La industria ciclista está en constante evolución, innovando y experimentando con materiales y componentes. Acero, aluminio, titanio, fibra de carbono... ¿Sabías que se está experimentando con el grafeno o con el basalto? Hoy en día lo más común es encontrar un cuadro de aluminio o fibra de carbono, aunque no podemos olvidarnos del acero o del titanio.La historia del ciclismo, sus retos, logros y héroes, está ligada también a los materiales utilizados para crear los cuadros de las bicicletas. Porque la ciclista ha sido un industria que también ha vivido, y vive, en constante evolución. Aprende de otras industrias como la náutica, aeroespacial o la del automóvil para adoptar y adaptar el mayor número de mejoras posibles.
Acero, aluminio, fibra de carbono y titanio son los materiales más comunes con los que se elaboran los cuadros de bicicletas, tanto para carretera como para montaña, gravel o triatlón. Lo más habitual es que sean de aluminio o carbono, o de una combinación de ambos materiales. También hay aleaciones que incluyen cromo, vanadio e incluso existen cuadros fabricados con fibra de basalto, que es una roca volcánica. Pero... ¿cuál es mejor?
Comúnmente se tiende a pensar que, entre una bicicleta con cuadro de aluminio y otra con cuadro de carbono, es siempre preferible elegir la segunda. Sin embargo, no tiene por qué ser así. Cada material tiene sus propias peculiaridades y ofrece una serie de características distintas a otros.Viendo los catálogos de las marcas nos damos cuenta que la fibra de carbono es el material predilecto para la fabricación de cuadros y componentes de gama alta. Antes de la fibra, las bicicletas eran de metal en distintas variantes: acero, cromoly, aluminio… y ahora, que todavía existen algunos ciclistas reacios al carbono, sabemos que se está experimentando con otros materiales como el basalto o el grafeno.
Estos factores son importantes a la hora de decidirnos por el material del cuadro de nuestra bicicleta:
- El tipo de uso que vas a darle a la bicicleta.
- El peso.
- El tiempo de uso.
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Acero
Empezamos este repaso hablando del acero, el material más utilizado en la historia para la fabricación de bicicletas, usándose prácticamente desde los inicios del ciclismo hasta hoy en día. De hecho, el acero ha pasado de ser el material más común en el ciclismo a convertirse, hoy en día, en un material elitista y alejado de las gamas bajas, más bien al contrario.
El acero se convirtió rápidamente en el material predilecto para fabricar cuadros por lo fácil y económico que es de trabajar y el buen resultado que ofrece en cuanto a rigidez, durabilidad, resistencia y peso. También a que es muy sencillo de soldar y reparar, pudiéndose hacer en cualquier fragua o forja. Algo que ha sido muy importante en la historia del ciclismo, desde el S. Estas características explican también su larga vida en el ciclismo, ya que el aluminio, más ligero pero menos resistente, necesitó muchos años de desarrollo para lograr las mismas cotas de rigidez y resistencia que el acero.
Hasta la década de 1970 prácticamente todos los cuadros de bicicleta estaban construidos en acero. En esos años aparecieron las mountain bikes y, con ellas, la necesidad de buscar materiales más ligeros. Así fue como poco a poco fue introduciéndose el aluminio en la industria del ciclismo. En los años 1990, con la llegada de la fibra de carbono, el acero quedó relegado a bicicletas de gamas inferiores o a fabricantes de marcas blancas. No obstante, existe un tipo de acero denominado CroMo que sigue utilizándose como material para cuadros de algunas bicicletas de gamas superiores. Se llama así porque está hecho a partir de una aleación de cromo y molibdeno. Es más ligero y resistente que el acero convencional.
La principal cualidad de los cuadros de bicicleta de acero es que son más baratos, tienen una mayor durabilidad que el aluminio y son más fáciles de reparar en caso de abolladura o perforación. Es también un material con una gran resistencia. Si vas a llevar mucho peso encima, como por ejemplo en un viaje largo de aventura con decenas de kilos en la mochila y las alforjas, una bicicleta de acero puede ser una buena elección.
Un cuadro de acero ofrece una gran flexibilidad y una resistencia incomparable, a un precio asequible. Su mayor elasticidad que otros materiales metálicos lo hace físicamente accesible a todos los ciclistas.
Geometría de un cuadro de bicicleta.
Aluminio
El aluminio es el material más utilizado, por volumen, en la industria ciclista hoy. La mayor parte de las marcas comerciales que todos conocemos tienen modelos de gama media y baja en aluminio, a los que hay que sumar una ingente cantidad de bicicletas “de supermercado”, marcas blancas o marcas minoritarias que fabrican con este metal.
El aluminio es el material más utilizado actualmente para la fabricación de cuadros de bicicleta. De cuadros y de manillares, bielas, tijas y componentes diversos. Se introdujo en la industria del ciclismo hacia la década de 1970 y hoy todas las principales marcas de bicicletas cuentan en sus gamas con modelos de aluminio de forma mayoritaria.
La llegada del aluminio supuso una revolución en la industria ya que permitía trabajar unas formas más dinámicas que el acero (es más maleable), permitiendo experimentar mucho más con las geometrías y las formas de los tubos. Por ejemplo, el aluminio 6061 contiene magnesio y silicio, siendo del tipo T4 o T6 en función de la forma seguida para el templado del material. En competición, como te decía antes, la vida del aluminio ha sido más corta que la del acero… incluso que la de la fibra de carbono, ya que salvo el precio, la fibra de carbono ha mejorado mucho las prestaciones del aluminio, empezando por su durabilidad, ligereza y continuando por la facilidad para adoptar formas orgánicas y dinámicas. De hecho, la última victoria de una bicicleta con un cuadro de aluminio en el Tour fue la de Marco Pantani en 1998 con su Bianchi.
Al contrario de lo que sucede con el acero, el aluminio es un material de una densidad muy baja. Dicho de otra manera: el aluminio es más maleable que el acero y, además, es más ligero, por lo que resulta un material más fácil de manejar en la fabricación de cuadros de diferente geometría. Es también más barato que la fibra de carbono y requiere menos tiempo de elaboración.
Los tubos de aluminio pueden tener diferentes grosores. Esta característica la utilizan los fabricantes para elaborar cuadros con una excelente combinación de rigidez y ligereza. Así, por ejemplo, los extremos del tubo horizontal suelen ser más gruesos que la parte central, favoreciendo así la rigidez de la estructura sin que repercuta en un incremento del peso.
Otra de las ventajas del aluminio es su coste de fabricación, más barato que la fibra de carbono. Además, cuenta con una excelente resistencia en relación a lo ligero que es y es menos sensible a la corrosión que el acero. Por contra, es un metal más propenso a sufrir lo que se denomina fatiga de los materiales, que es el desgaste estructural por el paso del tiempo y el uso intensivo. También es un material más difícil de reparar que el acero.
Los cuadros de aluminio son seguramente la mejor opción en términos de presupuesto y tipo de uso para la mayoría de aficionados al ciclismo.
Al igual que el acero, los cuadros de aluminio han evolucionado considerablemente. Los cuadros de esta aleación, que antes tenían fama de ser muy rígidos pero poco confortables, han progresado mucho gracias a la reducción del grosor de los tubos, lo que también permite ahorrar peso.Se utilizan principalmente dos tipos de aluminio: 6061 y 7005. El primero tiene fama de ser más ligero y el segundo más resistente. Algunos fabricantes proponen también cuadros de escandio.
Fibra de carbono
En este viaje no podía faltar la fibra de carbono, el material más usado hoy en día en las gamas medias y altas de cualquier modalidad de ciclismo, desde las bicicletas súper ligeras de Ruta a las más radicales de Enduro y otras modalidades de Mountain Bike. La fibra de carbono es un tipo de composite, es decir, una fibra sintética, en este caso formada por átomos de carbono unidos en filamentos y con un contenido mínimo del 92% de carbono, unida por resinas. En muchas ocasiones para complementar al carbono en la formación de las fibras se utilizan otros materiales.
La fibra de carbono se ha convertido en el material estrella de la industria del ciclismo. Hasta hace 25 años tan sólo unos pocos profesionales podían disfrutar de bicicletas con cuadros de fibra de carbono. Hoy forman parte del catálogo comercial de la mayoría de marcas punteras gracias a la mejora de los procesos de fabricación, que han abaratado su coste.
Es un material mucho más caro que el aluminio y el acero, pero se adapta totalmente a prácticamente cualquier geometría. De ahí que en la alta competición haya cada vez más bicicletas con tubos curvos o con formas que hasta hace unos años eran imposibles de fabricar... sencillamente porque los materiales que se empleaban tenían una capacidad de diseño limitada.
La gran ventaja de la fibra de carbono es su relación peso-rigidez. Se trata de un material que se contrae y se expande en función de la tensión y los kilos que tenga que absorber en cada momento. Otra ventaja es que es un material muy ligero. Ten en cuenta que, aunque los cuadros sean sólidos, en realidad están realizados a partir de fibras que en algunos casos tienen el mismo grosos que un pelo humano. Estas fibras se trenzan y se refuerzan con resina para crear la estructura del cuadro. Además, no tiene el problema del aluminio y el acero ante la corrosión. Y su durabilidad es mayor. De ahí que algunas marcas ofrezcan garantía de por vida ante fatiga de los materiales en sus modelos con cuadro de carbono.
Probablemente estés pensado que, dado que es un material más ligero, tiene un ciclo de vida mayor y es más rígido, sea también mejor y merezca la pena pagar la diferencia de precio por tener una bicicleta de fibra de carbono antes que una de aluminio. Sin embargo, hay que tener en cuenta los contras. El carbono es un material fracturable. Es decir, que si un golpe fuerte en una bicicleta de aluminio puede provocar una abolladura, en un cuadro de carbono directamente se fractura el material y en muchos casos resulta irreparable.
La calidad de un cuadro de fibra de carbono no sólo depende del material, sino especialmente del proceso de fabricación. Dependiendo del grosor y de la colocación de las fibras, un mismo cuadro puede ser más o menos rígido y presentar algunos puntos sensibles a una rotura en caso de golpe seco. Las marcas de referencia suelen utilizar la técnica del cruzado de fibras para elaborar sus cuadros. Para sus modelos tope de gama emplean lo que se denomina el monocasco. Consiste en un molde donde se introduce el carbono para elaborar el triángulo que conforma el cuadro de una sola pieza. Estos moldes son muy caros. De ahí que las bicicletas monocasco no estén al alcance de cualquier bolsillo.
Las bicicletas con cuadro de carbono suponen una notable diferencia para quien pasa largas jornadas pedaleando en la carretera, ya que proporciona un grado de comodidad y ligereza extra.
El primer cuadro de fibra de carbono apareció a finales de los años 70 de la mano de Toray (productor japonés de este material) y la italiana Alan, especialistas en cuadros en aleaciones ligeras. Desde entonces comenzó un largo proceso de adaptación, ya que estos primeros cuadros eran más pesados que los de aluminio, incluso que algunas aleaciones de acero, y más delicados. No sería hasta una década después, finales de los 80, cuando las marcas comenzaron a presentar los primeros cuadros monocasco de fibra de carbono.
Como puedes ver en las fotos del cuadro Alan de 1970 o la S-Works Ultimate de 1993, o la GT STS, la fibra de carbono se trabajaba bajo el sistema Tube to Tube, es decir, los tubos se hacían en fibra de carbono y se unían entre sí con racores de aluminio, acero o titanio que necesitaban mucha resina para pegarse bien. Hoy en día la técnica de moldeado ha cambiado bastante, las láminas de fibra de carbono, de diferente tipo según la zona del cuadro en la que vayan, se van colocando en un molde y se van pegando con resina.
Se denomina módulo al número de filamentos que forman cada fibra y, dependiendo de este número, el resultado es más o menos denso, resistente y elástico. Cada fibra se dispone según el uso y las propiedades que se buscan de forma entrelazada (formando un tejido o malla) o unidireccional (todas las fibras van en la misma dirección).
Titanio
Cuando el titanio hizo su aparición como material de fabricación en la industria de la bicicleta, se encontró con que compartía espacio con el aluminio y la fibra de carbono. Y, como estos últimos resultaban materiales más asequibles en términos económico, las bicicletas de titanio quedaron relegadas a una porción muy pequeña del mercado.
El titanio es un material que comparte propiedades con los otros tres anteriores. Es tan fuerte como el acero, mucho más ligero, resiste mejor la corrosión y resulta mucho más duradero. Prácticamente una bicicleta de titanio fabricada de manera óptima es indestructible.
Decimos lo de "fabricada de manera óptima" porque ésta es una de sus grandes desventajas, junto con el precio. El titanio es un componente que apenas reacciona con el oxígeno. Es por ello que resulta muy difícil soldar los tubos del cuadro y se requiere hacerlo en cámaras llenas de gas argón.
En cuanto a sus ventajas, la comodidad a la hora de rodar es más que notable dada su combinación de ligereza y rigidez. Y no temas que la bicicleta acabe estrellándose contra una roca, porque su capacidad para absorber los impactos es superior.
Sin embargo, no es barato como materia prima ni tampoco es sencillo su proceso de fabricación.
La principal característica del titanio es la resistencia a la corrosión y una gran resistencia y dureza respecto a los otros metales. Además, el titanio utilizado en ciclismo es más ligero que el acero e incluso que el aluminio.
Precisamente al ser un metal tan duro, es muy complicado de trabajar, necesitando maquinaria especial para perforarlo y unas temperaturas de soldadura mucho más altas que las del resto de metales. Además de que necesita una tubería algo más gruesa que el acero para lograr la misma rigidez (que no resistencia), elevando su peso en los cuadros con prestaciones de competición.
Escandio: El escandio (scandium en algunos nombres comerciales, aunque incorrectos) es un metal que se incluye en las aleaciones de aluminio para mejorar sus prestaciones, especialmente en cuanto a resistencia se refiere. El escandio es un metal raro y el octavo más abundante en la corteza terrestre. Sin embargo, no fue hasta la guerra fría (segunda mitad del S. XX) cuando la industria armamentística trabajó con él. Un cuadro de aluminio aleado con escandio podrá tener unas paredes más finas, por tanto más ligeras, para lograr la misma resistencia.
Grafeno y basalto
El grafeno parece ser el material del futuro… o del presente. En junio de 2016 la marca Dassi (británica, especializada en cuadros personalizados) presentó el primer cuadro de grafeno, el Interceptor. En realidad se trataba de un cuadro de carbono que contenía un pequeño porcentaje de grafeno, pero su peso declarado era de 750 g y ya entonces dijeron que mejorando las técnicas de producción y laminado del grafeno se podía llegar a rebajar hasta los 350 g.
El grafeno es, en realidad, un compuesto de carbono puro con una disposición hexagonal de sus átomos. Con la misma densidad de la fibra de carbono convencional se consigue una resistencia superior, llegando a ser 200 veces mayor que la del acero. Realmente el grafeno se conoce desde principios del S.XX, pero no ha sido hasta hace muy poco cuando se ha empezado a utilizar, ya que el grafito era más estable.
El segundo problema para la fabricación de bicicletas es que el grafeno es un conductor de electricidad demasiado bueno, no teniendo la denominada banda de resistividad, por lo que no se puede concebir una pieza de grafeno puro salvo en piezas muy determinadas para electrónica.
Con el basalto ocurre lo mismo, proviene de una roca ígnea y sus átomos se disponen en láminas para fabricar fibras de composite. No cuenta con los mismos parámetros de rigidez que la fibra de carbono, pero sin embargo tiene una mayor capacidad de absorción de vibraciones.
Estructura del grafeno.
Tabla comparativa de materiales
Para ayudarte a elegir el material adecuado para tu cuadro de bicicleta de montaña, te presentamos la siguiente tabla comparativa:
| Material | Ventajas | Desventajas | Uso recomendado |
|---|---|---|---|
| Acero | Durabilidad, fácil reparación, precio asequible | Peso elevado, susceptible a la corrosión | Cicloturismo, viajes de aventura |
| Aluminio | Ligereza, maleabilidad, precio moderado | Fatiga de materiales, difícil reparación | Uso general, nivel intermedio |
| Fibra de carbono | Ligereza extrema, rigidez, aerodinámica | Precio elevado, fracturable, reparación costosa | Competición, alto rendimiento |
| Titanio | Resistencia a la corrosión, durabilidad, comodidad | Precio muy elevado, difícil fabricación | Uso intensivo, larga duración |
| Grafeno | Resistencia superior, ligereza | Conductor de electricidad, en desarrollo | Futuro, aplicaciones específicas |
| Basalto | Absorción de vibraciones | Menos rígido que la fibra de carbono, en desarrollo | Carretera (actualmente) |