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Il materiale giusto per il vostro telaio

Il telaio è indubbiamente la componente di maggior rilievo in una bicicletta, ciò che ne definisce prima di ogni altra cosa l’anima, quindi come sceglierlo?

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Le principali sensazioni di guida dipendono direttamente dalla qualità e dalla geometria di un telaio. Un telaio in carbonio di bassa qualità tenderà a flettere molto di più di un telaio in carbonio di alta qualità; e vi assicuro che quando in discesa state affrontando un tornante alla massima velocità, non potete non notare la differenza tra i due.

Di seguito andremo a vedere ciò che più di ogni altra cosa caratterizza il telaio: il materiale con cui è costruito. Fibra di carbonio, alluminio, acciaio e titanio (o una combinazione di essi) sono i più comuni. Il materiale utilizzato offre una serie di differenti caratteristiche che possono modificare il costo, il comfort, il peso, la rigidità, la resistenza e la durevolezza di ciascun telaio. Spesso, però, non è solo il materiale scelto ma anche come esso viene impiegato.

Prima di arrivare ai dettagli di ogni materiale è bene individuare quali siano i principali fattori da tenere in considerazione al momento della scelta.

Peso

La tua bicicletta deve essere abbastanza forte da portare te e ogni eventuale peso aggiuntivo che prevedi di portare (sacca laterale, attrezzatura varia, ecc.). Ogni materiale ha diverse caratteristiche, ma c’è sempre un trade-off tra peso e resistenza. I materiali più resistenti, infatti, sono anche i più pesanti. Un po’ come per il proverbio della botte piena e della moglie ubriaca, bisogna accettare un compromesso. Un altro aspetto da considerare è quanto sia importante avere una bicicletta leggera. Se siete alla ricerca della massima performance, dovrete per forza tenerne conto.

Scopo

Se state prendendo in considerazione di gareggiare, una bicicletta leggera ma rigida è l’ideale. Al contrario se programmate lunghi tour o avventure fuori strada che richiedano la capacità di portare attrezzatura, allora la robustezza è una delle vostre priorità. Le biciclette vengono pensate con caratteristiche diverse legate al tipo di utilizzo che si intende farne; e per ottenere certe caratteristiche bisogna utilizzare un determinato materiale.

Resistenza

Tutti i materiali si usurano con il tempo ma alcuni più velocemente di altri. L’acciaio, per esempio, se non viene curato, arrugginisce più in fretta dell’alluminio. Telai in fibra di carbonio e titanio hanno, invece, una resistenza nel tempo ottimale. Attenzione, però, che materiali come il carbonio sono meno resistenti agli urti di quanto non lo siano acciaio e alluminio.

Budget

Sicuramente il fattore più influente nella scelta della bicicletta, e di conseguenza anche i suoi materiali. Generalizzando, dal più caro al meno caro troviamo il titanio, il carbonio, l’alluminio e l’acciaio. Come sempre, però, bisogna tenere conto del trade-off tra costo e utilizzo.

Carbonio

La fibra di carbonio è senza dubbio un materiale eccezionale con cui costruire i telai delle biciclette. Rigidità, leggerezza, malleabilità, alta resistenza alle sollecitazioni fanno sì che attualmente stiamo vivendo la cosiddetta era del carbonio. Mentre alcuni materiali sono difficili da lavorare, il carbonio è facilmente plasmabile e si adatta al meglio alle esigenze del progettista. La possibilità di personalizzare le forme e il modo in cui il materiale viene utilizzato rendono i telai aereodinamici, leggeri, rigidi ma anche confortevoli.

Il carbonio venne introdotto dai costruttori all’inizio degli anni ’90 dopo che fu testato sulle biciclette dei ciclisti professionisti già alla fine degli anni ’80. Il materiale venne scelto per la sua leggerezza rispetto ai telai in acciaio e divenne, così, la prima scelta. Inizialmente il suo costo elevato, la discreta qualità del carbonio utilizzato e i metodi di lavorazione ne hanno impedito la rapida diffusione di massa. Oggi la fibra di carbonio può essere inserita quasi tutte le componenti di una bicicletta.

Quando parliamo di biciclette in carbonio è importante capire che il prodotto finale è composto da due elementi: le fibre di carbonio e la resina che funziona come una colla e tiene le fibre insieme. Lo spessore di una singola fibra può variare largamente ma è sempre molto più sottile di un ciuffo di capelli. Questi filamenti individuali di carbonio sono uniti in un “rocchetto”, che viene intrecciato fino a formare dei fogli simili a un tessuto. La resina è spesso la parte più debole e rigida, quindi, l’obiettivo è far sì che i filamenti siano il più vicini possibili gli uni agli altri. Il carbonio utilizzato nelle biciclette è spesso unidirezionale e quindi l’angolo nel quale è steso è estremamente importante. La stesura ad uno specifico angolo, infatti, crea resistenza e rigidità nella direzione necessaria. Per esempio, se la forza applicata sul telaio è opposta alla direzione della stesura delle fibre, queste sono forti e resistenti; mentre se le fibre sono disposte in un angolo per il quale non possono opporsi alla forza applicata, il telaio si piegherà. Altre parti del telaio o semplicemente telai in carbonio più economici, potrebbero utilizzare fibre in carbonio intrecciate che hanno più o meno le stesse caratteristiche in tutte le direzioni nelle quali vengono stese.

Al di là di tutti questi tecnicismi è importante sapere che il tipo di fibra modifica il prodotto finale. Le fibre possono essere forti o rigide o entrambe le cose. Così quando gli ingegneri devono disegnare un telaio devono predisporre fibre più forti nelle aree in cui la bicicletta richiede più forza, come nel tubo di sterzo. In quella posizione le fibre hanno bisogno di assorbire le forze per evitare la frattura. Altre aree del telaio hanno bisogno di essere più rigide, come la scatola del movimento centrale. In quel punto telai di alta fascia utilizzeranno sicuramente fibre più rigide rispetto a telai di livello inferiore.

I costruttori dichiarano che i loro telai di alta fascia arrivano ad avere, approssimativamente, anche 400 fogli di carbonio. A modificare la performance della bicicletta interverranno i complessi processi di scelta della giusta fibra di carbonio, rinforzata con la resina migliore, disposta con la migliore tecnica e direzionata nel modo migliore. Non è mai, tuttavia, solamente uno di questi fattori a determinare la qualità di un telaio, ma vanno analizzati nel loro insieme.

Se avete intenzione di percorrere diversi chilometri in sella alla vostra bicicletta e siete delle persone competitive che vogliono avvicinarsi alle competizioni, allora alla bicicletta in carbonio non potrete rinunciare. Come già detto, i telai sono più leggeri e aereodinamici dei telai in altri materiali. Questo vi permetterà di affrontare anche salite lunghe senza portarvi dietro un inutile peso eccessivo. Solo l’essenziale!

I telai in carbonio, nonostante la loro leggerezza, però, riescono ad essere anche molto forti e rigidi. La rigidità vi permetterà, quindi, di trasformare al meglio la potenza espressa sui pedali. Il carbonio, infine, garantisce anche un buon comfort di pedalata perché riesce ad assorbire bene le vibrazioni.

Chiaramente la qualità del telaio varia in base alla qualità del carbonio e al tipo di lavorazione. Un telaio in carbonio di alta qualità garantirà tutti i benefici di cui abbiamo appena parlato, mentre un telaio di bassa qualità potrebbe non essere altrettanto performante su ogni aspetto.

Il lato negativo del carbonio è che alcune aree, se sottoposte ad un forte stress, provocato ad esempio da una caduta, potrebbero rompersi. Una volta che l’integrità del carbonio è compromessa il telaio può diventare estremamente fragile e pericoloso da usare. A quel punto ha bisogno di essere sostituito o riparato.

Per riassumere brevemente:
Pro: alto rapporto tra rigidità e peso, ottima resistenza alle temperature e alla corrosione, durevolezza.
Contro: prezzo, una volta danneggiato (crepato) la maggior parte delle volte è irreparabile, produzione più elaborata e complessa.

Alluminio

I telai in alluminio sono forse i più comuni nell’industria moderna delle biciclette, anche perché è un materiale largamente utilizzato per le componenti. Non è un materiale molto “denso” e per questo può essere utilizzato per le strutture leggere, il che lo rende perfetto per le biciclette. Questi telai sono relativamente economici da produrre, specialmente messi a confronto con i telai in carbonio, per i quali ci si impiega approssimativamente 14 volte di più per produrli.

Come abbiamo già detto per la fibra di carbonio, anche l’alluminio è disponibile in molte forme ed è sempre legato con una piccola quantità di altri metalli e minerali aggiunti. A prescindere dalla scelta dei materiali, alcune ultime scoperte nel settore hanno permesso una maggiore personalizzazione del design del telaio, con un effettivo miglioramento della qualità della pedalata. Non solo si possono modificare le forme dei tubi, ma anche lo spessore può essere bilanciato per ottenere strutture in alcune zone più resistenti ed in altre più leggere, a seconda delle esigenze. Essenzialmente viene assottigliato il centro del tubo per ridurne il peso, mentre viene mantenuta più resistenza nei punti vicini alle saldature.

I tubi “straight gauge” non variano, appunto, in spessore garantendo una resistenza uniforme su tutto il tubo (a discapito del peso). Il “single”, “double” e “triple butted” hanno diversi spessori che permettono al telaio di sopportare, nei punti il cui tubo è più spesso, una maggiore resistenza; senza avere, così, troppo peso al centro. Il “single butted” avrà una sola estremità più spessa rispetto al resto del tubo, mentre il “double”, anche intuitivamente, avrà entrambe le estremità più spesse rispetto al centro. Il “triple butted”, invece, avrà due livelli di spessore in entrambe le estremità. Il “single” viene usato per esempio per il collarino reggisella, il “double” per la zona del movimento centrale e per il tubo di sterzo. Visto che la modulazione dello spessore richiede più tempo nella lavorazione, i telai più economici non utilizzeranno questa tecnologia e saranno, quindi, “straight gauge”.

I tubi di alluminio posso essere modellati anche in un processo chiamato “idroformatura”; un modo di plasmare i metalli attraverso l’utilizzo di uno stampo e di un fluido. Il tubo di alluminio è posizionato in uno stampo dalla forma precisa e un getto ad altissima pressione fa si che il tubo di alluminio possa assumere la forma desiderata. Questa tecnica è comunemente usata per ottimizzare la forma dei tubi in modo che acquisiscano più rigidità, senza però richiedere ulteriore materiale a rinforzo.

Modificare il design di un telaio può aiutare ad ottenere una bicicletta leggera che è resistente e confortevole. L’alluminio permette una bassa densità e, a parità di spessore, non è forte quanto l’acciaio ma è più leggero e molto più resistente alla corrosione.

Per contro l’alluminio ha una minore resistenza al tempo rispetto al carbonio. Se strutturato e mantenuto adeguatamente anche l’alluminio può durare una vita.

Se state cercando una bicicletta che duri per sempre, allora l’alluminio fa decisamente al caso vostro. Come detto, è leggero ma molto molto forte come materiale. Le biciclette dei bambini vengono principalmente costruite in alluminio, per ragioni di costo, ma anche per ragioni di resistenza. Se siete alle prime armi e avete voglia di addentrarvi nel mondo del ciclismo, l’alluminio è decisamente il miglior materiale da cui partire. Il giusto equilibrio tra prezzo basso e buone performance.

Per riassumere brevemente:
Pro: costo, più facili da produrre, alto rapporto peso robustezza, resistenza alla corrosione.
Contro: difficili da riparare, minore resistenza al tempo.

Acciaio

Fino al 1980 circa l’acciaio è stato la scelta universale per i telai delle biciclette. Successivamente prima l’alluminio, e poi il carbonio, hanno preso il sopravvento. Oggi l’acciaio viene usato solamente per la produzione di poche biciclette “custom classic” di nicchia.

Ci sono due diversi tipi di acciaio utilizzati nell’industria della bicicletta: il primo è chiamato “hi-ten”, essendo molto più elastico (“high tensile” = fortemente elastico) viene spesso utilizzato per biciclette più economiche. Ha un rapporto molto basso tra resistenza e peso, e per questo le aziende produttrici scelgono questo materiale quando vogliono produrre dei pezzi estremamente economici. Le biciclette top di gamma in acciaio, invece, sono costruite con il cosiddetto “chromoly” (anche conosciuto come “CroMo” da cromo e molibdeno), una lega d’acciaio che offre una resistenza maggiore rispetto all’”hig-ten” e che può essere plasmata in modo da avere tubi che si assottigliano o si inspessiscono, proprio come accade con l’alluminio. 

L’acciaio è economico, durevole e resistente, facilmente riparabile e plasmabile. A differenza del carbonio e dell’alluminio, i danni su un telaio d’acciaio sono facilmente riparabili e difficilmente metto a rischio la sicurezza del telaio. Al contrario di quello che ci si aspetterebbe, vista la sua resistenza, l’acciaio permette anche di assecondare gli urti grazie alle sue proprietà elastiche. Il lato negativo è che è incline all’ossidazione (ruggine), e rispetto agli altri materiali è decisamente più pesante. 

Biciclette “touring” e mountain bikes sono spesso fatte d’acciaio grazie alla sua rinomata resistenza nel tempo. Questo materiale, inoltre, è l’ideale per trasportare, oltre al peso del ciclista, anche il peso delle sacche laterali e degli accessori utilizzati dagli escursionisti, senza compromettere la performance della bicicletta. L’acciaio si trova nella maggior parte dei casi nelle biciclette entry-level, in quelle per bambini, o in quelle da passeggio, dove il peso, insomma, non è un fattore così importante.

Per riassumere brevemente:
Pro: costo e facilità di manutenzione, durevolezza, resistenza
Contro: peso, tendente all’ossidazione.

Titanio

Il titanio condivide molte delle proprietà dell’acciaio ma è più leggero, più resistente all’ossidazione ed è senza dubbio più durevole nel tempo. Il lato negativo è che è molto più costoso da produrre e richiede molte più ore di lavorazione. Produrre il Telaio di una bicicletta in titanio richiede competenze specifiche. Come accade anche per acciaio e alluminio il titanio usato nei telai è sotto forma di “lega”, composta spesso da una percentuale di alluminio e vanadio.

Il titanio non è mai diventato così famoso come i materiali concorrenti, anche se è approdato nelle scene nello stesso periodo di alluminio e fibra di carbonio, entrambi più economici e più facili da lavorare. Ciò nonostante il titanio ha un rapporto migliore in termini di rigidità e peso, il che lo porta ad avere una resistenza agli urti simile al carbonio ed è praticamente indistruttibile. Quasi tutti i produttori di telai in titanio offrono una garanzia a vita su difetti di produzione.

Per riassumere brevemente:
Pro: resistenza, durevolezza, resistenza all’ossidazione, qualità di pedalata, peso.
Contro: costi elevati, difficoltà nella produzione.

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Bike-room editorial staff

Novembre 18 2020 • Componentistica

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