La tensione delle ruote della bicicletta

Montare le ruote a mano, lo sappiamo, è un discorso di precisione e abilità che sfiora l’arte. Interessante questa riflessione sulla tensione dei raggi da parte di Pietro Stocco, un abile meccanico specializzato proprio nella costruzione delle ruote (vale la pena seguirlo su Facebook). Parlando con lui è venuto fuori il discorso della tensione dei raggi che, attenzione, è influenzata anche dalla pressione con cui vengono gonfiate le gomme. E questo è un altro fattore da considerare anche per i corridori che tendono sempre a esagerare. Ne avevamo parlato qui. Ecco cosa scrive Pietro sulla tensione dei raggi delle ruote per bicicletta:

La struttura di una ruota a raggi è un equilibrio dato dal bilanciamento di molte forze.
Il cerchio per sua natura (più o meno a seconda del materiale di cui è fatto e del suo profilo) tende a mantenere la sua forma tonda.

I raggi hanno il compito di lavorare sempre in tensione (elevata, una buona ruota ha una tensionatura che varia dai 70 ai 160 kgf) e garantire che la ruota rimanga sempre tonda, centrata lateralmente e radialmente rispetto al mozzo e campanata rispetto alle battute dello stesso.

Il mozzo, sulle cui flange i raggi scaricano la loro tensione.
Il raggio deve rimanere teso per non incorrere in fenomeni di svitamento del nipple che ne regola il carico, e soprattutto la variazione di tensione di entità troppo elevata porta alla rottura del raggio per fenomeno di fatica (quello che succede ad un componente sollecitato in maniera alternata per numerosissimi cicli).
Per spiegare meglio questo concetto immaginate un filo di acciaio sottoposto ciclicamente ad una flessione elastica (ovvero non così elevata da comportarne la piegatura definitiva), con l’andare del tempo questo filo si spezza, se la stessa flessione fosse stata mantenuta costante invece il filo non si spezza.

Questo inconveniente è spesso la causa della rottura del raggio all’altezza della testa curva dello stesso nel punto di contatto con la flangia del mozzo.

La ruota a riposo è sottoposta al carico statico della sua raggiatura, i raggi sono precaricati ad un valore ottimale che deve essere comunque un po’ inferiore al massimo sopportabile dal componente più debole del sistema: il cerchio.
Infatti i produttori di ruote mettono come tensione massima raggiungibile proprio quella che il cerchio può sopportare prima di sfondarsi all’altezza dei fori.
Avvicinarsi troppo a questo valore non è una buona idea in quanto una volta che la ruota è su strada, sottoposta alle sollecitazioni tipiche, i valori di tensione di ogni singolo raggio possono innalzarsi fino a superare il valore critico, ed allora è possibile andare incontro a delle rotture del cerchio.
Allontanarsene troppo comporta il rischio di avere delle rotture per fatica in quanto alcuni raggi potrebbero durante l’utilizzo vedere la loro tensione abbassarsi ciclicamente di un valore troppo elevato.
Possiamo quindi affermare che una tensionatura corretta, ragionata ed omogenea è garanzia di una buona salute della ruota.

I carichi dinamici a cui è sottoposta la ruota sono i seguenti:

1. Peso del ciclista, che viene applicato a livello dei perni dei mozzi, comporta una tendenza del cerchio a schiacciarsi in corrispondenza del punto di contatto col terreno. Vi è una diminuzione di tensione della raggiatura in quel punto, ed un aumento negli altri raggi che si oppongono allo schiacciamento del cerchio.
2. Sforzo causato dalla trazione. Quando si applica forza sui pedali, il mozzo tende a torcere in avanti rispetto al cerchio, aumentando la tensione di tutta la raggiatura incrociata rivolta in direzione opposta al senso di marcia (pull spokes) e diminuendo la tensione di quelli opposti (push spokes). maggiore è la rigidità del cerchio, e minori sono queste variazioni di tensione (immaginate che un cerchio molto molle tenderebbe a schiacciarsi in ogni punto in cui è connesso un pull spoke e viceversa a gonfiarsi laddove è connesso un push spoke). Un cerchio a profilo alto in virtù di una sezione che gli garantisce maggiore rigidità vedrà minori variazioni di tensione relative rispetto ad un cerchio a profilo bassissimo.
3. Sforzo causato dalla frenata applicata da un sistema disc o tamburo o contropedale. È lo stesso concetto del caso precedente, solo che il momento torcente applicato alla ruota è volto a far rallentare la bicicletta. questo tipo di sforzo non è previsto su una ruota il cui sistema frenante agisce direttamente sul cerchio, che quindi può beneficiare di un numero minore di raggi e di una raggiatura non necessariamente incrociata.
4. Carichi imposti dalla pressione di gonfiaggio della ruota. Se in un sistema copertoncino più camera d’aria o tubeless la pressione si rivela in realtà una trazione dei fianchetti del copertoncino sul bordo del cerchio (provvisto di un bordo a cui il copertoncino si può agganciare) verso l’esterno della ruota, un tubolare applicato sulla ruota e gonfio comprime il cerchio, comportando una diminuzione della tensione di tutta la raggiatura percepibile e misurabile in maniera strumentale. Anche in questo caso un cerchio a profilo alto meno flessibile tenderà a trasmettere una variazione di tensione inferiore alla raggiatura rispetto ad un cerchio a profilo basso.

Per la scelta di una ruota il peso del ciclista è probabilmente il fattore determinante, perchè queste sollecitazioni sono direttamente o indirettamente tutte proporzionate a questo valore (si presume che un ciclista più pesante abbia bisogno di momenti torcenti più elevati per avanzare, specie in salita) o per rallentare con un sistema disc, rispetto ad un ciclista più leggero.
Specie per le ruote in carbonio, per ciclisti molto pesanti è preferibile scegliere una ruota con un profilo un po’ più alto se nel contempo si vuole anche mantenere un basso numero di raggi.
Il numero di raggi, a parità di profilo della ruota, permette di supportare il cerchio in un numero maggiore di punti e quindi distribuire meglio le sollecitazioni.
La maggior o minore pressione di gonfiaggio (all’interno di certi range ragionevoli) è ben sopportata dalla raggiatura, di certo se si adottano sempre pressioni di gonfiaggio molto alte per quanto riguarda i tubolari (> 10 Bar) è opportuno farlo con cerchi di profilo non bassissimo, e prevedere inizialmente una tensionatura leggermente superiore di tutta la raggiatura.

Pietro Stocco (https://www.facebook.com/ribici.it/)