L'Aderenza degli Pneumatici: Fondamentale per la Sicurezza Stradale

Parlare di sicurezza stradale significa spesso dimenticare che tutto si concentra in un unico punto: quello di contatto fra pneumatico e strada. Infatti, è solo tramite il contatto pneumatico-strada che ogni veicolo “aderisce” al suolo e quindi grazie a questo contatto è in grado di stare fermo, avanzare, retrocedere, sterzare e frenare. Controllare un veicolo è possibile solo fin quando si padroneggia tale aderenza con il suolo; perderne il controllo significa superare certi limiti, perdendo la padronanza dell’aderenza e con essa anche quella del veicolo. L'aderenza degli pneumatici alla strada è fondamentale per garantire la sicurezza durante la guida, influenzando notevolmente la capacità di frenata e la stabilità del veicolo. Migliorare questa aderenza può significare la differenza tra un viaggio sicuro e uno rischioso.

Avere pneumatici aderenti significa disporre di una componente fondamentale per la sicurezza e l’efficienza di guida di un veicolo. L’aderenza, in termini generali, si riferisce alla capacità di due superfici di restare in contatto stretto, permettendo una trasmissione efficace di forze tra di loro. Questo concetto è vitale in molteplici ambiti, dalla fisica applicata alla vita quotidiana, giocando un ruolo cruciale nell’interazione tra oggetti e superfici.

Nel contesto specifico degli pneumatici per automobili, l’aderenza diventa un parametro critico che incide direttamente sulla capacità del veicolo di accelerare, frenare e virare in sicurezza. Pneumatici aderenti sono quelli progettati per massimizzare il contatto con la superficie stradale, indipendentemente dalle condizioni ambientali o dal tipo di manto stradale. Questo è ottenuto attraverso la scelta di mescole di gomma appropriate, disegni del battistrada che facilitano l’espulsione di acqua e detriti, e una struttura che si adatta efficacemente alle irregolarità del terreno.

L'Attrito: La Base Fisica dell'Aderenza

In fisica si parla di “attrito” e dei suoi differenti coefficienti. Infatti, citando Wikipedia, in fisica l’attrito è una forza che si oppone al movimento o allo spostamento di un corpo su di una superficie, ovvero, nello specifico, il movimento o lo spostamento dello pneumatico sulla superficie stradale. Troverete anche i distinguo fra attrito statico e attrito dinamico. Tali formulazioni scolastiche si addicono difficilmente a descrivere e analizzare l’attrito che interessa il nostro settore, quello fra pneumatico e strada, ma vanno viste e studiate in tutt’altra ottica, ovvero nella realtà pratica del fenomeno.

Nell’incidentologia stradale, se l’attrito statico interessa solo il veicolo fintanto che è fermo, sotto il cappello dell’attrito dinamico si considerano più attriti differenti: quello nel punto d’urto, ovvero all’interno delle reciproche zone di deformazione durante la collisione, mentre, fra pneumatico e strada, nello specifico ci si concentra e si parla unicamente di quello che a livello strada agisce longitudinalmente, tipico della frenata.

Il coefficiente di frizione è in funzione di temperatura e altri parametri. La gomma, dovuta alla sua elasticità intrinseca, deve raggiungere un certo grado di slittamento per raggiungere la massima aderenza.

Misurazione e Monitoraggio dell'Aderenza: Il Concetto di Percentuale di Slittamento

Come esprimere e monitorare l'aderenza? La si misura ed esprime in funzione della velocità, dell’angolo di deriva, della percentuale di slittamento e, ovviamente, sempre considerando il tipo di fondo stradale.

Per le case produttrici di pneumatici e negli studi comparativi principali, da sempre la si analizza in funzione della percentuale di slittamento per ogni tipo di superficie stradale. La fase iniziale di ogni frenata è sempre quella incrementale seguita da quella cosiddetta totale (in tedesco: Vollbrems). L’andamento del suo coefficiente [µ] ha una sua specifica caratteristica all’interno delle due fasi della frenata, incrementale nella prima e pressoché costante nella seconda.

Lo pneumatico altro non è che la parte periferica della circonferenza di una ruota, ovvero l’unico contatto del veicolo con il suolo. Data la sua costruzione, forma e funzione, la ruota nel movimento gira: se il concetto è ovvio, per noi diventa basilare nel monitoraggio di quanto avviene durante la frenata. Concettualmente: quando la ruota gira liberamente, né spinta né frenata, questa non ha alcun scivolamento al suolo, quindi parleremo di slittamento nullo (% S = 0,0), mentre quando la ruota è completamente bloccata, questa non gira bensì unicamente scivola: quindi parleremo di slittamento totale (% S = 100,0). Ne consegue che la percentuale di slittamento di uno pneumatico è in relazione diretta con la velocità di rotazione della ruota dove è evidente che per una velocità di rotazione di 0,0 giri/min (ruota bloccata) il relativo slittamento sarà totale (100%).

Per monitorare l’andamento del coefficiente d’attrito in frenata in funzione della percentuale di slittamento, si raffronta la velocità di rotazione della ruota in fase di frenatura alla velocità di rotazione temporanea corrispondente alla stessa in stato di libera rotazione assoluta (% S = 0,0), da cui la formula seguente:

$$ \% S = \frac{n1 - n2}{n1} \times 100 $$

dove:

• n1 = giri/min della ruota di riferimento
• n2 = giri/min della ruota frenata

Pertanto, per definire la percentuale di slittamento necessitiamo della velocità di rotazione della ruota frenata o di ciascuna delle ruote frenate, da confrontare con la velocità di rotazione di una ruota di riferimento invece assolutamente libera: questo ci permette di esprimere un valore percentuale assoluto, indipendente dalla variazione della velocità durante la frenata.

Per la sicurezza stradale, il parametro della percentuale di slittamento è di importanza assoluta: infatti è quanto rileva e necessita l’ABS (dal tedesco: Anti-Blockier-System) per mantenere l’efficacia frenante nella fascia di massima aderenza che sappiamo situarsi, di regola, entro il 15÷25 % dello slittamento, quindi in una fascia della rotazione ben lungi dal bloccaggio totale della ruota (100 % S).

L'Innovazione nella Ricerca e Sviluppo: Un Esempio Dalla Scuola di Ingegneria Automobilistica di Biel/Bienne

La ricerca sugli pneumatici fa riferimento alla Scuola di ingegneria automobilistica di Biel/Bienne, rinomata per i suoi oltre 50 anni di esperienza acquisita nei test condotti su strada tramite l’apposito laboratorio mobile.

Il monitoraggio della percentuale di slittamento ha radici profonde nella ricerca ingegneristica. Ad esempio, uno studio di diploma svolto a marzo 1971 presso la Scuola di ingegneria automobilistica di Biel/Bienne si è concentrato sullo "Sviluppo di un dispositivo a basso costo per determinare i valori di attrito in funzione dello slittamento in base ad un principio elettrico. (Entwicklung einer preisgünstiges Anlage zur Bestimmung def Haftwerte in Funktion des Schlupfes nach einem elektischen Prinzip)". Lo scopo di questo lavoro di diploma era verificare il grado di risoluzione di un problema ingegneristico e la realizzazione del conseguente progetto (progetto + realizzazione del prototipo) in sole due settimane. Questo dispositivo, che oggi verrebbe definito un prototipo meccatronico, utilizzava allora dinamo-tacometriche per misurare la velocità di rotazione delle ruote (quelle frenate e quella di riferimento), erogando una tensione linearmente proporzionale al numero di giri.

Fattori che Influenzano l'Aderenza degli Pneumatici

L'aderenza dello pneumatico è un elemento fondamentale per la sicurezza e può variare da 1 a 10. È influenzata da un sacco di fattori, che quasi sempre non possono essere presi in considerazione singolarmente. Dipende dal tipo di rivestimento del fondo stradale, dal disegno del profilo dello pneumatico, ma soprattutto dalle condizioni climatiche.

Condizioni del Fondo Stradale e Climatiche

• Tipo di fondo stradale: La prima cosa che l'automobilista si aspetta in caso di pioggia o neve è l'aderenza dei pneumatici equipaggiati. Questa assicura il 75% dell'effetto caratteristico dell'aderenza: è quel fenomeno per cui la gomma si incolla all'asfalto. Gli asfalti, anche se appena rinnovati, non sono perfettamente regolari. Presentano delle rugosità, che sono macro, quando la grandezza dei granulati è visibile ad occhio nudo (1-20 mm); e micro quando i granulati, più o meno lisci, vanno a 1 a 100 micron. Proprio le rugosità micro, in presenza di acqua, si riempiono, riducendo o annullando l'ingranamento. Le molecole d'acqua neutralizzano anche l'adesione. Questo tipo di manto stradale è la causa di numerosi incidenti stradali in inverno.
• Temperatura: Quando la temperatura scende sotto i 10°C, gli pneumatici estivi non sono più utilizzabili. Il coefficiente di frizione è in funzione anche della temperatura.
• Materiale sulla superficie di contatto: Tutto dipende dal tipo di materiale. La presenza di foglie, umidità, ghiaccio, neve od olio provocherà una diminuzione, in alcuni casi consistente, del coefficiente di aderenza, mentre, ad esempio, sabbia finissima può migliorare l'aderenza sui veicoli ferroviari.
• Velocità del veicolo: Esiste una correlazione tra il coefficiente di aderenza e la velocità del veicolo; in particolare, a velocità nulla l'aderenza è massima.

Tipologia e Caratteristiche dello Pneumatico

• Pneumatici Estivi: Gli pneumatici ideali per strade asciutte sono gli pneumatici estivi. Sono raccomandati quando le temperature superano i 7 °C, poiché offrono una presa ottimale e un'eccellente precisione di guida.
• Pneumatici Semi-Slick: Se gli pneumatici estivi offrono ottime prestazioni su strade asciutte, gli pneumatici semi-slick vanno oltre, per gli appassionati di guida sportiva.
• Pneumatici Invernali: Le scolpiture a lamelle degli pneumatici invernali consentono una buona aderenza in condizioni invernali. Tuttavia, questo tipo di pneumatico ha un'aderenza decisamente inferiore su strada asciutta. In casi estremi, è indispensabile utilizzare delle catene da neve, o addirittura degli pneumatici chiodati.
• Slick: Le slick aumentano l'aderenza perché sono strutturalmente diverse. Prima di tutto, l'area di contatto si deforma di meno e compenetra meglio l'asfalto essendo anche più morbida. La maggior tenuta della slick è data da svariati fattori: spalla più rigida, che dà più direzionalità e meno effetto elastico nel trasferire il carico, mescola più morbida, capacità di lavorare ad alte temperature. Nel caso delle gomme da corsa, la composizione delle mescole porta a maggiori vantaggi relativi alla maggiore superficie adesiva a contatto con l'asfalto rispetto alla perdita di aderenza data dal minor carico che si dà alla gomma. Questo minor carico "standard" permette un margine da sfruttare nelle situazioni limite. In parole povere, la gomma racing viene fatta lavorare costantemente al di sotto delle condizioni medie ottimali per non andare oltre il limite nei momenti di picco estremo. Questo sottoutilizzo è compensato dal fatto che, per come sono fatte le mescole da corsa, lo pneumatico non si comporta più come uno pneumatico ma sostanzialmente come un adesivo.
• Scolpiture degli pneumatici: Su questo tipo di suolo, non solo bisogna tenere conto dell'aderenza dello pneumatico, ma soprattutto della capacità di evacuazione dell'acqua per evitare il fenomeno dell'aquaplaning. Le scolpiture degli pneumatici sono quindi fondamentali.

Influenza della Larghezza dello Pneumatico e del Carico

La larghezza della gomma modifica i valori che si possono raggiungere (in meglio o in peggio) a seconda di struttura, mescola, ecc., e tutto in relazione al mezzo che la usa. È vero che SE si rientra nelle curve ottimali, con una gomma più larga si ha PIÙ aderenza di una più stretta. Ma tutto questo è legato al grande SE si rientra nelle curve ottimali.

Se la gomma è sottodimensionata, allora aumentare le dimensioni aiuta. Tuttavia, non si può dire a priori e in generale che aumentando le dimensioni delle gomme, se quelle originali sono dimensionate correttamente, aumenti l'aderenza. Nella migliore ipotesi la lascia invariata, solitamente la peggiora. Fisica alla mano, gomma più larga significa meno carico specifico e meno carico specifico significa meno aderenza. L'aderenza massima si avrebbe con il maggior carico possibile per cm², quindi in teoria con le gomme più piccole possibili.

Nel momento in cui si aumenta il carico verticale, indipendentemente da come lo si fa (cioè peso o carico aerodinamico), si aumenta l'aderenza della gomma (almeno fino a quando non se ne superano le curve/capacità fisiche). Il carico aerodinamico ha due vantaggi: quello di crescere all'aumentare della velocità (e quindi più si va forte, più l'aerodinamica tiene giù) e quello di NON influenzare le prestazioni del mezzo in maniera negativa come fa il carico dato dalla massa (che è estremamente penalizzante). Permette di andare oltre perché consente di avere X centinaia (o migliaia in casi estremi) di kg di carico in più, senza portarli dietro anche in accelerazione, frenata, ecc., e senza doversi gestire i trasferimenti di carico.

L'Importanza di Pneumatici Aderenti e Come Sceglierli

L’importanza di pneumatici aderenti si manifesta in modo evidente in situazioni di guida difficili, come su strade bagnate, ghiacciate o molto curve. In queste condizioni, una buona aderenza può significare la differenza tra mantenere il controllo del veicolo o subire un incidente. La capacità di un pneumatico di aderire alla strada è influenzata da diversi fattori, inclusi il suo stato di usura, la pressione di gonfiaggio e le caratteristiche specifiche del design.

Investire in pneumatici di qualità, quindi, non è solo una questione di performance o comfort di guida, ma un aspetto critico per la sicurezza stradale. Mantenere gli pneumatici in buone condizioni, controllando regolarmente la pressione e sostituendoli quando necessario, è fondamentale per garantire che la loro capacità di aderenza rimanga ottimale nel tempo.

Il grip degli pneumatici non solo migliora l’efficienza di sistemi vitali come l’ABS, il controllo della trazione e il supporto alla frenata, ma è anche fondamentale per sfruttare appieno il potenziale di controllo dei veicoli e per rafforzare la sicurezza attiva su strada. La più sofisticata tecnologia automobilistica perde ogni valore senza pneumatici che offrano un’aderenza impeccabile. In altre parole, la potenza dei motori e gli avanzati sistemi di assistenza alla guida raggiungono la loro piena efficacia solo quando sono supportati da pneumatici capaci di trasmettere con precisione queste forze al terreno, garantendo così sicurezza, stabilità e reattività in ogni situazione di guida.

Cosa considerare quando si acquista uno pneumatico

Quando si acquista uno pneumatico, ci sono diversi fattori chiave da considerare per garantire che si ottenga il massimo in termini di aderenza, sicurezza e prestazioni. Ecco alcuni aspetti fondamentali su cui concentrarsi:

• Tipo di pneumatico: Scegliere tra pneumatici estivi, invernali o quattro stagioni in base al clima e alle condizioni stradali prevalenti nella propria area. Gli pneumatici invernali offrono migliore aderenza su neve e ghiaccio, quelli estivi sono ottimizzati per le alte temperature e asciutto, mentre i quattro stagioni sono un compromesso tra i due.
• Mescola di gomma: La composizione chimica della gomma influisce direttamente sull’aderenza, sulla resistenza al rotolamento e sulla durata dello pneumatico. Le mescole morbide offrono maggiore aderenza, specialmente in condizioni di bagnato, ma tendono a consumarsi più velocemente.
• Disegno del battistrada: Il pattern del battistrada gioca un ruolo cruciale nell’espulsione dell’acqua, nella trazione su neve e nel miglioramento dell’aderenza. È importante cercare disegni che promuovano un’efficace evacuazione dell’acqua per prevenire l’aquaplaning e che presentino blocchi di gomma capaci di “mordere” la superficie in condizioni variabili.
• Indici di carico e velocità: Assicurarsi che gli pneumatici scelti abbiano un indice di carico e velocità adeguati al proprio veicolo. Questi indici indicano rispettivamente il peso massimo supportato dallo pneumatico e la velocità massima a cui può essere utilizzato in sicurezza.
• Etichettatura europea: L’UE richiede che tutti gli pneumatici siano dotati di un’etichetta che fornisca informazioni su efficienza del combustibile, aderenza su bagnato e rumorosità. L’aderenza su bagnato, in particolare, è valutata da A (la migliore) a G (la peggiore) e fornisce un’indicazione diretta della capacità dello pneumatico di frenare su superfici umide. Dal 2012 è inoltre in vigore una normativa europea che impone l'etichetta su tutti i pneumatici in vendita. Devono essere indicati il consumo di carburante e l'aderenza con 2 lettere e la rumorosità con il numero dei decibel.
• Recensioni e raccomandazioni: Leggere recensioni online e consultare test indipendenti può fornire preziose informazioni sull’effettiva performance degli pneumatici in diverse condizioni.

Pneumatici Usati: Una Scelta Conscia per Aderenza e Sostenibilità

Optare per pneumatici usati di qualità significa fare una scelta consapevole a favore della sicurezza, dell’economia e dell’ambiente. È il momento di considerare un acquisto che unisce aderenza ottimale, risparmio significativo e responsabilità ambientale.

• Qualità Garantita: Ogni pneumatico usato accuratamente selezionato e sottoposto a rigorosi controlli per garantire che mantenga elevate prestazioni di aderenza e sicurezza. Questo significa che ci si può fidare della qualità di ciò che si acquista, assicurandosi pneumatici che offrono un’ottima trazione e durabilità nel tempo.
• Costo-Efficacia: Acquistare pneumatici usati permette di ottenere prodotti di marca e di alta qualità a una frazione del costo dei nuovi. È un modo intelligente di risparmiare senza sacrificare le prestazioni, specialmente quando si considera l’importanza di avere pneumatici aderenti per la sicurezza della guida.
• Ampia Selezione: Che si stiano cercando pneumatici estivi, invernali o quattro stagioni, il mercato offre una vasta gamma di opzioni per soddisfare ogni esigenza di guida. Si trovano pneumatici adatti a ogni tipo di veicolo, dalle auto compatte ai SUV, tutti caratterizzati da un’eccellente aderenza e capacità di risposta.
• Sostenibilità: Scegliere pneumatici usati contribuisce alla riduzione degli sprechi e dell’impatto ambientale. Acquistando prodotti usati, non solo si ottiene un prodotto di qualità a un prezzo conveniente, ma si fa anche una scelta ecologica, estendendo la vita utile di pneumatici ancora performanti.
• Supporto Esperto: L’acquisto è spesso supportato da un team di esperti pronti a guidare nella scelta degli pneumatici più adatti alle proprie esigenze. Si riceveranno consigli personalizzati per garantire che i pneumatici scelti offrano la massima aderenza, sicurezza e performance per il proprio stile di guida.

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