Rubrica: Le domande dei lettori
Titolo o argomento: Ipotesi dei danni provocati dall’ingresso accidentale di un corpo estraneo in un pneumatico in fase di montaggio
Rispondendo a: Franco e amici dalla Svizzera
Se ad esempio dovesse entrare accidentalmente un bullone in un pneumatico durante la fase di montaggio dal gommista, cosa succederebbe? Si potrebbe bucare o deformare il pneumatico dall’interno? Durante la fase di bilanciamento ci si accorgerebbe del corpo estraneo?
Risposta
Premesso che un corpo estraneo, il quale inavvertitamente entra all’interno di un pneumatico in fase di montaggio, non può avere dimensioni e massa elevate (altrimenti sarebbe chiaramente visibile all’operatore oppure non riuscirebbe a passare), le ipotesi che seguono fanno riferimento all’ingresso inavvertito di un bullone (vite + dado) oppure di un oggetto di simili proporzioni e forma irregolare all’interno dell’insieme cerchione-pneumatico durante la fase di montaggio di quest’ultimo.
Il fatto è che la massa di un bullone, accelerato all’interno di un pneumatico, temo non sia sufficiente per poter deformare il pneumatico stesso dall’interno. L’armatura metallica che costituisce la carcassa molto probabilmente reggerebbe. Inoltre la spinta da parte del bullone difficilmente potrebbe essere concentrata in un punto e, molto probabilmente, il bullone non starebbe mai fermo anche se si procedesse di moto rettilineo uniforme in quanto le irregolarità della strada lo farebbero comunque oscillare e cambiare di posizione. Pensandoci poi meglio, gli strumenti per l’equilibratura possono rilevare uno squilibrio solo nel caso il bullone sia fissato sul cerchione o sul copertone. In alternativa probabilmente lo strumento potrebbe dare un segnale di errore e chiedere di ripetere l’analisi, oppure approssimare l’esito come se il bullone non fosse presente. Si può inoltre ipotizzare che il conducente non rilevi vibrazioni provenienti dal pneumatico bensì un tintinnio simile ad un sasso che sbatte in un contenitore messo in rotazione. Gli urti contro il pneumatico sarebbero attutiti mentre quelli contro il cerchione, in particolar modo quando si riduce la velocità periferica della ruota, sarebbero facilmente avvertibili e piuttosto evidenti. Si avrebbe forse la sensazione di un importante guasto al cuscinetto ruota o al cerchione stesso però la marcia proseguirebbe regolarmente. Quello che poi può succedere insistendo nella marcia, è tutto da testare. I continui urti del bullone all’interno della ruota potrebbero danneggiare il cerchione innescando pericolose cricche che potrebbero portare ad una perdita di pressione. Forse alla lunga l’interno del copertone accuserebbe lacerazioni e tagli dovuti ad eventuali spigoli accentuati del bullone inteso come insieme vite+dado. Se si considera il solo dado, invece, penso si potrebbe prolungare la marcia prima di accusare un danno non trascurabile. Gli effetti diminuiscono quanto minore è la massa di un dado e quanto più smussate sono le sue superfici. Se si arriva ad ipotizzare un corpo sferico, caduto accidentalmente all’interno del pneumatico in fase di montaggio e non rilevato dalla macchina per l’equilibratura, si potrebbe avere un largo margine in cui non si presentano danni ma si avverte un rumore “effetto sassolini” fastidioso e allo stesso tempo preoccupante.
La simulazione
Nelle immagini che seguono vediamo degli screenshot raffiguranti 5 fasi di una simulazione fisica che abbiamo effettuato con Algodoo (Vedi l’articolo: “Simulare la fisica con Algodoo“). Nella scena sono compresi la carcassa semplificata di un pneumatico e un oggetto metallico dalla forma irregolare, per entrambi vengono simulati i relativi materiali con le rispettive caratteristiche fisiche (massa, densità, attrito…). Fa inoltre parte della simulazione la forza di gravità, le forze di attrito in gioco, la presenza dell’aria e, ovviamente, la rotazione del pneumatico con momenti a moto costante, altri a moto accelerato ed altri ancora in cui il pneumatico è soggetto a vibrazioni assimilabili a quelle provocate da un fondo irregolare quale è il manto stradale. Per evidenziare il percorso abbiamo dotato il corpo estraneo di un “tracer” ovvero di un tracciante dotato di dissolvenza utile a capire dove si trovava l’oggetto stesso pochi istanti prima.
Ad un basso numero di giri (Fig. 1), con velocità periferica costante, l’oggetto metallico dalla forma irregolare tende ad essere trascinato nella rotazione dal pneumatico tuttavia, raggiunta una certa pendenza, la forza di gravità tende a riportarlo verso il basso in quanto la forza normale agente sul corpo è molto piccola e la forza tangenziale vince l’attrito. Non appena la quota raggiunta dall’oggetto diminuisce, cala la pendenza e nuovamente l’attrito vince sulla forza tangenziale riportando più in alto l’oggetto. Ad un basso numero di giri questo fenomeno si ripete in modo alterno con possibilità di danni di carattere abrasivo piuttosto limitati in quanto, anche se l’oggetto presentasse forma irregolare e spigoli taglienti, le forze in gioco sono contenute e, data la resistenza di un pneumatico ordinario, non innescano particolari fenomeni critici.
Aumentando il numero di giri (Fig. 2), il moto diventa accelerato, le forze in gioco variano continuamente direzione, verso e intensità in quanto si ripresenta il fenomeno precedente ma con un effetto amplificato che si traduce in urti e rimbalzi. Quest’ultimi non permettono una stabile alternanza di saliscendi come nel primo caso. Nel caso l’oggetto abbia una superficie irregolare e spigoli taglienti la possibilità di danni è comunque contenuta per via della massa ridotta che può avere un piccolo oggetto accidentalmente introdotto all’interno del pneumatico duranta la fase di montaggio. Con una massa ridotta, per arrivare a fenomeni rilevanti, è necessario sottoporre l’oggetto ad accelerazioni molto elevate. Inoltre è opportuno notare che l’oggetto difficilmente colpirà ripetutamente il medesimo punto e, anche se ciò accadesse, non avrebbe una massa e un’accelerazione tali da riuscire a perforarlo attraversandolo ed uscendo all’esterno.
Quando la velocità periferica si fa consistente (Fig. 3) il corpo estraneo aderisce alla parete interna del pneumatico rimanendo fermo in un punto di equilibrio in quanto la forza normale al punto di contatto oggetto-pneumatico diventa prevalente. Tuttavia l’oggetto rimane fermo in un punto solo se il moto circolare del pneumatico è costante (o subisce minime variazioni) e se il fondo stradale è rappresentato da un piano perfetto. Ovviamente si tratta di condizioni ideali. Simulando alcune sconnessioni del manto stradale (Fig. 4) il corpo estraneo ricomincia i suoi rimbalzi con una frequenza proporzionale alle irregolarità della strada.
Infine, durante una frenata (Fig. 5), è possibile osservare come il corpo estraneo si distacchi dalla parete interna del pneumatico e il suo moto, prima del nuovo contatto contro un altro punto della parete stessa, diventi parabolico come quello di un proiettile. Senza entrare troppo nello specifico, anche questa situazione mostra come sia difficile che un corpo estraneo entrato accidentalmente all’interno del pneumatico (in fase di montaggio) possa rimaner fermo a lungo nello stesso punto.
