Por qué es tan importante la rigidez de un cuadro

Mecánica 10/01/23 15:55 Sergio P.

Cuando un fabricante lanza un modelo nuevo de bici suelen repetirse las afirmaciones de que se ha logrado mejorar la rigidez, el peso, la comodidad o la aerodinámica. De estos parámetros, sobre el que más hincapié se hace es el primero de ellos, clave cuando se trata de lograr que una bici sea lo más eficiente posible. Sin embargo, es un parámetro que esconde muchos matices tras de sí.

Rigidez o el arte de lograr que la bici se comporte exactamente como se desea

Cuando los fabricantes presentan sus argumentos para vender las cualidades de sus nuevas bicis la referencia al incremento de rigidez siempre está presente, un parámetro del que muchos hablan como la panacea de una bici buena que pero del que pocos comprenden sus implicaciones. Sin embargo, al igual que ocurre con el peso de las bicis, en demasiadas ocasiones se sobrevalora cuando no siempre grandes cifras de rigidez hacen que una bici sea mejor.

Qué es la rigidez

Antes de empezar a analizar las implicaciones de este parámetro, lo primero que hay que hacer es dejar claro qué es la rigidez. Si atenemos a la definición que se suele utilizar en ingeniería, la rigidez es la capacidad de un elemento estructural, en el caso de la bici el cuadro, para oponerse a las deformaciones causadas ante la aplicación de una fuerza.

Es por ello que cuando hablamos de rigidez, inmediatamente la mayoría piensa en la fuerza que aplicamos sobre los pedales y lo que se deforma lateralmente el cuadro con cada pedalada.

Sin embargo, esta es sólo una de las fuerzas que afecta al cuadro y, a menudo, no se tienen en cuenta otras fuerzas como el efecto de la fuerza centrífuga cuando trazamos curvas o la reacción ante el impacto con los baches y otras irregularidades que encontramos en las carreteras.

Todos estos aspectos han de ser tenidos en cuenta por los ingenieros que desarrollan las bicicletas para dotar a las bicis no sólo de rigidez sino también de una correcta capacidad de absorción a la vez que tratan de que el conjunto sea lo más ligero posible.

Por tanto, a la hora de hablar de la rigidez de un cuadro tenemos por tanto que valorar esta en diferentes zonas del cuadro donde interesará más una u otra.

En principio, lograr la mayor rigidez posible no debería ser algo problemático. Simplemente añadiendo material, más aún si este material cuenta con menor capacidad de elongación, conseguimos una estructura más robusta. Aparte del material también las secciones de los tubos tienen su importancia. A mayor sección también se incrementará la rigidez. El problema es que esto trae consigo un incremento de peso que no es deseable.

Es vital aquí la disposición de las fibras de carbono. En la actualidad, se emplean fibras unidireccionales que se caracterizan por tener una gran rigidez en la dirección en la que están dispuestas las fibras pero muy poca en dirección perpendicular a las mismas. Esto da a los ingenieros la posibilidad de lograr el comportamiento buscado en cada zona del cuadro en función de cómo se coloque cada lámina de fibra.

Un ingente trabajo de cálculo que por suerte, hoy en día recae en gran parte en potentes ordenadores mediante el uso de software de análisi de elementos finitos o FEA, con el que se pueden generar cientos de cuadros virtuales y simular la respuesta que tendrían ante la aplicación de distintas fuerzas.

Por tanto el objetivo es lograr un equilibrio y añadir rigidez sólo allí donde interesa tenerla. Para ello definimos varios tipos de rigidez en un cuadro de bici.

Imperturbable a la pedalada

Primero tenemos la que suele ser más tenida en cuenta, la rigidez lateral, que los fabricantes miden en sus laboratorios aplicando una carga en el pedalier que simula la fuerza ejercida por la pedalada. Esta rigidez mide cuánto se deforma esta zona cada vez que nuestras piernas presionan las bielas y es interesante que sea elevada ya que minimizando el desplazamiento lateral hacemos que el vector resultante sea una transmisión de la mayor cantidad de esa fuerza hacia la rueda trasera.

Además, el triángulo trasero también ha de ser rígido para no deformarse a la hora de recibir a través de la cadena las fuerzas que le llegan.

Es un parámetro que quienes probamos bicis tratamos de valorar con la facilidad que tiene la bici a la hora de acelerar repentinamente, una cualidad especialmente valorada por escaladores y esprinters que requieren que la bici aguante el tipo cuando lanzan un ataque o afrontan una llegada masiva. Sin embargo, a ritmos de crucero, con unas cifras de potencia más modestas como las que generamos los mortales, la mayoría de los cuadros de hoy en día cuentan con un valor más que sobrado para un pedaleo eficiente.

Para lograrlo los fabricantes han ido optando por pedalieres de mayor anchura y bielas con ejes de 30 mm. También las vainas suelen estar sobredimensionadas, en especial en su sección lateral aunque teniendo en cuenta que no se perjudique el paso de rueda. Todo ello se remata con diseños asimétricos de la zona para igualar la respuesta ante las distintas fuerzas que se generan en el lado de la transmisión y en el contrario; y una disposición de las capas de fibra de carbono que maximicen estas cualidades.

Conducción precisa

Más importante aún, y menos tenida en cuenta, es la rigidez torsional. Esta define lo que se retuerce el cuadro ante distintas fuerzas. Una torsión que afecta a la alineación de ambas ruedas y que, por tanto tiene clara incidencia en la conducción de la bici, especialmente a la hora de trazar curvas.

Cuando trazamos curvas a gran velocidad, la bici aplicamos fuerza centrípeta hacia el interior de la misma que tiene como resultante una fuerza centrífuga que es la que percibimos como que quiere expulsarnos hacia el exterior de la curva. Esta fuerza no resulta igual en cada rueda debido a las diferencias estructurales entre la horquilla y el triángulo trasero lo que provoca un desalineamiento de las ruedas a lo largo de la trazada.

Sobre la bici esto lo percibimos en forma de imprecisión. Cuando con una bici trazas una curva y tienes que hacer constantes correcciones para mantener la línea elegida es que la bici no es todo lo rígida que sería deseable en este aspecto. Al contrario, cuando una bici destaca en este parámetro es muy sencillo ya no sólo trazar las curva, donde con un único gesto inclinas la bici de forma progresiva hasta el vértice para recuperar tras el misma la verticalidad con idéntica progresividad, sino también en los cambios de dirección a la hora de enlazar curvas, resultando mucho más rápido y sencillo este gesto sin la pereza de modelos menos sólidos.

Para lograr que la bici no se retuerza los fabricantes refuerzan especialmente las patas de la horquilla y se opta por pipas de dirección sobredimensionadas, de hecho los rodamientos de la misma han ido creciendo desde aquellos tradicionales de 1 pulgada hasta los actuales de hasta 1,5 pulgadas que se pueden ver en el rodamiento inferior. También es la razón por la que el tubo diagonal de las bicis es el que tiene la sección más generosa ya que se convierte en la viga principal que sostiene la estructura del cuadro.

Pero, aún hay otro aspecto a tener en cuenta. Rigidez lateral y torsional han de estar equilibradas entre sí para que el cuadro muestre un comportamiento óptimo sin descompensaciones. Por otro lado, un exceso de rigidez lateral en los ejes puede provocar que la bici sea difícil de conducir cuando el asfalto no está perfecto al producirse rebotes con cada impacto. Como veis, son muchos parámetros a tener en cuenta.

Rigidez vertical

Si en los puntos anteriores se trataba de lograr la máxima rigidez, resulta que en el plano vertical se busca precisamente lo contrario: que esta sea lo suficiente como para no provocar un efecto de ir dando botes pero que, a su vez, se disponga de la suficiente capacidad de flexión como para atenuar las irregularidades del terreno.

Un parámetro sumamente difícil de ajustar ya que influye el peso del ciclista y, claro está, la bicis se fabrican para un conjunto dispar de pedaleantes. Evidentemente, los estudios estadísticos de las fisionomías de quienes montan en bici permiten realizar una estimación de cómo es el ciclista medio que usa cada una de las tallas, permitiendo al ingeniero ajustar con más precisión este parámetro.

En todo caso, aquí, al igual que con la rigidez lateral, tiene una clara influencia la sección de los tubos así como la disposición de las fibras, buscando lograr un perfecto equilibrio entre la capacidad de absorción de la bici sin que por ello se vea perjudicada la rigidez lateral.

Un aspecto que tradicionalmente ha afectado a las bicis aerodinámicas, ya que los propios tubos perfilados ofrecen secciones alargadas en la dirección de la marcha que aumentan la rigidez vertica, y aplanadas lateralmente, lo cual perjudica la rigidez lateral, justo lo contrario a lo que se busca.

La solución a este dilema ha venido de la mano del uso de tubos de perfil truncado y un claro aumento de las secciones laterales de los tubos, lo que por otra parte, también tiene implicaciones, además de en el peso, en el comportamiento aerodinámico.

¿Qué pasa si una bici es demasiado rígida o flexible?

Como os decíamos al comienzo, hacer una bici sumamente rígida es tarea sencilla con los materiales actuales y sí sólo importara esto. Sin embargo, pocos aguantaríamos más de una hora subidos a una bici así, ya no sólo por las irregularidades del terreno que nos machacarían rápidamente brazos y espalda sino por la excesiva rapidez de reacciones ante cualquier mínimo gesto que nos obliga a mantener una tensión constante.

De hecho, en alguna ocasión nos hemos encontrado bicis de estas características que si bien en las primeras pedaladas te maravillan, sobre todo a la hora de acelerar, pronto descubres que no son prácticas para el mundo real cuando te duele todo con el paso de los kilómetros o bajar un puerto se convierte en una constante batalla en cada curva que aporta de todo menos confianza. ¿Quién no recuerda las bicis de competición de aluminio que se utilizaban a comienzos de siglo? Auténticas vigas con ruedas.

En el extremo contrario, también hemos topado con bicis que hemos acabado denominando como chicles. Bicis en las que tienes que poner todo de tu parte constantemente para mantener una alta velocidad de crucero y en las que percibes que la mitad de las pedaladas que das se pierden en el vacío, sin hablar de la pereza que demuestran cuando tratamos de realizar una aceleración.

También nos trae este tipo de bici a la cabeza el recuerdo de la pelea constante con la dirección para mantener la trazada elegida, algo que quién tenga una bici clásica de acero de calidad media, que hay auténticas obras de arte elaboradas en este material que se comportan de lujo, seguro que sabe a qué nos referimos.

De todo esto deducimos que la rigidez es bienvenida en la mayoría de los casos, pero siempre en su justa medida en cada zona del cuadro y buscando el perfecto equilibrio entre parámetros. Con todo, la rigidez general de los cuadros ha ido aumentando de forma patente con el paso de los años y tan sólo bastan unas pocas pedaladas sobre un modelo de última generación seguido de otras tantas pedaladas sobre un modelo digamos, de unos diez años atrás, para percibir claramente como el mayor conocimiento, herramientas de diseño y calidad de los materiales han afectado al comportamiento de las bicicletas.

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