Una bici rigida viene associata a una maggiore capacità di trasferire la potenza, a una risposta più immediata quando si accelera e, in generale, a un comportamento più adatto alla competizione. È un concetto intuitivo: se il telaio si deforma meno quando il ciclista spinge sui pedali, sembra logico pensare che una quantità maggiore dell’energia prodotta finisca direttamente sulla ruota posteriore.
Il problema è che una bicicletta non è una struttura che deve essere semplicemente il più rigida possibile. È un insieme di elementi che lavorano contemporaneamente in condizioni molto diverse e che devono rispondere a sollecitazioni altrettanto diverse. La rigidità che serve per rendere precisa la guida non è necessariamente quella che serve per affrontare un asfalto irregolare, così come la rigidità necessaria per gestire le forze della pedalata non coincide con quella che determina il modo in cui le vibrazioni vengono trasmesse al ciclista.
La questione diventa ancora più interessante quando si considera che una parte delle perdite energetiche che avvengono durante la marcia non dipende soltanto dalla deformazione dello pneumatico. Su una strada reale, fatta di giunti, rappezzi, piccole buche e irregolarità che spesso non percepiamo nemmeno consciamente, anche le vibrazioni generate dal fondo possono avere un ruolo nella resistenza all’avanzamento.
È quindi possibile che una bicicletta molto rigida, pur comportandosi molto bene su una superficie liscia, non sia necessariamente quella che permette di andare più velocemente su una strada normale.
La rigidità non è una sola
Quando definiamo una bicicletta “rigida”, in realtà stiamo utilizzando una parola che comprende fenomeni differenti. Una struttura può essere molto rigida lateralmente e torsionalmente e, allo stesso tempo, avere una certa capacità di deformarsi nella direzione verticale.
La distinzione è importante soprattutto per una bicicletta da strada.
La rigidità laterale e torsionale contribuisce alla precisione della guida e alla capacità della struttura di mantenere la propria geometria quando viene sottoposta a forze importanti. Se telaio, forcella o ruote si deformassero eccessivamente durante una frenata, una curva o una variazione di direzione, la bicicletta perderebbe parte della precisione che il ciclista si aspetta.
In verticale, invece, la situazione è diversa. Quando la ruota incontra un’asperità, una certa possibilità di deformazione può essere utile perché permette alla bicicletta di seguire meglio il terreno e riduce la quantità di movimento che viene trasmessa direttamente al ciclista.
Il punto, quindi, non è stabilire se una bici debba essere rigida oppure morbida. È capire dove deve essere rigida e dove invece può essere opportuno lasciarle una certa capacità di deformazione.
Questa distinzione è diventata particolarmente evidente con l’evoluzione dei materiali e delle tecniche costruttive. Le moderne strutture in composito permettono infatti di intervenire in modo molto selettivo sulla risposta dei diversi elementi, cercando di ottenere rigidità elevate nelle direzioni in cui servono e una maggiore compliance in quelle nelle quali può risultare vantaggiosa.
Il telaio non è l’unico elemento che si deforma
C’è poi un equivoco piuttosto comune quando si parla di rigidità: pensare che tutta la flessione di una bicicletta durante la pedalata avvenga nel telaio.
Il sistema è molto più complesso in realtà. Durante una pedalata ad alta forza possono verificarsi deformazioni significative anche in componenti come manubrio, pedivelle e altri elementi della trasmissione. Il telaio è certamente una parte importante della struttura, ma irrigidirlo ulteriormente non significa necessariamente eliminare una perdita di energia significativa.
Questo aiuta a comprendere perché la progettazione delle biciclette moderne non si concentri più soltanto sulla ricerca del telaio più rigido possibile. Il lavoro viene distribuito tra diversi componenti e soprattutto si cerca di controllare il modo in cui ciascuno di essi reagisce alle forze.
Un manubrio, per esempio, deve essere sufficientemente rigido rispetto alle sollecitazioni torsionali e laterali per mantenere una buona precisione di guida, ma può avere una certa elasticità verticale. Lo stesso principio può essere applicato, con modalità differenti, alla forcella, al reggisella, alla sella e alle ruote.
La prestazione non dipende quindi dalla rigidità assoluta di un singolo componente, ma dal comportamento dell’intero sistema.
Il primo elemento che assorbe le asperità è lo pneumatico
Su una bicicletta senza sospensioni, lo pneumatico rappresenta il primo elemento capace di deformarsi quando la ruota incontra un’irregolarità. La sua carcassa cambia forma, l’area di contatto con il terreno si modifica e la ruota riesce così a superare l’asperità senza dover trasferire integralmente il movimento al resto della bicicletta.
Questa deformazione ha naturalmente un costo energetico. I materiali dello pneumatico non sono perfettamente elastici e una parte dell’energia utilizzata per deformarli non viene restituita. È uno dei fenomeni che contribuiscono alla resistenza al rotolamento.
Per questo, su una superficie molto regolare, diminuire la deformazione dello pneumatico può essere vantaggioso. Una pressione maggiore, entro determinati limiti, riduce la deformazione e può quindi ridurre una parte delle perdite. Ma la strada sulla quale pedaliamo normalmente non è un laboratorio.
Ed è proprio qui che la situazione diventa più interessante.
Quando l’asfalto entra nell’equazione
Immaginiamo di aumentare la pressione dello pneumatico. La gomma diventa più sostenuta e tende a deformarsi meno sotto il carico. Se il fondo è perfettamente liscio, questa caratteristica può essere utile.
Se invece l’asfalto presenta una successione di piccole irregolarità, la stessa pressione elevata può rendere più difficile allo pneumatico seguire il terreno. Invece di assorbire una parte dell’asperità attraverso la propria deformazione, la ruota tende a trasferire maggiormente il movimento alla forcella, al telaio e infine al ciclista.
La bicicletta comincia quindi a muoversi verticalmente.
Queste oscillazioni non sono necessariamente una perdita enorme di energia, ma rappresentano comunque un movimento che non contribuisce direttamente all’avanzamento. Inoltre, il ciclista deve controllarlo attraverso il proprio corpo, con muscoli e articolazioni che reagiscono continuamente alle accelerazioni prodotte dalla superficie.
È questo il fenomeno che negli studi più recenti viene indicato come roughness resistance, cioè una componente della resistenza all’avanzamento associata alla rugosità del fondo e alle vibrazioni che essa produce nel sistema bici-ciclista.
La conseguenza è importante perché modifica il modo stesso in cui interpretiamo la resistenza al rotolamento. Non basta più considerare quanto energia viene persa dalla deformazione dello pneumatico: bisogna considerare anche cosa accade quando quello pneumatico non riesce, o non può, assorbire completamente le irregolarità della strada.
La resistenza al rotolamento non è sempre la stessa
Il coefficiente di resistenza al rotolamento viene normalmente considerato come una caratteristica dello pneumatico, ma nella realtà dipende dalle condizioni nelle quali viene misurato.
Pressione, carico, velocità, dimensione della ruota, costruzione dello pneumatico e caratteristiche della superficie contribuiscono tutti al risultato.
Questo significa che uno pneumatico che risulta particolarmente efficiente in laboratorio o su una superficie molto liscia non è necessariamente quello che produce la minore resistenza su un asfalto reale. La superficie diventa parte del problema.
Su un fondo molto regolare, la deformazione dello pneumatico può rappresentare una parte importante delle perdite. Quando il fondo diventa più irregolare, invece, acquistano peso anche le accelerazioni verticali e le vibrazioni dell’intero sistema.
La ricerca sulla roughness resistance sta proprio cercando di quantificare questo secondo contributo. I risultati indicano che su strade con una rugosità non estrema la componente legata alle vibrazioni può diventare significativa rispetto alla tradizionale resistenza al rotolamento e, su superfici molto irregolari, arrivare a rappresentare una quota ancora più importante della resistenza complessiva.
Questo spiega anche perché alcune prove effettuate su superfici molto lisce possono produrre indicazioni che non corrispondono perfettamente a quello che accade durante una lunga uscita su strada.
Perché la pressione non può essere semplicemente aumentata
Per anni la ricerca della pressione corretta è stata accompagnata dall’idea che una gomma più gonfia fosse necessariamente più veloce. In realtà la relazione è molto meno lineare.
La pressione deve essere sufficiente a sostenere il carico e a mantenere il comportamento previsto dallo pneumatico, ma non può essere valutata ignorando la superficie.
Con una pressione troppo bassa aumentano la deformazione della carcassa e alcune delle perdite associate al rotolamento. Con una pressione molto elevata, invece, lo pneumatico diventa meno capace di adattarsi alle piccole irregolarità e può trasferire maggiormente le accelerazioni al resto della bicicletta.
La pressione ottimale è quindi un compromesso che dipende dal peso complessivo, dalla sezione e dalla costruzione dello pneumatico, dalla ruota, dalla velocità e soprattutto dal tipo di strada.
È anche una delle ragioni per cui l’aumento delle sezioni degli pneumatici da strada degli ultimi anni non dovrebbe essere letto soltanto come una ricerca di maggiore comfort.
Uno pneumatico più largo permette di lavorare a una pressione inferiore mantenendo una capacità di carico adeguata. Cambiano così contemporaneamente la deformazione della carcassa, la forma dell’area di contatto e il modo in cui la ruota affronta le asperità.
Non è semplicemente una gomma più comoda. È un diverso modo di far lavorare il sistema.
Anche il diametro della ruota conta
Un principio analogo riguarda il diametro della ruota. Una ruota più grande incontra una determinata asperità con una geometria più favorevole e richiede, a parità di condizioni, una deformazione relativa inferiore per superarla. Questo è uno dei motivi fisici per cui il diametro della ruota entra nelle equazioni che descrivono il comportamento dello pneumatico e la resistenza al rotolamento.
Anche in questo caso, però, non è possibile trasformare il principio in una regola assoluta. Il comportamento reale dipende dall’insieme di diametro, pneumatico, pressione, carico e superficie. La cosa interessante è proprio questa: quasi nessuno di questi parametri può essere valutato isolatamente.
Il comfort non è necessariamente il contrario della velocità
Il comfort viene spesso considerato un obiettivo quasi opposto alla velocità: una bici da gara dovrebbe essere rigida, mentre una bici comoda dovrebbe essere più morbida. Ma questa contrapposizione deriva in parte dal fatto che per molto tempo comfort e prestazione sono stati valutati soprattutto attraverso le sensazioni del ciclista.
Se invece consideriamo la questione dal punto di vista energetico, il rapporto diventa meno scontato.
Una bicicletta capace di seguire meglio un fondo irregolare può ridurre le accelerazioni trasmesse al ciclista. Questo non significa che ogni forma di assorbimento sia automaticamente positiva, perché anche la deformazione dei componenti e dello pneumatico comporta dissipazione di energia. Significa però che non tutta la deformazione è necessariamente un problema.
Una parte della deformazione può essere il modo più efficiente per attraversare un’irregolarità senza mettere in movimento l’intera bicicletta e il ciclista.
È una differenza importante, perché porta a considerare il comfort non più soltanto come una qualità soggettiva, ma anche come una conseguenza del modo in cui il sistema gestisce le sollecitazioni provenienti dalla strada.
La bici è un sistema di elementi elastici
A questo punto diventa più facile capire perché pneumatico, ruote, forcella, telaio, reggisella, manubrio e ciclista debbano essere considerati insieme.
Lo pneumatico rappresenta il primo livello di deformazione. La ruota aggiunge la propria risposta elastica, mentre forcella e telaio determinano come le forze vengono trasferite attraverso la struttura. Il reggisella e la sella modificano il comportamento della parte posteriore, mentre manubrio e attacco influenzano in modo importante ciò che arriva alle mani e alle braccia.
Il ciclista completa il sistema e non può essere considerato semplicemente come un peso appoggiato sulla bicicletta. Il suo corpo assorbe, restituisce e dissipa energia e reagisce continuamente alle variazioni del terreno.
Cambiare uno solo di questi elementi può quindi modificare il comportamento dell’intero insieme.
È il motivo per cui due biciclette con lo stesso telaio possono avere una risposta molto diversa se vengono equipaggiate con pneumatici di sezione differente, ruote con caratteristiche diverse, un altro reggisella o un cockpit differente.
E aiuta a capire anche perché la progettazione moderna cerchi sempre più spesso una rigidità differenziata invece della massima rigidità possibile in ogni direzione.
La sensazione di velocità può ingannare
C’è infine un aspetto difficile da misurare ma molto importante: il modo in cui percepiamo la bicicletta.
Una bici rigida e molto reattiva può dare una forte sensazione di efficienza. Le accelerazioni vengono percepite immediatamente, il fondo si sente in modo netto e la risposta ai comandi è precisa. È naturale interpretare queste sensazioni come una maggiore velocità.
Il problema è che la percezione del ciclista non è uno strumento particolarmente preciso per distinguere piccole differenze di prestazione.
La sensazione rimane importante perché riguarda il controllo della bicicletta e il modo in cui il ciclista interagisce con essa, ma non può essere considerata una misura diretta della velocità.
Una bici può quindi sembrare più veloce senza esserlo necessariamente.
E, al contrario, una bici che trasmette meno vibrazioni può sembrare inizialmente meno “cattiva” pur consentendo di mantenere una velocità elevata più facilmente sulle lunghe distanze.
Su asfalto perfetto il risultato può cambiare
Tutto questo non significa che la bicicletta più rigida sia sempre svantaggiata.
Su una superficie molto liscia, come quella di un velodromo, le irregolarità del fondo hanno un ruolo molto più limitato. In queste condizioni diventano relativamente più importanti la resistenza aerodinamica, la resistenza al rotolamento dello pneumatico e l’efficienza della trasmissione.
Quando invece si passa a una strada normale, la situazione cambia. La superficie presenta una quantità di irregolarità che, anche quando non sono abbastanza grandi da essere percepite come buche, producono comunque accelerazioni verticali.
È proprio in questo ambiente che il comportamento complessivo della bicicletta diventa più importante della rigidità di un singolo componente.
La bici ideale per un velodromo non deve necessariamente avere la stessa configurazione della bici ideale per una granfondo su strade deteriorate. Non perché una delle due sia più efficiente in assoluto, ma perché deve gestire condizioni diverse.
La bici più veloce non è quella che assorbe meno
Una bicicletta più rigida non è automaticamente più veloce. Una certa rigidità è necessaria per la precisione di guida, per la stabilità e per gestire le forze della pedalata, ma oltre una determinata soglia non è detto che ulteriori incrementi producano un vantaggio concreto nella propulsione.
Contemporaneamente, una certa capacità di deformarsi verticalmente può diventare utile quando il fondo presenta irregolarità, perché permette di gestire parte dell’energia proveniente dalla strada prima che questa si trasformi in movimento dell’intero sistema.
La vera questione, quindi, non è quanta energia la bicicletta riesca ad assorbire, ma come la gestisce.
È un concetto che aiuta a leggere con maggiore attenzione anche l’evoluzione delle biciclette da strada. Pneumatici sempre più larghi, pressioni più basse, ruote con caratteristiche strutturali molto diverse, reggisella più cedevoli e componenti in carbonio progettati per avere risposte differenti nelle varie direzioni non rappresentano necessariamente un allontanamento dalla ricerca della prestazione.
Al contrario, possono essere interpretati come il risultato di una concezione più completa della velocità.
La bicicletta deve naturalmente perdere meno energia possibile durante la pedalata, ma deve anche riuscire a gestire le irregolarità del terreno senza trasformare continuamente parte dell’energia disponibile in vibrazioni e movimenti verticali.
Su un asfalto perfettamente liscio questa differenza può essere difficile da apprezzare. Su una strada reale, soprattutto dopo molte ore in sella, può diventare molto più importante (e qui entra in ballo anche lo stress fisico che le vibrazioni producono, quindi affaticamento).
Per questo, quando si parla di rigidità, la questione da porsi è “dove è rigida e come si comporta quando la strada smette di essere perfetta?”.
