O Que é um Pneu

Um pneu é uma estrutura complexa constituída por diferentes tipos de materiais. É o que se chama uma estrutura compósita ou simplesmente um compósito. O pneu foi inventado em 1845 pelo cidadão escocês R.W. Thompson. O seu primeiro projecto (Figura 1 – A) consistia de um tubo constituído por várias camadas de tela impregnada com solução de borracha (índia rubber ou gutta-percha) e um revestimento exterior em couro. Este tipo de pneu foi inicialmente aplicado em carruagens puxadas por cavalos. Num posterior melhoramento (Figura 1 – B), eram utilizados vários tubos de borracha, de paredes finas, cheios de ar, revestidos exteriormente com couro. O conjunto era fixado no aro das rodas, como mostra a figura.

Figura 1 – Desenhos de versões do pneu inventado por R. W. Thompson (aerial wheel)

Extraído do livro: The History of the Pneumatic Tyre, Eric Tompkins, Dunlop Archive Project

Mais tarde – em 1888 – a invenção foi aperfeiçoada por um outro escocês, J.B. Dunlop, que então aplica o invento aos primeiros pneumáticos para bicicletas (Figura 2). Esta estrutura era composta por uma tela revestida dos dois lados com borracha, que envolvia um tubo também de borracha. Esta estrutura toroidal dispunha já de uma válvula, que permitia o seu enchimento com ar e era montada sobre o aro da bicicleta.

Figura 2 – Desenho do pneu concebido por J. B. Dunlop (mummy tyre)

Extraído do livro: The History of the Pneumatic Tyre, Eric Tompkins, Dunlop Archive Project

O sucesso deste invento atinge uma maior importância com a invenção do motor de combustão interna (1860), que se deve ao francês Étienne Lenoir. O posterior aperfeiçoamento do motor de combustão interna e a sua aplicação ao automóvel, ficou a dever-se ao particular empenhamento dos alemães G. Daimler, Carl Benz e W. Maybach (1885-1889) e dos franceses Panhard e Lavassor (1891-1895). A aplicação dos primeiros pneumáticos em veículos automóveis deve-se aos irmãos franceses A. Michelin e E. Michelin (1895). Esta aplicação e o posterior desenvolvimento da indústria automóvel proporcionaram, desde logo, um elevado crescimento da indústria de pneus. O pneu, tal como o conhecemos hoje em dia, nada tem a ver com as construções mostradas atrás. Actualmente o pneu é uma estrutura bem mais complexa, constituída por três tipos de materiais: borracha, têxtil e metal (Figura 3).

Figura 3 – Estrutura de um pneu radial.

Cortesia Pelmar Engineering Ltd., Barcelona, Espanha

A evolução que ocorreu no fabrico dos pneus desde a sua invenção manifestou-se em vários aspectos:

São aspectos que analisaremos de seguida.

Tipo de Construção

Os pneus de segunda geração apresentavam uma construção do tipo diagonal, sendo a carcaça constituída por várias telas, que eram de algodão; o número de telas indicava a resistência da carcaça – o chamado ply rating. Com a posterior utilização de materiais mais resistentes, como o rayon, poliamida, poliéster, aço e poliaramida, a designação ply rating passou a representar o número equivalente de telas de algodão. Na construção diagonal (ou bias ply) as cordas das telas vão de talão a talão e estão orientadas, de modo a formarem ângulos alternados, substancialmente inferiores a 90º em relação à linha mediana do piso. (Figura 4).

Figura 4 – Estrutura de um pneu de construção diagonal (bias)

O número de telas é, obviamente, um número par; existem vários tipos de arranjos na montagem das telas, como mostra a Figura 5. Na Figura 4 o arranjo utilizado é do tipo A-B-A-B.

Figura 5 – Pneus de construção diagonal: arranjos possíveis na montagem das telas

Os pneus diagonais podem ser ou não cintados. A colocação de cinta proporciona uma maior estabilidade da carcaça (Figura 6).

Figura 6 – Estrutura de um pneu de construção diagonal cintado (bias belted)

A construção diagonal é ainda muito utilizada, sobretudo em pneus para veículos de mercadorias e seus reboques e veículos utilizados na Agricultura. O seu processo de fabrico é fácil, particularmente o seu processo de construção. Como possuem um alto perfil (relação de aspecto – ver aqui o seu significado), é mais elevado o volume de ar contido no pneu, pelo que em serviço proporcionam um razoável conforto. Como grande desvantagem podemos assinalar o facto de em serviço ocorrem elevadas tensões tangenciais entre as telas de corpo, o que gera calor. Estas tensões são devidas às deflexões que o pneu sofre, mesmo que possuam cintas estabilizadoras. As deflexões da estrutura do pneu traduzem-se também num maior desgaste do piso por abrasão. Nos pneus de construção radial, as cordas das telas vão de talão a talão e estão orientadas de modo a formarem um ângulo sensivelmente igual a 90º em relação à linha média do piso. Esta estrutura é estabilizada por cintas circunferenciais, essencialmente inextensíveis (Figura 7).

Figura 7 – Estrutura de um pneu de construção radial (radial)

Este tipo de construção é utilizado no fabrico de praticamente todos os tipos de pneus para veículos de todos os tipos; quase a totalidade dos pneus para veículos ligeiros de passageiros são de construção radial. Este tipo de construção proporciona uma menor deflexão da estrutura do pneu sob o efeito da carga, gerando por este motivo uma menor quantidade de calor. A maior rigidez do piso por efeito da estabilização da carcaça com cintas proporciona uma menor resistência ao rolamento, maior facilidade ao curvar e melhora a resistência do piso ao desgaste. Constitui uma desvantagem deste tipo de construção o processo de fabrico, por englobar um maior número de operações de construção (o número de componentes é bem mais elevado), traduzindo-se, em consequência, em custos de produção mais elevados.

Fixação do Pneu à Jante (Zona do Talão)

Desde que o pneu foi inventado, a zona do talão evoluiu também em concepção e nos materiais utilizados. Em 1892 foi introduzido nos Estados Unidos o sistema beaded edge tyre, posteriormente adoptado na Europa (Figura 8). Foi utilizado em pneus de bicicletas e em pneus de automóvel até 1924 e em pneu de motociclos até 1927.

Figura 8 – Talão do tipo beaded edge

Extraído do livro: The History of the Pneumatic Tyre, Eric Tompkins, Dunlop Archive Project

Este sistema de fixação do pneu à jante, consistia em dois aros de borracha dura, envolvidos por tela revestida a borracha. Tudo isto acontece com a simultânea evolução dos simples aros de fixação – em madeira ou em ferro, para formas de suporte que deram origem aos actuais sistemas de jantes. Embora o primeiro talão com arame de aço tenha surgido em 1900, em concepção de Dunlop (Figura 9), somente a partir de 1924 foi adoptado no fabrico de pneus de automóvel.

Figura 9 – Pneu Dunlop com arame no talão (1900)

Extraído do livro: The History of the Pneumatic Tyre, Eric Tompkins, Dunlop Archive Project

Até aos dias de hoje o sistema evoluiu de apenas um arame para sistemas com vários arames de aço e com várias configurações (arames de talão para pneus de velocípedes, para veículos de passageiros e para veículos de mercadorias) (Figura 10).

Figura 10 – Vários tipos de configuração de arames do talão

 

Materiais Utilizados no Fabrico de Pneus

Materiais de Reforço da Carcaça

O primeiro material têxtil a ser utilizado no fabrico de pneus (J. B. Dunlop, 1888) foi o linho. Porém, devido ao seu custo, o linho foi progressivamente substituído pelo algodão, que se tornou o material por excelência a partir de 1910. Em 1915 a empresa americana Palmer Tyre Company, de Detroit, USA, fabricou pneus com o primeiro tipo de cord para pneus. Este material não era, de facto, um tecido tipo cord semelhante ao actual (Figura 11), pois não possuía trama. Os fios eram mantidos paralelos numa matriz de borracha.

Figura 11 – Tecido cord para o fabrico de pneus

O algodão é um material com uma resistência mecânica baixa e por outro lado a sua resistência à humidade é também limitada.

A descoberta das fibras artificiais e sintéticas permitiu uma progressiva melhoria da qualidade da carcaça. Assim, em 1923 foram produzidos os primeiros pneus com cordas de rayon, material que teve o seu apogeu de consumo cerca de 1955. Actualmente é ainda utilizado na Europa e em particular no fabrico de pneus de rolamento em vazio (runflat tyres), sendo utilizado nas telas de corpo.

Em 1937 foram produzidos os primeiros pneus, para camião, com cordas de aço. É um material de elevada resistência mecânica, utilizado em telas de corpo e quase sempre nas cintas de pneus radiais. A boa rigidez que confere à estrutura dos pneus permite um curvar fácil e também uma maior resistência do piso ao desgaste por abrasão. Em 1948 Michelin introduziu os pneus com cintas de aço e estrutura radial. Contudo, a adopção desta tecnologia apresenta um maior desenvolvimento a partir de 1965, mas somente a partir de 1976 é que o aço apresenta um crescimento progressivo do seu consumo, até aos dias de hoje.

Não nos devemos esquecer que o aço, desde 1900, é também utilizado na confecção dos talões.

Os cabos de aço apresentam a sua superfície com um revestimento de latão, o que proporciona uma boa ligação química com os compostos de borracha em contacto, que são, por sua vez, devidamente formulados.

Em 1947 foram produzidos os primeiros pneus com poliamida (nylon 6.6),no reforço de pneus de camião; mais tarde foi desenvolvido o nylon 6 e a utilização do nylon estendeu-se aos pneus para veículos ligeiros de passageiros; o fabrico de pneus de nylon teve o seu apogeu cerca de 1980, tendo o seu consumo baixado progressivamente. A sua utilização em telas de corpo é muito limitada (obriga a uma operação suplementar de pressurização após a vulcanização (post cure inflation), para evitar que a carcaça sofra contracções elevadas durante o seu arrefecimento, após a vulcanização. Actualmente, as telas de nylon são utilizadas em vários tipos de cintas e nas tiras de protecção localizadas junto às extremidades das cintas de aço.

O uso de poliéster foi iniciado em 1962. Este material mostrou-se particularmente conveniente para o fabrico de pneus radiais e de pneus diagonais cintados. Actualmente é utilizado sobretudo nas telas de corpo de pneus radiais e muito raramente nas cintas. É um material com boa resistência mecânica, baixo valor de contracção. Apresenta uma menor resistência ao calor do que o nylon e o rayon. O seu consumo apresenta uma tendência continuamente crescente, embora com uma taxa de crescimento muito inferior à do aço.

A fibra de vidro foi aplicada pela primeira vez em 1963. Possui uma excelente resistência mecânica, mas uma fraca resistência à fadiga por flexões. Telas em fibra de vidro são utilizadas em cintas.

As fibras de poliaramida (Kevlar, Twaron) foram utilizadas (1970), em substituição das cordas de aço, em pneus de competição. Material de elevada resistência mecânica, rigidez e resistência ao calor. Possui, contudo um preço elevado. É utilizado em cintas de estabilização, em substituição de cintas de aço, nomeadamente em situações em que se pretende obter uma redução de peso. Mas a sua utilização é relativamente reduzida, devido ao seu elevado custo.

Borrachas

Os primeiros pneus foram produzidos com borracha natural, borracha que continuou a ser utilizada até à descoberta e produção da borracha sintética (1916, Alemanha, borracha Buna S). Porém, a utilização de borracha sintética no fabrico de pneus, à escala comercial, deve-se à empresa americano B. F. Goodrich e acontece em 1940.

Os compostos de borracha natural sofreram também, desde a descoberta da vulcanização, várias fases de desenvolvimento. A descoberta do efeito do óxido de zinco, dos aceleradores de vulcanização, dos ácidos gordos, do negro de carbono, das cargas minerais, dos antioxidantes, etc. permitiu, não somente, reduzir de uma forma bem significativa os tempos de vulcanização, como também melhorar as propriedades físicas e mecânicas das borrachas, nomeadamente a sua resistência ao desgaste (particularmente importante nos compostos do piso e da borracha exterior do talão).

O aperfeiçoamento das composições das borrachas permitiu também melhorar aspectos tão importantes como:

Os elastómeros mais utilizados no fabrico dos diferentes compostos de borracha são os seguintes (Quadro 3):

Quadro 3 – Elastómeros utilizados
Composto	Elastómeros
Piso (banda de rodagem)	NR, BR, SBR
Capa	NR, IR, BR
Sub-capa	NR, IR, BR
Calandragem de telas diversas	NR, BR, SBR
Calandragem de telas de aço	NR, BR, SBR
Parede lateral	NR, BR, SBR, CR, EPDM
Forro interior	CIIR, BIIR
Cunha, enchimento do talão ou apex	NR, SBR
Revestimento dos arames do talão	NR

 

Outros Aspectos Relacionados com o Pneu e sua Evolução

Em 1903 P. W. Litchfield, americano, da empresa Goodyear Tire Company, patenteou o pneu sem câmara-de-ar (tubeless tyre). Contudo, a comercialização deste tipo de pneus ocorre somente a partir de 1954.

Em 1911 o americano Philip Strauss inventou a combinação de sucesso pneu/câmara-de-ar (tyre/inner tube), que foi comercializada pela sua empresa Hardman Tire & Rubber Company. O declínio da utilização desta combinação iniciou-se com a expansão dos pneus tubeless, pneus que passaram a equipar os veículos novos (OE – Original Equipment), a partir de 1955. As Câmaras-de-Ar começaram por ser fabricadas com borracha natural, o que obrigava a uma frequente reposição da pressão recomendada, face às suas fracas características de impermeabilidade ao ar. Mais tarde passaram

Zonas do Pneu

Na Figura 12 mostram-se as principais zonas de um pneu e que são o piso, ombro, parede lateral e talão. A figura mostra ainda os diversos componentes do pneu do tipo tubeless, sendo visível ainda a jante e a válvula.

 Figura 12 – Zonas do pneu. Cortesia de Maxxis International, Taipei, Taiwan

Piso (Tread)

O piso é a zona do pneu que está em contacto com o solo e que permite transmitir as forças de tracção e de travagem.

Ombro (Shoulder)

O ombro é a zona do pneu que corresponde à transição do piso para a parede lateral. Desempenha um papel muito importante na vida de um pneu e constitui, por este motivo, uma zona muito crítica. Nesta zona, onde se localiza a terminação das cintas, exercem-se solicitações muito severas e complexas, traduzidas em efeitos de fadiga por flexão e aquecimento. Esta zona do pneu, com a parede lateral, influi também, de forma relevante, na resistência ao rolamento.

Parede Lateral (Sidewall)

A parede lateral é a parte do pneu situada entre o ombro e a zona que deve ser coberta pelo rebordo da jante. Tem várias funções:

A borracha da parede lateral deve apresentar boa resistência à fadiga, ao calor, à intempérie, à acção do oxigénio, do ozono e da radiação ultravioleta. Constitui também uma protecção desta zona da carcaça contra impactos e acções abrasivas.

Talão (Bead)

O talão é a parte do pneu que suporta toda a carga que lhe é transmitida. A sua forma e estrutura permitem a sua adaptação e fixação à jante (Figura 13).

 Figura 13 – Tipos de jantes

Zona Baixa do Pneu (Lower tyre área)

Muitas vezes é referida a zona baixa do pneu, que é a zona compreendida entre a secção máxima do pneu e a zona destinada a ser coberta pelo rebordo da jante.

Componentes do Pneu

Como mostramos nas Figura 3 e 12, um pneu é constituído por vários componentes, exercendo cada um deles uma determinada função no seu desempenho em serviço.

Piso (Tread)

O piso é a parte do pneu concebida para estar em contacto com o solo, permitindo transmitir as forças de tracção e de travagem. Deve possibilitar, por isso, uma boa aderência nos vários tipos de pavimentos, em condições de seco, molhado, neve e calor e proporcionar o grau de tracção adequado com o tipo de solo em contacto; deve também proporcionar uma agradável e segura condução, nomeadamente nas mudanças de direcção. O piso protege também a carcaça contra do efeito dos impactos com as irregularidades do pavimento. Deve apresentar também uma boa resistência ao desgaste, para poder proporcionar uma boa durabilidade. Outros aspectos, não menos importantes, são oferecer uma baixa resistência ao rolamento e proporcionar um baixo nível de ruído.

Capa (Sub-tread)

A capa, se utilizada, é um componente em borracha que se destina a minimizar a temperatura do piso e a proporcionar uma menor resistência ao rolamento. Trata-se de um composto de borracha de muito baixa histerese. A qualidade deste composto intervém também na obtenção de um baixo nível de ruído.

Sub-Capa (Undertread)

A sub-capa é uma fina camada de borracha existente entre o piso e a cinta de protecção ou entre a capa e a cinta de protecção. Visa proporcionar uma boa adesão entre os componentes do piso e o conjunto de telas estabilizadoras.

Telas de Corpo (Body plies)

As telas de corpo são as telas que, com disposição diagonal ou radial (neste tipo de construção pode existir apenas uma tela), vão de talão a talão. A sua função é de resistir mecanicamente à pressão de enchimento do pneu, às cargas a que este é solicitado e aos impactos recebidos na parede lateral. Estas telas podem ser de rayon, poliéster ou aço. Actualmente, mais raramente são de poliamida.

Carcaça (Carcass)

A carcaça é a parte estrutural do pneu, sem ser o piso e as paredes laterais de borracha, que, quando o pneu está insuflado, suporta a carga. Deve assegurar uma condução confortável, mantendo baixos níveis de vibrações e de ruído; apresentar uma baixa resistência ao rolamento, de forma a permitir obter baixos consumos de combustível.

Cintas (Stabilization plies)

As cintas existem em pneus com estrutura radial ou pneus diagonais cintados. Correspondem a uma ou mais camadas de materiais têxteis (telas de poliamida revestidas com borracha) ou metálicos (tela de aço latonado, revestidas com borracha), subjacentes ao conjunto piso/capa/sub-capa e orientadas sensivelmente na direcção da linha mediana deste, de modo a assegurar a restrição circunferencial da carcaça.

Talão (Tyre bead)

O talão é a parte do pneu que suporta toda a carga que lhe é transmitida. É constituído por vários arames de aço com revestimento superficial de latão, revestidos por sua vez com borracha de composição adequada. O número de arames, o seu diâmetro e a sua disposição variam com o tipo de pneu e também de fabricante para fabricante (veja-se a Figura 10). A sua forma e estrutura permitem a sua adaptação e fixação à jante (veja-se a Figura 13).

Enchimento do Talão (bead filler ou apex)

O enchimento do talão é um componente constituído por uma borracha de dureza mais elevada, que se destina a preencher o volume compreendido entre a parte superior do talão e delimitado, lateralmente, pelas telas de corpo e pelo seu retorno, depois de envolverem os talões (veja-se Figura 12). Parecendo um componente de menor importância, a verdade é que as suas dimensões e a dureza da borracha que o constitui afectam o desempenho do pneu, nomeadamente no conforto e na condução.

Forro Interior (Innerliner – para os pneus Tubeless ou Squeegee – para os pneus com câmara-de-ar)

O forro interior para pneus do tipo sem câmara-de-ar (tubeless tyres) (veja-se a Figura 3 e a Figura 12), consiste numa fina camada de borracha de composição especial, baseada em borracha de butil halogenado, borracha que possui uma grande impermeabilidade aos gases, nomeadamente ao ar e ao azoto. Permite, assim, manter por longos períodos, a pressão de enchimento do pneu.

O forro interior para os pneus que utilizam câmara-de-ar consiste numa fina camada de borracha (Squeegee Rubber), cuja finalidade é evitar um forte atrito entre a câmara-de-ar e os cords da tela de corpo os quais, ainda que revestidos com borracha, apresentam sempre uma certa rugosidade.

Funções do Pneu

Num veículo automóvel, os pneus montados nas jantes constituem o elemento mecânico que estabelece o contacto entre a restante estrutura do veículo e o pavimento. As principais funções de um pneu são as seguintes:

 

 Características Dimensionais dos Pneus

Os pneus apresentam várias características dimensionais, que vamos passar a descrever. Algumas dessas características dimensionais são utilizadas nas marcações que o identificam, como veremos mais adiante. As características dimensionais, que vamos passar a descrever, são ilustradas na Figura 14.

Figura 14 – Características dimensionais do pneu

Largura da Secção (L)

É a distância linear entre as faces exteriores das paredes laterais de um pneu montado na jante de medida especificada e insuflado a uma pressão também especificada, excluindo o relevo constituído pelas inscrições, decorações, cordões ou frisos de protecção.

Largura Total (L’)

É a distância linear entre as faces exteriores das paredes laterais de um pneu montado na jante de medida especificada e insuflado a uma pressão também especificada, incluindo as inscrições, decorações, cordões ou frisos de protecção.

Diâmetro Exterior do Pneu (D)

É o diâmetro máximo do pneu montado na jante de medida especificada e insuflado a uma pressão também especificada.

Diâmetro Nominal da Jante (d)

É o diâmetro da jante sobre a qual o pneu se destina a ser montado. O diâmetro da jante é um número convencional d, que caracteriza o diâmetro nominal da jante e corresponde ao seu diâmetro expresso em polegadas (números inferiores a 100) ou expresso em milímetros (números superiores a 100).

Altura da Secção (H)

É a distância igual a metade da diferença existente entre o diâmetro exterior do pneu (D) e o diâmetro nominal da jante (d):

Raio Estático (R_estático)

O raio estático é a distância entre o eixo do pneu e o nível do solo, de um pneu montado num veículo automóvel na posição de parado, na jante de medida especificada e insuflado a uma pressão também especificada.

Relação Nominal do Aspecto

A relação nominal do aspecto (RA) é o cêntuplo do cociente que se obtém dividindo a altura da secção do pneu H pela sua largura L, com as duas dimensões expressas na mesma unidade (Figura 15).

Figura 15 – Relação de aspecto

A relação de aspecto é também designada por perfil ou série. Para pneus de construção diagonal, a relação nominal de aspecto varia, tipicamente, entre 96 e 70. Para pneus de construção radial, a relação nominal de aspecto varia, tipicamente, entre 95 e 25. Desde a invenção do pneu que esta relação tem vindo a diminuir progressivamente, como se mostra na Figura 16.

Figura 16 – Evolução de relação nominal de aspecto (esquemático)

Características Funcionais dos Pneus

Índice de Capacidade de Carga

O Índice de capacidade de carga ou simplesmente Índice de carga é um código numérico que indica a carga máxima que o pneu pode suportar à velocidade característica da classe correspondente e quando é utilizado em conformidade com as prescrições do fabricante (Quadro 4).

(Clicar para ampliar)

Um pneu pode ter mais de um índice de carga para indicar a sua capacidade de carga quando é utilizado em montagem simples ou em montagem geminada, ou para indicar uma outra capacidade de carga (ponto único) relativamente à qual não é autorizada variação de carga, nos termos do N.º 2.35 e do anexo 8 do regulamento N.º 109. 

Símbolo de Velocidade

O Símbolo de Velocidade de um pneu, é um símbolo alfabético (Quadro 5) que indica a velocidade à qual o pneu pode suportar a massa indicada pelo correspondente índice de carga.

Quadro 5 – Símbolos de velocidade
Símbolo de velocidade	Velocidade máxima(km/h)	Símbolo de velocidade	Velocidade máxima(km/h)
A1	5	L	120
A2	10	M	130
A3	15	N	140
A4	20	P	150
A5	25	Q	160
A6	30	R	170
A7	35	S	180
A8	40	T	190
B	50	U	200
C	60	H	210
D	65	V	240
E	70	Z	>240
F	80	W	270
G	90	(W)	>270
J	100	Y	300
K	110	(Y)	>300