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Caracterização Físico-Química de Anomalias em Pneus
Criação de um Protocolo de Testes Forenses
Albertina Isabel Campos da Cruz Rodrigues Soares
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química
Mestrado Integrado em Engenharia Química
Orientador: Prof.ª Doutora Ana Paula Vieira Soares Pereira Dias
Co-orientador: Prof. Doutor João Manuel Pereira Dias
Júri:
Presidente: Prof. Doutor José Manuel Félix Madeira Lopes
Orientador: Prof.ª Doutora Ana Paula Vieira Soares Pereira Dias
Vogal: Prof. Doutor Luís Filipe da Silva dos Santos
Dezembro de 2015
-14,0
-12,0
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-6,0
-4,0
-2,0
0,0
0 100 200 300 400 500 600 700 800
DT
G (
u.a
.)
T (ºC)
Amostra 1:zona do piso rebentada
Amostra 1:zona do piso sem sinais de rebentamento
ii
Agradecimentos
Não existe trabalho bem feito e completo que seja fruto do conhecimento individual. A união fará
sempre a força. Uma dissertação de mestrado não é excepção, e acredito que para referenciar
quem foi fundamental, é preciso agradecer a atenção.
Agradeço assim à Engª. Maria Isabel Leiria, por ter disponibilizado o material necessário e a
estufa para a realização dos testes laboratoriais, e por ter sempre estado disponível. Agradeço
também ao Dr. Francisco Pereira pelas análises termogravimétricas feitas às minhas amostras,
e ao Dr. Luís Santos pela ajuda disponibilizada na realização dos testes de infravermelho.
Agradeço à Sra. Sílvia Valente por ter fornecido os dados estatísticos da ACAP, e ao Sr. Pedro
Barros por ter sido tão prestável a informar sobre o funcionamento da Biogoma e a enviar
amostras.
Agradeço também ao Sr. Ricardo Cardoso, da Bridgestone Portugal, que foi essencial em todo
o apoio que deu em informação, amostras, a atenção que teve em receber-nos, e a representar
a marca, e os produtores, nesta jornada que foi aprofundar o mundo do pneu; Acredito que o
golpe de sorte que tive em o ter a acompanhar-me neste processo foi mais que um acaso, foi o
necessário para que conseguisse escrever sobre o tema, e por isso o mais profundo
agradecimento será sempre para a ajuda que me deu.
Como para todos os ensaios as condições ambientais são essenciais para se obter os resultados
ideais, a capacidade de aprender depende também do ambiente em que se está, por isso tudo
o que aprendi foi feito com todo o prazer e nas melhores condições com os meus companheiros
de laboratório, João, Aguilar, Mariana, que me apoiaram e acompanharam neste percurso,
sabendo que não deve ter sido fácil trabalhar com pneus por todo o laboratório. Obrigada também
ao Sr. Hélder pela faca de sapateiro que tão útil foi para laminar as amostras.
Sem dúvida que tive uma dissertação a entregar devido ao apoio de todos os amigos que me
acompanharam até eu chegar aqui, obrigada por fazerem a escola, e posteriormente o Técnico,
sítios agradáveis de estar. A vida não era a mesma coisa sem vocês. Obrigada também a todos
os professores que me fizeram gostar de aprender. E a todos os auxiliares que os ajudaram.
Á minha professora e orientadora, Ana Paula Dias, obrigada por aceitar orientar-me e dar-me
asas com um tema motivador, e por ter sempre compreendido as minhas necessidades. Espero
que me acompanhe neste futuro que agora começa, como a amiga que mostrou ser nestes
meses, para todos nós. Obrigada também ao meu co-orientador, professor João Dias, por nos
apoiar neste processo.
E ao meu melhor amigo, companheiro de amores e aventuras, Hélder Figueiredo, agradeço por
ter estado comigo sempre, estivesse eu em pleno voo ou aterrando de emergência nesta viagem
que foi a dissertação, aliás, que foi o Técnico.
Por fim, em todas as pirâmides de suporte a base não se vê mas é fundamental, por isso
agradeço à minha família por estar sempre lá, por me deixarem chegar aqui. Em particular
agradeço ao meu pai que cortou pneus e ouviu-me incansavelmente dissertar sobre estes, à
minha tia Neta e ao Luís por ouvirem tão incansavelmente como o meu pai, e sempre em especial
à minha mãe, que, no fim, e resumindo o irresumível, foi quem me ensinou a agradecer.
iii
Resumo
As estatísticas apontam para a existência duma correlação entre os acidentes rodoviários e o
estado dos pneus dos veículos envolvidos.
Os pneus são constituídos por materiais compósitos, complexos, tendo na sua composição
quantidades apreciáveis de borrachas, negro de fumo e sílica entre outros componentes
susceptíveis de caracterização físico-química. As suas performances, e consequentemente o
nível de segurança que conferem ao veículo que equipam, dependem dessas características.
Com o objectivo de estabelecer um protocolo para a caracterização forense de pneus estudou-
se ao pormenor a construção e constituição de pneus comuns que equipam veículos ligeiros e
pesados. Analisaram-se os possíveis processos de amostragem e caracterização físico-química.
Recolheram-se amostras de pneus usados, não envolvidos em acidentes por questão do foro
jurídico, e procedeu-se à sua caracterização por espectroscopia do infravermelho e
termogravimetria em atmosfera oxidante. Para similar a degradação ao longo da vida do pneu
algumas amostras foram sujeitas ao envelhecimento acelerado em estufa com controlo de
temperatura e humidade e exposição cíclica a raios UVB.
Os ensaios de termogravimetria mostraram-se particularmente úteis para a caracterização do
envelhecimento dos pneus mostrando a degradação dos elastómeros que o constituem. A
mesma técnica mostrou-se expedita para a identificação e quantificação do tipo de borrachas
que compõem o pneu.
Palavras chave: Pneus, Borracha, Danos, Termogravimetria, Infravermelho.
iv
Abstract
The statistics point to a correlation between road accidents and tires failure.
The tires are complex composite materials having appreciable amounts of rubber, carbon black,
silica and other components which are susceptible of physico-chemical characterization. Their
performances, and consequently the security level, rely on these features.
In order to establish a protocol for forensic characterization, tires were studied in detail. Sampling
and physicochemical characterization procedures were analyzed.
Samples from scrap tires, not involved in accidents as a matter of legal jurisdiction, were collected
and characterized by infrared spectroscopy and thermogravimetry in an oxidizing atmosphere
(air). Additionally, samples of the collected tires rubber were subjected to accelerated weathering
tests in a UVB chamber to simulate aging.
The data from characterization techniques showed that thermogravimetry is particularly useful for
tire analyzing showing aging degradation of the elastomers. The same technique also allows the
identification and quantification of the of rubbers mixture of the tire.
The environmental issues associated with scrap tires are briefly discussed.
Key words: Tires, Rubber, Damage, Thermogravimetry, Infrared.
v
Índice
Agradecimentos.............................................................................................................................. ii
Resumo ......................................................................................................................................... iii
Abstract ......................................................................................................................................... iv
Índice ............................................................................................................................................. v
Índice de Figuras ......................................................................................................................... viii
Índice de tabelas ......................................................................................................................... xiii
Lista de Abreviaturas e Símbolos................................................................................................ xiv
Motivação para este trabalho ........................................................................................................ 1
1 Revisão Bibliográfica ............................................................................................................. 2
1.1 Importância do Pneu na Sociedade Actual..................................................................... 2
1.2 Descrição do pneu .......................................................................................................... 3
1.2.1 História................................................................................................................... 3
1.2.2 Definição e Composição do pneu ......................................................................... 4
1.2.2.1 Função de um pneu ........................................................................................... 4
1.2.2.2 Estrutura de um pneu ........................................................................................ 5
1.2.2.3 Materiais de fabrico ........................................................................................... 8
1.2.2.3.1 A Borracha .................................................................................................... 9
1.2.2.3.2 Sílica e negro de fumo ................................................................................ 10
1.2.2.4 Processo de fabrico ......................................................................................... 12
1.2.2.4.1 Vulcanização – processo químico .............................................................. 13
1.3 Tipos de pneu ............................................................................................................... 16
1.3.1 Construção de um pneu ...................................................................................... 16
1.3.2 Piso de um pneu .................................................................................................. 19
1.3.3 Marcas nos pneus e significado .......................................................................... 22
1.4 Segurança rodoviária e pneus ...................................................................................... 24
1.4.1 Influência do pneu no comportamento do veículo .............................................. 25
1.4.2 Condições de utilização....................................................................................... 26
1.4.2.1 Pressão de Insuflação ..................................................................................... 26
1.5 Danos nos pneus .......................................................................................................... 31
1.5.1 Danos mais comuns ............................................................................................ 32
1.5.1.1 Área do talão ................................................................................................... 32
1.5.1.2 Área de parede lateral ..................................................................................... 34
1.5.1.3 Área do piso .................................................................................................... 36
1.5.1.4 Interior do pneu ............................................................................................... 38
1.5.1.5 Reparações mal executadas ........................................................................... 39
1.5.1.6 Danos por envelhecimento e mau de uso ....................................................... 41
1.5.1.7 Danos devido a químicos ................................................................................ 46
1.5.1.8 Danos derivados de sinistros .......................................................................... 47
vi
1.5.2 Estatísticas de acidentes e estatísticas dos pneus ............................................. 50
1.5.2.1 Causas de acidentes e quais associadas a pneus ......................................... 50
1.5.2.2 Estudo ACAP ................................................................................................... 52
1.6 Estudo e testes científicos realizados a pneus ............................................................. 53
1.6.1 Testes de controlo de qualidade ......................................................................... 53
1.6.2 Testes físicos e químicos realizados a um pneu danificado ............................... 54
1.6.2.1 Testes químicos laboratoriais .......................................................................... 54
1.6.2.1.1 Testes de identificação ............................................................................... 55
1.6.2.1.1.1 Termogravimetria ................................................................................. 55
1.6.2.1.1.2 Raman .................................................................................................. 56
1.6.2.1.1.3 SEM ...................................................................................................... 57
1.6.2.1.1.4 FTIR ..................................................................................................... 58
1.6.2.1.2 Simulação de envelhecimento .................................................................... 59
1.6.2.1.2.1 Envelhecimento com Ozono ................................................................ 59
1.6.2.1.2.2 Envelhecimento com UV ...................................................................... 59
1.7 O ambiente e o pneu – problemas da eliminação de pneus usados ........................... 60
1.7.1 O Pneu e o seu impacto ambiental ..................................................................... 60
1.7.2 O abate de um pneu ............................................................................................ 61
1.7.2.1 Os caminhos possíveis para o fim de vida de um pneu .................................. 61
1.7.2.1.1 Aterros de pneus......................................................................................... 62
1.7.2.1.2 Reutilização ................................................................................................ 63
1.7.2.1.3 Reciclagem ................................................................................................. 63
1.7.2.1.4 Aproveitamento energético ......................................................................... 64
1.7.2.1.5 Empresas portuguesas de valorização do pneu para abate ...................... 64
1.7.2.2 A nova era dos Pneus ecológicos ................................................................... 65
1.7.3 Conclusão da revisão bibliográfica ...................................................................... 65
2 Metodologia experimental ................................................................................................... 66
2.1 O pneu enquadrado nos procedimentos laboratoriais .................................................. 66
2.2 Amostragem .................................................................................................................. 66
2.3 Amostras ....................................................................................................................... 68
2.4 Testes físico-químicos realizados ................................................................................. 69
2.4.1 Envelhecimento acelerado com UVB .................................................................. 69
2.4.2 Resultados dos testes físico-químicos ................................................................ 70
2.4.2.1 Resultados obtidos com Análise Termogravimétrica ...................................... 70
2.4.2.2 Resultados obtidos com Espectroscopia do Infravermelho ............................ 74
2.5 Protocolo de testes a realizar a um pneu envolvido em acidentes .............................. 76
3 Trabalho Futuro ................................................................................................................... 78
4 Conclusão ............................................................................................................................ 79
5 Referências ......................................................................................................................... 80
6 Apêndices ............................................................................................................................ 80
vii
6.1 Apêndice A – Processo de Fabrico de um Pneu .......................................................... 84
6.2 Apêndice B – Outros Danos físicos nos Pneus ............................................................ 86
6.2.1 Danos Típicos de pesados .................................................................................. 94
6.3 Apêndice C – Registo Fotográfico das Amostras Utilizadas ........................................ 95
6.4 Apêndice D – Termogramas percentuais das amostras .............................................. 98
viii
Índice de Figuras
Figura 1 - Funções de um pneu (adaptada de [5]) ........................................................................ 5
Figura 2 - Terminologia das diferentes áreas de um pneu (adaptada de [5]) ............................... 6
Figura 3 - Componentes em camada de um pneu (adaptada de [5]). .......................................... 6
Figura 4 - Materiais componentes de um pneu (adaptada de [5]) ................................................ 8
Figura 5 - Aspecto do Negro de Fumo antes de ser adicionado à mistura de borracha (adaptada
de [6]) .......................................................................................................................................... 10
Figura 6 - Aglutinação entre as partículas de negro de fumo e as moléculas da borracha
(adaptada de [5]) ......................................................................................................................... 11
Figura 7 - Propriedades do pneu com e sem sílica adicionada (adaptada de [6]) ..................... 11
Figura 8 - Fases do processo de fabrico de um pneu (adaptada de [5]) .................................... 12
Figura 9 - Mudança na borracha ao adicionar-se enxofre à sua estrutura (adaptada de [5]) .... 14
Figura 10 - Alterações nas moléculas de borracha natural com a vulcanização (adaptada de
[14]) ............................................................................................................................................. 14
Figura 11 - Variação de propriedades da borracha em função da formação de ligações
cruzadas de enxofre (adaptada de [11]) ..................................................................................... 15
Figura 12 - Tipos de construção de um pneu (adaptada de [5]) ................................................. 16
Figura 13 - Diferença da pegada entre um pneu radial e um diagonal numa curva (adaptada de
[5]) ............................................................................................................................................... 17
Figura 14 - Principais tipos de piso (adaptada de [5]) ................................................................ 19
Figura 15 - Nova etiquetagem Europeia de performance de um pneu (adaptada de [16] ......... 21
Figura 16 - Marcações existentes num pneu (adaptada de [5] ) ................................................ 22
Figura 17 - Marcação de pneu M+S e neve (adaptada de [19]) ................................................. 24
Figura 18 – Desgaste de um pneu (tendo em conta o normal - 100%) tendo em conta a estação
do ano, em função da quilometragem. (adaptado de [5]) ........................................................... 24
Figura 19 - Influência da pressão de Insuflação de um pneu na força de viragem necessária
(adaptada de [5]) ......................................................................................................................... 25
Figura 20 - Tipos mais comuns de danos correspondentes a circulação de um pneu com
pressão inferir à adequada (adaptado de [5]) ............................................................................. 27
Figura 21 - Representação de um pneu com pressão insuficiente (adaptada de [5]) ................ 27
Figura 22 – Representação de um pneu com excesso de pressão (adaptada de [5]) ............... 28
Figura 23 - Relação entre a pressão de utilização e a diminuição da duração de um pneu
(adaptada de [5]) ......................................................................................................................... 28
Figura 24 - a) Alteração da temperatura da parede lateral de um pneu com a variação da
pressão de insuflação; b) Alteração da temperatura do piso de um pneu com a variação da
pressão de insuflação (em bar) (adaptada de [6]) ...................................................................... 29
Figura 25 - Influência da pressão de um pneu e do respectivo consumo de combustível
(adaptada de [5]) ......................................................................................................................... 29
Figura 26 - Dano na área do talão devido a montagem/desmontagem do pneu (adaptado de
[22]) ............................................................................................................................................. 33
ix
Figura 27 - Dano na zona do talão por delaminação da borracha envolvente (adaptado de [22])
..................................................................................................................................................... 33
Figura 28 - Dano na forma do aro do talão (adaptado de [22]) .................................................. 33
Figura 29 - Danos na zona do talão devido à utilização de jantes de tamanho errado/ou por
falta de pressão no pneu (adaptado de [22]) .............................................................................. 34
Figura 30 - Danos causados na lateral de um pneu por circulação em situação de inflação
(imagem 1 e 2) (adaptado de [22]) .............................................................................................. 35
Figura 31 - Danos causados na lateral de um pneu por circulação em situação de inflação
(imagem 3) (adaptado de [22]) .................................................................................................... 35
Figura 32 - Dano na área lateral do pneu devido a um furo (adaptado de [22]) ......................... 36
Figura 33 - Marcas de travagem brusca num pneu, com amostra de um caso que levou ao
desgaste completo de todas as camadas (adaptado de [22]) .................................................... 36
Figura 34 - Perfurações num pneu (adaptado de [22]) ............................................................... 37
Figura 35 - Desgaste do piso do pneu (adaptado de [22]) ......................................................... 37
Figura 36 - Delaminação com arrancamento de pedaços de borracha do piso (adaptado de
[22]) ............................................................................................................................................. 37
Figura 37 - Separação de duas camadas do pneu (adaptado de [22]) ...................................... 38
Figura 38 - Dano no interior de um pneu após circulação em condições não adequadas
(adaptado de [22]) ....................................................................................................................... 38
Figura 39 - Dano no revestimento interno de um pneu que sofreu uma perfuração (adaptado de
[22]) ............................................................................................................................................. 39
Figura 40 - Dano causado num pneu que foi mal remendado (adaptado de [22]) ..................... 40
Figura 41 - Tipo de remendo de furos feitos com o pneu montado (adaptado de [22]) ............. 40
Figura 42 - Separação de parte da borracha da camada do piso do pneu devido a um remendo
mal executado (adaptado de [22])............................................................................................... 41
Figura 43 - Dano visível sobre tensão do pneu, devido a deterioração pelo ozono (adaptado de
[23]) ............................................................................................................................................. 42
Figura 44 - Visibilidade das quebras na borracha pelo envelhecimento dos elementos
(adaptado de [22]) ....................................................................................................................... 42
Figura 45 - Danos visíveis de excesso de uso (adaptado de [22]) ............................................. 42
Figura 46 - Ferrugem visível em zonas expostas de um pneu em que os elementos metálicos
estão erodidos (adaptado de [23]) .............................................................................................. 43
Figura 47 - Visível desgaste do lado externo de cada pneu devido ao desalinhamento dos eixos
do veículo (adaptado de [22]) ...................................................................................................... 43
Figura 48 - Danos causados num pneu que esteve em contacto com alguma peça do veículo 44
Figura 49 - Danos no pneu por excesso de carga (adaptado de [22]) ....................................... 44
Figura 50 - Rachas superficiais da borracha na lateral do pneu, indicativas do envelhecimento
dos componentes internos (adaptado de [22]) ............................................................................ 45
Figura 51 – Envelhecimento e desgaste do pneu precoce (adaptado de [22]) .......................... 45
x
Figura 52 - Dano na superfície do pneu devido a contacto com produtos petrolíferos (alteração
de cor/textura) (adaptado de [22]) ............................................................................................... 46
Figura 53 - Dano na superfície do pneu devido a contacto com produtos petrolíferos (superfície
esponjosa/aparecimento de bolhas na superfície) (adaptado de [22]) ....................................... 46
Figura 54 - Corrosão da borracha e do metal exposto a água salina (adaptado de [23]) .......... 47
Figura 55 - Delaminação do pneu por impacto (adaptado de [22]) ............................................ 47
Figura 56 - Dano na borracha de revestimento interior devido a um impacto (adaptado de [22])
..................................................................................................................................................... 48
Figura 57 - Quebra do pneu devido a impacto (adaptado de [22]) ............................................. 48
Figura 58 - Quebra e delaminação de um pneu por impacto (esquerda – lateral, direita – no
piso) (adaptado de [22]) .............................................................................................................. 48
Figura 59 - Cortes na superfície do pneu (adaptado de [22]) ..................................................... 49
Figura 60 - Curva de Termogravimetria (TG) de uma borracha de pneu (estando também
representada a curva DTG - derivative thermogravimetric) (adaptado de [34]) ......................... 55
Figura 61 – Espectro Raman de borracha IR e HNBR (adaptado de [36])................................. 56
Figura 62 - Imagem SEM típica de uma partícula de borracha de um pneu (adaptado de [41]) 58
Figura 63- Espectro FTIR de uma amostra de pneu, comparada a uma amostra de pneu com
Alilamina (adaptado de [44]) ....................................................................................................... 59
Figura 64 - Evolução típica da resistência de flexão de uma borracha de pneu exposta a
tratamento com raios UV, comparativamente a borracha não exposta ( adaptado de [41]) ...... 60
Figura 65 - Maior aterro do mundo, visto do espaço, contendo cerca de 7 milhões de pneus, em
Sulaibiya no Kuwait (adaptada de [49]) ...................................................................................... 62
Figura 66 - Diferenças entre um pneu radial e Diagonal (vide 1.2.2.2), com evidência do
revestimento butílico em ambos (adaptado de [5]) ..................................................................... 66
Figura 67 - TG e DTG de várias zonas do pneu da amostra 6 ................................................... 71
Figura 68 - DTG de várias zonas da amostra 6 .......................................................................... 72
Figura 69 - DTG da amostra 2, 3 e 4, com e sem envelhecimento acelerado na estufa de UVB
..................................................................................................................................................... 73
Figura 70 - DTG da amostra 1, amostras da zona rebentada e de uma zona sem sinais de
rebentamento .............................................................................................................................. 74
Figura 71 - Espectros de infravermelho, de amostras de pneus, adquiridos em modo de
reflectância difusa. ...................................................................................................................... 75
Figura 72 - processo de construção da carcaça (adaptado de [6]) ........................................... 84
Figura 73 - montagem de um pneu (adaptado de [5]) ................................................................ 84
Figura 74 - junção de um pneu (adaptado de [6]) ....................................................................... 84
Figura 75 - montagem da lateral de um pneu (adaptado de [5]) ................................................ 84
Figura 76 - preparação do piso do pneu ..................................................................................... 85
Figura 77 - montagem da cap ply (adaptado de [5]) ................................................................... 85
Figura 78 - montagem do piso de um pneu (adaptado de [6]) ................................................... 85
Figura 79 - montagem das telas de um pneu (adaptado de [6]) ................................................ 85
xi
Figura 80 – pintura de um pneu com químicos anti-bolhas (adaptado de [5]) .......................... 85
Figura 81 - Marcas nos pneus por exposição a calor excessivo (adaptado de [23]) .................. 86
Figura 82 - Danos na lateral de um pneu devido a problemas de fabrico (adaptado de (22)) ... 86
Figura 83 - dano na lateral de um pneu devido a migração de ar após corte da tela (adaptado
de [22]) ........................................................................................................................................ 86
Figura 84 - Dano geral do pneu por circular sem pressão, caso extremo (adaptado de [22]) ... 87
Figura 85 - Visibilidade da malha de fio das telas estabilizadoras (adaptado de [22]) ............... 87
Figura 86 - Dano no piso devido ao terreno (infiltração de pedras) (adaptado de [22]) ............. 87
Figura 87 - Delaminação de um perfil do piso no ombro (adaptado de [22]) ............................. 88
Figura 88 - marcas de rotação dos pneus em terreno arenoso (adaptado de [22]) ................... 88
Figura 89 - marcas nos pneus devido ao uso contínuo ou mal efectuado de correntes de neve
(adaptado de [22]) ....................................................................................................................... 88
Figura 90 - Marcas no pneu por descarga eléctrica (adaptado de [22]) ..................................... 89
Figura 91 - porosidade da borracha do piso, devido a uma má cura da borracha (adaptado de
[22]) ............................................................................................................................................. 89
Figura 92 - separação do piso das camadas anteriores do pneu (adaptado de [22]) ................ 89
Figura 93 - Danos na camada interior por mau uso do pneu ou dano de fabrico (adaptado de
[22]) ............................................................................................................................................. 90
Figura 94 - bolhas na camada interior do pneu (adaptado de [22]) ............................................ 90
Figura 95 - falhas e quebras do revestimento interno do pneu (adaptado de [22]) .................... 90
Figura 96 - Má reparação de um dano na parede lateral do pneu (adaptado de [22]) ............... 91
Figura 97 - Mau alinhamento da unidade de reparação com o padrão radial do pneu (adaptado
de [22]) ........................................................................................................................................ 91
Figura 98 - Má reparação de um pneu Bias como se fosse Radial (adaptado de [22]) ............. 91
Figura 99 - Má reparação de uma falha (adaptado de [22]) ....................................................... 92
Figura 100 - Delaminação do piso (adaptado de [22]) ................................................................ 92
Figura 101 - Desnível do piso do pneu (adaptado de [22]) ......................................................... 92
Figura 102 - Erosão em "rio" do piso de um pneu (adaptado de [22]) ........................................ 93
Figura 103 - desgaste desnivelado do piso de pneus em eixos desalinhados (adaptado de [22])
..................................................................................................................................................... 93
Figura 104 - Problemas na recauchutagem, utilização de um piso desadequado (adaptado de
[22]) ............................................................................................................................................. 94
Figura 105 - Separação do piso recauchutado (adaptado de [22]) ............................................ 94
Figura 106 - Má união do piso de recauchutagem (adaptado de [22]) ....................................... 94
Figura 107 - Amostra 1: piso de pneu pesado recolhido da berma da A1 ................................. 95
Figura 108 - Amostra 3: piso de um pneu de sucata .................................................................. 95
Figura 109 - Amostra 4: piso de um pneu de sucata .................................................................. 95
Figura 110 – Amostra 5: pneu ligeiro com duas intervenções de reparação, ambas mal
realizadas/ilegais ......................................................................................................................... 96
Figura 111 - Amostra 6: corte de fábrica de pneu ligeiro ............................................................ 96
xii
Figura 112 - Amostra 7: zona do talão após envelhecimento na estufa de UVB, com visibilidade
da oxidação sofrida na zona do talão ......................................................................................... 96
Figura 113 - Amostra 8: lateral de pneu pesado que abriu a tela na zona do talão ................... 97
Figura 114 - Resíduo deixado pela análise termogravimétrica à Amostra 3, sem envelhecimento
na estufa de UVB ........................................................................................................................ 97
Figura 115 - Termograma percentual das amostras 6. ............................................................... 98
Figura 116 - Termograma percentual da amostra 1 ................................................................... 98
xiii
Índice de tabelas
Tabela 1 - Material e função das várias camadas componentes de um pneu (adaptada de [5]) . 7
Tabela 2 - Propriedades da borracha sintética comparativamente à borracha natural [5] ......... 10
Tabela 3 - Dados percentuais típicos da composição de um pneu de ligeiro e pesado [5] [9] .. 12
Tabela 4 - Comparação entre pneus com e sem câmara-de-ar [5] ............................................ 18
Tabela 5 - Classificação e características dos tipos principais de piso [5] ................................. 20
Tabela 6 - Resumo das pressões e profundidade do piso recomendadas e perigosas num pneu
[1] ................................................................................................................................................. 30
Tabela 7 - Tipo de Amostragem aconselhado para cada tipo de análise físico-química a realizar
..................................................................................................................................................... 68
Tabela 8 - Listagem das Amostras utilizadas e respectivas amostragens ................................. 69
Tabela 9 - Dados de um ciclo da estufa de UVB ........................................................................ 70
xiv
Lista de Abreviaturas e Símbolos
ABS – Anti-lock Braking System – Sistema de anti-bloqueio de travagem
ACAP – Associação Automóvel de Portugal
BR – Borracha de Butadieno
CEPP – Comissão Especializada de Produtores de Pneus
DOT – Departamento de transportes do dos EUA
DTG – Termogravimetria Derivativa
ECE – Economic Commission for Europe
EPT – Termo polímero de Etileno Propileno
FTIR – Transformada de Fourier por espectroscopia de infravermelho
HNBR – Borracha Nitrilica
IIR – Borracha de Isopreno Isobutileno
IR – Borracha de Isopreno
M+S – Mud and snow - Lama e Neve
NR – Borracha Natural
SBR – Borracha De Estireno Butadieno
SEM – Microscópio Eletrónico de Varrimento
TDA – Tire Derived Fuel - Fuel Derivado de Pneus
TGA – Análise Termogravimétrica
TG – Termogravimetria
TWI – Thread Wear Indicator - Indicador de Desgaste da Superfície de Rolamento
u.a. – Unidades Arbitrárias
UNT – Unidade Nacional de Trânsito
UVB - Ultravioleta
1
Motivação para este trabalho
O rebentamento de pneumáticos é causa de muitos acidentes rodoviários, ou mesmo aéreos.
Nos acidentes rodoviários, existe um aspeto muito importante a ter em conta relativamente a um
dano no pneu que tenha gerado um rebentamento: Deveu-se o acidente ao rebentamento do
pneu, ou o rebentamento do pneu é apenas a consequência do acidente e do impacto
subsequente?
Por isso, neste trabalho vai-se procurar responder a estas questões, desenvolvendo as
metodologias e procedimentos de forma a obter uma ferramenta que permita responder a esta
importante questão da engenharia forense. A abordagem adotada será uma abordagem da
química forense, pois existem igualmente abordagens da área da mecânica forense, como a
reconstituição científica e da dinâmica do acidente em questão.
Com este trabalho pretende-se generalizar informações sobre o mundo do pneu, e aprofundar o
tema dos testes químicos que podem ser realizados a pneus e respectivos resultados. Quer-se
desenvolver o tema para se criar um aglomerado de valores esperados para posterior utilização
em protocolos de análise forense. Para colmatar a ausência comum de um protocolo de análises
químicas possíveis de realizar aos componentes do pneu, aborda-se uma proposta de protocolo.
Essa ausência acontece devido ao pneu ser maioritariamente um elemento exposto a desafios
mecânicos, e os danos causados por esses desafios são mais visíveis e posteriormente mais
facilmente testados no pneu. Normalmente em acidentes, o pneu é secundário, sendo as marcas
de derrapagem no terreno a prova mais comum analisada, sendo que apenas quando o pneu é
considerado o elemento chave do acidente que este acaba por ser analisado.
Investigando assim os respectivos valores padrão e de desvio desses parâmetros químicos,
particularmente em pneus já envelhecidos, pode-se criar uma tabela de valores típicos. Esses
valores típicos de desvio estão associados aos danos mais comuns e aos desafios mais
importantes que um pneu está exposto. Deseja-se também conseguir prever-se se os danos são
À priori ou À posteriori ao acidente. E com esses testes pretende-se poder associar certas
alterações da matéria à alteração do comportamento do pneu, e poder prevenir ou retardar esse
tipo de alterações.
Este tema é de alta relevância pois, a nível de segurança rodoviária, o pneu é um elemento que
influencia em grande parte a capacidade do veículo em circular seguro. Um estudo desenvolvido
pela ACAP em 2010, de todos os veículos implicados em acidentes em Portugal entre 2005 e
2009, com vítimas e que apresentavam algum problema mecânico, 62% tinham defeitos nos
pneus, e que num em cada cem acidentes mortais estão implicados directamente defeitos nos
pneus dos veículos. [1]
2
Revisão Bibliográfica
Importância do Pneu na Sociedade Actual A invenção da roda foi considerada uma dos maiores e mais determinantes marcos da história
da humanidade. Além de ter revolucionado a maneira como se encara o transporte de pessoas
e bens, também foi uma peça fundamental para, milénios após a sua invenção, haver a
industrialização, expansão e globalização da engenharia e civilização Humana.
Associado ao uso da roda, e particularmente desde a invenção e globalização do automóvel no
início do século XX, está também implícita a utilização do pneu, com diversas funções utilitárias
para um aperfeiçoamento da função da máquina, e para conforto do condutor. Sendo assim, as
características e funções de um pneu, que entretanto deixou de estar apenas associado a
veículos terrestres, são abundantes e podem ser manipuladas.
Para isso é preciso haver um profundo conhecimento da engenharia envolvida na fabricação e
na função prevista para cada pneu, sabendo que as exigências variam conforme cada tipo de
veículo envolvido. Mas não se pode apenas considerar as diversas funcionalidades de um
veículo como o factor isolado de influência na performance, sendo o pneu programado para um
certo meio envolvente, influenciado na sua capacidade pelas condições climatéricas, da via, e
do condutor, tornando-se assim uma variável com entradas estatísticas que tornam um pneu um
elemento complexo de engenharia.
Decerto pode-se concluir que a função dos pneus num veículo é fundamental para que este
possa conseguir alcançar a sua função primária de deslocamento, sendo por isso crítico quando
algo falha nas funções básicas daqueles que são, em primeira instância, a ligação do veículo ao
solo. Existem vários factores que podem falhar na construção e utilização de um pneu, como
seria de esperar, tendo em conta as variáveis envolvidas na sua fabricação e funções de
utilização. Essas falhas tornam-no num dos principais alvos de controlo, investigação e
desenvolvimento na indústria automóvel para, em suma, reduzir a sinistralidade deste tipo de
transporte.
Fica então facilmente visível a importância de conseguir não só corrigir, antes de serem
causadoras de sinistros, mas também prever certo tipo de falhas que possam ocorrer nas
funcionalidades de um pneu, e conseguir identificar, após estas acontecerem, a razão que as
causou. Torna-se o meio mais fiável de estatisticamente conseguir complementar um protocolo
de prevenção de acidentes rodoviários causados por falhas nas propriedades do pneu.
3
Descrição do pneu
1.2.1 História
O pneu – componente imprescindível ao funcionamento dos veículos – passou por muitas etapas
desde sua origem, no século XIX, até atingir a tecnologia atual. [2] Antes de se imaginar a
borracha como material para forrar uma roda, protegia-se esta com madeira ou ferro para evitar
danos de estrutura. Mas não se conseguia proteger a roda dos impactos da via.
A invenção do pneu deu-se há mais de um século, havendo vários envolvidos no
desenvolvimento da ideia, que competiram para patenteá-la.
Uma parte da ideia foi concebida pelo escocês John Boyd Dunlop, em 1888. Dunlop usou a sua
imaginação e conhecimentos para ajudar o seu filho, que se queixava dos percursos mais
acidentados que fazia com o seu triciclo, e para o ajudar instalou um tubo de ar nos aros deste
forrados a borracha. Quando tentou patentear a ideia, foi informado que esta já estava
patenteada pelo inglês Robert Thompson que, em 1847, colocou uma câmara cheia de ar dentro
de pneus de borracha maciça. [2]
Entre estes dois inventores, está creditado a invenção do pneu como o conhecemos. E da
motivação desta ideia de associar ar e borracha vem o nome de pneu: diminutivo de “pneumático”
com funcionalidades ímpares e que sofreu desenvolvimentos constantes desde a sua
concepção. [3]
Havia antes ainda sido realizado um passo importante na evolução do pneu. Um problema de
propriedades da matéria – a borracha era muito sensível a alterações de temperatura, e a sua
flexibilidade ficava exposta a alterações facilmente – tornava a borracha um elemento
complicado de utilizar em engenharia. Para mudar este cenário, o americano Charles Goodyear
em 1844 [4] confirmou acidentalmente que a borracha cozida a altas temperaturas com enxofre
mantinha as suas condições de elasticidade no frio e no calor.
Estava descoberto o processo de vulcanização da borracha que, além de dar forma ao pneu,
aumentou a segurança e diminuiu as trepidações nos carros. [2] Chamou a este processo
"vulcanização" de Vulcano, o Deus ferreiro, segundo a mitologia romana. [5]
Em 1946 a empresa francesa Michelin desenvolveu o conceito de construção radial de um pneu,
que é usada hoje em dia na grande maioria de modelos de todas as marcas mundiais. Desde
então que o século XX e inícios do seculo XXI trouxeram um conjunto de exigências aos pneus,
devido à evolução da tecnologia envolvida na concepção de um automóvel, e nas espectativas
crescentes por parte dos utilizadores de veículos em todo o mundo, que têm tornado o pneu num
ex-libris de engenharia.
Mas o pneu é composto por muito mais que borracha, e a tecnologia envolvida na sua produção
é complexa para o que o produto final transparece. Os variados materiais e processos envolvidos
4
são elevados, e a estrutura geral de um pneu, maioritariamente universal entre marcas, é
complexa.
1.2.2 Definição e Composição do pneu
“Um pneu é o resultado da mais avançada tecnologia que combina com a máxima precisão um
conjunto de materiais específicos, que podem chegar até 15 compostos diferentes de borracha,
com 20 ingredientes por composto, e até 30 componentes diferentes (maioritariamente tecidos e
aço) ” [5].
A ETRTO (The European Tyre and Rim Technical Organization) define um pneu como:
“O pneu é um componente flexível aplicado numa roda, constituído por borracha sendo reforçado
através de outros materiais. Quando insuflado por um fluido compressível, adquire a capacidade
de suportar a carga aplicada na roda, bem como, transmite ao eixo em carga, forças longitudinais
e transversais. Na condição sem carga, o pneu insuflado é essencialmente toroidal.” [6]
Sendo assim pode-se concluir que o pneu é um elemento complexo que, conforme o prisma,
pode ter variadas definições e composições. Com tamanha variedade de componentes e
características, não existe uma receita única para a fabricação de um pneu, mas as guidelines
coincidem todas numa base de composição de borracha, aço e fibras.
As funções de um pneu num veículo, referidas anteriormente na definição da ETRTO, são
fundamentais para a utilização segura e útil de um automóvel:
O pneu contém um volume de ar comprimido para suportar a carga (a soma do peso do veículo,
da carga útil e dos passageiros), participa na suspensão do veículo (absorve parte das
irregularidades da superfície da estrada), muda e mantém a direcção do veículo, transmite
tracção e força de travagem na superfície da estrada. [5]
O pneu é sujeito a intensas deformações, mais do que qualquer outro componente mecânico de
um automóvel. Suporta o desgaste e o arrancamento e contribui com um baixo nível de ruído de
circulação e tem a capacidade de operar em condições não controladas. Para isso acontecer
tem de ter uma elevada exactidão na produção e é em simultâneo um elemento de segurança e
de estética. É produzido com materiais amigos do ambiente, sendo reciclável. [5]
O pneu é considerado como sendo uma única peça, mas é composto por várias camadas e cada
uma possui diversas funções, de modo a adquirir as características desejadas na sua fabricação.
1.2.2.1 Função de um pneu O pneu é um dos elementos fundamentais de um veículo. Sem estes, a deslocação torna-se
muito dificultada. Mas como um pneu facilita a deslocação na via, e torna-se um elemento
mecânico, de segurança, e até estético de um veículo?
5
Figura 1 - Funções de um pneu (adaptada de [5])
O pneu tem a principal função de transferir tracção e força de travagem na superficie da estrada
(Figura 1), participando na suspensao do veículo tornando a circulação mais segura. É um dos
elementos envolvidos na mudança de direcção de um veículo com precisão, sendo capaz de
aguentar com um volume de ar, a determinada pressão, a carga do veículo total.
Torna-se assim o elemento de ligação entre o veículo e a via, sendo o contacto com o piso e
respectiva aderência um dos factores que caracteriza um pneu relativos à segurança de
circulação. O pneu é assim sujeito a intensas deformações e desgaste continuo, mais do que
qualquer outro componente mecânico.
É também um dos elementos que mais inlfuencia o ruido de circulação na via, sendo também
avaliado por este factor. Como está envolvido na segurança passiva e activa do veículo, é um
elemento de segurança elementar, mas também é, e cada vez mais, um elemento estético
explorado pelo mercado automóvel. Sendo assim, a criação e evolução deste elemento de
engenharia complexo depende da conjugação de variados factores e posições que um pneu
toma nas variadas facetas do prisma que é um automóvel.
1.2.2.2 Estrutura de um pneu O pneu tem várias camadas, cada uma delas com uma composição diferente e um nome que a
identifica. Para identificar essas camadas temos de saber referir que parte do pneu está a ser
analisada. Na Figura 2 estão identificados os elementos principais da estrutura de um pneu:
6
Figura 2 - Terminologia das diferentes áreas de um pneu (adaptada de [5])
A zona do Piso é a zona do pneu que entra em contacto com a estrada. É a secção entre os
ombros. [5] A zona do Ombro situa-se nas extremidades exteriores do piso. É a zona de transição
entre a lateral e o piso. [5] A zona da parede lateral é a zona do pneu entre o ombro e o talão
que proporciona a protecção da carcaça e suporta a flexão e o desgaste. Esta é a zona que está
mais sujeita a uma flexão mais severa. [5] A zona do talão é a zona de fixação do pneu,
desenvolvida de modo a adaptar-se à jante. [5] O Revestimento Butílico isola a carcaça em
relação à camara de ar, da parte de dentro, mas também proporciona uma barreira hermética
entre a pressão de insuflação e a carcaça quando não existe camara de ar. [5]
Figura 3 - Componentes em camada de um pneu (adaptada de [5]).
1 – Aro do talão;
2 – Enchimento do talão (Apex);
3 – Reforço do talão;
4 – Tela de carcaça;
5 – Anti-Abrasão;
6 – amortecedor de ombro;
7 – Tela de transição;
8 – 1ª tela estabilizadora;
9 – 2ª tela estabilizadora;
10 – Tela de protecção;
11 – Cunha da tela de piso;
12 – Revestimento Butílico;
13– Piso (Cap e Base);
14 – Parede Lateral.
7
Os componentes referidos na Figura 3 são compostos por diversos materiais, e entre eles criam
condições físicas e químicas para que o pneu possa ser utilizado para as suas funções num
veículo. Na Tabela 1 está um resumo do material e das funções de cada uma das camadas
referidas.
Tabela 1 - Material e função das várias camadas componentes de um pneu (adaptada de [5])
Camada Material Utilizado Função no Pneu
1 - Aro do talão Arame de aço (mono filar) coberto com borracha
-Fixar o pneu à jante; - Tornar o pneu hermético; -Assegurar a transmissão dos esforços de aceleração e travagem; -Impedir o aumento de diâmetro do pneu; -Participar na segurança;
2 - Cunha/Apex Borracha sintética
- Influência a precisão da direcção, a estabilidade direccional e o conforto de condução. -Permite a transição da parte mais rígida (talão) para a mais flexível (parede).
3 - Reforço do talão
-Tela embebida em borracha (ex. Nylon, ou polyester) -Borracha sintética
-Influência a estabilidade direccional e o conforto de condução; -Assegura o perfeito assentamento do talão na jante; -Isolar o calor produzido pelo sistema de travões
4 - Tela de carcaça
- Tela embebida em borracha (ex. Nylon, ou polyester) -Borracha sintética
-Retém a pressão de enchimento -Liga o talão à área do piso -Suporta a carga e a velocidade, com a ajuda da pressão do ar. -Participa na estabilidade, no rendimento e no conforto;
5 - Anti-abrasão
- tela embebida em borracha
-Suportar as constantes flexões mecânicas -Proteger a carcaça das agressões externas. -Participar na estabilidade e no conforto; -Transmitir ao piso o movimento da roda -Inscrições técnicas sobre o pneu
6 - Wing tip
12 - Parede lateral
7 - Tela zero graus – Cap Fly
- tela embebida em borracha
-Melhora a capacidade do pneu de rodar a altas velocidades e confere conforto na condução
8 - 1ª Tela estabilizadora
Forte encordoamento de aço (multifilar) embebido em borracha).
-Garantir o dimensionamento e a estabilidade direccional. -Reduzir a resistência ao rolamento e aumenta a performance de quilometragem. -Proteger a carcaça contra perfurações
9 - 2ª Tela estabilizadora
10 - Revestimento butílico
Borracha butílica -Isola o interior do pneu que é cheio com ar. -Substitui a câmara-de-ar. Impermeável ao ar
11 - Piso Borracha natural e/ou sintética
-Borracha externa: resistir ao desgaste e garantir aderência -Borracha da base: reduz a resistência ao rolamento e influi no comportamento.
Um pneu possui um elevado número de componentes. Mas a capacidade de os unir e tornar um
conjunto de camadas em um elemento de alta tecnologia exige um elaborado processo de
fabrico.
8
1.2.2.3 Materiais de fabrico Para fabricar um pneu tem de se escolher de um portfólio de diversos componentes e conhecer
as propriedades adquiridas pela sua aglomeração, de forma a se conseguir obter as funções
desejadas para o pneu a fabricar.
Figura 4 - Materiais componentes de um pneu (adaptada de [5])
Na Figura 4 podemos verificar que existem quatro grandes grupos de materiais envolvidos na
fabricação de um pneu. Há pneus que possuem vários componentes do mesmo grupo, outros
limitam-se a um par, sendo normalmente os pneus mais antigos e menos tecnológicos os menos
elaborados na sua composição.
As misturas de borracha utilizadas no processo de fabrico possuem borrachas naturais e/ou
sintéticas que são misturadas com químicos para melhorar as suas propriedades e para que
tenham uma maior adesão com os componentes de reforço. [5]
A composição dos pneus, referida na Figura 4 não varia apenas com o fabricante, mas também
com o veículo que vai utilizar o pneu, devido às diferentes exigências a nível de performance.
Juntar todos os materiais é a parte mais difícil do processo de fabrico pois a borracha utilizada
não se une facilmente com o aço usado nas cintas. [7]
As telas têxteis são camadas de fios têxteis aglutinados entre duas capas de mistura de borracha.
Estes têxteis podem ser de variados materiais, tal como indicado na Figura 4.
9
Os fios de aço são juntos com borracha e torcidos para formar os talões. Também podem ser
usados em tela, com camadas de fios de aço aglutinados da mesma maneira que as telas têxteis.
[5]
1.2.2.3.1 A Borracha A borracha utilizada no fabrico de pneus teve inicialmente origem natural, mas com a evolução
da tecnologia envolvida na engenharia dos materiais, criaram-se borrachas sintéticas.
A borracha natural deriva da seiva das árvores-da-borracha que crescem nas zonas tropicais do
planeta, que, juntando ácido acético e fórmico e secando a borracha obtemos tiras de borracha
natural. Todas as borrachas são elastómeros.
A borracha sintética deriva de produtos de refinaria. Criada na Europa mas desenvolvida nos
Estados Unidos devido a falta de fornecimento de borracha natural na segunda guerra mundial,
tornou-se universalmente usada no fabrico de pneus.
Com um catalisador, normalmente de Ziegler-Natta ou Metaloceno, dá-se a polimerização
formando as borrachas SBR e BR (ver Tabela 2).
A mistura de borracha usada para a criação de pneus não tem na sua composição apenas
borracha natural e sintética. Tem plastificantes, que se baseiam em óleos e resinas para melhorar
a aplicabilidade e a viscosidade, negro de fumo e sílica para aumentar a resistência, enxofre para
a vulcanização, antioxidante e antiozonante para impedir o envelhecimento pelo oxigénio e
ozono. Na mistura de borracha apenas cerca de 50% é borrachas, sendo o resto os aditivos. [5]
A borracha sintética pode assim ser criada com variadas combinações, adquirindo propriedades
variáveis, sendo apresentadas na Tabela 2 algumas características e aplicações.
10
Tabela 2 - Propriedades da borracha sintética comparativamente à borracha natural [5]
Tipos de Borracha Vantagens Desvantagens Utilizações
NR – Borracha
Natural
Resistência a forças
de tensão e de
separação, fácil
processamento
Contem impurezas
que causam
problemas de
qualidade
Usada em misturas
para o piso e carcaça
dos pneus
SBR – Borracha de
Estireno Butadieno
Resistência a
abrasão, ao calor, e
fácil processamento
Alta acumulação de
calor e aumento de
perda de energia
Usada em misturas
para o piso e carcaça
dos pneus
BR – Borracha de
Butadieno
Melhor resistência a
abrasão, flexibilidade
e fadiga que a SBR
Resistência inferior a
forças de tensão, e
diminuição da
resistência a forças
de separação. Má
opção para pneus
“off-road”, usados em
maquinaria pesada e
de obra. (vide
capitulo 1.3)
Usada em misturas
para o piso e carcaça
dos pneus
IR – Borracha de
Isopreno
Referida como uma
borracha artificial-
natural. Qualidades
idênticas a NR
Dificuldade de
processamento
Semelhante ao da
borracha natural
EPT – Termo
polímero de Etileno
Propileno
Resistência a danos
causados pelo ozono
(vide 1.5.1.6) e pelas
condições
climatéricas
Reacção lenta de
fabricação e
superfície pegajosa
Usada na Lateral e
na câmara-de-ar dos
pneus
IIR Borracha de
Isopreno-Isobutileno
Boa
impermeabilidade ao
ar
Dificuldade de
processamento
Usada na lateral, na
câmara-de-ar, no
piso e no
revestimento interior
dos pneus
1.2.2.3.2 Sílica e negro de fumo Um dos aditivos principais dos pneus é o negro de fumo (Figura 5) que fornece a cor
característica da borracha.
Figura 5 - Aspecto do Negro de Fumo antes de ser adicionado à mistura de borracha (adaptada de [5])
[5]
11
O Negro de Fumo é um material de reforço: aumenta a resistência da mistura. É um pó de carvão
muito fino, derivado da fuligem recolhida a partir de óleo queimado. Sem ele, o pneu era mais
sensivel a desgastes (Figura 6). [5]
Figura 6 - Aglutinação entre as partículas de negro de fumo e as moléculas da borracha (adaptada de [5])
Recentemente, introduziu-se a sílica para substituir o negro de fumo, essencialmente, pelas
seguintes razões:
1) Reduz a formação de calor no piso e consequentemente reduz o consumo de combustível;
2) Melhora a aderência em piso molhado e com neve;
3) Melhora a resistência ao rolamento.
Facilmente analisando a Figura 7 pode-se verificar que a sílica tornou o composto de borracha
mais estável nas suas propriedades, menos exposto ao calor e ao frio a que um pneu está
exposto diariamente.
Figura 7 - Propriedades do pneu com e sem sílica adicionada (adaptada de [5])
12
Os ingredientes principais de borracha do piso e os valores aproximados da sua composição
estão apresentados na Tabela 3, em que os montantes de todas as substâncias adicionadas aos
elastómeros são dados em percentagem. [8]
Tabela 3 - Dados percentuais típicos da composição de um pneu de ligeiro e pesado [5] [9]
Composto Pneu Ligeiro Pneu Pesado
Elastómeros Total= 47%
(SBR=75%
PB=10%
NR=15%)
Total = 45%
(SBR=10%
PB=10%
NR=80%)
Elementos de Reforço Negro de Fumo = 18%
Silica =15%
Negro de Fumo = 24%
Silica =3%
Produtos Têxteis 5% 0%
Aço 11% 23%
Agentes Vulcanizantes 0,75% 0,75%
Agentes Aceleradores 0,25% 0,25%
Agentes Activadores ZnO =1 % ZnO =2 %
Anti Oxidantes Fenilamina =1% Fenilamina =1%
Enxofre 1% 1%
Estes valores variam com o tipo de pneu, com o fabricante e até com o país de origem. São
apenas valores de referência para poder dar uma ideia do que existe num pneu comercial.
1.2.2.4 Processo de fabrico O processo de fabrico de um pneu é composto por diversas fases e pormenorizado. Pode ser
resumido na Figura 8.
Figura 8 - Fases do processo de fabrico de um pneu (adaptada de [5])
13
Na primeira fase do fabrico, a mistura de borracha e aditivos tem de ser preparada.
Seguidamente, é usada em três partes distintas, na extrusão, onde prepara-se o piso e a parede
lateral. Na Calandragem, onde são preparadas as telas do pneu, em conjunto com materiais de
corpo, como as malhas de aço ou texteis; e o fabrico do talão, normalmente em aço, forrado a
borracha. Todo este processo é feito com a borracha ainda verde, ou seja, sem ter passado
ainda pela vulcanização. [5]
No processo de extrusão, numa primeira fase, a borracha passa num molde de extrusão,
seguindo para arrefecimento e posterior corte preciso.
No processo de Calandragem, a borracha é aglomerada em sanduiche com fios de aço, sendo
seguidamente enrolada várias vezes no diametro pretendido.
Posteriormente à fase de preparação dos materiais envolvidos vem a fase de montagem do pneu.
Consiste no aglomerar das partes anteriormente produzidas e formar um pneu para a
vulcanização.
Na montagem, começa-se por construir a carcaça, seguindo-se a segunda fase onde se adiciona
os talões e as telas estabilizadoras, acabando por adicionar-se a zona do ombro e o revestimento
butílico. Por fim envia-se o pneu para a vulcanização.
No Apêndice A estão algumas images do processo de fabrico de um pneu.
Acabando a montagem, o pneu está pronto para a fase de vulcanização para endurecimento da
borracha, sendo finalizado com processos de inspeção para garantir a qualidade do produto. No
capítulo 1.2.2.4.1 está pormenorizado o processo a que chamamos de vulcanização da borracha.
1.2.2.4.1 Vulcanização – processo químico A vulcanização baseia-se na adição de enxofre à borracha para que esta fique com uma
resistência superior e menos viscosa (Figura 9). As moléculas da borracha são muito longas e
entrelaçadas, mas se forem esticadas podem ser separadas. A borracha crua pode assim perder
a forma, não ficando suficientemente forte para os usos que lhe queremos dar. As propriedades
mecânicas que desejam-se, além da elasticidade característica da borracha, não existem sem a
vulcanização. A borracha ficaria também mais dependente da temperatura ambiente, derretendo
no verão e ficando vítrea no inverno. [5]
14
Figura 9 - Mudança na borracha ao adicionar-se enxofre à sua estrutura (adaptada de [5])
A vulcanização da borracha é a adição a esta de enxofre sob aquecimento e pressão e
normalmente na presença de catalisadores, sendo os mais comuns os derivados de óxido de
zinco [10] . A reacção acontece sem catalisador, mas é muito lenta para ser usada a nível
industrial. [11] Normalmente ocorre a 150ºC, aproximadamente. [12]
Descobriu-se acidentalmente que a borracha com enxofre não derretia, sabendo-se atualmente
que isto acontece porque o enxofre cria ligações “cruzadas” entre as moléculas da borracha,
produzindo uma microestrutura que torna a borracha mais resistente. Durante esse processo, os
átomos de enxofre quebram as ligações duplas e formam ligações unindo as moléculas da
borracha. [13]
A reacção química da vulcanização altera a borracha criando novas ligações entre as moléculas.
Como se pode ver na Figura 10 a borracha vulcanizada passa a ter ligações de enxofre entre
dois ramos do polímero.
Figura 10 - Alterações nas moléculas de borracha natural com a vulcanização (adaptada de [14])
15
Na cadeia hidrocarbonada da Figura 10 existe, por cada unidade monomérica, uma ligação dupla
de carbono que é susceptível de ser quebrada.
Quando uma mistura de borracha natural é aquecida com enxofre, os átomos de enxofre atacam
essa dupla ligação e estabelecem, mediante ligações do tipo covalente, pontes de átomos de
enxofre entre as cadeias moleculares, formando uma rede tridimensional. [14] As ligações podem
ser mono-, di- ou polisulfúricas. [15]
Essa nova estrutura é melhor porque sem a vulcanização, as moléculas de poli-isopreno podem
deslizar umas sobre as outras. Com a realização da vulcanização, os átomos de enxofre unem
as estruturas lineares iniciais, formando pontes de enxofre que aumentam a resistência e a
dureza da borracha. [13]
Logo o processo de vulcanização torna a borracha que é "plástica" em um material elástico, muito
mais resistente. [14]
Figura 11 - Variação de propriedades da borracha em função da formação de ligações cruzadas de
enxofre (adaptada de [11])
Quanto mais enxofre for adicionado à borracha, maior será a sua dureza, sendo que nas
borrachas usadas em pneus usa-se cerca de 1,5% a 5% de teor de enxofre. [13] A adição de
enxofre tem de ter em conta as propriedades desejadas para um pneu, visto variarem conforme
a densidade de ligações cruzadas de enxofre, que estão dependentes da quantidade de enxofre
adicionada na vulcanização, como se pode ver na Figura 11.
Em relação à temperatura de cura, não costuma ser superior a 210ºC, mas pode ser inferior,
sendo a gama comum entre os 135ºC e os 200ºC. O intervalo é grande pois depende do tipo de
borracha e das propriedades que pretende-se fornecer ao produto fabricado. [15]
No processo de fabricação do pneu, a vulcanização é o processo onde se aumenta a resistência
da borracha, mas também onde todos os componentes do pneu são combinados e onde ficam a
16
ser apenas uma peça. O passo final é marcar o pneu com o padrão do piso e as marcações que
vão permitir identifica-lo.
A vulcanização torna-se assim o processo químico básico para a fabricação de um pneu, dando
à borracha as propriedades necessárias para se criar um elemento fundamental do
deslocamento e segurança nas estradas.
Tipos de pneu Existem vários tipos de pneu, e várias maneiras de os caracterizar e agrupar. Existem pneus
para estrada, tanto para automóveis como para motociclos, e pneus “off road”, usados em
maquinas agrícolas e industriais. Pode-se também classificar um pneu como de inverno e de
verão, conforme as suas propriedades e capacidade de ser menos afectado pelas condições
climatéricas. Um pneu pode ter montagem radial ou diagonal, sendo assim facilmente perceptível
que classificar um pneu depende das características que tem-se em conta. Um pneu pode
também ter ou não camara de ar no seu interior, havendo vantagens e desvantagens para cada
uma das opções.
Vai-se apenas falar de pneus de estrada por serem os normalmente envolvidos em acidentes
de viação, focando os pneus de automóvel, ficando de fora todo o tipo de pneus “off road”,
abordando as restantes classificações mais comuns seguidamente.
1.3.1 Construção de um pneu
Relativamente à construção de um pneu, este pode ser radial ou diagonal, dependendo da
orientação das telas. Os pneus são actualmente quase todos radiais, mas ainda são fabricados
pneus diagonais utilizados nalgumas aplicações.
Figura 12 - Tipos de construção de um pneu (adaptada de [5])
17
Pode-se observar na Figura 12 que a principal diferença está na orientação das telas, sendo que
na construção radial estas circundam o pneu perpendicularmente ao eixo central e na diagonal
as telas estão, como o nome indica, na diagonal alternadamente, e cruzam-se na zona central
do piso.
Cada vez mais usa-se a montagem radial num pneu pois esta possui vantagens muito
importantes em relação a um pneu de montagem diagonal. Isto porque um pneu radial possui
uma elevada capacidade de carga, elevada longevidade e boa resistência a elevadas
velocidades, havendo pouca resistência ao rolamento, possuindo uma boa aderência e fornece
assim uma condução mais confortável e silenciosa.
Um pneu diagonal possui também as suas vantagens, tendo elevada resistência ao impacto,
mas acaba por ter um desgaste acentuado no centro do piso devido ao tipo de ligação das telas,
e por aquecimento a duração da carcaça é reduzida. [5] Possui também uma menor motricidade,
como se pode ver na Figura 13, com interesse particular por possuir uma boa performance de
aderência nas curvas. [16] Um pneu radial, devido às telas estabilizadoras montadas
perpendicularmente, possui uma pegada maior durante a mudança de direção, permitindo assim
a sua optimização em relação a um pneu diagonal.
Figura 13 - Diferença da pegada entre um pneu radial e um diagonal numa curva (adaptada de [5])
Relativamente ainda à construção do pneu, este pode ter câmara-de-ar (tubetype) ou não a
possuir (tubless). [5]
A Tabela 4 resume as vantagens e desvantagens de cada tipo de construção relativa à câmara-
de-ar.
18
Tabela 4 - Comparação entre pneus com e sem câmara-de-ar [5]
Tipo de Construção Sem Câmara-de-ar
(Tubeless)
Com Câmara-de-ar
(Tubetype)
Esquema de Construção
a)
b)
Vantagens -Pneu mais resistente à perda
de ar
-Pneu mais fácil de montar e
desmontar
-Pneu com menor
aquecimento
-Conjunto mais leve
- O pneu perde ar mais
lentamente
- Quando há danos no talão
ou no pneu mas não
danificam a câmara pode-se
continuar a circular até ser
possível o arranjo ou
substituição deste numa
oficina.
Desvantagens - Qualquer dano no talão
pode provocar uma fuga de ar
- Pode ocorrer fuga de ar
caso a jante se encontre
danificada ou se a zona da
válvula apresentar corrosão
- Na montagem há risco de
furar a câmara. (b)
- No enchimento há risco de
perda de pressão devido ao
ar retido entre a câmara e o
pneu durante a montagem (b)
- Em caso de furo o ar
escapa-se pelo local de
perfuração e pelo orifício da
válvula (a)
É importante não baralhar a tecnologia run flat com a tubless. No último caso o pneu apenas não
tem câmara-de-ar, mas se perder pressão, vai tornar-se inviável a circulação. Um pneu run flat
faz parte das novas tecnologias desenvolvidas na área automóvel, sendo um pneu com um
reforço de estrutura lateral, entre outras características, que o permitem ser muito mais rígido, e
assim circular apos perda de pressão. Este tipo de tecnologia é disruptiva e não cai no âmbito
deste trabalho devido à sua ainda pouca aplicação.
19
1.3.2 Piso de um pneu
O piso de um pneu possui decalques que têm variadas funções, e que os caracterizam e
diferenciam (Figura 14).
Figura 14 - Principais tipos de piso (adaptada de [5])
Cada piso possui características próprias, que fazem com que um pneu tenha condições
operacionais óptimas particulares, e que estas tenham uma gama de variação considerável,
consoante a mudança de piso.
Por vezes classifica-se um pneu como adequado mais a uma estação que outra, sendo
tipicamente dito que existem pneus de inverno e de verão tendo em conta o piso, afirmação
comum por haver pneus mais adequados a pisos molhados que outros, mas que não os tornam
particularmente pneus classificáveis como de inverno ou verão. Um pneu de verão possui uma
borracha mais elástica na sua composição, boa para aderir à estrada, mas que é danificada a
baixas temperaturas. Já um pneu de inverno tem mais sílica na sua composição, e também mais
sulcos para afastamento da água e da neve do piso. [17]
Nos países em que a neve é comum, existem opções variadas para esse tipo de clima, sendo
soluções diferenciadas das existentes em mercados com clima temperado como Portugal, sendo
que o resumo que se segue é geral, sem particularidades.
Existem outras características que podem classificar um pneu como ideal para o inverno ou para
o verão sem este ser classificado como pneu sazonal, como a capacidade de travagem a seco
ou a capacidade de dissipar o calor. O grande grupo de variáveis nos pneus para a sua
classificação foca-se bastante no piso destes por influenciar as principais características
avaliativas de um pneu.
A Tabela 5 resume as características, vantagens e desvantagens de cada tipo de piso.
20
Tabela 5 - Classificação e características dos tipos principais de piso [5]
Pode-se concluir que os pneus direcionais favorecem o escoamento de água, mantendo a
aderência em piso molhado, ficando aquém na performance sonora, criando mais ruido que outro
tipo de piso; os pisos assimétricos por sua vez tentam combinar as vantagens de um pneu
simétrico e direcional, criando um escoamento de água no lado externo do pneu que não está
Tipo de Piso e
Símbolo
Simétrico
Direccional
Assimétrico
Composto
(sem símbolo)
Características
Piso com simetria
central, com efeito
espelho
Ranhuras laterais
direccionadas no
mesmo sentido
Metade exterior
diferente da
interior
Composição das
características
dos outros tipos
de piso, variáveis
entre cada pneu
do conjunto do
veículo
Vantagens
- Bom controlo da
direcção
- Boa estabilidade
-Boa drenagem da
água
-Bom desempenho
em piso molhado
- Piso muito
versátil, boa
performance
global, é utilizado
em quase todas as
aplicações
- Piso visualmente
agressivo, boa
aderência e controlo da
direcção, melhor opção
para performance em
aquaplaning e
aderência no molhado.
- Excelente
aderência
- Eficaz
drenagem da
água
- Ombro exterior
optimizado para
curvar
- Boa superfície
de contacto no
solo
(permite altas
velocidades).
- Performance
global muito boa,
muito boa
imagem (hi-tech)
- O melhor dos 2
mundos, imagem
atraente (imagem
hi-tech +
desportiva)
- Reservado a
viaturas de
elevadíssima
performance
Desvantagens
- Não atingem a
especificidade que
os outros tipos de
piso conseguem
ter nas suas
melhores
características.
- Não inverter o sentido
de rotação (Atenção na
montagem do pneu na
jante, dependendo da
posição D/E
(Direita/Esquerda) no
veículo).
- Os blocos que
constituem o piso
produzem um nível de
ruído mais elevado e
podem
Desenvolver desgastes
em “dentes de serra”
(vide 1.5.1.3)
- Deve ter
atenção na
montagem (a
indicação
"outside" deve
estar sempre
virada para o
lado exterior do
veículo).
- Não pode fazer
rotação na jante.
- É necessário
aplicar pneus
“esquerdos” e
“direitos”
(limitações para a
produção,
logística, etc.)
•Um pneu para
cada posição na
viatura
21
tão previsto num pneu simétrico, e os pneus de piso composto tornam-se a excelência da classe,
especificando as particularidades que cada pneu no veículo deve ter, sendo de tracção ou não,
esquerdo ou direito, todos diferentes entre eles.
Todos estes tipos de piso possuem o problema de terem uma ordem de montagem específica,
seja por sentido de rotação, lado externo ou interno, ou local específico no veículo, ago que os
pneus de piso simétrico não possuem, sendo essa a sua maior vantagem em relação a todos os
outros tipos de piso – a sua generalidade.
A nova etiquetagem europeia de classificação de pneus, em vigor desde 2012 [16] informa o
comprador da performance do produto que está a adquirir em três grandes grupos de avaliação.
Figura 15 - Nova etiquetagem Europeia de performance de um pneu (adaptada de [16]
O pneu é assim avaliado, como se pode ver na Figura 15, no consumo de combustível, na
capacidade de escoamento de água e aderência em piso molhado, e no ruido produzido em
andamento no rolamento do pneu no exterior do veículo. [16]
No consumo de combustível e na aderência em piso molhado o pneu é avaliado de A a G, sendo
sete as possíveis classificações, sendo A a melhor performance e G uma performance inferior
no factor considerado.
O consumo de combustível é medido tendo em conta a resistência ao rolamento, que tem um
impacto no consumo de combustível. A resistência ao rolamento é a energia perdida pelo pneu
por unidade de distância percorrida. Se os pneus são de baixa resistência ao rolamento, eles
oferecem uma maior eficiência energética, e terão uma melhor classificação.
A performance do pneu relativamente à travagem em molhado é avaliada com a letra A é o mais
seguro e com melhor travagem, e a letra G o menos seguro e a pior travagem. O pneu é
submetido a um teste de travagem com um veículo em condições normalizadas (temperatura,
estado da superfície do solo, altura de água e velocidade). [16] Um veículo com quatro pneus de
classe A e circulando a 80km/h, a diferença de distância de travagem em relação a um pneu da
classe G poderá ser até 18 metros, ou 30% menos, fazendo a diferença. [16]
22
A avaliação do ruido no exterior do veículo possui três linhas, sendo as três linhas pretas um
ruido elevado e só uma linha um ruido ligeiro, mas a avaliação possui a medição de ruido
realizada pela marca no exterior do veículo, representada em decibéis. Assim, o comprador pode
saber qualitativa e quantitativamente a quantidade de ruido que o pneu realiza em rolamento.
Estes factores avaliativos têm a desvantagem de dificilmente permitirem um pneu óptimo nas
três classes, pois com o aumento da aderência em piso molhado, aumenta também o ruido
produzido, devido ao aumento dos sulcos necessários para a drenagem da água, que também
prejudicam o consumo de combustível. Apenas pneus de última geração e de alta tecnologia
conseguem atingir boas avaliações em factores inversamente proporcionais.
1.3.3 Marcas nos pneus e significado
Todos os pneus possuem marcações na sua lateral, inscritas na altura da vulcanização (vide
1.2.2.4.1) que transmitem informações essenciais para identificar, caracterizar e definir as
origens deste. Estas marcações variam entre fabricantes, entre países e em pneus mais antigos
pode não haver algumas das marcações típicas, ou estas podem ser diferentes. No geral, a
Figura 16 representa as principais marcações que um pneu possui na sua lateral.
Figura 16 - Marcações existentes num pneu (adaptada de [5] )
Legenda: 1 – Nome do Fabricante ou da Marca; 2 – Desenho; 3 – Medidas do pneu (cotas dimensionais);
4 – Condições de Utilização; 5 – Marca ECE; 6 – Marca de ruido; 7 – construção do pneu; 8 – Posição de
Montagem; 9 – Pneu reforçado; 10 – Pais de fabrico; 11 – Marca de indicações de segurança (EUA)
/condições de funcionamento (UE)); 12 – câmara; 13 – código DOT (EUA).
23
Muitas destas marcas são bastante importantes para o bom funcionamento do pneu, outras
apenas servem para o caracterizar e representar, mas todas ajudam, a uma primeira análise, a
identificar o pneu que está a ser avaliado.
O nome do fabricante ou da marca do pneu costuma estar visível facilmente, sendo normalmente
as inscrições de maior tamanho. O desenho de um pneu, ou o modelo, identifica-o mais
facilmente nos catálogos da marca, seno que as medidas são mais universais, também
chamadas de cotas dimensionais, referindo a largura nominal da seção, o valor da relação entre
a largura e altura da seção em percentagem, se o pneu é radial ou diagonal e o diâmetro da
jante. [18]
As condições de utilização englobam o índice de carga para montagem e o índice de velocidade.
O índice de velocidade indica a velocidade máxima a que o pneu pode suportar a carga
estabelecida no Índice de carga, segundo as condições de utilização determinadas pelo
fabricante. O índice de Carga é um código numérico que indica a carga que o pneu pode suportar,
segundo as condições de utilização específicas, determinadas pelo fabricante. [5] Juntos, criam
um código de velocidade e carga máxima conjuntas que os pneus podem atingir.
A marca da construção de um pneu refere se é radial ou diagonal, sendo que actualmente
practicamente todos os pneus são radiais, tendo um R a identificá-los. A existência de câmara-
de-ar é referido, indicando se é tubeless ou tubtype.
A posição de montagem é referida para todos os produtos assimétricos pois é importante
encaixar o pneu na jante na posição correta. Isto acontece pois os pneus assimétricos e
compostos são desenvolvidos para oferecer o melhor desempenho considerando os diferentes
comportamentos das áreas externas e internas da superfície de rolamento e, se forem mal
montados, não realizarão o efeito para que foram concebidos.
As marcas de segurança variam entre cada continente, sendo que na União Europeia é
obrigatória a inscrição do Indicador de carga e pressão máxima com que o pneu pode circular.
Existem outras marcas importantes que um pneu pode ter e que dão informações que o condutor
deve saber identificar, como por exemplo:
O TWI (Tread Wear Indicator - Indicador de Desgaste da Superfície de Rolamento) é um recurso
de segurança importante que permite mostrar facilmente quanta superfície de rolamento resta
no pneu ainda a poder ser utilizada. Barras de borracha estreitas são moldadas numa altura de
1,6 mm (2/32") na parte inferior das ranhuras da superfície de rolamento. Quando os desgastes
da superfície de rolamento atingem essas barras, o pneu deve ser substituído. [19]
Pneus de inverno, também chamados pneus de neve, de tempo frio ou térmicos, são
identificados pela marcação M+S (Mud&Snow – Lama e Neve) existente na lateral dos pneus
junto com o desenho de uma montanha com um floco de neve. Legalmente a marcação M+S
sozinha é suficiente para identificar um pneu de inverno, mas a indústria de pneus tem adoptado
24
a marcação de floco de neve para diferenciar os pneus de inverno reais (M+S e flocos de neve)
dos pneus gerais para a estação (apenas M+S) (Figura 17). [19]
Figura 17 - Marcação de pneu M+S e neve (adaptada de [19])
O desgaste mais rápido do piso de um pneu ocorre nos meses de verão. A alta temperatura
ambiente contribui para uma mais elevada temperatura de trabalho do pneu (Figura 18).
Figura 18 – Desgaste de um pneu (tendo em conta o normal - 100%) tendo em conta a estação do ano,
em função da quilometragem. (adaptado de [5])
Um pneu consegue assim, por variadas marcas laterais, apresentar-se e dar a conhecer as suas
propriedades principais a quem as souber ler.
Segurança rodoviária e pneus Para um veículo estar seguro sem dúvida que os pneus deste têm de estar dentro dos padrões
de funcionamento e manutenção adequados. Embora existam outros factores a ter em conta, na
segurança rodoviária os pneus são um dos pontos mais importantes a considerar, por serem
fáceis de controlar, mas também dos pontos mais comuns a terem falhas por incumprimento das
regras.
25
1.4.1 Influência do pneu no comportamento do veículo
Um pneu tem diversas funções num veículo (vide 1.2.2.1) mas as suas condições de utilização,
conforme estejam dentro do estipulado pelo fabricante ou não, alteram as suas capacidades
iniciais e consequentemente o cumprir das suas funções.
Um dos pontos alterados pela insuflação de um pneu é a força de viragem, que é definida pela
intensidade da força que é gerada segundo o ângulo de escorregamento. É um factor importante
para o processo de viragem da viatura.
Figura 19 - Influência da pressão de Insuflação de um pneu na força de viragem necessária (adaptada de
[5])
A altura do piso do pneu também influencia a capacidade do pneu escoar a água, evitando o
fenómeno de Aquaplaning, em que os pneus apanham um lençol de água que não conseguem
escoar para manter a adesão à estrada, derrapando o veículo sem hipotese do condutor poder
controla-lo até ultrapassar o lençol.
A aderencia do veículo não é perturbada apenas pelo piso desgastado dos pneus e a sua
pressão (vide 1.4.2.1), mas também pela manutenção destes.
Na substituição de pneus, estes devem ser repostos a pares, e normalmente os pneus da frente
gastam-se mais rapidamente devido a maioria dos veículos terem tracção à frente. Como tal, há
a tendência de substituir os pneus da frente primeiro, havendo assim uma alteração de aderência
ao piso do veículo, pois antes os pneus mais gastos estavam a frente e com a substituição
passaram a estar atrás, passando a ser o eixo de tracção o com mais aderência, dando uma
segurança falsa ao condutor. Em piso escorregadio a perda de aderência dar-se-á primeiro no
eixo traseiro, mais difícil de controlar por não ter a tracção associada. Sendo assim, é sempre
aconselhável trocar os pneus do eixo de tracção primeiro, mas recolocar os traseiros no eixo
frontal e os novos no traseiro, para manter a aderência máxima no eixo sem tracção associada.
26
A cada 10 000 km os pneus devem também ser rodados, ou seja, trocados entre si. Faz-se a
rotação para obter um desgaste mais uniforme de todos os pneus do automóvel, para compensar
a diferença de desgaste referida acima, e assim garantir uma maior eficácia e durabilidade dos
mesmos. A rotação vai também permitir uma maior estabilidade, em recta e em curva e uma
maior capacidade de travagem. [5]
1.4.2 Condições de utilização
Todos os pneus possuem condições óptimas de pressão de insuflação, carga máxima e
velocidade máxima (vide 1.3.3) dadas pelo fornecedor e fabricante. Mas existem outros factores
de utilização e manutenção de um pneu na viatura que devem ser realizados pelo utilizador do
veículo frequentemente.
Alguns pontos devem ser verificados regularmente para assegurar que se verificam as
condições necessárias para se manter a segurança do veículo [20]:
A marcação da medida do pneu deve ser idêntica ao longo do eixo, e devem ser
aplicados pneus com o mesmo tipo de construção, isto é pneus de construção diagonal
ou radial;
Os pneus M+S devem ser preferencialmente montados em conjuntos completos. Não
devem ser misturados com outros tipos de pneus no mesmo eixo;
Não é recomendável a montagem de um pneu novo (até do mesmo tipo) em conjunto
com um pneu bastante usado no mesmo eixo, isto é a profundidade de piso dos dois
pneus deve ser o mais próxima possível;
Existem requisitos especiais para a substituição de pneus em veículos 4x4. Consultar as
recomendações do fabricante do veículo;
Garantir que pneus Assimétricos, Compostos ou Direccionais são devidamente
montados na jante nas posições indicadas pelo fabricante.
O índice de carga e de velocidade (vide 1.3.3) tem de se ter em conta na substituição dos pneus.
Estes devem ser iguais ou superiores ao símbolo de carga e índice de velocidade aplicados nos
pneus aprovados para o respectivo veículo, ou seja, podem ser superiores ao indicado pelo
fabricante, mas nunca inferiores.
1.4.2.1 Pressão de Insuflação Em relação a alterações de pressão de insuflação dos pneus, tanto o excesso como o defeito
em relação ao ideal indicado pelo fabricante possuem consequências para o pneu e para o
veículo. A pressão deve ser sempre adequada tendo em conta a carga por eixo, as velocidades
atingidas e o tipo de via. [5]
27
Uma pressão correcta permite uma boa área de contacto com o solo, melhorando a aderência,
favorecendo um desgaste regular do pneu, diminuindo a resistência ao rolamento e
consequentemente o consumo de combustível. [5]
Figura 20 - Tipos mais comuns de danos correspondentes a circulação de um pneu com pressão inferir à
adequada (adaptado de [5])
Uma pressão insuficiente provoca um desgaste irregular, maior nos ombros do pneu, levando à
fadiga da carcaça e a uma maior aquecimento, e anda a um aumento do consumo de combustivel
devido a uma maior resistencia ao rolamento, diminuindo o rendimento do pneu, ou seja, este
realiza menos quilómetros. [5]
Figura 21 - Representação de um pneu com pressão insuficiente (adaptada de [5])
Uma pressão excessiva leva a uma menor aderência ao piso devido a uma menor área de
contacto, a um menor conforto dos utilizadores do veículo, e a um menor rendimento quilometrico
do pneu por se desgastar mais na zona central do piso, que leva a um maior risco de cortes e
leva à fadiga dos elementos de suspensão. [5]
28
Figura 22 – Representação de um pneu com excesso de pressão (adaptada de [5])
A pressão de utilização também influencia o desgaste do pneu, sendo que quanto mais baixa for
a pressão em relação ao recomendado, mais desgaste o pneu vai sofrer e mais vai se desgastar
no rolamento na via.
Figura 23 - Relação entre a pressão de utilização e a diminuição da duração de um pneu (adaptada de
[5])
Mas o desgaste do pneu não é a única alteração às suas condições optimas com a alteração da
pressão acima, ou abaixo da recomendada.
A temperatura da borracha, seja da parede lateral ou do piso, altera-se conforme as variadas
pressões de insuflação, além de que também são influenciadas pela velocidade de circulação.
29
Como se pode verifcar na Figura 24, quanto maior a pressão, menor temperatura se atinge na
borracha do pneu. Este facto é importante para evitar danos por sobrequecimento, e respectivas
consequências (vide 1.5.1.6).
A pressão dos pneus influencia também o consumo de combustivel, pois o aumento de
resistencia à tracção de um pneu pouco insuflado gera um maior consumo de combustivel (Figura
25).
Figura 25 - Influência da pressão de um pneu e do respectivo consumo de combustível (adaptada de [5])
Por vezes perde-se pressão muito rapidamente para o previsto. A Figura 25 representa o declinio
esperado de pressão, em semanas, para um pneu com a pressão recomendada. Caso a perda
de pressão seja significativa em um curto espaço de tempo, pode haver fugas no pneu, seja por
defeitos na ligação entre a jante e o pneu (vide 1.5.1.1), seja por furo, ou também por problemas
na válvula. Para se verificar que a válvula não possui problema de fuga, deve-se retirar a tampa
da válvula, e passar água ensaboada em cima da mesma e verificar que não se formam bolhas
que indiquem uma perda de ar, e uma necessidade de substituir a válvula.
Figura 24 - a) Alteração da temperatura da parede lateral de um pneu com a variação da pressão de insuflação; b) Alteração da temperatura do piso de um pneu com a variação da pressão de insuflação (em bar) (adaptada de [5])
a) b)
30
Deve-se por isso verificar a pressão dos pneus, sempre frios para não haver leituras alteradas
pelo aquecimento do ar comprimido, e com regulariade, para garantir que não existem perdas
de pressão por danos desconhecidos ou pelo envelhecimento do pneu.
Mas a pressão não é o único ponto a ser analisado frequentemente, a profundidade do piso
também merece atenção regular para garantir que este ainda é capaz de cumprir com as suas
funções, particularmente no escoamento de água.
A Tabela 6 resume os valores minimos e aconselhados de pressão e profundidade do piso, e
respectivas consequências na segurança do veículo. [1]
Tabela 6 - Resumo das pressões e profundidade do piso recomendadas e perigosas num pneu [1]
Pressão Correcta
Nominal +/-0,3 bar
Segurança na Condução
Maior duração do pneu
Menor consumo de
combustivel
Menor emissão de CO2
Pressão Baixa Nominal -0,3 a -0,5 bar
Menor duração do pneu
Degradação do
comportamento do veículo
Maior consumo de
combustivel
Pressão Perigosa Nominal -0,5 bar ou inferior
Risco de rebentamento
Estabilidade alterada
Aumento da distância de
travagem
Degradação irreversivel do
pneu
Profundidade do piso
Segura Mais de 3 mm
Pneu seguro em todas as
circunstâncias
Profundidade do piso Baixa Entre 3 mm e 1,6 mm
Pneu seguro, mas
condicionado
Necessario adaptar a
condução quando se
circula em estradas com
lençois de água (perigo de
Aquaplanning)
Profundidade do piso
Perigosa Menos de 1,6 mm
Pneu perigoso
Circulação fora da lei
Perda de aderencia em
molhado
Risco de rebentamento do
pneu
O pneu pode estar completamente seguro em relação à sua pressão e profundidade de
piso, mas mesmo assim ser influente negativamente na condução do veículo. Por vezes, a
certas velocidades, o condutor sente o veículo a vibrar. Entre outras razões, uma das mais
comuns deve-se a pneus mal equilibrados. [21] O resultado, além das vibrações e do
31
desconforto que estas causam, é o desgaste prematuro e irregular dos pneus, bem como um
desgaste inesperado de todo o conjunto de suspensão do automóvel. A equilibragem das
rodas consiste na distribuição de peso da forma mais "equilibrada" possível entre o conjunto
formado pela roda e pelo pneu, ao nível dos centros radiais e laterais. Existem dois tipos de
desequilíbrios:
Desequilíbrio estático, quando existe uma parte do pneu mais leve ou mais pesada.
Isso faz com que o pneu não rode regularmente e pode originar perdas de tracção
e o desconforto que causa é evidente. [21]
Desequilíbrio dinâmico, que causa uma oscilação lateral ou uma vibração da roda
ao rolar. Este desequilíbrio causa um desgaste irregular no piso do pneu, chamado
também de desgaste sinuoso, em toda a circunferência. Causa uma maior
instabilidade e desconforto, sentem-se vibrações e origina um desgaste maior sobre
a direcção e os rolamentos. [21]
As rodas devem ser equilibradas sempre que surjam vibrações, na troca ou reparação de pneus,
ou a cada 10.000 km mesmo que não se verifiquem quaisquer "sintomas" que apontem para um
desequilíbrio das mesmas. [21] Assim garante-se que todos os aspectos de um pneu que podem
ser avaliados estão em ordem.
Um pneu tem em média 8 kg ou 80 kg, caso seja de ligeiro ou de pesado. Em média perde 10%
do seu peso durante a sua vida útil com a erosão durante a sua utilização, entre outros danos.
[8] Dai ser tão importante saber quais os danos mais comuns, derivados da utilização do pneu,
e os mais perigosos, que podem danificar a estrutura do pneu tornando-o inviável para circular.
Danos nos pneus Os pneus são assim elementos fundamentais da dinâmica e segurança de um veículo, sendo
por isso importante estes manterem-se com as suas propriedades intactas, sem sofrerem danos
ou alterações das suas propriedades que alterem as funções que desempenham quando em
utilização.
Mas durante o seu tempo útil estes podem sofrer danos mais ou menos comprometedores das
suas funções no veículo. A acumulação destes danos, ou a súbita alteração das condições de
utilização para limites extremos podem gerar que o pneu falhe.
Essas falhas podem ser classificadas de variadas maneiras, havendo danos que podem ser
devidos a falhas no controlo de qualidade, nas condições de utilização, no contínuo uso de um
pneu já sem condições de circulação, ou na ultrapassagem das condições extremas para que o
pneu está preparado.
32
Tendo em consideração todos os danos existentes é praticamente impossível classifica-los
totalmente. No entanto, vários profissionais aglomeraram os vários tipos de danos em livros
técnicos sobre o assunto. [22] [23]. Embora não refira-se todos os danos, a missão fica mais fácil
ao referir-se os mais comuns, os mais perigosos e os mais relevantes para pneus acidentados,
que estão descritos seguidamente.
Os tipos de danos no pneu podem ser divididos de variadas maneiras:
Pode ser pela área em que acontecem, se no piso ou ombro, se são lateralmente visíveis
e na área do talão, ou no interior do pneu;
Podem também ser divididos em duas áreas grandes, uma com a separação das
variadas camadas do pneu (incluindo a delaminação da camada externa) e os danos
em que não está envolvida nenhuma destas separações, isto porque a separação das
telas é comum devido ao acumular das variadas causas que levam à separação.
Pode-se também considerar à parte certo tipo de danos, particularmente os causados
por arranjos ou manutenção no pneu realizada de forma errada, por danos químicos que
variam conforme o agente envolvido, mas que os mais comuns podem ser considerados.
Os danos após um acidente podem ser de todo o tipo mas normalmente nota-se a
diferença, sendo a diferença maior a nível microscópico, pois a delaminação da
borracha, a falha das telas e o corte do arame será visivelmente por corte e não por
rebentamento dos ligamentos.
Refere-se de seguida, e com apoio de imagens, os danos mais comuns dentro de cada área de
localização no pneu, e os casos mais específicos de danos gerais no pneu, anotando-se também
as causas mais comuns para cada dano.
1.5.1 Danos mais comuns
Tem de se ter em conta que a maioria dos danos está associada a mais que uma zona do pneu,
sendo por vezes revista em duas partes do capitulo, ou referida apenas na zona mais critica onde
pode acontecer, e sendo claro que certos danos, como por exemplo, derivados de um
envelhecimento do pneu, dão-se em variadas zonas do pneu, mas são referidas em separado
devido à causa e não à localização.
1.5.1.1 Área do talão Em relação à área do talão, podem acontecer danos na borracha que a envolve, devido a problemas de
montagem e desmontagem do pneu.
33
Figura 26 - Dano na área do talão devido a montagem/desmontagem do pneu (adaptado de [22])
Como se pode ver na Figura 26, os danos na borracha foram feitos pelos ganchos da máquina
de montagem e desmontagem de um pneu.
Pode também acontecer o metal do talão ficar exposto, por delaminação da borracha, que pode
não só acontecer no processo de montagem/desmontagem, como também no transporte em
armazém por empilhadoras. [22]
Figura 27 - Dano na zona do talão por delaminação da borracha envolvente (adaptado de [22])
O dano pode não se limitar a ser na borracha, como visto na Figura 26 e Figura 27, pode também
envolver a alteração do formato do aro do talão, sem danos visíveis na borracha, como visto na
Figura 28.
Figura 28 - Dano na forma do aro do talão (adaptado de [22])
34
Este tipo de dano visível na Figura 28 também costuma ser devido a uma utilização incorrecta
de ferramentas de montagem e desmontagem do pneu na jante, mas pode acontecer também
por mau armazenamento do pneu. [22]
Há danos no talão também devidos a uma utilização de uma jante com o tamanho errado para o
pneu em questão.
Figura 29 - Danos na zona do talão devido à utilização de jantes de tamanho errado/ou por falta de
pressão no pneu (adaptado de [22])
Na Figura 29 pode-se ver que a borracha está demarcada pela jante. Este dano pode também
acontecer se o pneu circular com a pressão abaixo da adequada.
Este tipo de danos na área do talão podem acontecer por outras razões, estas são apenas as
mais comuns.
1.5.1.2 Área de parede lateral A parede lateral pode sofrer bastantes tipos de danos, muitos deles influenciados por danos
ocorridos no piso que se propagam, outros por condições de utilização não adequadas, e até
mesmo o envelhecimento da borracha (vide 1.5.1.6).
Mas há um tipo de danos mais comuns além destes. Na lateral do pneu sente-se mais facilmente
qualquer alteração das condições de utilização, e é sem dúvida o elemento constituinte do pneu
35
em que se sente a falta de pressão com maior intensidade, particularmente quando o pneu circula
com um furo (vide 0, Figura 84).
Figura 30 - Danos causados na lateral de um pneu por circulação em situação de inflação (imagem 1 e 2)
(adaptado de [22])
Figura 31 - Danos causados na lateral de um pneu por circulação em situação de inflação (imagem 3)
(adaptado de [22])
Os danos causados por circulação em estado de inflação estão visíveis na Figura 30 e Figura
31, onde se pode ver com clareza os danos em 360º à volta do pneu de quebra por esforço, e a
delaminação consequente da borracha. Este dano também pode ocorrer se o pneu estiver em
condições de sobrecarga. Existem outros exemplos de danos na parede lateral por falta de
pressão ou circulação em estado de inflação, em anexo (vide 0).
Na lateral também pode acontecer o típico furo, não sendo este dano restrito a zonas directas
de contacto com o piso.
36
Figura 32 - Dano na área lateral do pneu devido a um furo (adaptado de [22])
1.5.1.3 Área do piso A área do piso é a área que acumula maior variedade de tipo de danos, devido em grande parte
por ser a zona de contacto directo com a via, sofrendo agressões que, teoricamente, outras
zonas do pneu não sofrem por não estarem em contacto.
Um dos desgastes mais comuns são as marcas de uma travagem brusca, perceptível a Figura
33, mais visível em carros sem ABS (Anti-lock Breaking System, que faz com que os pneus não
bloqueiem quando travados bruscamente), com travões novos ou problemas no sistema de
travagem. [22]
Figura 33 - Marcas de travagem brusca num pneu, com amostra de um caso que levou ao desgaste
completo de todas as camadas (adaptado de [22])
O caso comum dos furos e perfuração do pneu é um dos danos que costuma mais facilmente
ser identificado, devido à perda de pressão do pneu.
37
Figura 34 - Perfurações num pneu (adaptado de [22])
Outro dano comum é o desgaste do piso e das marcas deste, devido ao uso, visível na Figura
35, onde por vezes um dos ombros pode estar mais desgastado que o resto do pneu devido a
uma alteração dos eixos do veículo (vide 1.5.1.6).
Figura 35 - Desgaste do piso do pneu (adaptado de [22])
As delaminações da borracha são comuns pois acontecem associadas ao envelhecimento do
pneu e da borracha. Por vezes as “laminas” criadas de borracha separam-se, visível na Figura
36.
Figura 36 - Delaminação com arrancamento de pedaços de borracha do piso (adaptado de [22])
38
Por vezes as camadas do pneu separam-se, ou levantam, e nota-se particularmente mais no
piso.
Figura 37 - Separação de duas camadas do pneu (adaptado de [22])
Existem várias causas para tal acontecer, desde o pneu circular com excesso de carga além do
aconselhado, a ter um excesso de pressão em relação à ideal, ou mesmo problemas durante o
fabrico.
Outros danos relativos ao piso do pneu e ao respectivo desenho estão visíveis no apêndice 0.
1.5.1.4 Interior do pneu O interior do pneu é uma zona importante no que se refere a danos, pois por vezes a borracha
butílica (vide 1.2.2.3.1) pode estar danificada, e o utilizador não tem noção desse dano até este
manifestar-se de uma maneira mais agressiva.
Um dos danos mais comuns são os causados por condições de circulação com o pneu sem
pressão adequada, sendo o caso extremo a circulação com o pneu sem pressão, e também em
casos que a carga excede a definida para os pneus.
Figura 38 - Dano no interior de um pneu após circulação em condições não adequadas (adaptado de [22])
Na Figura 38 podemos verificar que o revestimento interno demonstra danos, com fracturas da
superfície da borracha, e tal vai permitir que haja infiltrações de ar na borracha de dentro para
fora.
39
Um dos casos mais comuns para que as reparações possam falhar (vide 1.5.1.5) deve-se ao
facto de, por vezes, externamente o dano ser apenas um furo, uma perfuração, mas internamente
o pneu ter o revestimento interno danificado em uma área maior que um furo, precisando de uma
manutenção diferente, ou inviabilizando o reparo. [22]
Figura 39 - Dano no revestimento interno de um pneu que sofreu uma perfuração (adaptado de [22])
Na Figura 39 podemos ver que a perfuração que o pneu sofreu rasgou o revestimento interno do
pneu, tornando o dano bastante maior que o que poderia ser previsto externamente.
O revestimento interno também pode sofrer danos com o pó de equilíbrio utilizado para equilibrar
pneus, normalmente de pesados, por este ser colocado internamente no pneu, e ir alocar-se nas
zonas que dinamicamente precisam de ser equilibradas, mas se for um pó de má qualidade este
pode danificar o interior do pneu.
1.5.1.5 Reparações mal executadas Curiosamente, uma parte dos danos mais característicos encontrados num pneu é devida a
tentativas de reparação de outros danos.
Existem reparações a pneus que quando feitas, se não houver brio e responsabilidade por parte
do operador da oficina, podem tornar o pneu ainda mais perigoso do que estava anteriormente
com o dano que está a ser arranjado.
Um dos danos mais comuns de ser facilmente arranjado, mas caso mal feito, torna-se perigoso,
é o caso da perfuração do pneu até ao interior, um furo.
Existem vários tipos de remendos, alguns deles já abandonados devido ao facto de não serem
eficientes o suficiente, mas têm de ser feitos com uma respectiva inspecção do pneu e do dano
para garantir que este, após remendo, fica operacional. Sem essa revisão, pode ser problemático
o remendo.
40
Figura 40 - Dano causado num pneu que foi mal remendado (adaptado de [22])
Na Figura 40 podemos ver que o remendo colocado no interior do pneu para corrigir um furo
acabou por ceder e causar um dano na parede lateral. Isto porque o mais provável era o furo ter
um tamanho irregular, ou demasiado grande para o remendo, e tal não foi tido em conta, tendo
sido realizada a manutenção na mesma.
Outro caso de um remendo mal feito pode ser visto na Figura 41, onde o pneu não foi
desmontado e analisado para ser remendado. Este tipo de remendos não é permitido pela
indústria automóvel devido a serem colocados sem inspecção/desmontagem, mas ainda é
verificada em alguns pneus em circulação.
Figura 41 - Tipo de remendo de furos feitos com o pneu montado (adaptado de [22])
Existem reparações que podem causar até separação de camadas do pneu, como se pode ver
na Figura 42, devido a migração de ar pelas variadas camadas, pois um remendo mal feito deixa
o pneu exposto.
41
Figura 42 - Separação de parte da borracha da camada do piso do pneu devido a um remendo mal
executado (adaptado de [22])
No Apêndice 6.2 podem ser vistos outros danos causados por reparações mal efectuadas.
1.5.1.6 Danos por envelhecimento e mau de uso Este capítulo engloba dois tipos de danos que normalmente se acumulam entre si, mas que têm
origens diferentes, sendo os danos causados pelo envelhecimento do pneu não evitáveis, e os
de mau uso, a evitar.
As condições de utilização (vide 1.4.2), quando não cumpridas, dão origem a um envelhecimento
precoce do pneu, dando mais facilidade a que a já esperada degradação progressiva do pneu
ocorra de uma forma acelerada. E por ser já esperada, a degradação do pneu tem de ser
controlada, e quando este já não estiver em condições de circular, deve ser abatido, para evitar
danos, e possíveis acidentes, por excesso de uso do pneu.
Esse envelhecimento inevitável deve-se ao facto da luz solar (raios UV) e a composição do ar
(oxigénio e ozono, agentes oxidantes) degradarem a borracha e o metal que constitui o pneu,
fazendo com que ele perca qualidades. Na Figura 44 pode-se ver o típico dano, em fase inicial,
das quebras na borracha causadas pelo envelhecimento pelos elementos.
42
Figura 44 - Visibilidade das quebras na borracha pelo envelhecimento dos elementos (adaptado de [22])
No entanto, este dano esperado é prejudicado pelos danos causados pelo mau uso do pneu. O
excesso de uso do pneu torna-o perigoso, por este perder aderência à estrada com a alteração
da borracha e, a perca do desenho do piso torna-o propício a problemas com aquaplaning (vide
1.4.2), sendo sinais visíveis de uso excessivo representados na Figura 45, onde as telas
estabilizadoras e o metal contido nelas já está exposto.
Figura 45 - Danos visíveis de excesso de uso (adaptado de [22])
Figura 43 - Dano visível sobre tensão do pneu, devido a deterioração pelo ozono (adaptado de [23])
43
Existe também o caso em que a ferrugem pode ser o problema, seja esta proveniente das jantes
do pneu, ou proveniente dos seus elementos internos (como o talão e as malhas das telas
estabilizadoras, quando feitas de metal).
Figura 46 - Ferrugem visível em zonas expostas de um pneu em que os elementos metálicos estão erodidos (adaptado de [23])
Já foi visto como o pneu influencia o veículo (vide 1.4.1) mas existe também o problema de o
veículo influenciar o pneu.
Se os eixos do veículo estiverem desalinhados, este facto vai causar um maior desgaste num
dos lados dos pneus, invertidamente, e conforme o desvio dos eixos. Este tipo de danos é visível
na Figura 47.
Figura 47 - Visível desgaste do lado externo de cada pneu devido ao desalinhamento dos eixos do veículo
(adaptado de [22])
Existe também o caso de partes do veículo entrarem em contacto com o pneu em circulação,
como os guarda-lamas, parafusos, entre outras peças que podem estar fora da sua posição, e
que deixam marcas no pneu, como visível na Figura 48.
44
Figura 48 - Danos causados num pneu que esteve em contacto com alguma peça do veículo
Se o pneu circular em excesso de carga, ou com pressão inferior ao necessário para a carga
suportada, (facilmente verificado analisando o numero gravado na lateral referente a esta
informação – vide capítulo 1.3.3) vai acabar por sofrer danos que o vão degradar rapidamente.
Figura 49 - Danos no pneu por excesso de carga (adaptado de [22])
Os danos sofridos são geralmente idênticos aos visíveis na Figura 49, onde há uma cedência na
zona lateral, ou perto do talão, de algumas, ou de todas as camadas do pneu.
Circular com pressão abaixo do definido acaba por causar este dano, e outros, normalmente
rodando todos em redor de cedências da parede lateral, que é a zona mais crítica em termos de
resistência de um pneu com variações de pressão em relação à adequada, como referido no
capítulo 1.5.1.2.
Por vezes um pneu pode estar a sofrer uma perda das suas qualidades por envelhecimento dos
seus componentes e tal não ser muito visível, por ser na zona interior do pneu, ou por ser
intrínseco à sua construção.
45
Figura 50 - Rachas superficiais da borracha na lateral do pneu, indicativas do envelhecimento dos
componentes internos (adaptado de [22])
Na Figura 50 pode-se observar um sinal superficial da falha de elementos componentes das
camadas inferiores de borracha e malha, que se manifestam a olho nu no aparecimento de falhas
na borracha superficial. [22]
Um típico problema de mau uso é a não aplicação do tipo de pneus ao tipo de ambiente onde o
veículo vai circular.
Figura 51 – Envelhecimento e desgaste do pneu precoce (adaptado de [22])
Se um pneu construído para temperaturas baixas e para circular com chuva é usado em época
quente e seca, ou no caso inverso, vai degradar-se mais que o previsto, havendo um
envelhecimento acelerado, visível na Figura 51.
Os danos podem também acontecer consoante o tipo de zona onde o veículo circula. No
apêndice 0 estão alguns exemplos de danos associados a diferentes tipos de terreno.
Outra razão de uma má utilização vem ainda antes do pneu ser montado, havendo muitos casos
em que os pneus ficam danificados, e por vezes inutilizados, por mau armazenamento. Se um
pneu ficar perto de máquinas que produzam calor, vai acabar danificado, se estiver ao sol
também, ou em alguma posição que suporte muito peso, pode ficar deformado.
46
1.5.1.7 Danos devido a químicos Existem casos em que a borracha, que é uma mistura de componentes químicos, pode entrar
em contacto com contaminantes que lhe alterem as propriedades.
Figura 52 - Dano na superfície do pneu devido a contacto com produtos petrolíferos (alteração de
cor/textura) (adaptado de [22])
Por vezes compostos derivados do petróleo, como os combustíveis ou os lubrificantes, ao
entrarem em contacto com a borracha as propriedades desta podem alterar-se de variadas
maneiras, podendo alterar a cor, a textura, ficar esponjosa, expandir ou formar bolhas na
superfície de contacto. Esses danos podem ser vistos na Figura 52 e Figura 53. Acaba por, em
estados mais avançados, por secar a borracha e ela perde as propriedades elásticas. [22]
Figura 53 - Dano na superfície do pneu devido a contacto com produtos petrolíferos (superfície
esponjosa/aparecimento de bolhas na superfície) (adaptado de [22])
Existem danos causados também pelo contacto com o sal, usado em países frios para derreter
a neve, ou com produto Antifreeze, para o motor. Esses danos são normalmente, em conjunto
com o envelhecimento do pneu pelo meio envolvente (vide 1.5.1.6), causadores do ressequir da
47
borracha, e até mesmo enferrujar o metal que é constituinte do pneu, se este tiver alguma entrada
(por danos de perfuração e envelhecimento da borracha).
Figura 54 - Corrosão da borracha e do metal exposto a água salina (adaptado de [23])
1.5.1.8 Danos derivados de sinistros No âmbito deste tema, estes danos são os mais específicos de tentar identificar-se, e catalogar
em relação a outro tipo de danos.
O único problema é conseguir distinguir danos pré e pós acidente, e particularmente, danos pós
acidente que são parecidos a danos não derivados de acidentes.
Os danos mais comuns em acidente são os devido a impactos. Mas são danos que podem
ocorrer sem que haja acidente, basta haver um grande impacto no pneu, sendo que isso depende
da via, do comportamento do condutor e do próprio veículo.
Um dos casos mais comuns são as delaminações da borracha por impacto. Conforme a força do
impacto, pode haver perfuração de uma ou mais camadas da estrutura do pneu.
Figura 55 - Delaminação do pneu por impacto (adaptado de [22])
Como se pode ver na Figura 55 a delaminação tem normalmente uma zona em que o corte da
camada é directo, não havendo o típico esfarelar do desgaste.
Existem danos de impacto maioritariamente visiveis na borracha do interior do pneu, na zona do
talão, embora também possam formar uma ligeira saliência no exterior do pneu (Figura 56).
48
Figura 56 - Dano na borracha de revestimento interior devido a um impacto (adaptado de [22])
O impacto pode ser suficientemente forte para quebrar o pneu em varias camadas, como visto
na Figura 57 sendo este dano diferente do da Figura 55 pois não é retirado qualquer bocado de
pneu. Este tipo de dano é agravado por uma circulação com excesso de pressão nos pneus, e
em altas velocidades.
Figura 57 - Quebra do pneu devido a impacto (adaptado de [22])
Na Figura 58 já se verifica a delaminação com o impacto, sendo este dano uma mistura dos
referidos na Figura 57 e Figura 56.
Figura 58 - Quebra e delaminação de um pneu por impacto (esquerda – lateral, direita – no piso)
(adaptado de [22])
49
Existem também danos derivados a contacto com objectos pontiagudos ou cortantes, criando
cortes no pneu, que podem acontecer em acidente, ou por vandalismo, sendo um exemplo
desses cortes (Figura 59).
Figura 59 - Cortes na superfície do pneu (adaptado de [22])
Estes danos são os principais para se verificar se houve um impacto no pneu que os tenha
causado, como, por exemplo, durante um acidente, e assim poder interpretar melhor os
parâmetros do acidente, com base nos danos causados no pneu. O mais dificil o interpretar do
“branco”, ou seja, do estado do pneu antes do acidente, visto ser um pneu já usado, exposto aos
danos anteriormente falados.
Outros danos mais especificos, ou menos comuns, mas relevantes encontram se no anexo 0.
Existem danos não abordados pois são quase restritos a pneus de pesados (vide 6.2.1) devido
à necessidade destes possuirem propriedades diferentes das dos ligeiros, particularmente na
recauchutagem (vide1.7.2.1.2).
As consequências destes danos são variados, desde o desgaste acelerado de um pneu, uma
maior poluição sonora/atmosférica/da via, e maioritariamente a causa de acidentes
desnecessários se houvesse uma maior manutenção do estado dos pneus (vide 1.5.2.1) gerando
muitas vezes rebentamentos.
50
1.5.2 Estatísticas de acidentes e estatísticas dos pneus
1.5.2.1 Causas de acidentes e quais associadas a pneus Normalmente, quando existe um acidente com um veículo tenta-se descobrir as causas. Estas
podem ser variadas, e em algumas delas estão os pneus com o papel principal ou secundário.
Normalmente existem três grandes grupos de causas para acidentes de viação: o factor humano,
o factor da via e do meio ambiente e o factor mecânico do veículo. [24]
A OMS (Organização Mundial de Saúde) publicou em maio de 2015 algumas estatísticas sobre
acidentes de viação. [25]
Concluíram que mais de 90% das mortes e lesões ocorrem em países subdesenvolvidos, e nos
desenvolvidos em classes sociais de menor nível económico. Este facto é influenciado por outras
razões que causam acidentes, que são as falhas mecânicas do veículo, que podem ser evitadas
com uma frequência activa da manutenção dos elementos componentes da máquina, que em
classes sociais com menor nível económico acaba por ser um ponto secundário da utilização do
veículo, pois o custo de manutenção é elevado. Este ponto é um dos principais onde os pneus
são mais influentes nas causas dos acidentes, por não possuírem a devida manutenção (vide
1.5.1.5). [25]
Os jovens entre os 15 e 44 anos são 60% das mortes globais, e os homens são mais propícios
a estarem em acidentes de trânsito, sendo cerca de 77% das mortes na estrada, e que os jovens
do sexo masculino com idade inferior a 25 anos são quase 3 vezes mais propensos a morrer na
estrada do que jovens do sexo feminino. [25] Isto deve-se a atitudes baseadas numa confiança
excessiva na velocidade e via onde circulam, em maior parte pelos elementos do sexo masculino.
Os acidentes de viação podem ser evitados com algumas atitudes. A via precisa de estar
operacional, com escoamento de águas par evitar aquaplaning, bem iluminada, havendo também
limpeza de óleos regulares para evitar derrapagens. Devem estar bem pavimentadas e bem
sinalizadas, sendo estas razões as principais que influenciam a condução por parte do ambiente
e da via, sendo responsabilidade das empresas exploradoras das estradas e dos elementos
governamentais responsáveis. [24]
Pode-se também melhorar as características de segurança dos veículos, e melhorar a
assistência pós-acidente para as vítimas de acidentes de trânsito. Intervenções que visam o
comportamento do usuário rodoviário são igualmente importantes, tais como a criação e
aplicação de leis relativas aos principais factores de risco, e sensibilização do público sobre
estes. [25]
Os principais factores humanos que aumentam o risco de um acidente e mortes na estrada são
[24] [25]:
51
Velocidade - Um aumento na velocidade média está diretamente relacionada tanto com
a probabilidade de um acidente ocorrer como também à gravidade das consequências
do acidente.
Conduzir alcoolizado ou o consumo de estupefacientes – consumir Álcool e/ou
estupefacientes combinados com o acto de conduzir aumenta tanto o risco de um
acidente como a probabilidade de morte ou ferimentos graves que poderão resultar
deste.
Não uso de capacete (Motociclos) - Usar um capacete corretamente pode reduzir o risco
de morte em quase 40% e o risco de ferimentos graves em mais de 70%.
Não uso de Cintos de segurança e sistemas de retenção - Usar cinto de segurança reduz
o risco de uma fatalidade entre os passageiros do banco frontal cerca de 40-50% e de
passageiros do banco traseiro por entre 25-75%. Se corretamente instalado e utilizado,
retenção para crianças reduz as mortes entre crianças cerca de 70% e as mortes entre
bebés entre 54% e 80%.
Cansaço - Um condutor cansado pode adormecer ou ficar sonolento, com capacidade
de reação extremamente reduzida
Desrespeito da distância mínima entre veículos - É um erro extremamente frequente e
grave, presente na maioria das colisões traseiras. O condutor aproxima-se demais do
veículo à sua frente, reduzido o seu próprio tempo de reação, renunciando a qualquer
possibilidade de evitar o acidente em caso de travagem do veículo que vai à sua frente.
Ultrapassagem indevida - Leva à possibilidade de choques frontais por invasão da faixa
contrária para realizar uma ultrapassagem sem condições.
Condução distraída - Há muitos tipos de distrações que podem levar a uma condução
perigosa, sendo algumas das mais comuns:
o A distracção causada por telemóveis pode prejudicar a performance de
condução de diversas maneiras, desde criar tempos de reacção mais longos a
uma diminuição da capacidade de manter-se na faixa correta. As mensagens de
texto também resultam em uma considerável redução da performance de
condução, com condutores jovens em risco especial dos efeitos da distração
resultantes dessa utilização. Sistemas de Alta-voz ou de Mãos-livres não tornam
a utilização do telemóvel muito mais segura, pois embora mantenham o condutor
com a visão na estrada, desviam a atenção com a mesma intensidade.
o Uma longa viagem, um percurso quotidiano eternamente repetido, o uso do
telemóvel, podem ter o mesmo resultado: uma desatenção ao que está a
acontecer e a incapacidade a reagir de modo a evitar o acidente.
o Os passageiros do veículo são também uma causa comum de acidente por
distraírem o condutor, particularmente crianças e animais, que não possuem
noção do comportamento a ter na estrada, distraindo o condutor facilmente.
o Acidentes na estrada tornam a probabilidade de outro acidente acontecer maior,
pois os condutores têm tendência a olhar para os veículos acidentados,
52
alterando a velocidade e retirando a atenção da via, ficando facilmente expostos
a um acidente por distracção.
o Insectos que possam entrar no carro também são uma causa comum de
acidentes, devido aos reflexos que o condutor acaba por ter para se proteger,
retirando as mãos do volante e alterando o movimento dos pés nos pedais,
podendo causar o descontrolo do carro e um posterior acidente.
Destas razões e outras, e da combinação de várias delas, gera-se um meio complexo de
circulação que exige um controlo apertado, regras e leis restritivas que façam cumprir os mínimos
da segurança para uma estrada mais segura. É sempre necessária uma formação contínua e
um treino intensivo dos novos condutores. Sem dúvida que uns pneus em condições de utilização
controladas geram mais segurança neste mapa da segurança rodoviária.
1.5.2.2 Estudo ACAP
A ACAP (Associação Automóvel de Portugal), através da sua Comissão Especializada de
Produtores de Pneus (CEPP), que integra os principais fabricantes de pneus, levou a cabo uma
campanha de informação e de sensibilização junto dos condutores sobre o papel fundamental
dos pneus no que toca à segurança dos veículos e da circulação rodoviária. Reescrevo o
concluído nesta campanha de informação e de sensibilização por parte da ACAP.
“Condutores de cerca de 900 viaturas entre Lisboa e Porto beneficiaram de check-up gratuito
aos seus pneus, por técnicos dos principais fabricantes que integram a CEPP.
A campanha, sob o lema “Pneus? Muito mais que um acessório, a sua segurança”, decorreu nos
meses de Junho e Setembro de 2013 e contou com o apoio operacional da PSP e da UNT/GNR
(Unidade Nacional de Trânsito).
Os números obtidos são muito preocupantes:
Em 32%, o estado dos pneus foi considerado muito perigoso para a circulação rodoviária,
necessitando da intervenção urgente de um especialista.
Quase metade, 48%, dos pneus analisados não tinham a pressão correcta.
No que se refere ao desgaste dos pneus, (grau, uniformidade e profundidade do desenho da
banda de rodagem) 35% dos pneus analisados não estavam em conformidade e 23% estavam
em mau estado!
Os promotores da Campanha sublinham que a manutenção pode ser efectuada em poucos
minutos e não tem custos associados – pelo contrário, pneus em bom estado e com a pressão
correcta proporcionam não só uma condução mais segura como também mais económica.
Para além da poupança de combustível decorrente de uma circulação rodoviária com a pressão
aconselhada - em 15.000km anuais, pode ser o equivalente a um depósito cheio, a vida útil do
pneu também é prolongada, não sendo necessário substituí-lo tão cedo.
53
Isto é, o condutor ganha de duas maneiras.
Outro procedimento simples recomendado pela ACAP/CEEP é a visualização regular dos pneus
no que toca ao grau e uniformidade do seu desgaste bem como a profundidade do desenho da
banda de rodagem: o mínimo legal é 1,6mm, mas aconselha-se a substituição do pneu quando
esta é inferior a 3,0mm. “ (excerto retirado de [1]).
Este estudo demonstrou que nas duas maior cidades com mais tráfico em Portugal, não existiu
uma maioria que tivesse os pneus num estado considerado completamente seguro. As
recomendações dos produtores e fabricantes são ideais para que os utilizadores levem mais a
sério o controlo das condições recomendadas de circulação dos pneus numa viatura. Ainda muito
pode ser feito para que a falta de segurança rodoviária seja menos associada à falta de
condições de circulação dos pneus na estrada.
Estudo e testes científicos realizados a pneus
Um pneu precisa de ser testado, antes de entrar para o mercado, na produção, e a nível de
controlo de qualidade, e posteriormente, caso aconteça alguma falha ou envolvimento em
acidente, a nível de danos sofridos micro e macroestruturais.
1.6.1 Testes de controlo de qualidade
Os testes de controlo de qualidade costumam-se focar em garantir que um pneu cumpre a
performance que promete. No final da produção há dois tipos de testes que podem ser feitos
para comprovar as características exigidas do pneu, sendo estes “destrutivos” ou “não
destrutivos”. [26]
Testes não destrutivos deixam o pneu com as condições originais e pronto para ser vendido, os
destrutivos destroem o produto ou certas características deste.
Testes não destrutivos são por exemplo uma selecção random de um pneu para se realizar um
raio-x para garantir que a sua arquitectura interna está dentro das especificações. Todos os
pneus são pesados e marcados em certas zonas de união e de equilíbrio de modo a que na
montagem, particularmente em pneus de origem, se tenha em conta a melhor posição para que
haja equilíbrio dinâmico. Estas marcas costumam ser amarelas e vermelhas. [26]
Existem também testes de verificação visual por parte de inspectores especializados, que
procuram falhas visíveis ou alterações realizadas na produção não previstas. [26]
Começam a haver testes 3D para verificar o pneu e a sua estrutura, com vantagens e
desvantagens aos testes 2D, como o raio-x, já practicados. As vantagens dos testes 3D residem
na capacidade de detectar não só presença de certos elementos como também o seu volume,
54
não são afectados pela luz ambiente, mas têm a desvantagem de terem pouco contraste nos
resultados, onde os testes 2D possuem melhor definição. [27]
Os testes “destrutivos” consistem em verificar se “fatias” de um pneu escolhido ao acaso
possuem as características esperadas em componentes, camadas e resistências. Também se
fazem testes de performance, em simuladores de pisos e de desgaste, e alguns testes de
circulação com o pneu montado num veículo em que se testa a capacidade de escoamento de
água e resistência aos danos, além da avaliação periódica do pneu durante a circulação. [26]
A maioria destes testes são mecânicos pois os testes químicos costumam testar a ligação dos
elementos de cada camada do pneu, e entre as camadas, microscopicamente, mas caso essa
ligação falhe, nota-se macroscopicamente, e mecanicamente o pneu falha nas suas
propriedades. Dai ser mais fácil verificar erros na vulcanização durante o processo, e erros e
performance mecânica e não a nível microscópico/químico.
1.6.2 Testes físicos e químicos realizados a um pneu danificado
Os testes posteriores ao uso, e normalmente posteriores a falhas, costumam ser realizados caso
o pneu receba uma queixa de mau funcionamento. A análise pode focar-se para determinar se
o dano é de fabrico ou de uso, mas existem vários tipos de falhas que podem acontecer (vide
1.5.1) e nem todas podem ser verificadas a olho nu, embora a maioria seja ou tenha-se tornado
visível, daí haver a queixa.
Existem também alguns testes físicos de tensão/elongação do material do pneu que
normalmente são realizados como teste de controlo de qualidade, mas que após dano, podem
ser realizados para comparar com os valores de referência [28]. Para este tipo de testes convém
por vezes envelhecer um pneu antes de fazer os testes, pois o uso do pneu e o facto de este
ficar exposto a certos elementos pode alterar a dinâmica do material, e tornando-o mais ou
menos rígido, não sendo isso classificado num teste de controlo de qualidade inicial, e que por
isso tem de ser feito para se tornar o “branco” na análise de um pneu usado neste aspecto
mecânico da tensão/elongação. [28] [29]
A nível laboratorial, e no âmbito deste tema, para identificar alterações a pneus danificados
podem ser feitos variados testes, alguns para determinar o dano, outros para caracterização da
borracha, para comprovar o dano.
1.6.2.1 Testes químicos laboratoriais Num laboratório podem ser feitos testes variados, cada um com o seu objectivo. Pode querer-se
saber quais os componentes presentes na amostra, e conforme o tipo de amostra, existem
variados testes. Também pode-se querer simular certas condições, ou comprovar alterações
microscópicas da matéria.
55
1.6.2.1.1 Testes de identificação Os testes químicos mais comuns realizados aos elementos de um pneu consistem:
1.6.2.1.1.1 Termogravimetria Termogravimetria ou análise termogravimétrica (TGA em inglês) é uma técnica destrutiva no
ramo de análises térmicas, na qual se controla a variação da massa de uma amostra em função
da temperatura ou do tempo, num ambiente de temperatura e atmosfera controladas. O seu
princípio de funcionamento é simples: analisar a perda ou a agregação de massa à amostra em
temperaturas variadas. [30]
Existem ensaios [31] realizados com borracha de pneu (composta por vários tipos de borracha –
vide 1.2.2.3.1) e de borrachas individuais, mostrando que existe na borracha do pneu uma
temperatura superior e outra inferior de degradação térmica, derivada da mistura de borrachas
com propriedades diferentes. Estes ensaios foram feitos com Nitrogénio e com eles determinou-
se os parâmetros cinéticos da borracha do pneu em questão e das borrachas SBR NR e BR que
a compunham. [31]
Alguns ensaios [32] [33] usam a Termogravimetria para testar a melhor maneira de se realizar
pirólise para reciclagem dos pneus usados (vide 1.7.2.1.4) para obter-se a maior rentabilidade
energética possível.
Particularmente em [33], os resultados de pneus envelhecidos durante a Termogravimetria são
referidos, sobre a estabilidade térmica da borracha, os resíduos sólidos deixados, a cinética
básica e na variação do peso relativo perdido da amostra.
Na Figura 60 pode-se ver um típico gráfico da curva de uma análise termogravimétrica de uma
amostra de pneu, como exemplo.
Figura 60 - Curva de Termogravimetria (TG) de uma borracha de pneu (estando também representada a
curva DTG - derivative thermogravimetric) (adaptado de [34])
56
Pode-se visualizar na Figura 60 que um perfil típico de uma análise TGA da borracha possui três
bandas bem definidas, duas na zona dos 400ºC de dois elastómeros, e uma na zona dos 600ºC
pertencente ao negro de fumo, e a cinzas.
1.6.2.1.1.2 Raman A espectroscopia Raman é uma técnica de alta resolução que pode proporcionar, em poucos
segundos, informação química e estrutural de quase qualquer material, composto orgânico ou
inorgânico permitindo assim a sua identificação. [35]
A sua análise baseia-se na luz, monocromática, coerente e de determinada frequência,
espalhada ao incidir sobre o material a ser estudado, cuja maior parte da luz espalhada também
apresenta a mesma frequência daquela incidente. Somente uma pequena porção da luz é
espalhada inelasticamente frente as rápidas mudanças de frequência, devido à interação da luz
com a matéria, e é uma característica intrínseca do material analisado e independe da frequência
da luz incidente. [35] Esta técnica é aplicada diretamente sobre a amostra em questão, não sendo
necessário fazer uma preparação especial no material. Além do mais, não há alteração na
superfície que se faz a análise. [35]
A espectroscopia Raman é também usada num ensaio [10], juntamente com um FTIR (vide
1.6.2.1.1.4), para encontrar os componentes num pneu onde existem reacções com o catalisador
da vulcanização da borracha (vide 1.2.2.4.1), encontrando os espectros da borracha SBR mas
também dos elementos catalisadores.
O Raman tem também a vantagem de dar uma imagem 3D de estruturas heterogéneas, como
referido em [36], pois consegue ler o espectro do material, sendo feito conjuntamente, e
comparativamente com uma leitura SEM (vide 1.6.2.1.1.3).
Na Figura 61 podemos ver um típico gráfico dum espectro Raman de uma amostra de pneu,
como exemplo.
Figura 61 – Espectro Raman de borracha IR e HNBR (adaptado de [36])
57
Pode-se verificar na Figura 61 que os picos tipos de uma borracha na zona dos comprimentos
de onda de 2500cm-1 pertencem as ligações duplas de azoto, e na zona dos 1600cm-1 às ligações
duplas do carbono.
1.6.2.1.1.3 SEM Um microscópio eletrónico de varrimento (SEM em inglês) é um tipo de microscópio que produz
imagens de uma amostra, usando a digitalização com um feixe focalizado de electrões. Os
electrões interagem com átomos da amostra, produzindo vários sinais que podem ser detectados
e que contêm informações sobre a topografia da superfície da amostra e a composição. O feixe
de electrões é geralmente verificado em um padrão de exploração da retícula, e a posição do
feixe é combinado com o sinal detectado para produzir uma imagem. SEM pode obter uma
resolução melhor do que um nanómetro. [37]
A Fractografia é o estudo das superfícies de fractura de materiais. Métodos Fractográficos são
usados para determinar a causa da falha em estruturas de engenharia, especialmente em falha
do produto, e na prática de engenharia forense ou análise de falhas, como no caso da falha de
um pneu. Na pesquisa da ciência material, fractografia é usado para desenvolver e avaliar
modelos teóricos do comportamento de crescimento de falhas. [38]
Um dos objectivos do exame fractográfico é determinar a causa da falha, estudando as
características de uma superfície fracturada. Diferentes tipos de crescimento da fissura (por
exemplo: fadiga, fissuras corrosão sob tensão, oxidação) produzem características na superfície,
que podem ser utilizadas para ajudar a identificar o modo de falha. [38]
O SEM é usado em conjunto com a Fractografia para identificar certo tipo de falhas (vide 1.5.1)
das fibras envolvidas nas várias camadas de um pneu (vide 1.2.2.3). [39]
É também usado em amostras calcinadas de pneu, para análise das suas propriedades porosas
e para comparar com alguns dos seus componentes originais, como o negro de fumo [8].
Imagens SEM são também geradas de produtos após serem analisados por Termogravimetria
(vide 1.6.2.1.1.1), podendo comparar posteriormente a composição química com a imagem SEM
e retirar-se conclusões de diferentes amostras, como realizado em [40] , onde amostras de
detritos em pó de pneu de variadas origens e obtidos de diversas formas produziram resultados
SEM/TG diferentes e identificáveis.
Na Figura 62 podemos ver uma típica imagem SEM de uma amostra de pneu, como exemplo.
58
Figura 62 - Imagem SEM típica de uma partícula de borracha de um pneu (adaptado de [41])
1.6.2.1.1.4 FTIR Transformada de Fourier por Espectroscopia de Infravermelho (FTIR em inglês) é uma técnica
que é utilizada para obter um espectro de infravermelho de absorção, emissão, fotocondutividade
ou Raman de um sólido, líquido ou gás. Um espectrómetro FTIR simultaneamente recolhe dados
espectrais de alta resolução através de uma vasta gama espectral. Isto confere uma vantagem
significativa sobre um espectrómetro de dispersão que mede a intensidade ao longo de uma
estreita faixa de comprimentos de onda de cada vez. [42]
A transformada de Fourier de espectroscopia de infravermelhos origina do facto de uma
transformada de Fourier ser necessária para converter os dados em bruto para o espectro real.
[42]
O FTIR é usado para caracterizar amostras variadas de pneu, sejam estas envelhecidas
laboratorialmente (com UV [28]) ou detritos separados ao longo do tempo de uso de um pneu de
estrada [43], ajudando assim à caracterização de amostras.
Na Figura 63 pode-se ver um típico gráfico da curva de uma análise FTIR de uma amostra de
pneu, como exemplo.
59
Figura 63- Espectro FTIR de uma amostra de pneu, comparada a uma amostra de pneu com Alilamina
(adaptado de [44])
Na Figura 63 verifica-se que o espectro pertencente à borracha possui picos na zona dos 2900
cm-1 pertencentes à elongação das ligações C-H e na zona dos 1090 cm-1 uma banda
pertencente a elementos de sílica.
1.6.2.1.2 Simulação de envelhecimento Por vezes, e para simular danos de envelhecimento para os comparar com o pneu em questão
a ser analisado, realizam-se testes de aceleração de envelhecimento:
1.6.2.1.2.1 Envelhecimento com Ozono O ozono (vide 1.5.1.6) é um dos principais degradantes da borracha do pneu. Por vezes é preciso
simular esse envelhecimento em laboratório, sendo usadas câmaras de UV (vide 1.6.2.1.2.2)
com ambiente quente, húmido e com alto teor de ozono na atmosfera dentro da câmara. [28]
1.6.2.1.2.2 Envelhecimento com UV O envelhecimento com raios Ultravioleta é realizado para simular o envelhecimento por
exposição à luz solar que os pneus sofrem ao longo da sua vida útil. Essa simulação é feita numa
câmara com exposição UV, normalmente a altas temperaturas (cerca de 70ºC [28]), e pode ou
não ser feito em ambiente húmido.
Existe certos ensaios [43] que adicionam Alilamina em solução ao ambiente de envelhecimento
do pneu devido às suas propriedades. Nomeadamente a degradação do pneu com a luz UV que
se deposita na camada superficial da borracha, o que se torna interessante para verificar a
alteração do envelhecimento com a luz UV e aditivos no pneu.
Nos casos referidos [43] [28], e em outros testes que envolvem envelhecimento em exposição à
luz solar e ao ozono, [29] as alterações reparadas no comportamento da borracha do pneu
focaram-se na perda de elasticidade e força, e na capacidade de evitar delaminações (vide
1.5.1).
Particularmente, uma das maneiras de reciclar pneus usados envolve usar o produto da sua
moagem, juntamente com cimento (vide 1.7.2.1.3) [44], para criar compósitos uteis para
60
superfícies. Essa mistura está a testar a utilização de raios UV [41] para haver menor degradação
das propriedades do compósito com a utilização de borracha alterada, e havendo assim uma
melhor ligação entre a borracha e o cimento.
Com estes testes, normalmente usadas em variadas combinações entre eles, consegue-se
assim comprovar a qualidade do pneu, ou determinar a falha que levou a que este não atingisse
a performance esperada.
Na Figura 64 podemos ver um típico gráfico da curva de evolução da propriedade de flexão de
uma amostra de pneu durante a sua exposição a luz UV, como exemplo. Verifica-se que a
alteração da borracha e da sua elasticidade é elevada, chegando aos 20% com 40h de
exposição.
Figura 64 - Evolução típica da resistência de flexão de uma borracha de pneu exposta a tratamento com
raios UV, comparativamente a borracha não exposta ( adaptado de [41])
O ambiente e o pneu – problemas da eliminação de
pneus usados
1.7.1 O Pneu e o seu impacto ambiental
Sendo o pneu parte integrante de um veículo, e este frequenta a via, ambos possuem um grande
impacto no ambiente que os rodeia. Os pneus em particular têm a potencialidade de se tornarem
poluentes graves do meio ambiente devido aos seus componentes tóxicos para o ecossistema,
como o enxofre usado na vulcanização (vide 1.2.2.4.1).
Um dos problemas da utilização dos pneus é que embora estes possam durar até 40 mil km
antes de estarem fora das condições óptimas de uso, durante a sua vida útil um pneu perde
cerca de 30 % da sua borracha do revestimento externo em partículas soltas com a abrasão ao
piso. [45] O rácio comum de abrasão de um pneu está reportado como sendo um intervalo entre
0,006 e 0,09 g km-1. Mas dessas partículas, menos de 5% são transportadas pelo ar, e menos
de 1% são gasosas. [45]
As partículas podem ser toxicas para a flora e fauna, infiltrando-se nos rios e canais freáticos,
contaminando facilmente o ambiente em redor. Nas zonas terrestres em redor da via costuma
61
haver bastantes detritos de origem óbvia – laminação dos pneus durante o rolamento na via, que
não são biodegradáveis.
Em caso de queima dos pneus, mais grave em aterros de pneus e ferros velhos devido à
concentração de matéria comburente (vide 1.7.2.1.1)., a poluição é mais dramática e a
contaminação do meio ambiente torna-se bem mais grave, existindo libertação de muitos
produtos químicos tóxicos, incluindo compostos orgânicos voláteis, tais como benzeno, metais,
como o chumbo, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e componentes de borracha sintética,
tais como o butadieno e estireno. Além disso, o teor de cloro em pneus leva à criação de dioxinas
e furanos, quando os pneus são queimados. [46]
Mas os pneus não são um elemento potencialmente poluente apenas na sua vida útil. O seu ciclo
de vida prevê o seu abate, mas este tema tem sido problemático para a industria, crescendo o
problema exponencialmente com a utilização massiva dos pneus mundialmente e o crescimento
da sua utilização no século XX. Chega assim ao presente dia como um ponto com mais do que
uma saída, pela sustentabilidade esperada do sector.
1.7.2 O abate de um pneu
O Pneu é um elemento do veículo que não possui o mesmo tempo de vida que a maioria das
peças, sendo por isso a sua substituição necessária no tempo de vida da viatura.
Quando um pneu acaba o seu tempo de vida útil, está quase a completar o seu ciclo de vida,
faltando apenas a sua retirada de circulação.
Cerca de 100 mil toneladas de pneus por ano são retirados dos veículos para seguirem para
abate, só em Portugal. [47]
As opções disponíveis inicialmente reduziam-se aos aterros de pneus, sendo que posteriormente
foi-se pensando em outras opções para valorização energética e amigas do ambiente, embora
por vezes estes dois pontos sejam antagonistas.
A reutilização da peça num todo também foi desenvolvida em paralelo, devido ao elevado custo
dos pneus novos, fazendo com que um mercado paralelo de reutilização e reaproveitamento
fosse criado, com a recauchutagem dos pneus, maioritariamente de pesados, mas também a
existência dos remendos de furos.
1.7.2.1 Os caminhos possíveis para o fim de vida de um pneu Sendo assim, o pneu ao sair de circulação num veículo ainda tem um caminho a percorrer, e que
cada vez mais tenta-se que seja sustentável. Passou-se nas últimas décadas a ver o pneu como
uma nova matéria-prima, tendo em conta o processo certo, tentando deixar de o ver como
matéria descartável como foi tratado durante a maior parte do século XX.
62
1.7.2.1.1 Aterros de pneus A opção inicial para o grande número de pneus em fim de vida útil foi a de considerar o produto
como lixo e descartá-lo como tal – num aterro. Os aterros de pneus são um problema ainda hoje
por ser a opção mais fácil, mas sem dúvida a mais negativa, para o abate dos pneus.
Desde 1999 que saiu uma directiva (1999/31/EC, de 26 de Abril) [48] que torna os aterros de
pneus uma prática ilegal na Europa. O continente chega a reciclar cerca de 480 mil toneladas de
borracha por ano, mas mesmo assim os aterros existentes noutros países são problemáticos
pois parte dos pneus descartados são exportados (Figura 65). [49]
Figura 65 - Maior aterro do mundo, visto do espaço, contendo cerca de 7 milhões de pneus, em Sulaibiya
no Kuwait (adaptada de [49])
Embora os processos de reutilização de um pneu, de reaproveitamento dos materiais e da
reciclagem da borracha sejam difíceis, há muitas razões para haver novos métodos que retirem
o aterro do pódio dos destinos de fim de vida dos pneus [12]:
A borracha recuperada pode chegar a custar metade da borracha natural ou sintética
usada no fabrico de pneus, e tem propriedades melhores que a borracha virgem.
Na reciclagem conserva-se produtos derivados de petróleo não-renováveis, que são
usados para produzir a borracha sintética.
A reutilização de pneus torna o processo de manutenção mais barato.
No reaproveitamento de materiais, muitos produtos podem ser feitos sem utilizar
borracha virgem, apenas com uso de produtos do pneu.
Pode-se recuperar energia da incineração dos pneus (ex.: pirólise).
A criação de novas indústrias e empresas de novas opções de abate de pneus cria
emprego, mesmo em países sub-desenvolvidos.
As leis nos países desenvolvidos cada vez mais exigem à indústria automóvel que crie
novas opções ao abate de pneus em aterros.
63
Estas razões foram as principais para o desenvolvimento de novos processos para o fim de vida
dos pneus descartados todos os anos mundialmente.
1.7.2.1.2 Reutilização A reutilização de um pneu baseia-se na tentativa de usar a carcaça de um pneu que já tenha o
piso demasiado usado para lhe colocar outro piso e assim este tornar-se num pneu seminovo,
chamando este processo de recauchutagem. Devido a ser um processo relativamente
complicado, e com bastantes parâmetros a serem cumpridos no pneu usado para que este seja
aceite para recauchutagem, é um processo que normalmente só é feito em pneus de pesados,
pois são mais caros e compensam a recauchutagem destes. [5]
Existe também a possibilidade de remendar um pneu furado, sendo que estes remendos também
possuem diversas regras de aplicação, mas que ajudam a que um pneu não seja logo descartado
após um dano ligeiro.
Tanto a recauchutagem como os remendos são elementos que devem ser feitos apenas quando
o pneu cumpre os pré-requisitos, e sempre por agentes autorizados. Qualquer uso indevido
destes procedimentos pode causar perigo aos utilizadores do veículo.
Também existe o reaproveitamento por acção mecânica de um pneu em áreas não previstas,
sendo usado, por exemplo, em portos e barcos para amortecer a atracagem. [12] Este tipo de
reaproveitamento das propriedades do pneu sem ter em conta a sua função original também é
considerado uma maneira de combater o abate em aterros.
1.7.2.1.3 Reciclagem Consiste na operação de valorização através da qual os materiais constituintes do pneu são
novamente transformados em produtos ou substâncias de interesse [47].
A reciclagem de um pneu pode ser feita de variadas maneiras. Em primeiro lugar pensa-se o que
se quer reciclar – a borracha e o metal são normalmente as duas opções. [50] Posteriormente
tem-se de escolher o processo, sendo normalmente utilizada uma moagem e posterior
separação dos dois tipos de matérias-primas. O metal vai ser posteriormente aproveitado
precisando apenas de ser fundido, sendo o pó formado de borracha o ponto mais elaborado do
processo, devido ao variado grão de moagem a que o processo mecânico dá origem.
Este pó pode ser usado, e tem sido, em variados processos:
É utilizado para fazer pavimentos de amortecimento de impacto [47];
Usa-se para fazer relvados sintécticos e pavimentos [47];
Foi misturado com asfalto e cimento Portland para alterar as propriedades isolantes
destes [44];
64
Devido às suas capacidades de absorção de óleo é utilizado na sua gramagem mais fina
para absorver óleo de motor em derrames em água [47];
Também é usado para fabricar adsorventes carbonáceos mesoporosos [51];
É usado para fazer utensílios de borracha, isolamentos térmicos e acústicos [47].
Maioritariamente em Portugal o granulado de borracha é usado em pavimentos e relvados,
englobando estas duas parcelas cerca de 80% da produção. [47]
1.7.2.1.4 Aproveitamento energético O reaproveitamento energético dos pneus pode ser feito de duas maneiras – por incineração do
pneu, havendo um reaproveitamento energético dos gases gerados em processos de fabrico,
como por exemplo na indústria do cimento [12], ou por pirólise dos materiais, havendo variados
testes com condições de reacção muito divergentes, obtendo-se derivados oleosos dos
hidrocarbonetos presentes na borracha. [52] Alguns desses derivados são usados como fuel,
chamados de TDF (Tire Derived Fuel) tendo um poder energético médio de 15 500 BTU/lb, sendo
cerca de 36 000 KJ/Kg. [9]
Ambas as opções são muito pouco usadas na indústria, sendo ainda muito estudadas em
instalações piloto, havendo bastante investigação para que se torne um processo comum e mais
fácil de reciclagem dos pneus de abate [12]. São também as duas bastante poluentes, devido ao
facto do pneu não ser feito para uma posterior queima, gerando gases muito poluentes, tóxicos
e nocivos para o ser humano, sendo um desafio realizar o seu aproveitamento energético de
maneira segura.
1.7.2.1.5 Empresas portuguesas de valorização do pneu para abate
Não existe nenhum regulamento europeu específico para recolher e tratar pneus usados. Em
Portugal usa-se o sistema de responsabilidade do Produtor, e “neste sistema o estado define a
estrutura reguladora que irá enquadrar a gestão dos pneus em fim de vida e obriga os fabricantes
de pneus novos a tomar a responsabilidade de os recolher e tratar adequadamente. Em cada
país que opte por este sistema, os fabricantes criam um setor de atividade que se especializa
nesta área, e que é representado por uma ou mais entidades gestoras. Atualmente, este é o
sistema que apresenta os meios e os resultados mais eficientes para alcançar o objectivo de
recolher e tratar 100% dos pneus usados gerados. “ [50]
A Valorpneu é a empresa criada em Portugal para regularizar o mercado de abate, tendo por
isso o objetivo de organizar e gerir o sistema de recolha e destino final de pneus usados. Tem
sido impulsionadora de novas ideias de reutilização e reciclagem dos pneus de abate,
organizando o Inov – premio inovação Valorpneu, que premeia a melhor ideia anual.
65
No mercado da moagem mecânica dos pneus em Portugal temos a Biogoma e a Biosafe.
Existe também o processo de moagem criogénica, realizado em Portugal pela Recipneu. O
processo criogénico caracteriza-se pelo arrefecimento criogénico dos polímeros constituintes da
borracha, por acção do azoto líquido. “Deste modo, o processo criogénico (muito frio, muito
rápido, e sob atmosfera inerte) não degrada química nem termicamente as cadeias moleculares
dos polímeros de borracha, nem o seu estado de vulcanização. As suas propriedades elásticas
(absorção de impactos; recuperação elástica) não são alteradas, mantendo-se intactas ao longo
do tempo. Os agentes protectores existentes na borracha (antioxidantes, estabilizantes aos UV
e outros) mantêm-se eficazes, resultando numa elevada resistência ao envelhecimento
atmosférico.” [53]
O mercado de moagem do pneu em Portugal é exportador, tenho criado emprego, e o granulado
produzido cumpre com as normas nacionais e europeias, sendo por isso exportado
maioritariamente para a Europa. [47] É assim um exemplo de inovação a criação destas
empresas para acompanhar as normas europeias de impedimento de abate de pneus em aterros.
1.7.2.2 A nova era dos Pneus ecológicos As novas tecnologias aliadas a políticas ecológicas e consciência ambiental crescente dos
fabricantes dos pneus está a dar origem a cada vez mais modelos, e ate mesmo gamas de pneus
ecológicos.
Estes pneus consistem em alterações realizadas em variados aspectos, desde a sua composição
até à estrutura de origem, que alteram as propriedades mais poluentes do pneu – a sua
degradação contínua e poluente (vide 1.7.1) e o seu posterior abate, que com materiais amigos
do ambiente tornam-se características menos tóxica, a sua influência no consumo de
combustível (vide 1.3.2) [54] ou até mesmo na inexistência de furos. [5]
Este tipo de pneus, tal como os com a tecnologia RunFlat (vide 1.3.2) são o futuro mas ainda
estão na classe de tecnologia de ponta, sendo o seu preço pouco acessível ao utilizador familiar.
Mas o esforço da indústria em tornar um elemento normalmente pouco sustentável a nível
ambiental, e que é incontornavelmente necessário num veículo, como é o caso dos pneus, num
elemento ecológico é de louvar.
1.7.3 Conclusão da revisão bibliográfica
Com esta descrição do pneu conseguiu-se introduzir o universo que é o estudo das suas
propriedades e da dependência da indústria automóvel destes elementos do veículo. Analisou-
se a importância do pneu na sociedade, o seu impacto ambiental e na segurança de um veículo,
e os danos mais comuns encontrados em pneus que circulem na via. Conseguiu-se introduzir os
conceitos necessários para numa parte experimental tentar-se encontrar um protocolo de testes
forenses que defina a história que um elemento tão complexo maioritariamente feito de borracha
poderá ter para contar.
66
Metodologia experimental
O pneu enquadrado nos procedimentos laboratoriais
Após uma introdução teórica sobre o pneu e as suas propriedades, fica claro que estas mudam
conforme as secções que se considerem da estrutura do pneu. Consequentemente, os testes
realizados a diferentes zonas de um pneu vão possivelmente devolver resultados diferentes.
Particularmente a borracha butílica que forma o revestimento interno (innerliner) do pneu possui
propriedades diferentes do resto da borracha, para que seja impermeável ao ar, o que gera
resultados diferentes dos da borracha externa. (55)
Figura 66 - Diferenças entre um pneu radial e Diagonal (vide 1.2.2.2), com evidência do revestimento
butílico em ambos (adaptado de [5])
Entre diversos pneus, que possuem composições diferentes devido ao propósito para que foram
construídos (se são de neve, se são para carros de alta performance, se possuem qualquer tipo
de propriedade que seja fornecido pelo tipo de borracha (vide 1.2.2.3.1)) vão também ter
resultados ligeiramente diferentes.
A zona do piso, normalmente mais exposta a certos contactos com a via, acaba por ter danos
muito próprios que são detectáveis particularmente em amostras dessa zona em particular.
Amostragem
A amostragem é uma das questões mais importantes em análises físico-químicas. A maneira
como o material é tratado para posterior teste influencia os resultados ao ponto de estes se
tornarem inutilizáveis.
67
Por isso o modo como as amostras são retiradas do exemplar é fundamental para que os
resultados não fiquem comprometidos.
No caso dos pneus, a borracha, sendo altamente elástica, juntamente com a malha das telas,
torna-se muito difícil de cortar com metodologias tradicionais (como era de esperar, devido à alta
resistência que um pneu tem de ter para circular na via, com a carga que suporta num veículo).
Normalmente, para se obter laminações do pneu na sua totalidade, são necessárias maquinarias
de corte próprias para material industrial, pois a maioria das ferramentas de corte não conseguem
cortar a borracha e a malha juntos.
A laminação de borracha superficial do piso, da parede lateral, ou do innerliner pode ser feita
com lâminas de metal que consigam cortar amostras, mesmo com a tensão do elastómero. O
metal escolhido não pode deixar resíduos, devido ao facto de estes poderem ser detectados nos
testes a realizar.
O corte da parte da malha, devido a esta ser normalmente metálica, ou de materiais muito
resistentes, como o nylon, exige que se usem materiais tão ou mais resistentes, que
normalmente deixam marcas características. Para análise química este facto pode ser
prejudicial, pois se a malha for metálica e cortada com outro metal, este pode deixar marcas
vestigiais, que em caso de teste forense pode influenciar os resultados ao ponto de estes serem
válidos, mas não utilizáveis, pois vão acusar os dois metais que de facto estão presentes, mas
que sendo um deles resíduo da amostragem, o teste deixa de ser uma prova.
Se for uma análise físico-química, como uma microscopia, ou mesmo uma análise SEM, sendo
o objectivo, por exemplo, ver em análise fractográfica o corte existente na malha após um
rebentamento, as marcas e resíduos deixados pela amostragem não vão ser tão significativos,
desde que não danifiquem a zona de corte do acidente, e que se consiga uma amostra de uma
zona não danificada de maneira a que se consiga analisar e comparar sem perturbações da
amostragem.
Existem também alguns aparelhos que exigem amostras muito pequenas, ou em pó, que por
vezes são complicadas de gerar sem alterar as propriedades da borracha. Normalmente existem
máquinas de moagem (a frio ou a quente, vide 1.7.2.1.5) utilizadas para a reciclagem de pneus,
mas que ambas as metodologias envolvem a alteração da borracha, inutilizando qualquer tipo
de teste forense feito após amostragem. Sugere-se utilizar simuladores de circulação na via, para
que os detritos causados sejam similares aos que um pneu sofre ao longo da sua vida útil,
podendo ser também utilizado lixas de papel e escovas de aço para simular a erosão do pneu e
formar amostras mais pequenas [8].
Algo muito importante por vezes é a impossibilidade de se utilizar análises destrutivas, devido ao
material ser uma prova, sendo que a amostragem também não pode causar danos destrutivos
ao pneu.
Isto cria um ponto importante de qualquer protocolo de testes: como realizar a amostragem.
68
Sugere-se que se tenha dois tipos de amostragem, conforme o tipo de análise: destrutiva ou não
destrutiva. Por vezes a amostragem pode tornar um teste, no global, destrutivo, pois embora a
análise mantenha a amostra intacta, para esta se realizar a amostragem vai destruir a estrutura
original da zona de recolha, o que em alguns casos pode ser problemático. Posteriormente tem
de se ter em conta se a análise vai abordar a composição ou a estrutura da amostra.
Tabela 7 - Tipo de Amostragem aconselhado para cada tipo de análise físico-química a realizar
Amostragem a Realizar
Análise de Composição
Corte com ferramenta que
não deixe vestígios, ou que
estes possam ser
identificados e eliminados.
Evitar corte químico ou que
altere as propriedades da
borracha (corte a
frio/quente).
Análise de Estrutura
Corte com ferramenta
metálica, evitando a análise
na zona de corte.
Uma análise elementar pode solucionar a possibilidade de existência de vestígios quando for
realizada uma análise de composição, pois estes podem ser identificados e posteriormente
eliminados dos resultados finais.
Amostras
As amostras utilizadas tiveram origem em variados sítios, sendo que foram listadas as amostras
usadas, o seu estado de recolha, a amostragem sofrida e os testes realizados, na Tabela 8.
69
Tabela 8 - Listagem das Amostras utilizadas e respectivas amostragens
Nº
Amostra Amostra Origem
Estado de
recolha
Amostragem
realizada
Testes
realizados
1
Piso de
recauchutagem
de pneu pesado
Berma da
A1
Inteiro, com
sinais de
rebentamento
Corte com
lâmina TG e IV
2 Pneu usado Sucata Amostra lateral Corte com
lâmina TG e IV
3 Pneu usado Sucata Amostra piso Corte com
lâmina TG
4 Pneu usado Sucata Amostra piso Corte com
lâmina TG e IV
5 Pneu usado Sucata Pneu inteiro Não
realizada
Avaliação
visual (vide
apêndice
6.3)
6 Pneu novo Bridgestone Corte de fábrica Corte com
lâmina TG e IV
7 Pneu novo Bridgestone Corte de fábrica Corte com
lâmina TG
8 Pneu usado
pesado Sucata
Amostra lateral,
com marca de
abertura da tela
na zona do talão
Corte com
lâmina TG e IV
Testes físico-químicos realizados
Foram realizados testes físico-químicos às amostras recolhidas para ter uma base de dados
sobre danos de uso e de envelhecimento, no caso de pneus envelhecidos (amostra 1-5), como
também para ter dados sobre pneus novos, alguns bem conservados (Amostra 6), outros com
sinais de envelhecimento devido a armazenagem (amostra 7), para se poder comparar as
diferenças.
Alguns testes foram precedentes de alguns procedimentos, como o caso das amostras presentes
na câmara de UVB, que foi um teste preparativo para análises Termogravimétricas e de
espectroscopia de Infravermelho.
2.4.1 Envelhecimento acelerado com UVB
As amostras 2, 3 e 4 foram, após amostragem, colocadas em vidro de relógio dentro de uma
câmara de estufa de exposição cíclica a radiação UVB, sendo iniciado um programa de ciclo de
humidade e temperatura, para simular o envelhecimento sofrido pelos pneus expostos aos
elementos. Os dados do ciclo e respectivos tempos encontram-se na Tabela 9. Cada programa
está definido com 99 ciclos, que duram 14,5 dias, e foram realizados 6 programas sobre as
amostras 2, 3 e 4.
70
Tabela 9 - Dados de um ciclo da estufa de UVB
Tempo (min)
Temperatura (°C)
Velocidade ventoinha Humidade (%) UVB
0 Ambiente 0 Ambiente Desligado
30 30 100% 0 Desligado
150 60 100% 60% Ligado
30 30 100% 0 Desligado
Ao longo dos seis programas, que duraram cerca de 3 meses, a cada 3 dias, foi retirada uma
das várias lâminas de borracha presentes na estufa de cada uma das amostras, para se
relacionar a evolução do envelhecimento, tendo sido guardada uma amostra do “branco”.
Embora sejam amostras de pneu já envelhecido, a ideia foi verificar se existe um limite, ou não,
de envelhecimento e degradação da borracha exposta aos elementos, e quais os resultados da
sua degradação.
Outras duas amostras, a 6 e 7, de pneu novo, mas com marcas de envelhecimento por
armazenamento/exposição aos elementos, foram submetidas ao mesmo tipo de ambiente, mas
com algumas particularidades:
Como as amostras eram de pneu novo, o ciclo foi mais curto, de 1 mês, para verificar se
a degradação era considerável;
Houve um conjunto de testes que foram submetidos a uma submersão em água
destilada concentrada com NaCl, já em saturação, para simular a degradação química
sofrida pelos pneus na época de neve;
Foi colocada também um corte da zona do talão da amostra 7, juntamente com a mesma
solução salina, para simular a degradação dos elementos metálicos do pneu.
2.4.2 Resultados dos testes físico-químicos
Os testes realizados neste trabalho basearam-se em Termogravimetrias a variadas amostras
com condições de envelhecimento diferentes, e a espectroscopia de infravermelho a essas
mesmas amostras.
As amostras apos envelhecimento na estufa UVB foram caracterizadas por Termogravimetria,
sob fluxo de ar, e por espectroscopia de infravermelho. Outras amostras, sem passarem pelo
envelhecimento acelerado, também foram testadas com os mesmos procedimentos, referidos na
Tabela 8.
2.4.2.1 Resultados obtidos com Análise Termogravimétrica A Análise termogravimétrica (TGA) é uma ferramenta útil para a caracterização de misturas de
polímeros (vide 1.6.2.1.1.1). A composição em elastómeros da borracha foram determinadas por
TGA. Este método fornece a composição mássica dos produtos químicos da borracha, como o
negro de fumo, os elastómeros presentes e cinzas.
71
Os termogramas foram traçados para as amostras usando cadinho de alumina e sob fluxo de ar
reconstituído usando um aquecimento de 20ºC/min. A composição mássica das amostras foi
obtida por recurso à derivada da curva da perda de massa (por combustão) para a identificação
dos diferentes processos (um por componete) e ao software de tratamento de dados da
termobalança, Netzsch modelo STA 409 PC.
Altos níveis de cinzas foram tomadas como uma indicação de carga de sílica (superiores a
aproximadamente 3 por cento, em peso, que é um nível típico de óxido de zinco na borracha).
[55] O resíduo obtido após análise termogravimétrica à amostra 3 é visível na Figura 114 (vide
6.3).
Para se obter um termograma de várias zonas do pneu, realizou-se à amostra 6 uma análise a
amostras da zona do piso, da parede lateral, e do innerliner. Obteve-se cerca de 20% de resíduo
da amostra do piso e da lateral (Figura 115, vide Apêndice 6.4).
Figura 67 - TG e DTG de várias zonas do pneu da amostra 6
Aos resultados da análise TG realizou-se a sua derivada, criando os resultados visíveis na Figura
67. Para simplificar a leitura, devido ao facto de mais facilmente se identificar as bandas na DTG,
os gráficos deste capítulo vão demonstrar a DTG das amostras e não o TG.
72
Os resultados obtidos estão na Figura 68.
Figura 68 - DTG de várias zonas da amostra 6
Pode-se ver que todas as amostras possuem bandas entre os 250 e os 550ºC, sendo todas de
elastómeros. O innerliner e a zona do piso possuem apenas uma banda, de um elastómero,
sendo entre eles diferentes. A zona da parede lateral possui duas bandas, uma para cada
elastómero presente na mistura que compõe a borracha lateral. As bandas estão de acordo com
a literatura, tanto para a o innerliner [56], sendo identificado como borracha butílica (IIR), como
para as borrachas de piso e parede lateral [57], sendo identificadas como borracha SBR e mistura
de NR e SBR, respectivamente.
Pode-se analisar que o elastómero que compõe o innerliner é menos resistente que as outras
borrachas, exceptuando a NR, que é usada em mistura com SBR, bastante mais resistente. Esse
facto justifica a maior facilidade com que existem alguns danos internos degradativos do
revestimento, com a circulação do pneu em condições não adequadas.
Em todas as borrachas há uma banda final onde existe a combustão do negro de fumo. Na
bibliografia referida esta banda é muito mais visivel na zona dos 700ªC, pois a queima é primeiro
realizada com azoto e posteriormente com oxigénio, sendo que no nosso caso, por ser desde o
inicio com O2, este vai queimando e degradando durante o ensaio, sendo a banda diminuida.
Realizaram-se também TGA de amostras envelhecidas na estufa de UVB.
Das amostras 2, 3 e 4 usaram-se o branco e as amostras submetidas a 3 meses de
envelhecimento acelerado. Os termogramas das amostras encontram-se na Figura 69.
25 150 275 400 525 650 775
DTG
(u
.a.)
T (ºC)
Zona da Parede Lateral
Innerliner
Zona do Piso
SBR
NR IIR
73
Figura 69 - DTG da amostra 2, 3 e 4, com e sem envelhecimento acelerado na estufa de UVB
Os resultados obtidos demonstram a enorme degradação sofrida pela borracha durante os 3
meses de estufa UVB, mesmo tendo em conta que os pneus já eram usados e já possuíam sinais
de envelhecimento. Para a amostra 2, de uma borracha da zona lateral, os processos de
degradação térmica de NR e SBR, visíveis na amostra não envelhecida convertem-se num único
processo a temperatura intermédia o que significa a alteração de propriedades tais como a
rigidez. Para as amostras 3 e 4 com menor teor inicial de NR verifica uma diminuição acentuada
da decomposição térmica na zona esperada para este elastómero o que corresponde a um
aumento da rigidez do material.
Nas amostras 3 e 4, ambas do piso, pode-se ver a banda pertencente à borracha NR, que na
amostra de branco já é muito ténue, a desaparecer, devido a degradação sofrida na estufa UVB.
Verifica-se também que há uma alteração da banda de SBR, havendo uma migração para
compostos mais resistentes à degradação. Este facto é importante pois a borracha NR é a
responsável pela elasticidade da borracha, que é fundamental para as funcionalidades do pneu.
O pneu envelhecido fica mais rígido, e sofre alterações das suas propriedades, ficando menos
elástico no seu comportamento, dificultando a realização de curvas e aumentando a distância de
travagem.
Essa degradação demonstra o quanto a borracha fica exposta a alterações na sua estrutura em
contacto com os elementos atmosféricos. De referir que a banda perto dos 700ºC,
74
correspondente à combustão do negro de fumo, também foi alterada pela estufa de UVB, o que
demonstra que mesmo os elementos mais resistentes sofrem perturbações a longo tempo.
Realizou-se também à amostra 1, uma banda de piso de um pneu pesado que foi recolhida da
berma da A1, duas Termogravimetrias, uma na zona do rebentamento, outra na zona do piso
não fragmentada pelo dano. Obteve-se resíduos de cerca de 6%, indicando pouca sílica presente
na borracha (Figura 116, vide Apêndice 6.4)
Figura 70 - DTG da amostra 1, amostras da zona rebentada e de uma zona sem sinais de rebentamento
Na Figura 70 comparam-se os perfis de degradação térmica de amostras recolhidas em duas
zonas distintas da amostra 1. Ocorre o mesmo tipo de degradação visível na Figura 69 para as
amostras com envelhecimento acelerado o que mostra que a estufa UVB usada simula bem a
degradação natural durante o período de vida dos pneus.
Com a análise TG pode-se confirmar que de facto existem alterações na borracha com a sua
degradação, e que tal pode ser verificado com a comparação de um pneu novo e usado, e entre
zonas danificadas por explosões.
2.4.2.2 Resultados obtidos com Espectroscopia do Infravermelho Dada a natureza das amostras recolhidas, borracha de pneus, os espectros infravermelho das
amostras, na gama de comprimentos de onda 4000-500 cm-1, foram traçados recorrendo a um
acessório de Reflectância Difusa com um cristal de diamante. O espectrofotómetro Nicolet estava
equipado com um detector DTGS-TEC e cada espectro resultou de 64 acumulações. Os
espectros na Figura 71 não diferem dos publicados para amostras similares. É referido na
-14,0
-12,0
-10,0
-8,0
-6,0
-4,0
-2,0
0,0
0 100 200 300 400 500 600 700 800
DT
G (
u.a
.)
T (ºC)
Amostra 1:zona do piso rebentada
Amostra 1:zona do piso sem sinais de rebentamento
75
literatura que o acréscimo da quantidade de negro de fumo promove o aumento do declive da
linha de base para os menores números de onda [58].
Figura 71 - Espectros de infravermelho, de amostras de pneus, adquiridos em modo de reflectância difusa.
As borrachas analisadas, correspondentes a pneus com e sem envelhecimento acelerado e
rebentado apresentam duas bandas absorção para números de onda na gama 3000-2700 cm-1
atribuíveis às vibrações dos grupos C=C-H e CH2 do butadieno [59]. Para a amostra envelhecida
e rebentada há uma diminuição nítida da intensidade destas bandas.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
6007008009001000110012001300140015001600
Ku
bel
ka-M
un
k
Número de Onda (cm-1)
76
Para as amostras caracterizadas a amostra 4 e a amostra de pneu rebentado, amostra 1,
recolhida numa zona danificada, apresentam quantidades apreciáveis de negro de fumo. No
espectro da amostra 4 é visível a banda de reflectância características da borracha SBR que se
atenuam para a mesma amostra submetida ao envelhecimento em camara de UVB [59].
As amostras do pneu 3 e 4 tal como a amostra de pneu rebentado apresentam uma banda
centrada por volta dos 1000 cm-1 e um ombro a 1024 cm-1 características das vibrações Si-O-Si
da sílica [60] usada como reforço da borracha.
Os resultados obtidos por FTIR parecem apontar para que a ocorrência de rebentamentos se dê
em borracha com alto teor em carbono proveniente da carbonização lenta da borracha por
envelhecimento ou por esta ter atingido temperaturas elevadas por exemplo numa travagem.
Protocolo de testes a realizar a um pneu envolvido em
acidentes
Actualmente, quando é necessária uma peritagem de um pneu acidentado, sendo ele suspeito
de ser causador do acidente, a análise forense recai normalmente sobre especialistas da marca
do pneu em questão. Existem peritagens externas, que podem ser requisitadas, mas que a marca
pode não reconhecer.
A peritagem realizada é normalmente visual, com base em exemplos passados e na experiencia
do perito. Análises destrutivas normalmente não podem ser realizadas, devido ao pneu ser
considerado prova, mas nem mesmo as análises não destrutivas são normalmente realizadas.
Emerge assim uma necessidade de haver órgãos externos especializados, e reconhecidos pelas
marcas distribuidoras e produtoras de pneus, que realizem peritagens forenses a pneus
acidentados, e que realizem testes para suportar a análise visual realizada. Resume-se assim a
necessidade de um protocolo de testes a realizar a um pneu envolvido em acidentes. Esse
protocolo tem de prever os variados tipos de danos que podem acontecer, sendo apoiado por
uma bateria de testes que podem ou não verificar mais a fundo e microscopicamente certos
danos. Este passo devia ser tomado mesmo a nível internacional, devido à enorme base de
dados existente entre os órgãos especializados em cada pais, e entre cada marca. Aliás, cada
fabricante deveria informar este órgão externo sobre os seus produtos e características, para
que os possíveis testes realizados a pneus da sua gama tenham acesso a dados “brancos”, para
comparação.
Sugere-se assim um protocolo que permita:
Ponto 1 – Ao requerente de peritagem, descrever o dano e as condições em que este aconteceu;
deve também incluir todos os dados do veículo, um resumo do estado mecânico deste
autenticado (provavelmente fornecido pelo mecânico que desmonta o pneu para o enviar para
77
peritagem), e os quilómetros percorridos com o pneu (uma média). Se possível, referir se o pneu
é de origem, se foi rodado, ou equilibrado recentemente.
Ponto 2 – Se tiver ocorrido uma análise mecânica forense, como a reconstituição científica e da
dinâmica do acidente em questão, a união das duas análises torna a avaliação muito mais
rigorosa, e deve estar prevista a comunicação com os agentes que realizam os dois tipos de
análises em questão.
Ponto 3 – Ao perito, descrever o dano que verifica, concluir se corresponde às condições
descritas no ponto 1, ou se é preciso algum outro tipo de informação para tentar corresponder o
dano ao caso descrito, ou para descartar o cenário proposto pelo requerente.
Para esta conclusão, estarão disponíveis ao perito análises microscópicas para
realização de estudo fractográfico, e posterior estudo SEM de amostras de certas zonas
de corte.
Conforme necessário, sendo algo que depende do caso, pode haver formulário para
pedido autorização a um responsável judicial do caso para realização de testes
destrutivos, ou de amostragens destrutivas, que permitam identificar alguma alteração
da estrutura química da borracha.
Conforme autorização, pode ser realizada uma Termogravimetria para identificar
elementos estranhos, ou alterações estruturais na borracha;
Todos os testes devem ser realizados duas vezes, e em três zonas diferentes, para
comparar resultados e retirar falhas dos aparelhos.
Ponto 4 – Após peritagem, pode existir a possibilidade de um representante da marca do pneu
confirmar as conclusões in loco. Tal deve ser feito em conjunto com o requerente, se este o
desejar.
Ponto 5 – Pode existir necessidade de requerer-se uma repetição da peritagem, havendo um
outro perito que, sem acesso ao relatório anteriormente realizado, iria repetir os testes e análises
para concluir o que a sua experiência permitir. Caso seja impossível de repetir algum dos testes
destrutivos, este teria acesso aos resultados anteriores, sem relatório.
Conforme o necessário a nível legislativo em cada país, o protocolo poderia ser alterado para
que abrangesse todos os pontos necessários por lei. Pode ser desenvolvido dentro deste
esqueleto inicial, mas a ideia é que haja maneira de imparcialmente haver peritagem de um pneu
acidentado, ou com defeito.
A existência de uma base de dados, com valores típicos de cada tipo de dano, para posterior
comparação com amostras forenses, e antigos registos de pneus acidentados que tivessem sido
analisados, ia tornar este protocolo mais generalista e preciso, sendo benéfico para todas as
partes envolvidas que seja detectado qualquer tipo de dano no pneu com facilidade e rigor.
78
Trabalho Futuro
O enquadramento do pneu na sociedade, na economia, no meio ambiente, na estrada, cria tantos
caminhos para que exista evolução, e que se desenvolva a maneira como se encara os
pneumáticos, que definir o que pode ainda ser feito e o que se sugere para trabalhos seguintes
torna-se complicado de resumir.
Numa abordagem unicamente sobre a questão da necessidade de um protocolo de testes para
uniformizar a análise forense de um pneu acidentado, considera-se importante uma comunicação
entre marcas produtoras, distribuidoras, entre agentes de controlo da lei nas estradas, entre
todos os intervenientes que possam influenciar resultados, para a tentativa da implementação
do protocolo proposto. É também importante a tentativa de adaptação do protocolo, havendo
possibilidade de alteração conforme sugestões dos envolvidos. Este processo, se existir, será
demorado, mas todos os elementos envolvidos beneficiam desta parceria. A capacidade de
existir um agente imparcial a realizar uma análise forense aos pneus acidentados é o desejado,
sendo benéfico existir uma formação desse agente por parte das marcas fabricantes em relação
aos componentes dos seus produtos comercializados. O protocolo, prevendo testes mecânicos
de análise e reconstrução do acidente, precisa também de estar em comunicação com os
produtores automóveis.
Mais importante que a implementação do protocolo é a criação de uma base de dados das
análises sugeridas para que a detecção dos danos e respectivas causas nos pneus seja
realizada com precisão, e justificada por comparação. Esta base de dados pode ser criada
internacionalmente, e mesmo sem a existência de um protocolo de análise forense ao pneu que
preveja a utilização dos dados recolhidos, os fabricantes de pneus beneficiam bastante com esta
recolha, para possíveis melhorias dos seus equipamentos.
Dentro dos testes realizados, o envelhecimento acelerado realizado com UVB pode beneficiar
da utilização de ozono, para simular a degradação executada por este agente oxidante sobre a
borracha, tornando o procedimento mais elaborado. A realização de Termogravimetria sobre um
pneu acidentado, para o comparar com os resultados obtidos é também um processo importante
que pode ser realizado. A realização de ensaios mecânicos sobre as amostras para comprovar
alterações elásticas da matéria são também aconselhadas.
No geral, e devido ao problema da acção do utilizador nas condições do pneu em circulação, é
necessária uma formação contínua dos condutores para que controlem o estado dos seus pneus.
Para isso, é preciso que o utilizador saiba como controlar as condições óptimas de utilização, e
quais são, e que sinais ter em atenção na degradação do pneu, para que este não chegue ao
limite do rebentamento. Essa formação é dependente não só das escolas de condução, como
dos distribuidores, sendo que deverá existir uma formação aos distribuidores, para não só
aprenderem a realizar manutenções, para as quais já existe formação prevista, mas para
79
saberem como passar as informações básicas aos seus clientes, os utilizadores da via, sendo
esse o ponto onde mais pode falhar a troca de informação. A educação pode prevenir a
necessidade de avaliar se um pneumático rebentou antes ou depois de um acidente.
Conclusão
A principal conclusão dos resultados experimentais advém de que a borracha, e as suas
propriedades, alteram-se profundamente com o envelhecimento do pneu. Essa alteração nas
propriedades gera uma alteração no comportamento do veículo e na segurança que este possui
derivada dos pneus.
Os resultados com a análise termogravimétrica demonstram um grande desvio no
comportamento da matéria, tornando-se a borracha num composto muito alterado e com
propriedades diferentes após exposição a uma grande degradação térmica. A existência de
resíduo superior a 3% em massa nas amostras é sinal de uma grande presença de sílica nas
borrachas comuns, sendo que essa percentagem diminui nas amostras mais danificadas,
indicando que os agentes de reforço são alterados da sua posição inicial na borracha durante o
uso do pneu.
É necessário criar uma base de dados de valores obtidos com testes realizados a diferentes tipos
de pneus, com utilizações e ciclo de vida variados, e que consigam ser feitas análises a pneus
acidentados para que se possa ter dados de comparação. Essa base de dados deveria ser
imparcial, não estando associada a nenhuma marca, e ser internacional, para que o
conhecimento seja generalizado. A atribuição da responsabilidade deste protocolo deve incidir a
uma agência controladora nacional imparcial.
A existência de um protocolo de testes forenses a realizar ao pneu é uma recomendação, devido
à importância das alterações físico-químicas da borracha na performance do pneu, e da
necessidade de recolha de dados. Para se identificar a causa de um acidente, e associá-la ou
não a um defeito num pneumático é necessária a união de várias áreas científicas para se
conseguir alcançar resultados conclusivos, mas com um protocolo e uma base de dados que
aborde o tema, a tarefa fica facilitada.
É necessário também educar a população para realizar uma manutenção adequada aos pneus,
que é essencial para evitar acidentes associados, e os fabricantes devem estar envolvidos nesta
formação contínua. Só assim se pode conseguir uma diminuição considerável de acidentes
associados a falhas e rebentamentos nos pneus.
80
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84
Apêndices
Apêndice A – Processo de Fabrico de um Pneu
Na primeira fase do fabrico, a mistura de borracha e aditivos tem de ser preparada.
Seguidamente, é usada em três partes distintas, na extrusão, onde prepara-se o piso e a parede
lateral, na Calandragem, onde é preparado as telas do pneu, em conjunto com materiais de
corpo, como as malhas de aço ou texteis, e por fim o fabrico do talão, normalmente em aço,
forrado a borracha. Todo este processo é feito com a borracha ainda verde, ou seja, sem ter
passado ainda pela vulcanização.
Posteriormente à fase de preparação dos materiais envolvidos vem a fase de montagem do pneu.
Consiste no aglomerar das partes anteriormente produzidas e formar um pneu para a
vulcanização.Na montagem, começa-se por construir a carcaça, seguindo se a segunda fase
onde se adiciona os talões e as telas estabilizadoras, acabando por adicionar-se a zona do ombro
e o revestimento butílico. Por fim envia-se o pneu para a vulcanização.
Figura 73 - montagem de um pneu (adaptado de
[5])
Figura 75 - montagem da lateral de um pneu
(adaptado de [5])
Figura 72 - processo de construção da carcaça (adaptado de [5])
Figura 74 - junção de um pneu (adaptado de [5])
85
Figura 77 - montagem da cap ply
(adaptado de [5])
Figura 80 – pintura de um pneu com químicos
anti-bolhas (adaptado de [5])
Acabando a montagem, o pneu está pronto para a fase de vulcanização para endurecimento da
borracha, sendo finalizado com processos de inspeção para garantir a qualidade do produto.
Figura 76 - preparação do piso do pneu
(adaptado de [5])
Figura 78 - montagem do piso de um pneu (adaptado de [5])
Figura 79 - montagem das telas de um pneu (adaptado de [5])
86
Figura 81 - Marcas nos pneus por exposição a calor excessivo (adaptado de [22])
Apêndice B – Outros Danos físicos nos Pneus As imagens seguintes demonstram os danos menos comuns no pneu, para completar a base de
análise visual dos tipos de danos que um pneu pode ser submetido.
Figura 83 - dano na lateral de um pneu devido a migração de ar após corte da tela (adaptado de [22])
Figura 82 - Danos na lateral de um pneu devido a problemas de fabrico (adaptado de (22))
87
Figura 84 - Dano geral do pneu por circular sem pressão, caso extremo (adaptado de [22])
Figura 85 - Visibilidade da malha de fio das telas estabilizadoras (adaptado de [22])
Figura 86 - Dano no piso devido ao terreno (infiltração de pedras) (adaptado de [22])
88
Figura 87 - Delaminação de um perfil do piso no ombro (adaptado de [22])
Figura 88 - marcas de rotação dos pneus em terreno arenoso (adaptado de [22])
Figura 89 - marcas nos pneus devido ao uso contínuo ou mal efectuado de correntes de neve (adaptado
de [22])
89
Figura 90 - Marcas no pneu por descarga eléctrica (adaptado de [22])
Figura 91 - porosidade da borracha do piso, devido a uma má cura da borracha (adaptado de [22])
Figura 92 - separação do piso das camadas anteriores do pneu (adaptado de [22])
90
Figura 93 - Danos na camada interior por mau uso do pneu ou dano de fabrico (adaptado de [22])
Figura 94 - bolhas na camada interior do pneu (adaptado de [22])
Figura 95 - falhas e quebras do revestimento interno do pneu (adaptado de [22])
91
Figura 96 - Má reparação de um dano na parede lateral do pneu (adaptado de [22])
Figura 97 - Mau alinhamento da unidade de reparação com o padrão radial do pneu (adaptado de [22])
Figura 98 - Má reparação de um pneu Bias como se fosse Radial (adaptado de [22])
92
Figura 99 - Má reparação de uma falha (adaptado de [22])
Figura 100 - Delaminação do piso (adaptado de [22])
Figura 101 - Desnível do piso do pneu (adaptado de [22])
93
Figura 102 - Erosão em "rio" do piso de um pneu (adaptado de [22])
Figura 103 - desgaste desnivelado do piso de pneus em eixos desalinhados (adaptado de [22])
94
6.2.1 Danos Típicos de pesados
Figura 104 - Problemas na recauchutagem, utilização de um piso desadequado (adaptado de [22])
Figura 105 - Separação do piso recauchutado (adaptado de [22])
Figura 106 - Má união do piso de recauchutagem (adaptado de [22])
95
Apêndice C – Registo Fotográfico das Amostras
Utilizadas
Figura 107 - Amostra 1: piso de pneu pesado recolhido da berma da A1
Figura 108 - Amostra 3: piso de um pneu de sucata
Figura 109 - Amostra 4: piso de um pneu de sucata
96
Figura 110 – Amostra 5: pneu ligeiro com duas intervenções de reparação, ambas mal realizadas/ilegais
Figura 111 - Amostra 6: corte de fábrica de pneu ligeiro
Figura 112 - Amostra 7: zona do talão após envelhecimento na estufa de UVB, com visibilidade da oxidação sofrida na zona do talão
97
Figura 113 - Amostra 8: lateral de pneu pesado que abriu a tela na zona do talão
Figura 114 - Resíduo deixado pela análise termogravimétrica à Amostra 3, sem envelhecimento na estufa de UVB
98
Apêndice D – Termogramas percentuais das amostras
Figura 115 - Termograma percentual das amostras 6.
Figura 116 - Termograma percentual da amostra 1