El neumático en accidentología vial

Indice1. Introducción. 2. El caucho, la base del neumático. 3. Estructura de los neumáticos. 4. Tipos de neumáticos. 6. Funciones del neumático. 7. Adherencia 8. Flexibilidad. 9. Deriva. 10. Presión de inflado.11. Mantenimiento de los neumáticos. 12. Conclusiones. 13. Bibliografia consultada.

1. Introducción.

Por el hecho de ser el elemento del vehículo que toma contacto con la vía, el neumático es, sin lugar a dudas, el órgano vital más influyente en la génesis del accidente. El neumático nació destinado a proporcionar mayor confort a los vehículos, que en principio estaban dotados de ruedas rígidas y más tarde de ruedas provistas de una envuelta de goma. La situación actual ha variado, el confort ha pasado a segundo plano, ante la importancia que la seguridad ha tomado. Los vehículos en el presente tienen tantas posibilidades de adquirir grandes velocidades, que resultaría totalmente inconsecuente proyectar las bandas de la rodadura con la idea primitiva de amortiguar los vaivenes producidos por las irregularidades de la carretera. Es uno de los elementos que más progresión técnica ha tenido en los últimos años del automóvil.] Los neumáticos, sobre todo los empleados en los vehículos pesados y especiales, pueden suponer desembolsos económicos considerables. Por eso, existe una cierta tendencia a aprovechar al máximo su rendimiento y evitar gastos de mantenimiento Esta decisión puede afectar de modo notable al componente de la seguridad, puesto que la vejez del neumático incide básicamente en sus prestaciones, como más adelante veremos.

2. El caucho, la base del neumático.

Caucho o Hule, sustancia natural o sintética que se caracteriza por su elasticidad, repelencia al agua y resistencia eléctrica. El caucho natural se obtiene de un líquido lechoso de color blanco llamado látex, que se encuentra en numerosas plantas. El caucho sintético se prepara a partir de hidrocarburos insaturados. En estado natural, el caucho aparece en forma de suspensión coloidal en el látex de plantas productoras de caucho. Una de estas plantas es el árbol de la especie Hevea Brasiliensis, de la familia de las Euforbiáceas, originario del Amazonas. Otra planta productora de caucho es el árbol del hule, Castilloa elastica, originario de México (de ahí el nombre de hule), muy utilizado desde la época prehispánica para la fabricación de pelotas, que se utilizaban en el juego de pelota, deporte religioso y simbólico que practicaban los antiguos mayas. Indonesia, Malaysia, Tailandia, China e India producen actualmente alrededor del 90% del caucho natural. El caucho en bruto obtenido de otras plantas suele estar contaminado por una mezcla de resinas que deben extraerse para que el caucho sea apto para el consumo. Entre estos cauchos se encuentran el guayule, la gutapercha y la balata, que se extraen de ciertos árboles tropicales.

Para recoger el látex de las plantaciones, se practica un corte diagonal en ángulo hacia abajo en la corteza del árbol. El corte tiene una extensión de un tercio o de la mitad de la circunferencia del tronco. El látex exuda desde el corte y se recoge en un recipiente. La cantidad de látex que se extrae de cada corte suele ser de unos 30 ml. Después se arranca un trozo de corteza de la base del tronco para volver a tapar el corte, normalmente al día siguiente. Cuando los cortes llegan hasta el suelo, se deja que la corteza se renueve antes de practicar nuevos cortes. Se plantan unos 250 árboles por hectárea, y la cosecha anual de caucho bruto en seco suele ser de unos 450 kg por hectárea. En árboles de alto rendimiento, la producción anual puede llegar a los 2.225 kg por hectárea, y se ha conseguido desarrollar ejemplares experimentales que alcanzan los 3.335 kg por hectárea. El látex extraído se tamiza, se diluye en agua y se trata con ácido para que las partículas en suspensión del caucho en el látex se aglutinen. Se prensa con unos rodillos para darle forma de capas de caucho de un espesor de 0,6 cm, y se seca al aire o con humo para su distribución. Durante la mayor parte del siglo XIX, los árboles tropicales de América del Sur continuaron siendo la fuente principal de obtención del caucho. En 1876, el explorador británico Henry Wickham recolectó unas 70.000 semillas de H. brasiliensis y, a pesar del rígido embargo que había, logró sacarlas de contrabando fuera de Brasil. Consiguió germinarlas con éxito en los invernaderos de los Reales Jardines Botánicos de Londres y las empleó para establecer plantaciones en Ceilán (Sri Lanka en la actualidad), y posteriormente en otras regiones tropicales de Asia. Desde entonces se han creado plantaciones similares en áreas comprendidas hasta unos 1.100 km a ambos lados del ecuador. Aproximadamente un 99% de las plantaciones de caucho están localizadas en el Sureste asiático. Intentos de introducir plantaciones en zonas tropicales de Occidente han fracasado a causa de la desaparición de árboles por una plaga en sus hojas.

El siguiente gran avance en la tecnología del caucho llegó una década más tarde con la invención del horno acelerador del envejecimiento del caucho para medir su deterioro. Este horno conseguía duplicar en pocos días los resultados de años de uso corriente. Ello permitió a los técnicos medir rápidamente el deterioro causado por ciertas condiciones, en especial la exposición al oxígeno de la atmósfera. El uso de estos hornos llevó a los científicos a añadir agentes antioxidantes al caucho, consiguiendo prolongar la vida de productos como los neumáticos de los automóviles. En pocos años surgieron nuevos compuestos químicos que ralentizaron marcadamente el deterioro de artículos de caucho blando, como guantes, láminas y tuberías.

3. Estructura de los neumáticos.

El conjunto total de los elementos que forman la rueda está integrado por llanta, cubierta y otra serie de elementos que pueden concurrir o no, tales como, cámara, protector, pestaña y aro del cierre, dependiendo del tipo de rueda. La llanta es el elemento metálico que mediante un perfil adecuado, soporta y sirve de apoyo a la cubierta, uniéndola al vehículo. Estas vienen definidas por su perfil. En él, podemos diferenciar varios elementos, por un lado, la pestaña sobre la que va apoyado el talón de la cubierta. De la altura de la pestaña, dependerá el buen funcionamiento de¡ vehículo, ya que si es muy baja en comparación con la sección del neumático, al entrar en una curva, éste se deformaría excesivamente; si por el contrario fuese demasiado alta, transmitiría al vehículo, todas las irregularidades del terreno, ya que no permitiría la flexibilidad de los flancos del neumático.

A la parte de la llanta sobre la que apoya el talón de la cubierta, se le denomina asiento. Este puede ser plano, o estar inclinado según un determinado ángulo. La distancia comprendida entre los dos vértices formados por los asientos del talón y las pestañas, es la que determina la anchura de la llanta. La cubierta es la parte más resistente del neumático, y está formada por la carcasa, la banda de rodamiento, los talones y los flancos. La carcasa es la que soporta la presión de inflado y los esfuerzos exteriores del neumático. Su exterior se encuentra revestido de goma, y embutidas dentro de ésta, hay varías capas de tejido, el número de éstas, dependerá de la clase de cubierta y del fin a que se vaya a destinar la misma. Su capacidad de carga, depende de este número de capas, así como de su disposición y de su resistencia.

La zona que contacta con el suelo es la banda de rodamiento. Esta aporta al neumático gran parte de sus características, tales como adherencia, tracción, resistencia al desgaste, etcétera. Además tiene un perfil que le permite transmitir al terreno, todas las fuerzas periféricas. Su composición está realizada a base de una mezcla de caucho, que le confiere una buena resistencia a la abrasión Esta banda de rodamiento, debe asegurar la adherencia del vehículo a la carretera, independientemente del estado del suelo, además de permitir la transmisión de los esfuerzos de tracción y frenado, evitando así los deslizamientos. Los talones permiten que la cubierta se ajuste a la llanta metálica. Estos se consigue mediante el montaje de unos aros de acero, que impiden a la cubierta extenderse. Los flancos están situados entre los talones y la banda de rodamiento, y son los encargados de absorber todo tipo de flexiones, tanto verticales como laterales.

De su mayor o menor rigidez dependerá el grado de confort. La estructura de los neumáticos con o sin cámara es muy parecida. En la actualidad, muchos de los vehículos calzan neumáticos sin cámara, también denominados «tubeless». Son muchas las ventajas que presentan este tipo de neumáticos frente al convencional: en caso de pinchazo, la pérdida de aire es mucho más lenta, y además es más fácil de montar que un neumático con cámara. La cámara está formada por un anillo de goma delgada y elástica que, una vez que se ha hinchado, se adhiere contra la superficie interna de la cubierta y contra la llanta o el protector. El aire es introducido a presión en el interior de ésta a través de una válvula que se encuentra adherida a la misma. Las cámaras van marcadas por el fabricante, indicando además de su nombre, un código de identificación con el tamaño del neumático que se puede montar.

El protector o flap, es la parte que protege la cámara de los roces contra llanta. A través de la válvula es posible controlar a voluntad, la entrada, salida o permanencia del aire en el interior del neumático. La elección del tipo de válvula se hará en función de la llanta o rueda y de las características del conjunto buje-tambor de freno del vehículo. En el caso de neumáticos «tubeless», las válvulas se ajusta a la llanta mediante una arandela de hermeticidad y una tuerca.

Se denomina escultura el dibujo que presenta la banda de rodarniento. La estructura de la cubierta es la parte interior de la misma y puede ser: diagonal, diagonal cinturada, y radial. La primera presenta como característica que la carcasa está compuesta por varias lonas superpuestas y cruzadas; la segunda añade a la anterior en la cima dos o tres lonas de armazón, y la radial presenta una sola lona de carcasa con aros circulares con lonas de armazón en la cima con lo que se consigue que el flanco y la banda de rodamiento sean independiente dientes.

La goma empleada en la elaboración de, las cubiertas es una mezcla de diversos cauchos. Los comúnmente empleados son: El caucho natural, los polisiprenos de síntesis, copolímeros de butadieno-estireno, polibutadieno, el caucho butil. Todos ellos son polímeros que tienen como característica común poseer moléculas de dimensiones elevadas, obtenidas por adición o condensación. Su posibilidad de alcanzar grandes deformaciones y una vez desaparecido el esfuerzo que las provocó, recuperar la forma, los hace ideales en cualquier empleo en que se precise una gran flexibilidad. Los fabricantes juegan con la composición de las mezclas para conseguir las características, naturalmente variando aquélla se puede modificar la tendencia de un neumático. Es opinión común que con goma blanda se consigue una mayor adhesión, pero no es verdad más que en una pequeña parte, la estructura del neumático es la que marca definitivamente y la calidad de esta goma no debe más que acomodarse a las cualidades de esta estructura. De otro lado, hay que resaltar, que con las radiales se han cubierto varios objetivos: Una huella de pisada uniforme dimensionalmente en todos los sentidos, característica ésta muy importante con las suspensiones modernas, en las que la rueda adquiere diversos ángulo con respecto al suelo, todo esto es consecuencia de la menor deformabilidad de la banda de rodadura. En segundo lugar, una flexibilidad de flancos excelente que mejora el confort y absorbe mucha de la energía que tiende a desplazar el vehículo lateralmente. En tercer lugar, paredes de flancos más delgadas y por tanto una mejor evacuación del calor, trae como consecuencia directa una mayor longevidad de los neumáticos.

Partes de una rueda.

4. Tipos de neumáticos.

Existen básicamente tres tipos de neumáticos, dependiendo de su construcción de carcazas,

a) Telas cruzadas. Las telas, dos o cuatros, consisten en cuerdas de rayón, poliéster o fibra de vicrio incluidas en una capa de caucho. Estas cuerdas son inextensibles, o sea que no alargan ni acortan su longitud cuando la zona del neumático entra en contacto con el pavimento, flexionado por la carga del vehículo. Este tipo de neumático es propenso a las altas temperaturas y al rápido desgaste.

b) Radiales. Las capas están formadas por cordones de acero o nylon, van de talón, en ángulo recto respecto de la banda de rodamiento. Sus ventajas son que necesitan menos material para soportar la misma carga, hay menos fricción interna, y las capas son más flexibles lateralmente, siendo la resultante menor resistencia a la rodadura, mayor duración de la banda de rodamiento y mejor adherencia. Sus desventajas son mayor dureza de marcha y mayor esfuerzo de dirección.

5. Nomenclatura.

Las cubiertas llevan grabadas las dimensiones y características; algunas marcas llevan incluso lo que se denomina la matrícula de la cubierta con lo que quedan perfectamente identificadas. A todo ello se denomina marcajes. Las medidas pueden venir expresadas en milímetros o en pulgadas, si son tres cifras corresponden a la medición en mm., en cambio, si son dos números serán generalmente pulgadas. La primera cifra indica generalmente el grosor de la cubierta, la segunda el diámetro entre talones o diámetro nominal. Las letras indican determinadas características de la cubierta. La palabra «tubeless» indica que no lleva cámara. «Regrovable» indica que se puede recauchutar. Si es radial suele llevar las letras «S» o «X». Ejemplo: 145 SR 13XZX puede ser. el marcaje de una cubierta, el primer número indica el grosor de la cubierta expresado en mm., S indica que es utilizable hasta velocidades de 180 km/h, R que es radial, 13 diámetro nominal en pulgadas, XZX es el tipo que establece la casa comercial según las características de la escultura y la banda de rodamiento. A su vez las llantas suelen llevar también los correspondientes marcajes, así podemos observar el siguiente ejemplo: 5,00 B 13 FF1-3-36, donde 5 es la distancia entre talones de llanta medido en pulgadas, B es la altura de la pestaña, 13 el diámetro nominal, FH el perfil de seguridad para evitar que se salgan los talones de la cubierta tubeless, 3 es el número de pernos de la rueda, 36 es la medida del bombeo.

6. Funciones del neumático.

Las ruedas, hemos expresado anteriormente, mantienen el contacto del vehículo con el suelo, y ejercen las siguientes funciones:

• Contribuyen al confort, para ello participan en cierta medida en la amortiguación.
• Soportan el peso del vehículo. De ahí que todos los vehículos no deben llevar el mismo tipo de neumáticos, en especial, los flancos deben diferenciarse puesto que son los receptores directos de la carga. Quizás sea una de las cuestiones menos presentes a la hora de controlar el estado del neumático y sin embargo como veremos una de las más transcendentes.
• Transmiten los esfuerzos de tracción.
• Dirigen el vehículo y lo mantienen en la trayectoria requerida por el conductor.
• Son los que transmiten la fuerza de deceleración o frenado, transformando en rozamiento dicha energía frenante.
• Participan en la sujeción del vehículo ante la tendencia del mismo a salirse en las curvas debido a la fuerza centrífuga.

7. Adherencia

El neumático debe conseguir en todo momento la mejor adherencia, que depende además de aquél, del tipo de firme y del estado en que se halle. La mejor adherencia se consigue con el suelo seco y en buen estado; si el mismo está húmedo o mojado, la adherencia del neumático liso es prácticamente nula, pues el agua actúa como lubricante del caucho. El dibujo de la banda de rodamiento es el que permite, romper la película de agua que se forma obteniéndose la debida adherencia, previniendo el hidroplaneo. Dado que en última instancia la única parte del neumático que está en contacto con el suelo es una porción de la banda de rodadura, veamos de qué manera se verifica el mecanismo de fricción caucho-suelo.

La fuerza de rozamiento se descompone en dos: una llamada de histéresis y la otra de adhesión. Cuando a un cuerpo se le somete a un esfuerzo (un cuerpo elástico naturalmente) sufre una deformación. Una vez desaparecida la causa (la fuerza) debe recuperar su forma primitiva, pero esto no sucede así cuando hay histéresis, persistiendo una pequeña deformación. Este fenómeno está muy presente en el caucho, de manera que absorbe parte de la energía provocada por el choque de la superficie de apoyo con uno de los promontorios del suelo, con lo que presenta suma importancia en los suelos rugosos. La adhesión es un fenómeno de tensión entre dos superficies en contacto, donde las moléculas establecen relación entre sí tipo eléctrico, de atracción. Supongamos que usted lleva unos zapatos con suela de madera y pisa al andar una piedra, la consistencia o indeformabilidad de la madera no permite adaptarse al obstáculo, con lo que la posibilidad de mantenerse en equilibrio es menor que si las suelas fuesen de goma, en cuyo caso se adaptarían a la forma de la piedra y la superficie contactada sería mayor. Supongamos ahora, una especie de goma que en cuanto recibiese una deformación en milésimas de segundo recuperase su posición normal, sucedería entonces que nuestro pie perdería por un momento el contacto con el suelo, con lo que el rozamiento sería menor, sin embargo si esa deformación se recupera de un modo progresivo el contacto con el suelo es más duradero y por lo tanto, mayor el rozamiento. En esto consiste el fenómeno de la histéresis.

Cuando se acerca el brazo al televisor encendido, los pelos sufren una atracción visible, debido a las cargas eléctricas, lo mismo sucede cuando dos cuerpos se hallan en contacto, las moléculas de ambos se interaccionan por las tensiones eléctricas y se produce una atracción, el fenómeno de adhesión. Lógicamente cuanto mayor sea la superficie en contacto y mayor la carga potencial de ambos cuerpos, mayor será la adhesión. De aquí, que la misma variará con arreglo al tipo de firme y de neumático que se trate. La adhesión y la histéresis son los componentes del rozamiento. Este se mide por un valor denominado coeficiente de rozamiento, que nos indica el grado en que dos superficies rozan entre ellas, cuanto mayor es esa cifra, mayor es la adherencia existente, con la consideración que dicho coeficiente siempre es relativo a dos superficies entre sí. Para determinar el coeficiente de rozamiento, se realiza la siguiente experiencia Tomemos un bloque de madera y con una cuerda lo arrastramos por el suelo, con un dinamómetro se mide la fuerza necesaria para moverlo, después sobrecargamos el bloque con diferentes pesos, midiendo las distintas fuerzas que necesitamos para desplazarlo, la relación entre el peso y la fuerza es constante y es lo que denominamos coeficiente de rozamiento.

Cuando hay mucha agua retenida en la calzada y la velocidad del coche es elevada, los canales de la escultura no tienen tiempo de evacuar toda el agua situada entre el suelo y la banda de rodadura. Entonces se origina una bolsa de agua que levanta el neumático de la calzada, como resultado el vehículo se hace ingobernable.

8. Flexibilidad.

Los neumáticos presentan tres ejes de flexibilidad: vertical, transversal y longitudinal. Mediante un perfil más bajo (disminución de altura con relación a la anchura del neumático) se consigue la flexibilidad vertical del mismo, también con inflados inferiores. Mediante un perfil mas bajo (disminución de altura con relación a la anchura del neumático) se consigue la flexibilidad vertical del mismo, también con inflados inferiores. Una rueda apoyada en el suelo cargada, cuando se somete a un esfuerzo lateral aplicado en su centro y perpendicular al plano de la rueda, sufre un desplazamiento en el sentido de la fuerza, esto se llama flexibilidad transversal, cuyas consecuencias más importantes son: Sometido a un esfuerzo brusco el dotado de mayor elasticidad será el que menor tendencia a perder adherencia mostrará; mejora la suspensión transversal, es decir, la facultad de absorber energía sin que la «pisada» del neumático cambie de lugar. Es el fenómeno denominado deriva que estudiaremos más adelante. Cuando el eje se desplaza en el sentido de avance de la rueda, el neumático se deforma en dicho sentido lo que nos dará la flexibilidad longitudinal. Este fenómeno se presenta simplemente al acelerar o frenar, momento en el que aplicamos un par de fuerzas a la rueda, el neumático se deformará amortiguando en cierta manera el esfuerzo y evitando un desplazamiento prematuro. Si el neumático es de perfil bajo, se limita el retemblor lateral, el peso queda mejor repartido y el comportamiento es mucho mejor. Se distinguen porque tras la medida del grosor de la cubierta, existe la relación entre aquél y el diámetro nominal. Ejemplo: 155/70 SR 13 indica que el ancho representa el 70 por 100 del diámetro nominal.

9. Deriva.

Se llama deriva de un neumático sometido a un empuje lateral a la variación de trayectoria registrada en el rodaje como consecuencia de una deformación de la cubierta. Una rueda en reposo sometida a una fuerza lateral ve como su pisada o zona de contacto se desplaza con relación al resto de la rueda que no está en contacto con el suelo, si ahora la rueda empieza a rodar hay una ligera variación de trayectoria que obliga al conductor a desplazar ligeramente el volante para continuar la línea recta, cuando la fuerza cese, si se va a gran velocidad las ruedas continúan giradas. Esto no sólo ocurre con el viento lateral, también al tomar una curva a velocidad considerable. La influencia de la deriva en la estabilidad del vehículo es importante, si consideramos a la estabilidad como la capacidad del vehículo para mantenerse en la trayectoria mandada por el conductor a pesar de las fuerzas externas. La deriva depende de: la fuerza lateral, centrífuga, la presión del inflado ( a mayor presión menor deriva), la carga, la velocidad, la estructura de la cubierta y la anchura de la llanta. Cuando un vehículo presenta mayor deriva en el eje delantero que en el trasero se dice que subvira (de tracción delantera), en cambio sobrevira cuando es mayor la deriva en el eje trasero, en este caso el vehículo es más inestable (tracción trasera).

10. Presión de inflado.

Uno de los elementos esenciales para hacer que el neumático sea más duradero, es la presión de inflado. De esta presión dependen las características de comportamiento, duración, resistencia a la carga, a la velocidad, a los esfuerzos exteriores, la precisión en la conducción, la adherencia, etcétera. En los vehículos industriales, la presión de los neumáticos se determina en función del peso por eje en carga y de las condiciones en las que vaya a rodar el vehículo. Los neumáticos están diseñados para que se establezca un equilibrio entre presión de inflado, carga y resistencia de la carcasa. Así cuando la presión de inflado no está en consonancia con la carga que soporta, el neumático se deforma y la banda de rodamiento no apoya correctamente sobre el suelo, lo que origina desgastes anormales. El bajo inflado provoca flexiones exageradas en la carcasa, aumentándose la temperatura interna, pudiendo provocar la rotura y dislocación de las lonas, así como su despegue. Además, el bajo inflado reduce la posibilidad de recauchutado, rebaja el rendimiento kilométrico y aumenta el consumo de combustible. El desgaste en estas condiciones de trabajo es mucho mayor en los lados exteriores de la banda de rodamiento. En el caso de neumáticos gemelados, y cuando uno de ellos está parcialmente desinflado, el rozamiento interno y externo puede producir una acumulación de calor tal, que el neumático corre el peligro de inflamarse. El sobre inflado provoca sobre la carcasa, una sobrefatiga por el aumento de la tensión en las partes interiores, pudiendo producir, incluso, roturas en el tejido de la carcasa. Además, un neumático sobre inflado se hace más duro y rígido, perdiendo adherencia y haciéndose más vulnerable a los riesgos de cortes y pinchazos. La capacidad de carga de los neumáticos se corresponde con la presión a la que están inflados. Un neumático poco cargado, presenta menos superficie de contacto con el suelo (equivale a sobre inflado), y una cubierta sobrecargada (bajo inflado) se desgasta mucho más rápidamente por los bordes.

Para cargas mayores, se corresponden presiones más altas, eso sí, sin sobrepasar el límite de carga de la cubierta que marca el fabricante.

Hay que resaltar, que la presión prescrita en las tablas, se refiere siempre a neumáticos en frío, ya que los neumáticos, al rodar, aumentan de temperatura, y con ello la presión interior.

Las presiones nunca se deben medir en caliente, es decir, tras haber recorrido varios kms., en caso necesario se deben aumentar en 0,3 kgs. las presiones encomendadas en frío. Las presiones base deben aumentarse en los siguientes casos: rodaje en autopista, vehículo muy cargado, conducción deportiva.