TODO SOBRE NEUMÁTICOS II: CUESTIÓN DE AGARRE
Alguna vez os habéis preguntado por qué las ruedas de los coches son de caucho o por qué los equipos eligen unos compuestos de neumáticos y no otros para la disputa de un Gran Premio. Si queréis resolver esas dudas ya sabéis, seguid leyendo.
En la anterior entrega de la serie centré el trabajo en analizar la estructura interna de los neumáticos. Todas las partes son importantes ya que confieren estabilidad y dureza a la cubierta pero la última destaca sobre el resto: la banda de rodadura. Esta capa de goma es el único elemento del neumático que está en contacto directo con el suelo, proporcionando la adherencia (agarre, grip) necesaria al coche, tanto en suelo seco como en mojado, de ahí su importancia.
El agarre no es un valor estable, depende de una infinidad de factores como son la temperatura, el área de contacto, las condiciones del asfalto, la fuerza que ejerza el coche sobre las ruedas, etc., y se produce gracias a la fricción (rozamiento) que existe entre la superficie de la goma contra el suelo. La composición de la goma que forma la banda de rodadura es vital para el rendimiento futuro de la rueda. En la actualidad se emplea el caucho con base para el compuesto y se van añadiendo diferentes proporciones de carbón, sulfuro (azufre) y aceite para modifican su dureza. Normalmente cuanto más aceite tenga, más blando será.
La creencia general es vincular goma blanda con velocidad y eso no es del todo cierto. Si os pregunto ¿qué compuesto de neumático, blando o duro genera más agarre y permite ir al coche más rápido? Seguro que la mayoría habrá elegido el primero. En determinadas condiciones esa respuesta es la acertada pero realmente no es siempre así. Dependiendo de la superficie sobre la que se circule un compuesto más duro puede generar mejores prestaciones que otro blando. Por tanto asociar de manera preconcebida dureza y agarre suele generar demasiados errores.
Decir que una goma blanda no tiene que ser obligatoriamente la que más agarre produce nos puede resultar chocante. Para saber por qué una goma genera más agarre que otra tendremos que mirar a su estructura molecular y revisar una serie de propiedades que hacen factible el agarre, entre ellos la viscoelasticidad. Vamos a verlo.
Viscoelasticidad
El caucho vulcanizado es un material viscoelástico. Un material viscoelástico es aquel que se presenta propiedades viscosas y elásticas a la vez. Pese a que los materiales viscoelásticos se pueden deforman bastante al aplicar una fuerza sobre ellos tienen la capacidad de recuperar su forma original cuando esa fuerza deja de ejercerse. Un ejemplo. Tenemos un maravilloso colchón fabricado con un material viscoelástico y nos tumbamos de lado para dormir la siesta. El peso hace que el material adopte la forma del cuerpo con facilidad. Una vez acabado el sueño reparador nos levantamos y el colchón permanece deformado un instante pero pasados unos segundos vuelve a su estado original, es decir, totalmente recto.
¿Qué pasa cuando la banda de rodadura se pone en contacto con el suelo? Exactamente lo mismo. Si viéramos con un microscopio la zona de contacto veríamos como la goma se deforma y adopta en parte el perfil de las irregularidades que hay en el asfalto. Una vez pasado el obstáculo la goma vuelve a su estado original. Esta sencilla pero maravillosa propiedad genera la mayor parte del poder de agarre de un neumático. Sin ella, la vida sería más complicada para todos.
El problema que tiene estos materiales es que al repetir muchas veces el ciclo no terminan de recuperarse del todo y quedan deformados, y lo sé por experiencia; tuve que cambiar el colchón hace poco por eso. Este inconveniente acarrea importantes quebraderos de cabeza a los equipos de F1 ya que es la base fundamental del deterioro del neumático, pero eso lo analizaré en la próxima entrega.
Bien, de todo este ciclo el punto que nos interesa conocer mejor para entender el mecanismo que produce el agarre es el momento exacto donde el material se deforma para adaptarse a la superficie del asfalto. En ese instante entra en escena los tres mecanismos responsables de generan la fricción que permite el agarre: la adhesión, el desgaste y la histéresis. ¡Ya empezamos con las palabritas raras! Con lo bien que íbamos. No os preocupéis, voy a intentar aclararlo. Vamos por partes.
Adhesión
La adhesión es la unión física entre las superficies de dos cuerpos que por su naturaleza tienden a estar separados. Solo con la adhesión se obtiene la mayor parte de las fuerzas de fricción entre el neumático y el suelo. De no existir los vehículos patinarían, no podrían girar, acelerar o frenar.
Da igual el material que tengan las superficies (iguales o diferentes), da igual que sean sólidos, líquidos o gaseosos, siempre existen fuerzas de adhesión. Eso sí, la cantidad de lazos de unión dependerá de una serie de factores. Se podrán crear más o menos, pero siempre se crearán. Cuando las superficies de contacto pertenecen a dos cuerpos sólidos, la adhesión se puede mejorar puliendo y aumentando la superficie de contacto. A mayor superficie mejor será adhesión ya que el número de los lazos de unión se multiplica debido a la gran cantidad de moléculas que hay en contacto. Tanto es así que dos piezas grandes de cristal perfectamente pulidas pueden unirse de manera inseparable simplemente al ponerse en contacto entre si sin necesidad de pegamento.
Para romper las uniones tendremos que tirar de los objetos. La fuerza a administrar será proporcional al número de uniones existentes. La cosa se complica si pretendemos que las dos superficies se desplacen entre si. La fuerza a emplear en este caso es muchísimo mayor y la conocemos como resistencia.
Volviendo al caso que nos ocupa, la superficie del asfalto dista de ser similar a la encontrada en el vidrio. Es rugosa, áspera, con deformaciones, sobre todo si lo observamos al microscopio. Esto hace que haya poca superficie de unión si ponemos la goma de la rueda encima pero ahí entra en escena la viscoelasticidad.
Como vemos en la gráfica superior, cuando se ejerce una fuerza vertical el caucho se adapta a las irregularidades de la carretera, aumentando el área de contacto. Más área en contacto implica mayor adhesión entre las moléculas de las superficies sometidas a fricción y por tanto el agarre aumenta.