Tecnica
I Materiali del Telaio
di Stefano Orazzini
MODULO DI ELASTICITA' ( o MODULO DI YOUNG) - Ovvero la resistenza alla deformazione elastica di un materiale. Valori maggiori corrispondono a maggiore rigidità del materiale.
Il valore corrisponde al rapporto tra la forza massima applicabile al materiale senza che vi siano deformazioni plastiche, cioè che il materiale sottoposto ad una forza non subisca deformazioni irreversibili, e la deformazione percentuale che il materiale originale subisce.
Il modulo elastico presuppone che dopo il carico applicato il materiale ritorni alla forma originale.
Il modulo di Young (E) è quindi il rapporto tra la tensione esercitata sul materiale e l'allungamento che esso subisce.
La tensione esercitata è calcolata solitamente in N/m2 (newton per metro quadro) o N/mm2 oppure MSI o psi (ing.) ed è il risultato del rapporto tra la Forza F e l'Area S su cui la forza agisce (s =F/S)
L'allungamento è il rapporto tra l'allungamento e la misura originale (variazione di Lunghezza/Lunghezza originale).
Elenchiamo qui sotto alcuni valori tipici.
Valori più alti corrispondono a maggiore rigidità.
Ad esempio se applichiamo una stessa tensione (8.000 N/mm2) a due "campioni teorici" identici nella forma di Alluminio e Acciaio troveremo che la deformazione percentuale dell'Alluminio (8.000 / 70.000 = 0,114 = 11,4%) sarà di gran lunga maggiore - il triplo circa - di quella dell'Acciaio (8.000 / 210.000 = 0,038 = 3,8%).
L'acciaio è quindi più rigido dell'alluminio.
I materiali dotati di maggiore modulo elastico E (più rigidi) presentano quindi, a parità di tensioni, una minore propensione alla deformazione.
Il modulo di elasticità di un materiale è intrinseco al materiale stesso e non dipende dalla sua forma, quindi è corretto parlare di modulo di elasticità dell'acciaio e non di modulo di elasticità del tubo "piantone".
Ma perchè un telaio deve essere rigido ? Partiamo dal significato di rigidità. E' la qualità di una struttura, nel nostro caso il telaio, che permette di non disperdere la forza che deriva da una sollecitazione (la pedalata).
Ad esempio se la struttura fosse troppo elastica e flettesse lateralmente, una percentuale di forza impressa sui pedali si disperderebbe in un lavoro orizzontale inutile ai fini della marcia.
Dal sito www.bianchi.com
Non è tutto oro però quello che luccica e anche la rigidità ha i suoi contro. Una struttura rigida è sì più efficiente nell'economia della pedalata, ma è più efficiente anche nel trasmettere le vibrazioni provenienti dall'asfalto a danno della comodità e a lungo andare anche del rendimento, in quanto le vibrazioni sono fonte di fatica muscolare. Avete mai provato a fare un viaggio in moto come passeggero ? Pur non muovendovi, arriverete a destinazione stanchi come dopo un'uscita in bici ...
In particolar modo sotto accusa per la trasmissione delle imperfezioni del terreno è la rigidità verticale, mentre la rigidità orizzontale è ben accetta in quanto limita le flessioni orizzontali fonti di dispersioni di forza. Per dare al telaio rigidità orizzontale e elasticità verticale le aziende del settore hanno messo in produzione tubazioni dalla sezione non sferica in modo da "indirizzare" la rigidità nei punti strategici del telaio.
Chi lavora il carbonio (compositi) ha invece potuto studiare a tavolino l'orientamento degli strati per conferire al telaio rigidità ed elasticità volute ed è in questo settore che al momento si ottengono i risultati migliori anche se i costi sono ancora molto elevati rispetto ad una struttura in alluminio o acciaio.
Inoltre è ancora teatro di controversie il tema del cosiddetto "effetto rebound" ovvero l'effetto rimbalzo che deriverebbe da una struttura "elastica", che, anzichè disperdere la forza, ne amplificherebbe la portata aiutando il ciclista soprattutto nelle andature costanti e in progressione.
Il suggerimento è quindi, quello di analizzare le proprie caratteristiche e i fini a cui sarà dedicato il telaio per decidere se affidarsi ad una struttura più o meno rigida. Uno scattista impegnato in gare brevi e nervose adotterà un telaio rigido, un granfondista dedito ai lunghi chilometraggi sceglierà un telaio meno rigido e più comodo.
Tornando ai materiali, vi domanderete sicuramente perchè allora i telai in alluminio sono in genere considerati più rigidi di quelli in acciaio pur avendo un modulo elastico 3 volte inferiore (70.000 per l'alluminio contro 210.000 per l'acciaio).
Provate ad immaginare di dover piegare prima un tubo di 1 cm di diametro e poi uno di 5 cm di diametro. Ovviamente risulterà più rigido il tubo da 5 cm. Infatti la rigidità aumenta proporzionalmente con la terza potenza della variazione di diametro della sezione della tubazione. Infatti se raddoppio il diametro la rigidità incrementa di 8 volte (23), se triplico il diametro la rigidità incrementa di 27 volte (33)!!
Il prezzo da pagare è l'aumento del peso che raddoppia al raddoppiare del diametro.
