Video resumen Pavimento deslizante, ¿qué es mejor neumáticos de invierno, M+S o 4×4?
El automóvil se desplaza por diferentes tipos de suelo, generalmente por asfalto, pero con muy distintas condiciones de adherencia para el neumático, desde las características del asfalto y su estado a si está seco, es invierno, está más o menos mojado, sucio o algo embarrado, si hay nieve, es decir pavimento deslizante …
La temperatura ambiental también es importante, pues afecta al comportamiento de los materiales elásticos del neumático normal o de verano, por debajo de 7º se va endureciendo, mermando su capacidad de adherencia sobre el asfalto, en seco, mojado, invierno y otras situaciones de pavimento deslizante.
Hay automóviles que están técnicamente preparados para circular por pistas fuera de carretera en diferentes estados e incluso por zonas muy agrestes, estos automóviles disponen de tracción a las cuatro ruedas y reductora para ser realmente eficaces, es el todoterreno que precisa de neumáticos específicos para el piso por donde transitan.
Una re-interpretación del todoterreno es el todocamino o SUV, en principio con 4×4 para poder circular por pistas y pavimentos deslizantes con algunos baches, sin perder demasiadas cualidades para rodar por carretera, lo que sí pasa con el todoterreno.
Como cuando más utiliza el conductor medio el SUV es en carretera, en seco, con lluvia, en invierno e incluso con nieve, se ha ido adaptando a este uso y en muchos casos prescinden de las cuatro ruedas motrices, lo que limita su capacidad de circular por pavimentos deslizantes.
En este aspecto entra el contenido de este artículo, si se ha de circular más o menos frecuentemente por zonas de adherencia variable con pavimento deslizante ¿qué es mejor?, equipar neumáticos de invierno o M+S* en coches con dos ruedas motrices (sean SUV o no), o 4×4 con neumáticos normales de verano para seco.
Y si en el 4×4 se montan neumáticos de invierno o M+S, cuando se utiliza en verano y piso seco …
La adherencia de los neumáticos al piso, circulando en recta a velocidad mantenida depende principalmente de la capacidad de transmitir la fuerza motriz al suelo.
En curvas, frenando o reteniendo entran otros factores, el reparto de pesos entre ejes, cuáles son las ruedas motrices y las inercias son los más importantes.
Esto implica que en el contacto entre las ruedas y el piso haya más fuerzas además de la motriz, cuya resultante determinará cómo se comporta el automóvil.
En este artículo nos centramos en la fuerza motriz en recta para valorar la capacidad de avance del automóvil con diferentes tipos de neumáticos, ruedas motrices e implantaciones técnicas.
*Neumáticos M+S; “mud” es barro y “snow” nieve
Neumáticos normales (verano o seco), neumáticos de invierno y M+S
Empezamos describiendo estos neumáticos y sus particularidades:
- Normal, verano o seco, invierno (lluvia y baja temperatura), M+S (barro y nieve) y todoterreno, que ha de ser el adecuado para cada tipo de suelo por donde se mueve.
Vemos las particularidades de uso de estos neumáticos:
Normal, verano o seco:
- Buena adherencia en seco:
- Los materiales y elasticidad permiten que se adapte al suelo para aportar adherencia, el dibujo no influye si el suelo está limpio y seco
- Menos capacidad de drenaje en lluvia:
- Si llueve se va formando una capa de agua sobre el piso, es pavimento deslizante
- El dibujo de los neumáticos de seco es para permitir drenar y evacuar agua del suelo al exterior
- Si aumenta la intensidad de la lluvia y el espesor de la capa de agua en el suelo, el drenaje puede ser insuficiente, llegando a perder el neumático contacto con el piso, se produce planeo sobre el agua o aquaplaning, entonces la adherencia es cero
- Menos eficacia por debajo de 7º:
- Si la temperatura es inferior a este valor la estructura del neumático pierde elasticidad y capacidad de adaptación al suelo, mermando apreciablemente la adherencia disponible
Invierno, lluvia y baja temperatura. Identificación por el logotipo de una montaña de tres picos en cuyo interior está el símbolo de frío:
- Buen drenaje con lluvia intensa:
- El dibujo es muy particular y con muchas laminillas con el objetivo de mejorar el drenaje de lo que haya sobre el suelo con pavimento deslizante
- Mantiene su eficacia por debajo de 7º:
- La base de su diseño es que no afecte a su estructura y elasticidad circular con temperaturas muy bajas, y como con esta climatología es habitual que la lluvia sea frecuente se han de satisfacer estas dos premisas
- Se adaptan los materiales elásticos para que mantengan su flexibilidad incluso con temperaturas bastante por debajo de cero grados
- Los neumáticos de invierno pueden circular sin cadenas sobre nieve donde los de verano han de montarlas
- ¿Adherencia y desgaste en verano y seco?:
- Por sus características, si circulan en seco con buena adherencia y temperaturas elevadas pueden desgastarse antes
M+S (“mud” barro + “snow” nieve). Se identifica por las mismas siglas:
- Buen drenaje con lluvia intensa:
- Por sus características permiten evacuar bastante cantidad de agua, lo que mantiene sus cualidades reduciendo el riesgo de aquaplaning incluso si el pavimento es deslizante
- Adecuado para pistas con barro o nieve:
- El objetivo es poder circular por carreteras nevadas y pistas con cierta cantidad de barro y dificultad sin mermar demasiado su comportamiento en asfalto, o lo menos posible
- Hay diferentes tipos que se decantan más al uso por carretera o por pistas y pueden circular sin cadenas
- Según su composición puede estar más o menos capacitado para mantener su comportamiento con bajas temperaturas, lo que se debería dar por hecho al poder rodar sobre nieve sin cadenas
- Suele ser equipamiento de serie u opcional en los todo camino o SUV
- ¿Adherencia y desgaste en verano y seco?:
- Por sus características puede tener cierta merma de comportamiento en seco y desgastarse antes que el neumático de verano, depende de sus características y especialización
Todoterreno ¿tipo de suelo?:
- Ha de ser idóneo para cada piso:
- La estructura, dibujo, profundidad, tacos y demás características se diseñan según el terreno por donde se va a circular fuera de carretera
- Como habitualmente se ha de transitar por zonas con pisos diferentes, se eligen los que mejor juego pueden dar primando donde es más difícil avanzar
- Menos eficacia en carretera:
- El comportamiento en carretera se reduce, más según la especialización del neumático todoterreno es mayor, afectando a la seguridad activa o primaria
- Los neumáticos para todoterreno son para utilizaciones muy específicas, por lo que no los vamos a desarrollar en este artículo
La adherencia de los neumáticos determina la calidad de contacto con el suelo, si las fuerzas que se generan en esta zona no la superan el automóvil puede avanzar, mantiene su trayectoria y estabilidad.
Hay neumáticos que conjugan las características de los de invierno sin alterar su rendimiento en seco y mayor temperatura, son una solución de compromiso generalmente denominada “todo tiempo”.
Los neumáticos de invierno y M+S, en países con temperaturas por debajo de cero y carreteras heladas buena parte del año, pueden incorporar clavos metálicos incrustados en la banda de rodadura para lograr más adherencia, pero no han de rodar sobre asfalto sin hielo al dañarse el asfalto y los clavos.
El dibujo de los neumáticos tiene como objetivo evacuar el agua y suciedad del suelo, pero también está influido por la estética sin que mermen sus cualidades dinámicas, que sea atractivo a la vista puede facilitar sus resultados comerciales en determinados casos.
En los neumáticos se indica la fecha de fabricación, y en principio no tienen caducidad determinada, pero con el paso del tiempo y según la climatología van perdiendo elasticidad, se endurecen reduciendo proporcionalmente sus cualidades de adaptabilidad al piso y adherencia.
Adherencia y fuerza motriz
Para las explicaciones vamos a utilizar cuatro implantaciones, que en esta primera animación veremos en grupos de dos coches con la misma implantación:
- Coches 1. Motor longitudinal delantero y propulsión (tracción trasera); los dos tienen tres volúmenes
- Coches 2. Motor longitudinal trasero por detrás del eje y propulsión (tracción trasera); ambos son coupé
- Coches 3. Motor longitudinal delantero por delante del eje y tracción (delantera); los dos tienen tres volúmenes, el de la izquierda con línea coupé
- Coches 4. Motor longitudinal delantero y 4×4 (tracción a las cuatro ruedas); los dos coches son todoterreno, el de la izquierda con carrocería tres volúmenes o pickup y el de la derecha familiar
Particularidades de la adherencia disponible entre los neumáticos de las ruedas motrices y el suelo en estos automóviles, resaltadas en las imágenes de la derecha en el sentido de marcha (hacia la izquierda):
- Coche 1. Motor delantero y ruedas traseras motrices:
- Se representa la adherencia motriz disponible en seco mediante una flecha en el contacto entre rueda y suelo, dirigida en sentido de avance hacia adelante (izquierda); es proporcional al peso sobre las ruedas traseras motrices, estimado en 45%
- Menos que delante donde está el motor y caja de cambios
- Coche 2. Motor trasero y ruedas traseras motrices:
- Se representa la adherencia motriz disponible en seco mediante una flecha en el contacto entre rueda y suelo, dirigida en sentido de avance hacia adelante (izquierda); es proporcional al peso sobre las ruedas traseras motrices, estimado en 65%
- Muy superior al de las ruedas delanteras pues el conjunto motor caja de cambios es trasero, y el motor está por detrás del eje
- Coche 3. Motor delantero y ruedas delanteras motrices:
- Se representa la adherencia motriz disponible en seco mediante una flecha en el contacto entre rueda y suelo, dirigida en sentido de avance hacia adelante (izquierda); es proporcional al peso sobre las ruedas delanteras motrices, estimado en 65%
- Muy superior al de las ruedas traseras pues el conjunto motor caja de cambios es delantero, y el motor está delante del eje
- Coche 4. Motor delantero y cuatro ruedas motrices:
- Se representa la adherencia motriz disponible en seco mediante una flecha en el contacto entre ruedas y suelo, dirigida en sentido de avance hacia adelante (izquierda); proporcional al peso sobre las ruedas motrices, estimado en 55% delante y 45% detrás, pues el conjunto motor y caja de cambios está delante
Análisis de la fuerza motriz en estos coches, se considera del mismo valor en todas las ruedas y se representa por otra flecha en el interior de la adherencia disponible, en el mismo sentido:
- Coche 1. Motor delantero y propulsión:
- Fuerza motriz media en las ruedas traseras; relativamente próxima a la adherencia entre neumático y piso, al haber menos peso sobre las ruedas traseras motrices
- Coche 2. Motor trasero y propulsión:
- Fuerza motriz media en las ruedas traseras; mucho menor que la adherencia disponible por el mayor peso sobre las ruedas traseras motrices
- Coche 3. Motor delantero y tracción:
- Fuerza motriz media en las ruedas delanteras; mucho menor que la adherencia disponible por el mayor peso sobre las ruedas delanteras motrices
- Coche 4. Motor delantero y 4×4:
- Fuerza motriz media en las cuatro ruedas; se reparte entre las cuatro, la mitad en cada rueda, lo que supone bastante margen respecto a la adherencia
Dando por sentado que los neumáticos son de las mismas características en estos coches, la adherencia de que se dispone para que al girar las ruedas motrices avancen los vehículos es proporcional al peso que soportan.
Sobre esta base vamos a desarrollar las explicaciones que siguen.
Los automóviles 4×4 consumen más combustible que con un eje motriz.
Sobre pavimento deslizante con neumáticos de seco o verano
Se ven los cuatro coches antes presentados; 1 motor delantero con propulsión, 2 motor trasero con propulsión, 3 motor delantero con tracción y 4 motor delantero con 4×4:
- Equipan los cuatro automóviles neumáticos de verano para suelo seco
- Se representa la misma fuerza motriz entre suelo y ruedas motrices, en el 4×4 es la mitad en cada rueda al repartirse
- A continuación se ve la adherencia disponible en seco entre las ruedas motrices y el suelo, que es proporcional al peso que soportan
- La diferencia entre la adherencia disponible y la fuerza motriz es el margen de que se dispone para avanzar sin deslizamiento
- Llueve y se moja el suelo donde se forma una capa de agua …
- … disminuye la adherencia disponible … reduciendo más o menos el margen con respecto a la fuerza motriz …
- … si la fuerza motriz supera a la adherencia por el pavimento deslizante, las ruedas patinan
Coche 1 motor delantero y propulsión:
- Con menos peso en las ruedas motrices traseras deslizan antes, giran parcialmente sobre si mismas avanzado poco, como se ve por el lento giro de las ruedas delanteras no motrices, llegando a no poder avanzar si deslizan
Coche 2 motor trasero y propulsión:
- Con más peso en las ruedas motrices traseras se mantiene adherencia, hace falta que haya más cantidad de agua en el suelo para que deslicen
Coche 3 motor delantero y tracción:
- Con más peso en las ruedas motrices delanteras se mantiene la adherencia, hace falta que la capa de agua en el piso sea mayor para que deslicen
Coche 4 motor delantero y 4×4:
- La fuerza motriz es la mitad en cada rueda, más margen de adherencia, para que deslicen ha de disminuir mucho la adherencia, gran cantidad de agua en el suelo
Hay diferentes tecnologías 4×4, desde las más sencillas a las más complejas, un eje motriz permanente y otro conectable manual o automáticamente, 4×4 permanente con diferencial central y reparto variable, reparto asimétrico de par entre ejes …, pero el objetivo es que se reparta el par motor entre los ejes en caso de deslizamiento para seguir avanzando.
Consideramos que el todoterreno utilizado con cuatro ruedas motrices dispone de 4×4 permanente, de forma que todas las ruedas reciben la parte proporcional del par motor, la mitad cada una que con un eje motriz.
El diferencial de cada eje permitiría que la rueda con menos adherencia gire más rápido, incluso se lleve toda la velocidad y la otra quede parada.
Para las explicaciones partimos de que la adherencia en las ruedas motrices de cada eje es la misma, por lo que el diferencial no interviene.
Si en el coche 1 van pasajeros en las plazas traseras y equipaje en el maletero, el mayor peso sobre las ruedas traseras motrices aumenta la adherencia disponible.
En estos enlaces de un artículo en dos partes se explican las tecnologías 4×4, primera y segunda parte.
Sobre pavimento deslizante con neumáticos de invierno o M+S
Seguimos con los mismos cuatro coches:
- Vemos la fuerza motriz entre las ruedas y el suelo
- Los cuatro automóviles equipan neumáticos de invierno
- La adherencia disponible en mojado …
- … disminuye menos con estos neumáticos que con los de seco o verano
- Si la fuerza motriz supera a la adherencia …
- … las ruedas motrices en las que se produzca deslizan
Coche 1. Motor delantero y propulsión:
- Mejor adherencia que con neumáticos de seco y se mantiene con menor temperatura, por debajo de los 7º, … pero con poco peso sobre las ruedas traseras motrices deslizarían en aceleraciones
Coche 2 Motor trasero y propulsión:
- Mantiene más adherencia que con neumáticos de seco incluso a baja temperatura, inferior a 7º, … además se refuerza la adherencia en las ruedas traseras motrices por el mayor peso
Coche 3 Motor delantero y tracción:
- Mantiene más adherencia que con neumáticos de seco incluso a baja temperatura, inferior a 7º, … además se refuerza la adherencia en las ruedas delanteras motrices por el mayor peso
Coche 4. Motor delantero y 4×4:
- Con 4×4 la fuerza motriz es la mitad en cada rueda, buen margen de adherencia disponible por lo que hace falta que la adherencia sea muy baja para que las ruedas deslicen, incluso por debajo de 7º
… Y con neumáticos M + S:
- Los resultados de adherencia y capacidad motriz en piso muy mojado serían similares a los que se obtienen con neumáticos de invierno
La diferencia entre el comportamiento de los neumáticos de invierno y M+S en pisos muy deslizantes varia, depende de la especialización de los neumáticos M+S, estructura y materiales, que influye en la elasticidad a baja temperatura.
En pavimento deslizante qué es mejor ¿neumáticos de invierno y un eje motriz o 4×4 con neumáticos de seco o verano?
Los coches 1, 2 y 3 tienen un eje motriz, 1 y 2 propulsión y 3 tracción, los tres equipan neumáticos de invierno, el 4 con tracción a las cuatro ruedas tiene neumáticos de seco o verano:
- Se representa la fuerza motriz en las ruedas
- Y a continuación la adherencia entre los neumáticos y el suelo
- Se observa que en el 4×4 la adherencia es apreciablemente menor al llevar neumáticos de seco
Coche 1. Motor delantero y propulsión con neumáticos de invierno:
- Ruedas traseras motrices que soportan poco peso
- Más adherencia de los neumáticos de invierno que mejora la capacidad de avance
- Al haber menos peso detrás, si se acelera más a fondo la fuerza motriz superará a la adherencia disponible llegando a deslizar las ruedas
Coche 2. Motor trasero y propulsión con neumáticos de invierno:
- Ruedas traseras motrices que soportan mucho peso
- La mayor adherencia de los neumáticos traseros mejora la capacidad de avance, hay bastante distancia entre la adherencia y la fuerza motriz
- Hay más peso detrás y mayor margen de adherencia con relación a la fuerza motriz, lo que permite aceleraciones que no sean demasiado fuertes sin que las ruedas deslicen
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Coche 3. Motor delantero y tracción con neumáticos de invierno:
- Ruedas delanteras motrices que soportan mucho peso
- La mayor adherencia de los neumáticos delanteros mantiene buena capacidad de avance, hay distancia con respecto a la fuerza motriz
- Hay más peso delante con mayor margen de adherencia con relación a la fuerza motriz, en aceleraciones medias las ruedas delanteras motrices no deslizarán
Coche 4. Motor delantero y 4×4 con neumáticos de seco o verano:
- Cuatro ruedas motrices con más peso en las delanteras
- Menor adherencia de los neumáticos de seco y de capacidad de avance, a pesar de contar con cuatro ruedas motrices
- Al superar la fuerza motriz a la adherencia en las ruedas por el pavimento deslizante estas patinan, más cuanto mayor sea la aceleración
Con neumáticos M + S:
- Si los coches 1, 2 y 3 montan neumáticos M + S en vez de los de invierno y el coche 4 sigue con los de seco los resultados son similares
- Si el coche 4 equipase neumáticos de invierno o M + S, la adherencia sería mayor, así como su capacidad de avance comparada con la de los de dos ruedas motrices, pues la fuerza motriz en las ruedas es la mitad al ser 4×4
Llegamos a la conclusión de que para poder transmitir la fuerza motriz al suelo es necesario que sea inferior a la adherencia, por lo que en pisos muy deslizantes darán mejor resultado los neumáticos de invierno o M+S, incluso, como se ha explicado disponiendo de 4×4 con neumáticos de verano o seco.
Los neumáticos M+S mejoran la capacidad de avance con barro o nieve y más con 4×4
Se representa un 4×4 todoterreno de frente, desde atrás y de lado:
- Está el vehículo sobre barro, nieve o ambas cosas, el pavimento es muy deslizante y se pone en marcha
- El diseño de la estructura de los materiales, además de las formas y altura del dibujo con tacos del neumático, permite “agarrarse”, evacuar el barro y la nieve para seguir avanzando, si la profundidad no es excesiva y los bajos del vehículo no llegan al suelo y se hunde el coche en el terreno
En caso de que las ruedas comiencen a deslizar, es mejor no seguir acelerando para evitar que el automóvil quede atascado al hundirse en terreno blando.
En condiciones de marcha difíciles como las representadas, la habilidad del conductor es muy importante para sortear situaciones que precisen extraer el coche, bien con planchas, picos, palas, cabestrante (“winch”) o ser remolcado por otro vehículo.
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