Do Francês, mono (único) + coque (concha), afinal é o quê?

Com os recentes acidentes de Kubica em 2007, no circuito Gilles Villeneuve e de Kovalainen em 2008, no circuito espanhol de Montmeló, a lembrar o de Schumacher em 1999 em Silverstone, veio novamente à lembrança a extraordinária evolução que os F1 sofreram no que à segurança diz respeito.

Questiona-se mesmo se alguns acidentes fatais do passado teriam sido evitados e crê-se que efectivamente assim teria acontecido. Apesar de não existir uma garantia total no que à vida do piloto respeita, é inequívoco que a possibilidade de sair ileso ou apenas com alguns ferimentos menores, aumentou exponencialmente face ao passado.

A primeira medida de segurança terá sido porventura o capacete cuja protecção seria muito mais tarde reforçada pelo simples mas engenhoso sistema HANS.

Um enorme conjunto de medidas activas e passivas tem vindo a ser implementado, mas vamos centrar-nos apenas ao nível da estrutura do carro, com a absorção de energia e o aparecimento do robusto monocoque, que inclui a chamada “célula de sobrevivência”, talvez a “chave” fundamental da sobrevivência do piloto, claramente evidenciada no acidente de Kubica a 275km/h, que sofreu um impacto de 75 G’s, algo verdadeiramente assustador, se bem que a este nível não tenha sido o mais violento.

No que toca à dissipação de energia originada pelo embate, é fundamental garantir que esta seja distribuída pelos vários elementos que se vão deformando e “soltando”, minimizando assim a sua transmissão ao piloto e desacelerando gradualmente o seu movimento.

O embate frontal num obstáculo rígido e fixo a meros 50km/h é semelhante a uma queda da ordem dos 10m, com uma força G equivalente a 20. Importa realçar que diversos estudos apontam uma resistência do corpo humano a valores nunca superiores a 80G’s durante o instantâneo momento de 3 milissegundos, ficando-se a partir destes valores, sujeito a lesões cerebrais que podem levar à morte. Os valores para a zona torácica são inferiores, situando-se nos 60G’s.

A criação do monocoque, vem do ano de 1923, quando o Lancia Lamba foi criado. Mais tarde, em 1934, a Chrysler e Citroen iniciaram a primeira produção em massa de veículos utilizando o chassis monocoque.

Mas Colin Chapman, extraordinário projectista e certamente um dos mais importantes valores que passou pelo “Grande Circo”, foi o grande criador do monocoque na F1, em 1962, através do Lotus 25.

Já antes, tinha iniciado melhoramentos no chassis, inserindo painéis na estrutura tubular que demonstravam melhor resistência a forças de torção.

No Lotus 25, fabricaria o chassis à medida do piloto, o qual passou a estar numa posição mais reclinada, o que resultava num centro de gravidade menor. Com estas inovações, não é pois estranho que em 1963, tenha conquistado o título de construtores e sagrado Jim Clark como campeão.

Mas o desenvolvimento da sua ideia de monocoque não ficaria por aqui, pois contando com a colaboração dos engenheiros Frank Costin e Keith Duckworth e com o patrocínio da Ford, desenharia em 1967 o Lotus 49 de forma a incorporar o primeiro motor de F1 (Ford Cosworth DFV) como parte integrante da estrutura do chassis, em conjunto com a transmissão e a suspensão traseira, originando assim um princípio ainda hoje seguido pela maioria dos construtores.

Chapman seria ainda responsável por revolucionar uma vez mais a F1, ao transferir os radiadores para a posição lateral, permitindo a configuração de bico achatado, bem patente no Lotus 72 de 1970 e ao usar o túnel de vento para aferir da importância do fluxo de ar na dinâmica do carro. Iniciaria a partir desta descoberta, a era dos “wing cars” onde o Lotus 79 é exemplo.

Mas, voltando ao monocoque, este é actualmente feito em fibra de carbono, revestindo uma estrutura interna em favo-de-mel, extremamente leve e forte e sujeito a exigentes crash tests, sendo avaliados 3 pontos dinâmicos e 12 estáticos, antes da sua aprovação (ver no fim do artigo em Informação adicional).

A fibra de carbono é 5 vezes mais leve que o aço e 2 vezes mais forte, podendo ser facilmente moldada. Os seus filamentos de puro carbono têm o diâmetro de 1/5 do cabelo humano. São embebidos em resina epoxi com orientação multiangular, conferindo-lhe rigidez em diversas direcções. São criados rolos visualmente semelhantes aos conhecidos rolos têxteis.

O primeiro passo na cadeia de construção é muito semelhante ao de uma fábrica de tecido. Moldes em alumínio ultra leve com estrutura de favo-de-mel, são revestidos em várias camadas por folhas de fibra de carbono, que na fase inicial são muito flexíveis. Regra geral são colocadas entre 5 a 7 camadas mas em zonas que requerem maior robustez e rigidez, podem chegar às 10 camadas.

Mas não se pense que este processo é simples. Pelo contrário, a sua aplicação é longa e meticulosa, pois é importante respeitar a correcta orientação das fibras, de acordo com os requisitos do projectista, a partir das simulações no modelo FEA, de forma a garantir a resistência estrutural.

Métodos de análise computorizada, nomeadamente o FEA - Finite Element Analysis são empregues com o objectivo de prever o comportamento e características dos elementos estruturais do chassis em condições severas, garantindo ao mesmo tempo um baixo peso e elevada rigidez. Com estes métodos de cálculo, obtêm-se rapidamente várias soluções, podendo verificar-se a necessidade de acrescentar o retirar uma das camadas de fibra de carbono em determinada área ou modificar a direcção da sua aplicação.

É assombroso como um chassis com cerca de 35 kg, se torna capaz de resistir a cargas de 2 toneladas a velocidades superiores a 350 km/h, podendo ser observado tudo isto de forma computorizada, em gráficos 3D em que as diversas cores correspondem aos diversos parâmetros de análise de resistência.

Finalmente, os moldes obtidos são colocados sobre vácuo num receptáculo especial de nylon e cozidos a alta pressão (100 psi) e temperatura por mais de 3 horas, tornando-se no produto final rígido e inquebrável que conhecemos.

O trabalho termina com criação dos pontos de inserção da suspensão, passagem da transmissão, acoplagem dos canais de ar laterais, do motor e do fundo plano.

Ainda longe da tecnologia de fabricação actual, foi em 1981 que surgiu o primeiro F1 com monocoque em fibra de carbono, o McLaren MP4/1 desenhado por John Barnard, responsável também pela introdução da caixa semi-automática.

Quase 3 décadas se passaram e na constante procura de soluções, no que à segurança concerne, estamos provavelmente ainda a meio caminho de soluções que permitam ter uma Fórmula 1 mais segura e, fora dela, nas nossas estradas, a par de condutores mais civilizados, um parque automóvel também mais seguro.