No início da época do pneu pneumático, não era possível assegurar um tamanho adequado e constante do pneu, quer em fase de fabrico quer em fase de utilização. Além disso existiam outros problemas, tais como a capacidade de amortecer o contacto com obstáculos e de se deformar, da sua forma inicial curvilínea para uma superfície de contacto plana pneu/pavimento, assim como de obter a rigidez necessária ao desenvolvimento de forças substanciais em qualquer direcção. De forma a preencher estes requisitos foi, e ainda é, necessário implantar uma estrutura denominada carcaça, a qual é constituída por filamentos flexíveis de resistência elevada, embutidos e ligados aos componentes de borracha.
J. B. Dunlop (1888) usou, nos seus primeiros pneus, linho irlandês como material de reforço. Desde então, quase todas as fibras possíveis foram experimentadas ou utilizadas pela indústria de pneus. Na fase inicial, o algodão era o material mais usado, mais tarde utilizou- se o raiom (seda artificial), o nylon, o polyester e finalmente o aço, o vidro e a fibra de aramida (“Kevlar”) [Sandberg and Ejsmont, 2002].
Os actuais pneus pneumáticos contêm muitos componentes de borracha, cada um destinado a contribuir com alguns factores particulares numa área específica do pneu.
Presentemente, o pneu é uma reunião solidária de materiais com propriedades muito diferentes, cuja confecção exige uma grande exactidão. A Figura 6.3 apresenta a constituição actual de um pneu.
Figura 6.3 – Constituição de um pneu [www.michelintransport.com]
Capa de borracha sintética Carcaça
Talão
Aros de talão
Flancos de borracha macia Cintas / Lonas de reforço Piso/ Banda de rolamento
A capa de borracha é sintética e muito estanque ao ar. Esta capa encontra-se no interior do pneu e funciona como câmara-de-ar. A carcaça é constituída por cabos finos de fibras têxteis dispostas em ângulos rectos e colados à borracha. Estes cabos são um elemento fundamental da estrutura do pneu e permitem-lhe resistir à pressão. Numa carcaça de pneu de automóvel, existem cerca de 1400 cabos que podem resistir, cada um, a uma força de 15 kg. O talão tem por função transmitir os binários do motor e de travagem da jante à área de contacto com o solo. Os aros de talão servem para fixar o pneu na jante e podem suportar até 1800 kg sem risco de ruptura. Os flancos de borracha macia protegem o pneu contra os choques que poderiam causar danos na carcaça, como pequenos embates contra o passeio, buracos, etc. Uma borracha dura assegura a ligação entre o pneu e a jante. As cintas ou lonas de reforço são feitas com cabos de aço muito finos, mas muito resistentes, são cruzadas obliquamente e coladas, uma sobre a outra. O cruzamento dos seus fios com os da carcaça forma triângulos indeformáveis. Esta disposição (triangulação) assegura com firmeza a parte superior. O piso ou banda de rolamento encontra-se disposto sobre as lonas de reforço. Esta parte do pneu ficará em contacto com a estrada. A mistura que o constitui deve ser aderente em todos os tipos de pavimentos, resistir ao desgaste, à abrasão, e aquecer o menos possível [www.michelintransport.com].
6.2.1 Tipos de pneu
Basicamente existem dois tipos de pneus: pneus diagonais (Figura 6.4) e pneus radiais (Figura 6.5).
Figura 6.4 – Pneu diagonal
[www.braziltires.com] Figura 6.5 – Pneu Radial [www.braziltires.com]
Os pneus pneumáticos iniciais são designados pneus “bias ply”, “cross by” ou “diagonais” (pneu de lonas transversas). As carcaças destes pneus são constituídas por duas ou mais camadas de filamentos paralelos. As camadas adjacentes possuem padrões com ângulos em direcções opostas, apresentando assim o efeito de lonas transversas (“cross bias”). O número de lonas sobrepostas forma uma rede, cuja malha é sensivelmente quadrada, e depende do tamanho do pneu e da carga suportada. A sobreposição das camadas é idêntica no topo do pneu e nos flancos (Figura 6.4).
Os pneus radiais foram inventados e produzidos em 1946 pela Michelin. Neste tipo de pneus, os padrões de filamentos na carcaça são semi-radiais ou radialmente dirigidos (ângulo de coroa ≈ 90º) (Figura 6.5). No topo da carcaça radial existe um cinto composto por, pelo menos, duas camadas com cordas bastante rígidas (ângulo de coroa ≈ 20º - 30º). Este cinto fornece rigidez ao piso contra distorções na direcção lateral.
O pneu radial tem como vantagens: menor aquecimento; maior durabilidade; melhor aderência; maior eficiência nas travagens e acelerações e economia de combustível.
A principal diferença entre um pneu diagonal e um radial está na sua carcaça, pelo que apresentam um comportamento em curva diferente (Figura 6.6). Além disso, apresentam uma área de contacto com o pavimento (com e sem carga) diferente (Figura 6.7) [www.braziltires.com.br].
Pneu Diagonal Pneu Radial
Figura 6.6 – Comportamento em curva de um pneu diagonal e de um pneu radial [www.braziltires.com]
Pneu diagonal sem carga e área de
contacto
Pneu radial sem carga e área de
contacto
Pneu diagonal com carga e área de
contacto
Pneu radial com carga e área de
contacto Figura 6.7 – Área de contacto com o pavimento (com e sem carga) de um pneu diagonal
e de um pneu radial [www.braziltires.com]
Actualmente, a norma ISO 4223-1:2005 estabelece as seguintes definições de construção dos pneus diagonais e radiais:
• Pneu de estrutura diagonal (diagonal, bias-ply, cross-bias) – pneu em que as cordas das telas que vão de talão a talão são colocadas de maneira a formar ângulos alternados, sensivelmente inferiores a 90º, com o eixo do piso;
• Pneu de estrutura radial – pneu em que as cordas das telas que vão de talão a talão formam com o eixo do piso ângulos, sensivelmente, iguais a 90º e cuja carcaça é fixada por uma cinta circunferencial, formada por duas ou mais camadas de cordas praticamente inextensíveis [NP ISO 4223-1:2005].
6.2.2 Dimensões e índices
Os primeiros pneus para veículos ligeiros e camiões tinham piso bastante estreito e uma relação elevada entre a altura da secção (H) e largura da secção (B) do pneu, de forma a diminuir a resistência do rolamento e oferecer uma elevada folga corpo-estrada. No início do século XX esta relação (H/B) era, muito frequentemente, superior a 100%. No entanto, a evolução dos pneus levou a um aumento da largura dos mesmos assim como, a um aumento do diâmetro da jante, o que implicou a diminuição da relação (H/B) (Figura 6.8). Uma relação (H/B) baixa oferece uma maior aderência à estrada, melhor resposta na condução e maior estabilidade do veículo [Sandberg and Ejsmont, 2002].
Largura da secção (B) Diâmetro nominal da jante (d) Altura da secção (H) Largura da jante (A) Diâmetro exterior (D)
Figura 6.8 – Caracterização do tamanho do pneu [Decreto-Lei n.º 72-C, 2003]
No período de 1960-80 o diâmetro das jantes era geralmente de 13-15”, podendo no entanto encontrar-se também diâmetros de 10”. Porém, nas últimas décadas, a crescente exigência de travões mais eficientes motivou a uma nova tendência para o uso de jantes com diâmetros maiores. Devido a este facto, o diâmetro das jantes tornou-se um pouco maior, sendo que no início do século XXI muitos veículos passaram a usar jantes de 16” ou 17”. Actualmente, a gama de diâmetro inferior que se pode encontrar, situa-se nas 12”, não sendo no entanto muito comum.
Em Portugal, o Decreto-Lei n.º 72-C de 14 de Abril de 2003 estabelece e regula as designações aplicadas na caracterização dum pneu, nomeadamente quanto ao tamanho e índices. Na Figura 6.9 apresentam-se os índices que caracterizam um pneu ligeiro ou pesado.
Figura 6.9 – Índices de um pneu [Catálogo Michelin, 2006]
6.2.3 Piso
A nível dos padrões de piso, ocorreram também importantes alterações. Os primeiros pneus apresentavam um padrão suave (sem ranhuras) ou padrões de formas geométricas muito simples. No entanto, no início dos anos trinta, alguns padrões de piso começaram a tornar- se mais intrincados e altamente especializados.
O piso de um pneu é composto por (Figura 6.10):
• Nervura Central: mantém um contacto "circunferencial" do pneu com o piso, confere manobrabilidade e aderência;
• Blocos: proporcionam tracção e travagem;
• Ranhuras do piso ou sulcos: são responsáveis pela drenagem (expulsão) da água e lama;
• Drenos: são ranhuras auxiliares que levam a água para fora da área de contacto do pneu com a superfície, aumentando a aderência em piso molhado;
• Covas: pequenas ranhuras que auxiliam na dispersão do calor do pneu [www.braziltires.com.br e Decreto-Lei n.º 72-C, 2003].
Quando a proporção de sulcos (áreas vazias) for maior relativamente aos blocos (áreas cheias), poderá existir um melhor desempenho em terrenos molhados ou com lama ou areia. Caso contrário, quando a proporção de blocos (áreas cheias) for superior aos sulcos (áreas vazias) existirá um melhor desempenho e aderência em piso de betão betuminoso seco.