Qual'è il miglior materiale per il telaio?
Viste le numerose discussioni in ambito di materiali, ho pensato di inserire un interessante articolo (presente anche su una rivista del settore) riguardante una ricerca americana del Center for Sport Innovation del MIT di Boston, che ha testato tre dei quattro materiali ricorrenti in ambito telaistico, ovvero acciaio, alluminio e carbonio. Cerco di sintetizzare il più possibile l'articolo, altrimenti il tutto risulterebbe troppo lungo. Ho sottolineato i risultati del test in maniera sintetica, per chi non volesse leggere l'articolo (seppure sia necessario farlo, per capire appieno lo scopo e il risultato di questo test). In allegato i dettagli del test: specifiche, foto e grafici statistici riguardanti il confronto tra alluminio(AL) carbonio(CF) e acciaio(ST).
'Premessa: la ricerca è stata effettuata su iniziativa dello stesso Center for Sport Innovation, e non è stata quindi commissionata da nessuna realtà commerciale esterna al centro; c'è stato solo il supporto di Cervelo che ha fornito le tre bici, tre modelli identici per geometria e dimensioni, ma costruiti in tre materiali differenti.
Lo scopo dell'esperimento è stato quello di misurare gli effetti delle vibrazioni trasmesse dalla strada sulle prestazioni ciclistiche, quindi l'analisi e la quantificazione della relazione intercorrente tra le vibrazioni prodotte dal fondo stradale e le prestazioni atletiche del ciclista.
Per condurre l'indagine il CSI ha provveduto ad approntare una pedana rotante, un treadmil, con velocità regolabile equipaggiata con un piccolo gradino in poliuretano in grado di produrre a ogni giro completo del tappeto una sollecitazione di intensità nota. La velocità di questo apparato è rimasta costante a 19,3 km/h per tutta l'esecuzione dei test, così come la sua inclinazione fissata a una pendenza del 5%. Per misurare la risposta dinamica dei telai e i conseguenti livelli di confort in sella, si è provveduto a dotare la bicicletta di un accelerometro a tre assi posizionato sul canotto reggisella in grado di registrare intensità e distribuzione in frequenza della sollecitazione. Inoltre la bicicletta è stata equipaggiata con una guarnitura Sram Powermeter allo scopo di poter monitorare potenza sviluppata, cadenza e frequenza cardiaca. E' stato poi monitorato il consumo di ossigeno del tester.
Tutte le variabili dipendenti sono state per quanto possibile ridotte o eliminate: le tre biciclette, costruite dal medesimo cotruttore, avevano il medesimo design e la medesima taglia, stessa componentistica e stesse ruote gommate e gonfiate nella stessa identica misura(7.6bar). Identica pure la posizione relativa dei punti di contatto con le mani, soprassella e piedi del tester, un soggetto di buon spessore agonistico (Kevin Monohan, US pro crit champ) di 182 cm e 79,5 kg. Il protocollo di test utilizzato ha considerato un avviamento progressivo del tappeto, e al raggiungimento della cadenza prefissata, impostata dalla velocità di rotazione del tappero(mantenuta costante), il mantenimento dell'attività a regime per la durata di cinque minuti consecutivi.
I segnali provenienti dall'accelerometro(rilevati al passaggio del gradino sulla ruota posteriore), nella loro specifica caratteristica energetica dipendente dalla risposta dei materiali dei telai, sono stati quindi accertati attraverso il calcolo dello spettro di densità di potenza (la densità spettrale di potenza di un segnale è, in sintesi, la distribuzione della potenza del segnale in funzione della frequenza). La richiesta energetica al vaglio dell'analisi del consumo di ossigeno dettata dall'impiego del telaio in alluminio si è dunque rivelata leggermente inferiore (38,6 ml/kg-m) rispetto alla fibra di carbonio(39,2 ml(kg-m) e all'acciaio(40,3 ml/kg-m), determinando una richiesta energetica per ciascuno dei telai citati pari a: 221W(alluminio), 224W(carbonio) e 227W(acciaio). Valori tutto sommato non troppo lontani tra loro, anche se rivelatori di una tendenzialmente differente efficienza energetica.
Se questa ricerca non pare abbia fatto emergere novità eclatanti rispetto a quanto si sarebbe ipotizzato, per certo ha fornito qualche interessante spunto di riflessione, offrendo la possibilità di stabilire un punto fermo nella valutazione dei vari materiali usati nella telaistica nel loro essere interdipendenti con il rispettivo utilizzatore. Da un lato abbiamo la certezza scientifica che un materiale come l'alluminio si presta ad essere interpretato come il materiale più efficiente tra quelli esaminati, cosa che si desume dai dati relativi al consumo di ossigeno e alla potenza richiesta per eseguire lo stesso gesto atletico. La capacità di trasformare l'energia della pedalata in movimento di questo materiale è quindi evidente, anche se parliamo di una differenza tutto sommata abbastanza contenuta se ci riferiamo alla potenza: all'incirca l'1.7% in più rispetto alla fibra di carbonio e il 2.8% in più rispetto all'acciaio. Per contro, l'alluminio si rivela la meno confortevole tra i materiali esaminati con differenze più consistenti, contemplando delle sollecitazioni che arrivano a stimare anche fino al 10% in più rispetto agli altri materiali con cui si è confrontata.
Acciaio e Carbonio: la fibra di carbonio e l'acciaio si trovano molto vicini l'un laltra in termini di efficacia di riduzione delle sollecitazioni, anche se il carbonio si attesta su di un livello di ''damping'' leggermente inferiore, diciamo del tutto irrisorio (0.04 G) rispetto a quello dell'acciaio. Contemporaneamente il carbonio trasferisce alla sella un più ampio spettro di frequenze con un modulo segnato da minori valori di picco rispetto all'alluminio. Per il composito, l'effetto di maggiore smorzamento è stato registrato attorno al range dei 30-35Hz, mentre il minore attorno ai 60Hz.
Pur non avendo primeggiato nè in termini di smorzamento(ma avendo però quasi pareggiato con il composito) nè in termini di rendimento energetico, da un certo punto di vista la performance registrata dall'acciaio risulta commendevole. Si tenga infatti conto che il test è stato condotto su di una pendenza del 5%, troppo poco per parlare di salita impegnativa, ma sufficiente per cominciare a fare emergere la penalità gravitazionale che un materiale sensibilmente più pesante dell'alluminio e del carbonio registra e sconta inevitabilmente. Non abbiamo dati che ci indichino con esattezza quali siano stati i pesi dei telai in esame, ma riteniamo che la struttura costruita in acciaio possa essere considerata almeno il 20% più pesante dei telai concorrenti e quindi, se si analizzassero le prestazioni registrate in rapporto con questo dato, si potrebbe tranquillamente parlare di una prestazione piu che digitosa per l'acciaio, non data probabilmente per scontata il giorno prima del test del CSI. Interessante sarebbe stato verificare, nei fatti, anche l'incidenza di un materiale telaistico intrinsecamente più pesante anche in condizioni di salita più impegnativa, così come pure in perfetto piano, dove per certo l'acciaio si sarebbe mostrato ancora più competitivo, affrancandosi una volta per tutte dal suo status odierno che lo vuole in obsolescenza rispetto ai materiali allineati al trend corrente.
Non dimentichiamoci però che l'analisi del CSI è stata indirizzata all'identificazione e alla quantificasione della relazione tra le vibrazioni prodotte dal fondo stradale e le prestazioni atletiche del ciclista. Un limite che possiamo intravedere in questo test e riconosciuto dagli stessi autori, è la durata complessiva del test stesso, protratta solo per cinque minuti. In questo ristretto arco di tempo, la varianza(intesa come indice di dispersione statico) tra i dati di vibrazione trasmessi dalla strada osservati tra le tre biciclette appare non avere sostanzialmente un particolare effetto sulle performance ciclistiche. Insomma, tutto lascia ipotizzare che una bicicletta particolaremnte rigida possa essere associata al sensibile innalzamento del costo energetico quando utilizzata sulle lunghe distanze. Nello stesso testo del documento discusso dai tecnici del CSI, si rende evidente che vi è la motivata convinzione che l'azione di smorzamento propria del telaio possa determinare un benefico effetto sulla performance sportiva dell'atleta quando impegnato su lunghe distanze. In particolare, questa ipotesi viene riaffermata a proposito del telaio in fibra di carbonio, materiale in grado di risultare particolarmente efficace nel range di frequenze che, secondo la normativa ISO 2631-1, risultano più dannose nei confronti delle prestazioni fisiche.
Resta l'obbligo di precisare di non incorrere in grossolane generalizzazioni nell'analizzare i risultati di questo test. Se da un lato le variabili che possono essere introdotte nella costruzione di un telaio metallico siano tutto sommato abbastanza circoscritte, sostanzialmente perchè i kit di tubazioni in acciaio e in alluminio appartenenti alla fascia qualitativa più alta tendono ad assumere caratteristiche simili tra loro(qualità del materiale, spessori,rinforzi e diametri), i margini di manovra che invece contempla la fibra di carbonio possono ritenersi ancora abbastanza ampi poichè il costruttore del telaio è al tempo stesso costruttore del materiale. In questa osservazione conviene anche lo stesso dottor Blair [l'artefice della ricerca]:''la trasmissione delle vibrazioni attraverso il telaio è condizionata da una varietà di variabili, incluso il materiale con cui è costruito, lo spessore dei tubi, lo stile dei raccordi, ecc. QUindi la valutazione è corretta, ma in questo senso il risultato vale solo rispetto ai tre telai testati. La ragione per la quale abbiamo selezionato questi tre telai è stata quella per cui tutti e tre adottano la stessa geometria e in questo modo possiamo quindi almeno eliminare questo fattore delle variabili che influenzano il risultato''. Aggiunge poi il dottor Kim Blair:''Con questi risultati non vogliamo assolutamente sostenere che ogni telaio in acciaio sia piu confortevole di qualsiasi telaio in carbonio. L'unica maniera per effettuare una valutazione è quella di testare specificatamente ognuno di essi. Il vero vantaggio del composito è costituito dalla libertà che hai di poterne manipolare ogni aspetto a livello molto localizzato. Puoi costruire delle parti che intendi far risultare rigide quanto vuoi e altre parti che dovranno risultare cedevoli quanto vuoi che lo siano''.
Si attende una seconda parte del test relativa alla valutazione sulle lunghe distanze.'
Viste le numerose discussioni in ambito di materiali, ho pensato di inserire un interessante articolo (presente anche su una rivista del settore) riguardante una ricerca americana del Center for Sport Innovation del MIT di Boston, che ha testato tre dei quattro materiali ricorrenti in ambito telaistico, ovvero acciaio, alluminio e carbonio. Cerco di sintetizzare il più possibile l'articolo, altrimenti il tutto risulterebbe troppo lungo. Ho sottolineato i risultati del test in maniera sintetica, per chi non volesse leggere l'articolo (seppure sia necessario farlo, per capire appieno lo scopo e il risultato di questo test). In allegato i dettagli del test: specifiche, foto e grafici statistici riguardanti il confronto tra alluminio(AL) carbonio(CF) e acciaio(ST).
'Premessa: la ricerca è stata effettuata su iniziativa dello stesso Center for Sport Innovation, e non è stata quindi commissionata da nessuna realtà commerciale esterna al centro; c'è stato solo il supporto di Cervelo che ha fornito le tre bici, tre modelli identici per geometria e dimensioni, ma costruiti in tre materiali differenti.
Lo scopo dell'esperimento è stato quello di misurare gli effetti delle vibrazioni trasmesse dalla strada sulle prestazioni ciclistiche, quindi l'analisi e la quantificazione della relazione intercorrente tra le vibrazioni prodotte dal fondo stradale e le prestazioni atletiche del ciclista.
Per condurre l'indagine il CSI ha provveduto ad approntare una pedana rotante, un treadmil, con velocità regolabile equipaggiata con un piccolo gradino in poliuretano in grado di produrre a ogni giro completo del tappeto una sollecitazione di intensità nota. La velocità di questo apparato è rimasta costante a 19,3 km/h per tutta l'esecuzione dei test, così come la sua inclinazione fissata a una pendenza del 5%. Per misurare la risposta dinamica dei telai e i conseguenti livelli di confort in sella, si è provveduto a dotare la bicicletta di un accelerometro a tre assi posizionato sul canotto reggisella in grado di registrare intensità e distribuzione in frequenza della sollecitazione. Inoltre la bicicletta è stata equipaggiata con una guarnitura Sram Powermeter allo scopo di poter monitorare potenza sviluppata, cadenza e frequenza cardiaca. E' stato poi monitorato il consumo di ossigeno del tester.
Tutte le variabili dipendenti sono state per quanto possibile ridotte o eliminate: le tre biciclette, costruite dal medesimo cotruttore, avevano il medesimo design e la medesima taglia, stessa componentistica e stesse ruote gommate e gonfiate nella stessa identica misura(7.6bar). Identica pure la posizione relativa dei punti di contatto con le mani, soprassella e piedi del tester, un soggetto di buon spessore agonistico (Kevin Monohan, US pro crit champ) di 182 cm e 79,5 kg. Il protocollo di test utilizzato ha considerato un avviamento progressivo del tappeto, e al raggiungimento della cadenza prefissata, impostata dalla velocità di rotazione del tappero(mantenuta costante), il mantenimento dell'attività a regime per la durata di cinque minuti consecutivi.
I segnali provenienti dall'accelerometro(rilevati al passaggio del gradino sulla ruota posteriore), nella loro specifica caratteristica energetica dipendente dalla risposta dei materiali dei telai, sono stati quindi accertati attraverso il calcolo dello spettro di densità di potenza (la densità spettrale di potenza di un segnale è, in sintesi, la distribuzione della potenza del segnale in funzione della frequenza). La richiesta energetica al vaglio dell'analisi del consumo di ossigeno dettata dall'impiego del telaio in alluminio si è dunque rivelata leggermente inferiore (38,6 ml/kg-m) rispetto alla fibra di carbonio(39,2 ml(kg-m) e all'acciaio(40,3 ml/kg-m), determinando una richiesta energetica per ciascuno dei telai citati pari a: 221W(alluminio), 224W(carbonio) e 227W(acciaio). Valori tutto sommato non troppo lontani tra loro, anche se rivelatori di una tendenzialmente differente efficienza energetica.
Se questa ricerca non pare abbia fatto emergere novità eclatanti rispetto a quanto si sarebbe ipotizzato, per certo ha fornito qualche interessante spunto di riflessione, offrendo la possibilità di stabilire un punto fermo nella valutazione dei vari materiali usati nella telaistica nel loro essere interdipendenti con il rispettivo utilizzatore. Da un lato abbiamo la certezza scientifica che un materiale come l'alluminio si presta ad essere interpretato come il materiale più efficiente tra quelli esaminati, cosa che si desume dai dati relativi al consumo di ossigeno e alla potenza richiesta per eseguire lo stesso gesto atletico. La capacità di trasformare l'energia della pedalata in movimento di questo materiale è quindi evidente, anche se parliamo di una differenza tutto sommata abbastanza contenuta se ci riferiamo alla potenza: all'incirca l'1.7% in più rispetto alla fibra di carbonio e il 2.8% in più rispetto all'acciaio. Per contro, l'alluminio si rivela la meno confortevole tra i materiali esaminati con differenze più consistenti, contemplando delle sollecitazioni che arrivano a stimare anche fino al 10% in più rispetto agli altri materiali con cui si è confrontata.
Acciaio e Carbonio: la fibra di carbonio e l'acciaio si trovano molto vicini l'un laltra in termini di efficacia di riduzione delle sollecitazioni, anche se il carbonio si attesta su di un livello di ''damping'' leggermente inferiore, diciamo del tutto irrisorio (0.04 G) rispetto a quello dell'acciaio. Contemporaneamente il carbonio trasferisce alla sella un più ampio spettro di frequenze con un modulo segnato da minori valori di picco rispetto all'alluminio. Per il composito, l'effetto di maggiore smorzamento è stato registrato attorno al range dei 30-35Hz, mentre il minore attorno ai 60Hz.
Pur non avendo primeggiato nè in termini di smorzamento(ma avendo però quasi pareggiato con il composito) nè in termini di rendimento energetico, da un certo punto di vista la performance registrata dall'acciaio risulta commendevole. Si tenga infatti conto che il test è stato condotto su di una pendenza del 5%, troppo poco per parlare di salita impegnativa, ma sufficiente per cominciare a fare emergere la penalità gravitazionale che un materiale sensibilmente più pesante dell'alluminio e del carbonio registra e sconta inevitabilmente. Non abbiamo dati che ci indichino con esattezza quali siano stati i pesi dei telai in esame, ma riteniamo che la struttura costruita in acciaio possa essere considerata almeno il 20% più pesante dei telai concorrenti e quindi, se si analizzassero le prestazioni registrate in rapporto con questo dato, si potrebbe tranquillamente parlare di una prestazione piu che digitosa per l'acciaio, non data probabilmente per scontata il giorno prima del test del CSI. Interessante sarebbe stato verificare, nei fatti, anche l'incidenza di un materiale telaistico intrinsecamente più pesante anche in condizioni di salita più impegnativa, così come pure in perfetto piano, dove per certo l'acciaio si sarebbe mostrato ancora più competitivo, affrancandosi una volta per tutte dal suo status odierno che lo vuole in obsolescenza rispetto ai materiali allineati al trend corrente.
Non dimentichiamoci però che l'analisi del CSI è stata indirizzata all'identificazione e alla quantificasione della relazione tra le vibrazioni prodotte dal fondo stradale e le prestazioni atletiche del ciclista. Un limite che possiamo intravedere in questo test e riconosciuto dagli stessi autori, è la durata complessiva del test stesso, protratta solo per cinque minuti. In questo ristretto arco di tempo, la varianza(intesa come indice di dispersione statico) tra i dati di vibrazione trasmessi dalla strada osservati tra le tre biciclette appare non avere sostanzialmente un particolare effetto sulle performance ciclistiche. Insomma, tutto lascia ipotizzare che una bicicletta particolaremnte rigida possa essere associata al sensibile innalzamento del costo energetico quando utilizzata sulle lunghe distanze. Nello stesso testo del documento discusso dai tecnici del CSI, si rende evidente che vi è la motivata convinzione che l'azione di smorzamento propria del telaio possa determinare un benefico effetto sulla performance sportiva dell'atleta quando impegnato su lunghe distanze. In particolare, questa ipotesi viene riaffermata a proposito del telaio in fibra di carbonio, materiale in grado di risultare particolarmente efficace nel range di frequenze che, secondo la normativa ISO 2631-1, risultano più dannose nei confronti delle prestazioni fisiche.
Resta l'obbligo di precisare di non incorrere in grossolane generalizzazioni nell'analizzare i risultati di questo test. Se da un lato le variabili che possono essere introdotte nella costruzione di un telaio metallico siano tutto sommato abbastanza circoscritte, sostanzialmente perchè i kit di tubazioni in acciaio e in alluminio appartenenti alla fascia qualitativa più alta tendono ad assumere caratteristiche simili tra loro(qualità del materiale, spessori,rinforzi e diametri), i margini di manovra che invece contempla la fibra di carbonio possono ritenersi ancora abbastanza ampi poichè il costruttore del telaio è al tempo stesso costruttore del materiale. In questa osservazione conviene anche lo stesso dottor Blair [l'artefice della ricerca]:''la trasmissione delle vibrazioni attraverso il telaio è condizionata da una varietà di variabili, incluso il materiale con cui è costruito, lo spessore dei tubi, lo stile dei raccordi, ecc. QUindi la valutazione è corretta, ma in questo senso il risultato vale solo rispetto ai tre telai testati. La ragione per la quale abbiamo selezionato questi tre telai è stata quella per cui tutti e tre adottano la stessa geometria e in questo modo possiamo quindi almeno eliminare questo fattore delle variabili che influenzano il risultato''. Aggiunge poi il dottor Kim Blair:''Con questi risultati non vogliamo assolutamente sostenere che ogni telaio in acciaio sia piu confortevole di qualsiasi telaio in carbonio. L'unica maniera per effettuare una valutazione è quella di testare specificatamente ognuno di essi. Il vero vantaggio del composito è costituito dalla libertà che hai di poterne manipolare ogni aspetto a livello molto localizzato. Puoi costruire delle parti che intendi far risultare rigide quanto vuoi e altre parti che dovranno risultare cedevoli quanto vuoi che lo siano''.
Si attende una seconda parte del test relativa alla valutazione sulle lunghe distanze.'
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