
INTERPROVINCIAL SOMETIDA A PRUEBA DE VOLTEO PARA
DETERMINAR LA GEOMETRÍA Y MATERIALES APLICABLES QUE
GARANTICEN LA SEGURIDAD DE LOS PASAJEROS. Latacunga: ESPE-L.
RTE_INEN_041. (2010). VEHÍCULOS DE TRANSPORTE ESCOLAR. Quito: Instituto
de Normalización.
RTE_INEN_1323:. (2009). VEHICULOS AUTOMOTORES. CARROCERIAS DE
BUSES. Quito: Normalizacion.
Teojama_Comercial. (2012). Teojama_Comercial. Obtenido de
www.teojamacomecial.com
10. Anexos: