Aderência ao Piso

A aderência de um pneu ao pavimento manifesta-se durante o seu movimento e muito particularmente na travagem e ao curvar. A aderência do pneu ao pavimento depende de muitos factores. Depende, nomeadamente, de:

Largura do pneu

Quanto maior a largura do pneu, maior será a área de contacto do pneu com o pavimento e maior será a aderência.

Desenho do piso

Vimos já que o desenho do piso tem uma apreciável influência no nível de ruído produzido pelo pneu em rolamento. Contudo, o desenho do piso apresenta também uma grande influência em muitos outros aspectos no desempenho do pneu. Embora de há muitos anos a esta parte o desenho do piso tenha constituído uma importante fase do projecto de um pneu, sobretudo na última década assumiu um maior relevo, em aspectos tão diversos como:

A análise da interacção do desenho do piso com estes parâmetros de desempenho não é isenta de dificuldades. Com efeito, muitos outros factores relacionados com o projecto do pneu e com as condições que decorrem da sua utilização influenciam, em maior ou menor grau, os parâmetros de desempenho atrás referidos. E esses factores são:

Uma relação muito utilizada na concepção do desenho do piso é a chamada Relação Terra Mar (Land Sea Ratio), que mais não é do que a relação percentual entre a área de blocos e nervuras a dividir pela área total, numa impressão do contacto do pneu com o solo. A diferença entre a área total e a área de blocos e nervuras corresponde à área constituída pelas ranhuras e lamelas.

Quanto maior for a Relação Terra Mar, maior será a aderência. Por outro lado, uma elevada relação entre a área de blocos e a área de nervuras confere ao piso do pneu uma maior rigidez (há uma menor área de expansão, quando a borracha se deforma) e a esta maior rigidez corresponderá uma menor aderência. Vemos que, relativamente a este aspecto construtivo, também tem de existir um ponderado compromisso.

A relação entre a área de blocos e nervuras e a área de ranhuras e lamelas define a capacidade de drenagem de água em piso molhado. Quanto maior for essa capacidade de drenagem, maior é a aderência ao pavimento.

Portanto, a capacidade de drenagem será tanto maior quanto menor for a relação entre a área de blocos e nervuras e a área de ranhuras e lamelas. Esta eficácia está em conflito óbvio com a eficácia que se pretende em piso seco. Razão porque, e mais uma vez, tem de existir um ponderado compromisso no projecto da escultura do pneu.

A forma e a área da superfície de contacto com o pavimento depende do tipo de pneu e da sua construção, depende da pressão de enchimento do pneu, depende da carga por pneu e depende também da relação entre a área de blocos e nervuras e a área de ranhuras e lamelas. A pressão média na área de contacto depende da carga por pneu. Quanto maior essa pressão, mais o pneu agarrará o pavimento (maior grip).

A impressão de contacto do pneu no solo apresenta, basicamente, duas configurações, as quais têm a ver com a a estrutura do pneu e também com a sua relação de aspecto. Pneus com relação de aspecto mais alta proporcionam impressões de contacto de forma elipsoide; os pneus com baixa relação de aspecto apresentam impressões de contacto com a forma quadrada ou rectangular, levemente arredondadas (Figuras 53 e 54).

Figura 53 – Impressão de contacto com o solo de um pneu com relação de forma alta

 

 Figura 54 – Impressão de contacto com o solo de um pneu com relação de forma baixa

A forma da área de contacto dá uma ideia do desempenho do pneu em relação a vários aspectos, tal como se indica no Quadro 28.

 

Quadro 28 – Tipo de área de contacto e desempenho do pneu
Parâmetro de desempenho	Área de contacto elipsóide	Área de contacto Quadrada/Rectangular
Estabilidade em piso seco	Pior	Melhor
Estabilidade em piso molhado	Pior	Melhor
Estabilidade em piso com neve	Melhor	Ambíguo
Aquaplanagem	Melhor	Ambíguo
Resistência ao rolamento	Pior	Melhor
Conforto	Pior	Melhor

É muitas vezes referida a relação percentual entre a área de nervuras e a área total, isto é, a diferença para 100 do valor anterior. Então, uma relação negativa baixa (low negative ratio) significa uma maior área percentual de blocos e nervuras; uma relação negativa alta (high negative ratio) significa uma maior área percentual de ranhuras.

A profundidade de todo o desenho do piso, a forma geométrica dos blocos e sua disposição, a largura das nervuras e seu posicionamento, a largura das ranhuras e a forma como estão dispostas (circunferenciais ou inclinadas) influenciam de forma decisiva vários aspectos funcionais e do bom desempenho do pneu nas mais variadas condições de serviço.

O desenho do piso dos pneus apresentou, sobretudo na última década, uma grande evolução, tendo surgido os pisos com desenhos assimétricos e direccionais. E uma evolução também apreciável verificou-se também na concepção do desenho dos pisos simétricos.

Desta evolução resultaram sensíveis melhorias do desempenho do pneu em vários aspectos, tal como se mostra no Quadro 29: http://ctborracha.com/wp-content/uploads/2014/10/Quadro-29.pdf.

Pressão do pneu

Já vimos que a pressão do pneu influencia a forma e a área da superfície de contacto do pneu com o pavimento. A pressão do pneu deve ser a recomendada e de acordo com a carga transportada. Pressões inferiores ou superiores ao recomendado diminuem a área de contacto do pneu com o pavimento e, portanto, a sua aderência ao pavimento.

Qualidade da borracha que constitui o piso

A qualidade da borracha tem também influência na adesão do pneu ao pavimento. O coeficiente de atrito da borracha depende da sua composição. Um exemplo particularmente elucidativo é o dos pneus de qualificação para corridas de Fórmula 1. O piso destes pneus é constituído por borracha muito mole e com alguma pegajosidade, sobretudo a quente, e que possui um elevado coeficiente de atrito com o pavimento; por outro lado, é uma borracha com uma resistência ao desgaste muitíssimo baixa, pelo que um pneu para qualificação apenas pode ser utilizado durante algumas voltas ao circuito.

Pode depreender-se do que foi dito, que a qualidade da borracha do piso do pneu terá uma composição que estabeleça um bom equilíbrio de propriedades. Uma característica muito importante na avaliação do desempenho de um pneu é a sua resistência ao desgaste ou, por outras palavras, o número de quilómetros que o pneu pode percorrer até atingir o seu limite de utilização, indicada no caso dos pneus para veículos ligeiros pelos indicadores de desgaste do piso (TWI – tread wear indicator). Também aqui deparamos com uma situação de conflito, visto que a uma melhor resistência ao desgaste corresponderá, regra geral, um coeficiente de atrito mais baixo.

Estado de uso do pneu

Tomemos como exemplo um pneu com o piso excessivamente desgastado (vulgo piso careca). Nesta situação é bem conhecida a sua perda de aderência com o piso molhado, o que é devido a uma completa perda de capacidade de drenagem da água. Por outro, a perda de blocos e de nervuras diminui a aderência em piso seco, pois é perdida a capacidade do pneu de agarrar o pavimento, em movimentos laterais e de tracção.

Velocidade do veículo

A velocidade elevada e em piso molhado, há uma grande perda de aderência do veículo ao pavimento, podendo ocorrer o fenómeno conhecido por “acquaplaning” ou “hydroplaning”). Isto ocorre porque a frequência de contacto do pneu com o pavimento aumenta e os ciclos de deformação impostos às borrachas são muito rápidos, o que provoca um aumento de rigidez do piso do pneu e uma menor área de contacto, com a consequente perda de aderência (Figura 55). 

 

 

Figura 55 – Influência da profundidade do piso no valor da aderência (pavimento com 1 mm de espessura de água)

Fonte: http://www.forum-auto.com/pole-technique/equipement-automobile/sujet384062.htm

Aspectos mecânicos do veículo, distribuição de cargas

Aspectos relacionados com a mecânica do veículo (tracção nas rodas da frente, tracção nas rodas de trás), rodado traseiro ou rodado dianteiro (mudanças de direcção) têm influência na aderência do pneu ao pavimento. Os pneus instalados no rodado traseiro apresentam, durante a condução, maior aderência ao pavimento do que os pneus do rodado dianteiro e em especial quando estes rodados forem os de tracção.

No ajustamento dos rodados existem três factores variáveis que influenciam de forma decisiva na condução e no desgaste irregular dos pneus. São:

O desalinhamento da direcção (Figura 56) e camber incorrecto (Figura 57), provocam também perdas de aderência, visto que, qualquer das duas anomalias diminuem a área de contacto do pneu com o pavimento, o que deixa marcas muito visíveis no pneu (desgaste localizado, como noutra parte deste capítulo).

Figura 56 – Convergência e divergência (desalinhamento da direcção)

Figura 57 – Camber

O avanço ou caster, caracterizado pelo ângulo de avanço (positivo ou negativo), corresponde ao desvio de alinhamento entre o eixo da suspensão e um eixo vertical que passa pelo centro do pneu (Figura 58). O ângulo de avanço (positivo ou negativo) pode existir em qualquer tipo de veículo. Ângulos de avanço positivos, relativamente elevados, são muito utilizados nalguns tipos de motociclos (Figura 59).

Figura 58 – Ângulos de avanço em veículos automóveis

 

Figura 59 – Ângulo de avanço positivo em motociclos

Um ângulo de avanço positivo contribui para uma maior estabilidade a alta velocidade e é responsável pelo retorno do volante da direcção à posição que faz seguir o veículo em frente, em trajectória recta. Contudo, um ângulo de avanço positivo de valor mais elevado aumenta o esforço ao curvar, tornando a direcção mais pesada. A influência do ângulo de avanço no desempenho dos pneus é um tanto controversa, mas parece não ter nenhum efeito sensível no desempenho do pneu, nomeadamente na uniformidade do seu processo de desgaste.

Tipo de pavimento (asfalto denso, asfalto poroso, cimento, empedrado, macadame, etc.)

O tipo de pavimento é determinante na sua interacção com o piso do pneu. O coeficiente de atrito da borracha varia com o tipo de pavimento. Esta interacção é experimentada pelos condutores dos veículos automóveis, que sentem bem o agarrar dos veículos à estrada nas mais variadas condições.

Se o pavimento está molhado, os mecanismos de aderência do pneu ao pavimento estão comprometidos seriamente pela presença de uma película de água, de maior ou menor espessura, entre o piso do pneu (na sua área de contacto) e o pavimento. A natureza do piso, a sua rugosidade e o seu estado de limpeza (presença de areia, de água, de manchas de óleo, etc.), são factores que determinam a existência de uma boa aderência.

Temperatura do Pneu

Vimos que a aderência ao pavimento de algumas qualidades de borracha é sensível à temperatura. Também na Fórmula 1 o aquecimento dos pneus antes do início das corridas é uma demonstração de que o aumento de temperatura aumenta a sua aderência ao pavimento. A temperatura mais elevada, as borrachas tornam-se mais macias e elásticas e promovem melhor aderência. A baixa temperatura, as borrachas tornam-se mais rígidas e menos elásticas, o que diminui a aderência. Deve ser referido que a formulação dos compostos utilizados na banda de rodagem dos pneus de qualificação inclui borracha SBR de alto teor em estireno e um nível de dosagem relativamente elevado de materiais resinosos (resinas derivadas do petróleo), materiais responsáveis por uma rápida diminuição da dureza do composto com o seu aquecimento.

Temperatura ambiente

Já vimos que a temperatura ambiente tem influência na temperatura do pneu, pois poderá contribuir de forma mais ou menos eficaz na dissipação do calor gerado pelos travões e pelo próprio pneu; neste aspecto, uma temperatura mais baixa favorece o arrefecimento do pneu. Mas, contrariamente, diminuirá a aderência do piso ao pavimento, porque as borrachas se tornam mais rígidas.