Ruolo degli pneumatici nella tenuta di strada di un veicolo

Molti ritengono che la tenuta di strada del loro veicolo dipenda dai freni o dalle sospensioni. Leggi e verifica qual è l’elemento decisivo per la tenuta di strada di un veicolo.

Per molti di noi una macchina sportiva si associa ad un motore potente, enormi dischi freno e sospensioni rigide che fanno superare una curva ad alta velocità. Molto spesso la manovrabilità e la tenuta di strada sono attribuite al lavoro delle molle e degli ammortizzatori. Questa tendenza è evidente in modo particolare nel caso di quegli automobilisti che migliorano le proprie vetture abbassando ed irrigidendo le sospensioni, attendendosi come effetto un miglioramento della guida.

Della tenuta di strada del veicolo decidono gli pneumatici

Purtroppo, non tutti si rendono conto che l’elemento chiave che influisce sulla conduzione di una macchina non sono le sospensioni, bensì gli pneumatici. Accelerazione, frenata, forze centrifughe agenti in curva, tutto ciò viene trasferito dagli pneumatici, e precisamente dalla ridotta superficie di contatto tra essi e la superficie stradale.

L’alta aderenza della vettura è la garanzia della nostra sicurezza.
Osservando i “corridori” stradali si ha spesso l’impressione che abbiano una convinzione completamente diversa. Gigantesche potenze dei motori, grandi spoiler, sospensioni basse e rigide, freni maggiorati ed efficienti: in essi è vista la ricetta per la tenuta di strada. Si dimentica tuttavia molto spesso che tutte le performance ottenute grazie a questi elementi, che spesso costano una fortuna, in definitiva, devono essere trasmesse da quel piccolo ritaglio di gomma nera.

L`alta aderenza della vettura è la garanzia della nostra sicurezza

Che cosa è l’aderenza?

L’aderenza degli pneumatici è l’attrito tra due superfici, quella della gomma dello pneumatico e quella del manto stradale. Non si tratta tuttavia di una grandezza costante, ma dipendente dalla temperatura, dalla pressione e, cosa di massima importanza, dalla scivolosità della pavimentazione stradale. Cosa curiosa, il massimo livello di aderenza si raggiunge per un delicato slittamento dello pneumatico.

Perché ciò accade? Osserviamo il fenomeno un po’ più da vicino. La gomma entra in interazione con la superficie stradale in modo abbastanza specifico, in quanto sull’aderenza influisce il fenomeno chiamato adesione. L’adesione ha luogo quando le molecole della gomma entrano in contatto diretto con il fondo stradale. La gomma è un polimero, mentre l’asfalto ha una struttura cristallina. Quando queste due strutture si incontrano ad elevata velocità, le molecole della gomma si deformano. Alcuni legami si spezzano, altri si riformano e questo processo si ripete ciclicamente durante il passaggio di una superficie sull’altra. Questa rottura e compressione dei legami molecolari assorbe dell’energia, detta appunto forza di adesione. Questa forza raggiunge il suo valore massimo quando la differenza di velocità è compresa nell’intervallo da 0.03 a 0.06 metri al secondo.

La migliore aderenza al limite dello slittamento

Quando la differenza di velocità è maggiore, il fenomeno dell’adesione lascia il posto in gran misura all’isteresi, derivata della deformazione della superficie dello pneumatico. In seguito a questo processo alcune zone della gomma subiscono una compressione, mentre altre uno stiramento. Affinché lo stiramento sia possibile, gli atomi della gomma devono subire uno spostamento reciproco ed a tale fenomeno deve accompagnarsi un attrito che provoca il riscaldamento dello pneumatico. Questo processo assorbe un’energia molto simile a quella dell’adesione, ma che in questo caso viene definita come attrito interno.

Quando quindi l’aderenza è massima? L’aderenza ideale la si raggiunge allorché viaggiamo al limite dello slittamento (perfino superandolo leggermente), la mescola della gomma è morbida ed il manto stradale è liscio e la sua temperatura è elevata. In queste condizioni dominano le forze di adesione, responsabili dell’effetto di “aggrappamento” della gomma all’asfalto.

Uno sguardo pratico

Ritorniamo all’auto che affronta una curva ad alta velocità. Quanto più velocemente viaggiamo, tanto maggiori sono le forze centrifughe che agiscono sul veicolo. Attraverso le molle e gli ammortizzatori che smorzano i loro movimenti violenti, l’auto trasferisce la sua massa agli pneumatici, aumentando in tal modo la loro pressione sulla superficie del manto stradale. L’aderenza è fondamentalmente il prodotto dell’attrito dello pneumatico sul manto e della la pressione. In curva la pressione aumenta in conseguenza della forza centrifuga che trasferisce il peso del veicolo sugli pneumatici esterni. Tuttavia, per ottenere veramente dei buoni risultati anche il coefficiente di attrito tra pneumatico ed asfalto deve essere elevato, appunto perché tutte le forze centrifughe devono essere compensate dall’aderenza di una superficie delle dimensioni di una cartolina postale (tale è la superficie di contatto del singolo pneumatico con la strada).

Aderenza degli pneumatici da corsa

Quanta importanza abbia l’aderenza, lo sanno meglio di tutti i piloti professionisti, che più di una volta appunto negli pneumatici vedono la possibilità di ottenere migliori risultati sul giro di pista. Secondo l’opinione corrente, gli pneumatici influiscono per il 75% sull’ottenimento del migliore assetto della vettura per un dato circuito. Solo successivamente si considerano le impostazioni delle sospensioni, il bilanciamento dei freni e i rapporti della trasmissione. Infatti, cosa sono potenza e velocità che non possono essere “trasmesse” in curva?

Essendo consapevoli di questo fatto, i produttori di pneumatici si impegnano a scegliere le mescole di gomma in modo tale che i loro prodotti possiedano i parametri migliori possibili. È evidente che ognuno dei parametri è il risultato di un compromesso, in quanto non si possono accoppiare una grande aderenza ed una lunga vita dello pneumatico. Per fare un esempio, gli pneumatici a mescola dura sono caratterizzati da una lunga percorrenza senza sostituzioni, ma al prezzo di un’aderenza inferiore. In caso contrario, uno pneumatico aderente, in mescola molto morbida, si usura molto rapidamente e richiede il raggiungimento di temperature elevate (ecco perché in Formula 1 spesso si dice che il pilota deve “scaldare le gomme”). Si deve anche ricordare che i produttori di pneumatici destinati all’impiego sportivo hanno il compito facilitato, in quanto le condizioni d’impiego di tali gomme sono strettamente definite: ogni mescola ha un suo ottimale intervallo di temperature, al di fuori del quale o è soggetta ad un deterioramento immediato o non assicura la tenuta di strada. La dipendenza tra durata e aderenza di cui si è precedentemente parlato è palese, nessuno avanza pretese sul fatto che uno pneumatico più aderente si consuma più in fretta. Quando compare la pioggia i piloti cambiano le gomme con quelle da bagnato (wet), ma quando le precipitazioni non sono intense montano pneumatici intermedi (intermediate).

Aderenza degli pneumatici per uso civile

I produttori di pneumatici per uso civile hanno un compito più difficile, in quanto devono conciliare l’elevata aderenza richiesta dagli utenti con una percorrenza possibilmente elevata. Per di più, tale pneumatico deve essere caratterizzato da un buon comportamento su bagnato e da un ampio intervallo di temperature di lavoro. Per soddisfare le aspettative dei clienti, schiere di ingegneri elaborano per anni mescole e disegni dei battistrada che sono un compromesso tra le caratteristiche viste prima. In pratica, non esiste uno pneumatico idealmente universale che sia efficiente in tutte le condizioni, perciò uno pneumatico a carattere sportivo, che lavora a temperature leggermente superiori dell’universale, sarà molto meno efficiente per esempio alla temperatura di 10 °C, dove l’universale mantiene ancora corrette proprietà di comportamento. I ripetuti appelli dei produttori di impiegare gli pneumatici invernali non sono infondati. La creazione di una gomma che lavori in un gigantesco intervallo di temperature (da +60 °C a -20 °C) è semplicemente impossibile. La temperatura limite di corretto funzionamento di uno pneumatico è di circa 7 °C, al di sotto della quale lo pneumatico estivo perde improvvisamente le sue caratteristiche di aderenza alla pavimentazione stradale.

Aderenza degli pneumatici e sicurezza stradale

Gli scettici si rifanno al fatto che la neve e le basse temperature c’erano anche una volta e “la gente in qualche modo si arrangiava”. Ciò in certa misura risponde alla verità, ma occorre ricordare che le tecnologie di fabbricazione delle mescole di gomma erano limitate e i loro cattivi parametri alle basse temperature toccavano tutti. In poche parole, ogni veicolo stradale aveva una cattiva tenuta di strada. E oggi? Basta immaginarsi che il conducente del veicolo che ci precede, equipaggiato con pneumatici invernali, inizi a frenare bruscamente. I suoi pneumatici fanno più presa sulla strada che non i nostri “all season”, o ,ancora peggio, “estivi”. Sarebbe difficile evitare il tamponamento. Non serve a niente una guida prudente e il lasciare tra noi e il veicolo che ci precede una maggiore distanza di sicurezza, in quanto nello spazio libero che si viene a formare può in qualsiasi momento “infilarsi” un altro veicolo con pneumatici invernali...