Pneumatico
elemento che, montato sui cerchi di un veicolo, ne permette l'aderenza sul terreno Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
elemento che, montato sui cerchi di un veicolo, ne permette l'aderenza sul terreno Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
Lo pneumatico (comunemente copertone o gomma) è l'elemento che viene montato sulle ruote di un veicolo e che permette l'aderenza del veicolo stesso sulla strada, fermo o durante il moto, determinando assieme al peso complessivo del veicolo e al tipo di fondo stradale il suo attrito sul suolo.
A volte, nella nomenclatura comune, si intende impropriamente per «pneumatico» l'insieme anche di una ruota/cerchione, in genere di lega metallica, e/o di una valvola di ritegno che permette di gonfiare lo pneumatico di aria compressa o azoto e ne impedisce l'uscita, integrata con la camera d'aria o avvitata alla ruota.
La parola pneumatico, nell'uso corrente, viene preceduta sia dagli articoli lo, gli, uno («lo pneumatico»; «gli pneumatici»; «uno pneumatico»), sia dagli articoli il, i, un («il pneumatico»; «i pneumatici»; «un pneumatico»). Le forme con lo, gli, uno sono tradizionalmente preferite da molte grammatiche[1] e da fonti quali l'Accademia della Crusca, che ritengono le forme con il, i, un più adatte all'uso parlato[2]; è stato tuttavia osservato dal linguista Michele Cortelazzo, anch'egli Accademico della Crusca, come la preferenza per lo, gli, uno sia probabilmente il risultato di una norma creata artificialmente intorno agli anni trenta del XX secolo e diffusasi negli anni sessanta, senza un fondamento nell'uso reale, che ha invece sempre preferito il, i, un anche nella lingua scritta.[3]
Lo pneumatico moderno, inventato da Robert William Thomson nel 1845, perfezionato da John Boyd Dunlop nel 1888 e munito di battistrada dal 1904[4], equipaggia oggi la maggior parte dei mezzi di trasporto destinati a un uso su strada ed è prodotto in molteplici tipi e misure adatte a equipaggiare dalla bicicletta all'autovettura, dall'autocarro al trattore agricolo per non dimenticare, in campo aeronautico, l'adozione nei carrelli d'atterraggio.
Sono da considerare anche gli usi sportivi nelle varie competizioni motoristiche dove lo studio alla ricerca delle migliori prestazioni porta alla costruzione di pneumatici con mescole molto differenziate e alla scoperta di soluzioni tecniche applicabili al settore commerciale.
Lo pneumatico è costituito da diverse parti che possono essere riassunte in:
È l'elemento a contatto con l'asfalto, assicura la trazione del mezzo, resiste all'usura e protegge la carcassa, viene prodotto con la gomma (in passato naturale, ora sintetica (generalmente SBR) o gomma naturale di guayule per trasmettere e ricevere gli attriti radenti e volventi che si generano con il movimento)[5] di diverso tipo a seconda del tipo d'impiego[6].
La larghezza del battistrada influisce in vari modi a seconda del tipo di pneumatico:
Strati multipli di corde o fili d'acciaio (materiale più usato), nylon, poliestere o rayon (in disuso) interposte tra la carcassa e il battistrada, che aumentano la resistenza dello pneumatico, stabilizzano il battistrada garantendo protezione contro urti e forature e garantendo una migliore distribuzione delle forze sull'impronta laterale del battistrada e quindi anche una maggiore impronta a terra, questi fili sono disposti nella cintura con un'angolazione ridotta di 15-25° e incrociati tra loro, oppure sono disposti con un'angolazione di 0° rispetto alla mediana dello pneumatico ed eventualmente presentano anche altre cinture a diverse angolazioni per la distribuzione delle forze, in quest'ultimo caso il pacco cintura può essere sostituito da una "cintura radiale" caratterizzata da un filo metallico o da tanti fili senza giunture disposti sempre a 0°.
Questo elemento non è usato su tutti gli pneumatici con carcassa a tele incrociate, i quali se provvisti di queste cinture prendono il nome di cinturato[7], ma è una consuetudine per quelli con una carcassa a tele radiali.
Protegge le tele dagli agenti atmosferici e chimici e inoltre si oppone alla flessione a cui è sottoposto durante l'impiego.
L'altezza della spalla è la distanza tra il manto stradale e il cerchione; questa caratteristica permette la deformazione del profilo dello pneumatico, migliorando l'assorbimento di urti (causati, per esempio, da fondi irregolari), smorzando l'effetto delle masse non sospese e riducendo l'intervento delle sospensioni/ammortizzatori; a una maggiore altezza della spalla corrisponde una minore reattività in fase di sterzata e una minore stabilità in appoggio su fondi duri e regolari, come le strade; causa di ciò è la minore velocità di virata (rotazione in gradi al secondo).
Consente la trasmissione di tutte le forze di carico tra la ruota e il terreno come quelle che si sprigionano durante la frenata e nelle manovre di sterzatura, inoltre garantisce la resistenza alla pressione di gonfiaggio e successivamente di esercizio durante tutte le manovre. Questo elemento è composto principalmente da fili di Nylon affiancati (tela) che possono essere di diverso spessore e conferire una maggiore resistenza o scorrevolezza, infatti con l'aumento della sezione dei fili e di conseguenza una loro diminuzione di fili per pollice (TPI: Threads Per Inch o EPI: Ends Per Inch) si aumenta la resistenza e rigidezza della carcassa, ma diminuendone la scorrevolezza, questi valori di TPI variano da 20 a 320 a seconda dell'impiego.[8]
Sono fasce d'acciaio poste nel tallone, accomodano lo pneumatico sul cerchione e lo mantengono in posizione, evitando un suo eventuale sfilamento.
generalmente è costituito da gomma ed è posto nella zona del tallone e del fianco per consentire un passaggio graduale dalla zona rigida del tallone a quella flessibile del fianco.
strato di gomma inserito all'interno degli pneumatici tubeless, studiato appositamente per evitare perdite d'aria.
strato di tela gommata che impedisce l'usura provocata dallo sfregamento del tallone contro il bordo del cerchio e che garantisce l'attrito necessario per evitarne la rotazione sullo stesso[10][11][12][13][14]
Gli pneumatici si dividono in diverse categorie: quelli muniti di camera d'aria (in inglese tube) e quelli che ne sono privi (tubeless).
Gli pneumatici hanno determinate caratteristiche, influenzate da determinati valori, alcune molto importanti per definire il comportamento dello pneumatico, come:
Come accorgimenti si hanno:
L'aderenza degli pneumatici, come descritto dalla legge della fisica sull'aderenza, è definita dal coefficiente d'aderenza dello pneumatico, definito dalla mescola dello stesso, ma anche dalla larghezza, perché l'aderenza su manto stradale asfaltato viene definita per il 75% dall'adesione (la gomma s'incolla al suolo), mentre il 25% viene definito dall'ingranamento (la gomma si adatta alle microdeformità del suolo) Gli pneumatici sportivi hanno un coefficiente d'attrito di 1,8 contro i 0,5/0,7 degli pneumatici stradali, risultando a tutti gli effetti adesivi al suolo[35].
Il problema dell'aderenza degli pneumatici è dato dal fatto che il materiale di contatto dello stesso con l'asfalto tende a scaldarsi, soprattutto in condizioni d'uso gravoso, come le curve, le frenate e le accelerazioni brusche. Per questo motivo, la larghezza dello pneumatico deve avere un valore minimo, altrimenti si rischia un surriscaldamento del battistrada e, di conseguenza, una diminuzione del coefficiente d'attrito. Ma è altrettanto vero che il manto stradale non ha sempre le stesse caratteristiche, quindi si possono avere dei tratti di maggiore aderenza.
Il problema della larghezza dello pneumatico si presenta anche per via del valore massimo, perché, raggiunto un determinato valore, il materiale di cui è costituito lo pneumatico non riesce più a entrare in temperatura d'esercizio e a dare una sufficiente aderenza; inoltre, adoperando misure grandi, si aumenta la possibilità che qualche oggetto estraneo si interponga tra ruota e asfalto, riducendo l'aderenza.
In caso di pioggia, l'acqua si frappone tra asfalto e pneumatico, riducendo di conseguenza l'aderenza; quest'ultima si riduce maggiormente con pneumatici non drenanti e larghi, mentre con pneumatici drenanti (come gli invernali) e stretti si diminuisce questo effetto, giacché o viene drenata meglio, o spostata via più facilmente, data la maggiore pressione dello pneumatico stretto sul manto (per via della ridotta superficie di appoggio dello stesso).[36]
Un altro fattore che determina l'aderenza è la giusta pressione di gonfiaggio, dato che tale pressione determina il modo in cui il battistrada viene premuto al suolo[37], infatti al variare della pressione di gonfiaggio si otterranno delle variazioni dell'impronta a terra, la quale può ulteriormente variare a seconda se lo pneumatico è di tipo radiale e quindi provvisto di cintura o se di tipo diagonale senza cintura, infatti in quest'ultimo caso l'impronta risulterà circolare o ovale invece che rettangolare o quadrata, il che determina anche la differente distribuzione di pressione al suolo.[38]
Esistono diversi modelli matematici, che permettono di simulare il comportamento dello pneumatico, in modo più o meno preciso e con formule più o meno fedeli.
La difficoltà principale nello sviluppo di un modello matematico preciso e affidabile è sia l'elevato numero di variabili, sia le scienze coinvolte, come chimica e fisica, il che rende lo studio particolarmente complesso e di difficile gestione ed interazione, rendendo la descrizione tramite formule particolarmente ardua.
Il modello matematico che all'inizio del terzo millennio ha riscosso particolare successo rispetto alle altre formulazioni, prende il nome di formula magica di Pacejka, questa definizione di "magica" è dato dal fatto che le funzioni utilizzati sono approssimative, in quanto le formule delle basi fisiche utilizzate sono poco solide, in quanto è principalmente focalizzata sui concetti pratici che deve descrivere. Questa caratteristica ha permesso una facile gestione e versatilità della stessa il che ne ha permesso un'ampia diffusione sia in ambito professionale come le competizioni di Formula 1, sia in ambito ludico, come nei videogiochi.
Il battistrada è caratterizzato da molti elementi, i quali sono illustrati di seguito:
Inoltre la mescola è arricchita con nero di carbone e silice, dove il diverso rapporto e quantitativo di questi elementi permette di realizzare le varie mescole per pneumatici stradali estivi, invernali, 4 stagioni, oppure pneumatici sportivi o agonistici.
Il disegno del battistrada è molto importante e varia profondamente a seconda della destinazione d'impiego dello pneumatico.
Il disegno dello pneumatico per le autovetture, camion e di qualsiasi altro mezzo con 3 o più ruote può essere:
Il disegno può inoltre essere concepito anche in base al suo verso di rotazione:
Il disegno è caratterizzato da:
I due estremi per il disegno del battistrada sono gli pneumatici da Cross e da Motomondiale, dove nel primo caso gli intagli sono talmente numerosi e profondi da creare i tacchetti (abbastanza distanti tra di loro e alti anche qualche centimetro) che caratterizzano questi pneumatici, mentre nel secondo caso (pneumatici da Motomondiale) questi sono completamente privi d'intagli, detti slick.
In alcuni ambiti come nel caso delle biciclette, per garantire un utilizzo più flessibile dello pneumatico si utilizza un disegno ambivalente, come nel caso degli pneumatici semislick, dove centralmente sono lisci o con poche scanalature, in modo da ridurre l'attrito e migliorare il comfort su strada, mentre ai lati presentano dei tasselli, in modo da consentire la presa su terreni cedevoli. Il disegno del battistrada può essere anche creato o rigenerato tramite degli intagliatori per pneumatici, generalmente la creazione di intagli viene effettuata sugli pneumatici completamente lisci come quelli del Motomondiale, pratica tipica dei mezzi da supermotard, mentre la rigenerazione degli intagli, e quindi l'altezza del battistrada, viene generalmente eseguita su copertoni da camion.
Esistono anche pneumatici estremamente specializzati come quelli da sabbia, che sono caratterizzati dalla presenza di vere e proprie pale lungo il battistrada e pneumatici da fango tipici dei trattori, di quest'ultimi pneumatici vengono prodotti anche versioni modificate per automezzi.
Lo spessore del battistrada è determinato dal tipo di pneumatico e ha un valore minimo che viene sia imposto per legge, sia consigliato dal costruttore, il quale è meno permissivo e quindi determina uno spessore minimo del battistrada maggiore.
Per verificare lo spessore del battistrada è disponibile uno specifico calibro, ma per vedere se è ancora nelle tolleranze del costruttore è sufficiente verificare lo scalino che fa da indicatore d'usura e che viene riportata l'indicazione sulla spalla con la scritta TWI (Tread Wear Indicator).
Quest'altezza può essere ripristinata tramite una sgorbiatrice (rigatore per battistrada), che permette di ricalcare il profilo dello pneumatico[39] qualora lo pneumatico lo permetta[40] e generalmente vengono marchiati "REGROOVABLE" e possono permette il recupero di 2-4 mm[41][42], inoltre su pneumatici slick è possibile eseguire un disegno a propria scelta, per poterlo rendere adattabile all'uso sul bagnato, ma sono state eseguite anche intagliature commemorative, come nel caso di James Toseland[43].
In determinate situazioni si ricorre invece a ridurre lo spessore del battistrada tramite ablazione mediante una lama ruotante, come in alcune competizioni automobilistiche, dove si devono utilizzare pneumatici stradali[44][45], ma può essere utilizzato anche per recuperare pneumatici con battistrada particolarmente deformato superficialmente e recuperare il rotolamento ideale[46]
Il profilo dello pneumatico è studiato a seconda delle esigenze a cui deve rispondere e al mezzo a cui va applicato; può essere di due tipi:
In entrambi i casi la mescola più morbida consente allo pneumatico di avere un attrito maggiore.
Nello pneumatico invernale la mescola e l'intagliatura permettono un aumento di temperatura più agevole e rapido per arrivare al valore per cui è stato studiato.
Nello pneumatico sportivo le flessioni dovute ad attrito in curva e a brusche accelerazioni/decelerazioni tendono da sole ad aumentare oltremodo la temperatura (riscaldamento isteretico)[47], quindi la mescola è studiata per lavorare a una temperatura elevata ma il profilo sarà studiato in modo che la temperatura raggiunga il livello ottimale solo in caso di guida sportiva; si ricorda quindi che gli pneumatici sportivi possono avere una tenuta di strada peggiore di quelli da turismo se non sono opportunamente portati in temperatura.
Tale fenomeno è ancora più accentuato per le coperture ad uso agonistico, le cui temperature di esercizio possono arrivare a 140 °C ed avere una finestra utile di soli 20-30 °C[48] o essere più versatili nella loro gestione della temperatura con un range di 85-135 °C[49].
Le caratteristiche fondamentali di uno pneumatico, scritte usualmente con marcature di codici impressi a caldo nella parte laterale dello stesso, sono:[50][51]
L'ordine in cui tali caratteristiche vengono indicate è il seguente:
D e N sono indicate a parte, mentre Sca non è sempre indicato.
Con tali denominazioni si vuole indicare in particolare:
Esistono anche alcuni indici particolari, che non indicano solo la velocità o la indicano in modo differente
Un esempio di una reale iscrizione potrebbe essere P235/45 R17 97W, interpretabile come:
La data di produzione viene identificata mediante tre cifre di cui le prime due indicano la settimana e l'ultima il millesimo dell'anno di fabbricazione, a volte viene utilizzato un codice a quattro cifre dove le ultime due indicano l'anno di produzione, esempio 4792 (settimana 47, anno 1992) oppure 4709 (settimana 47, anno 2009)
Per quanto riguarda i pneumatici americani, viene utilizzato uno schema differente per identificarne la misura, l'ordine in cui tali caratteristiche vengono indicate è il seguente:[57]
Con tali denominazioni si vuole indicare in particolare:
A seconda del paese o continente lo pneumatico deve seguire determinate leggi di omologazione e riportare la dicitura della stessa sullo pneumatico, generalmente dato che i produttori di pneumatici lavorano in ambito internazionale, sullo stesso pneumatico possono essere riportate più omologazioni.
Le diciture principali sono:
Queste omologazioni prevedono anche l'uso di sigle aggiuntive per identificare le caratteristiche d'uso dello pneumatico o caratteristiche/trattamenti particolari, quali:
Tramite il regolamento (CE) 1222/2009 sulla nuova etichettatura degli pneumatici[60], si mira a fornire informazioni utili e facilmente valutabili sulle caratteristiche generali degli pneumatici, che può essere usato dal 30 maggio 2012, diventando obbligatorio per tutti quelli prodotti dopo il 1º luglio 2012, e che dal 1º novembre 2012 tutti gli pneumatici messi sul mercato dovranno per legge riportare la nuova etichetta.[61][62]
I parametri misurati, valutati e mostrati sono:[63]
Per le biciclette esistono diverse convenzioni (in pollici, marcatura francese, ETRTO)[66], ultimamente si è cercato di uniformare tali misure con i codici ETRTO (European Tyre and Rim Technical Organisation- organizzazione tecnica europea per pneumatici e cerchi). Le misure ETRTO indicano la larghezza e il diametro interno dello pneumatico in millimetri. Questa indicazione permette anche una precisa correlazione con la misura del cerchio; ad esempio, ETRTO 60 - 406 corrisponde a uno pneumatico di 20 pollici x 2,35 (20 rappresenta il diametro e 2,35 la larghezza espressa in pollici); un ulteriore esempio: la misura ETRTO 35 - 590 corrisponde a una misura in pollici 26 x 1 ⅜ e a una misura francese di 650 x 35A (la marcatura francese indica il diametro esterno dello pneumatico e la larghezza). Oltre alle diverse convenzioni bisogna anche aggiungere che i cerchi per le biciclette hanno una tolleranza di larghezza di circa 3 millimetri. Gli pneumatici per le biciclette hanno un'ulteriore indicazione, il TPI o EPI (numero di terminali o di fili per pollice); in linea di massima gli pneumatici migliori sono quelli con filamenti del tessuto più sottili e numerosi in quanto riduce la resistenza di rotolamento, quindi con un numero TPI più alto.
I pneumatici per biciclette a seconda della loro tipologia (tubolare, copertoncino, copertone da MTB, gravel o altro) calzano adeguatamente su un range più o meno ristretto di cerchioni, in particolar modo al canale del cerchione.
Di solito l'accoppiamento cerchione pneumatico viene effettuato dal punto di vista del cerchione, in quanto le tabelle di compatibilità partono dalla misura del canale cerchione e poi indicano le misure dei pneumatici compatibili, questa compatibilità cambia in base alla tipologia di pneumatici da installare.[67]
I due aspetti principali dello pneumatico che devono essere monitorati nel tempo sono: pressione di gonfiaggio e spessore del battistrada, inoltre è preferibile ridurre l'esposizione solare/ultravioletti (in caso di stoccaggio)[68] e pulire le gomme da sporcizia che può aggredire la gomma (agenti chimici).
Un insieme di sigle standard europee[69][70] è stampigliato sui singoli pneumatici e permette di ricavare la pressione nominale (o di targa), omologata dal costruttore. Essa è anche ricavabile dalla Carta di Circolazione del veicolo.
Una pressione sia superiore che inferiore a quella omologata accelera il consumo del battistrada e l'usura dello pneumatico, riducendo la sua vita utile e la durata in servizio, non soggette a particolari prescrizioni tecniche-di legge[71]. Aumentano inoltre il consumo medio di carburante per chilometro di strada percorso, e il rischio di incidenti stradali anche mortali.
Pressione e spessori sono obbligatoriamente verificati in sede di Revisione auto[72].
Possono essere inoltre oggetto di controllo e sanzioni (art. 175 CdS) da parte della Polizia stradale[73][74]. A partire dal 2001, le statistiche sono rilevate annualmente in collaborazione con l'associazione di categoria Assogomma, nell'ambito della campagna "pneumatici sotto controllo"[75][76][77].
Gli automobilisti possono far verificare la pressione di gonfiaggio presso un distributore di benzina o da un gommista autorizzato. La misura richiede pochi minuti ed è in genere gratuita. Si effettua con un manometro, analogico o digitale-differenziale che viene collegato alla valvola di tenuta dello pneumatico. Presso benzinai e gommisti sono alimentati da un compressore, che permette anche di gonfiare lo pneumatico e riportare il livello di pressione a quello indicato dal distributore.
Alcuni modelli in commercio sono fissati con un ugello autosigillante che impedisce la fuoriuscita d'aria dalla gomma durante la misura, ed il tipico rumore di sibilo percepito. Altro problema è la taratura del manometro, non autocertificata da un soggetto privato accreditato[78].
Se invece è il battistrada ad essere non più adeguato, l'unica soluzione possibile è la sostituzione dello pneumatico. Lo spessore minimo obbligatorio in Italia tramite il codice della Strada all'articolo 79 è pari a 1.6 mm per gli autoveicoli, filoveicoli e rimorchi, 1 mm per i motoveicoli e 0,5 mm per i ciclomotori[79].
L'esposizione degli pneumatici ai raggi solari o altre fonti ultraviolette induce ad un invecchiamento precoce dello pneumatico, con tanto di screpolatura dello stesso.
Anche la presenza di residui chimici possono alterare in modo più o meno marcato le caratteristiche dello pneumatico, che può andare incontro allo stesso esito dato dall'esposizione ai raggi ultravioletti.
I danni che si possono verificare allo pneumatico sono diversi a seconda del tipo di pneumatico:
Sul tema del riciclaggio degli pneumatici, un decreto è stato emanato in Italia (D.M. n. 82 dell'11 aprile 2011)[86], il quale attribuisce ai produttori e agli importatori la responsabilità di raccogliere gli pneumatici usati, denominati con l'acronimo PFU, cioè "Pneumatici Fuori Uso". Come in altri paesi europei, i produttori e gli importatori di pneumatici s'impegnano a recuperare la quantità di pneumatici equivalente a quella che hanno immesso sul mercato l'anno precedente.
Tale processo sarà reso possibile grazie a un contributo ambientale che è riportato sulla fattura o sullo scontrino fiscale rilasciato al cliente. L'importo dell'eco-contributo dipende dal tipo di pneumatico e dalla sua dimensione.
Si stima che delle circa 400.000 tonnellate di pneumatici fuori uso che vengono annualmente generati in Italia, il 50% venga utilizzato come combustibile, il 25% venga macinato e riutilizzato come materia prima per una serie di applicazioni e il 25% venga disperso in discariche abusive. Un'inchiesta giornalistica[87] di Alessio Ribaudo del Corriere della Sera ha raccontato come in Italia, 520 chilometri di strade siano state realizzate con asfalti modificati con l’aggiunta di polverino di gomma riciclata dagli pneumatici fuori uso: un grande business sottratto alle mafie grazie ai consorzi obbligatori di smaltimento, come Ecopneus. Prima di questa data ogni anno, ha stimato Legambiente, sparivano nel nulla — o si disperdevano in canali poco chiari — fino a 100.000 tonnellate di pneumatici fuori uso, circa un quarto di tutti quelli venduti. Un "buco" dove si infilavano i tentacoli della criminalità organizzata: dalla mafia alla ‘ndrangheta, passando per la camorra.
In Italia, lo pneumatico è riconosciuto come l'unico strumento adatto ad equipaggiare autoveicoli sin dal 1930 (R.D. Legge n. 494 del 26/4/1930).[88]
Per garantire un uso in sicurezza i battistrada degli pneumatici devono superare determinate caratteristiche minime. Queste caratteristiche vengono definite dal codice della strada e possono variare a seconda della nazione e dalla categoria del mezzo. Le misure, senza considerare casi particolari, come mezzi d'opera o macchine operatrici, sono di 1.6 mm per gli autoveicoli, 1.0 mm per i motoveicoli e 0.5 mm per ciclomotori. Ogni pneumatico deve inoltre essere conforme alle specifiche degli pneumatici omologati per il mezzo su cui viene utilizzato. Omologazioni ulteriori a quelle già presenti possono essere aggiunte nel caso siano state riconosciute successivamente; in caso contrario è necessario richiedere un nulla osta.[89]
Altro aspetto da tenere in considerazione sul corretto uso degli pneumatici è l'omogeneità degli pneumatici sullo stesso assale, quindi dovranno essere uguali, mentre possono differire tra i diversi assali, nel caso di pneumatici misti (ricoperti e nuovi) sulle stesso assale è possibile se le marche degli pneumatici e carcasse sono le stesse ed hanno pari caratteristiche tecniche.[90]
Nel periodo invernale dove vige l'obbligo delle catene a bordo o l'uso degli pneumatici invernali, è possibile utilizzare queste ultime nel solo asse di trazione, anche se in questo caso si può incorrere nell'effetto saponetta, quindi si hanno gli pneumatici estivi che non riescono a far mantenere la traiettoria al mezzo.[91]
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