Aunque el aluminio en forma de Duraluminio o Dural, tenía muchos años utilizándose en los componentes de la bicicleta, primero como reemplazo de los rines de madera —gracias a Mavic que los lanzó a escondidas en el Tour de Francia de 1934—, así como en desviadores, palancas de freno y cambios, frenos, bielas, pedales, platos, poste y la potencia. El grupo Campagnolo Super Record de 1973, ya se fabricaba con Ergal —aluminio 7075— y titanio.

No fue si no hasta los 1980 cuando comenzó a utilizarse en los cuadros de bicicleta, lo que provocó una revolución en el diseño de las bicicletas y sus métodos de construcción, para ello se comenzaron a utilizar aleaciones básicamente las 6061, 7005 con diferentes grados de templado. Y de eso es de lo que va este blog.

Diseño

El arquitecto Louis Sullivan, acuñó la frase «la forma sigue a la función» y otro arquitecto, Ludwig Mies van der Rohe afirmaba «Dios está en los detalles». En realidad la Arquitectura no tiene mucho que ver con las bicicletas, o al menos no creo que exista una relación directa, pero el Diseño Industrial si le debe mucho a la Arquitectura y las bicicletas modernas, aparte de ser producto de la más alta ingeniería, tienen la influencia del Diseño Industrial, aunque muchos diseñadores industriales ansiosos de proponer nuevos paradigmas, se quejan de la rigidez de la UCI para permitir la evolución del diseño del cuadro de la bicicleta.

En esta página afirmo que en el caso de las bicicletas, la forma no solo sigue a la función, como lo hizo durante un siglo, la forma comenzó a seguir a la las propiedades mecánicas de los nuevos materiales usados en los cuadros y por tanto a la física. A partir del paso del acero cromo-molibdeno al aluminio, los diseñadores se vieron obligados a implementar métodos de maquinado para reducir el peso del cuadro de aleaciones este metal y tuvieron que descubrir formas que se adaptaran a las necesidades que resultan de los esfuerzos mecánicos en los tubos de diferentes partes del cuadro. Un tubo de aluminio de una bici moderna me recuerda los diseños arquitectónicos basados en el Cálculo Funicular de Gaudí, donde las estructuras toman forma de catenarias y paraboloides-hiperbólicos, con vigas y columnas de formas orgánicas, que dieron paso a las extraordinarias obras del propio Antoni Gaudí, Eero Saarinen, Félix Candela y el mexicano Fernando López Carmona. ¿O no reconoce el lector las formas de los tubos de las bicicletas modernas en las siguientes imágenes?

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Primeros pasos

Los primeros cuadros de aluminio, hechos por la fábrica italiana Alan, eran muy endebles, pues sus tubos eran cilíndricos y de poco espesor, su forma y construcción era la misma que la de los cuadros de acero. Resultaban muy ligeros debido a la baja densidad del aluminio, pero no soportaban la fuerza aplicada por el ciclista y los esfuerzos de la conducción de la bici. El aluminio tiene 1/3 de la densidad molecular del acero. El peso de un volúmen cúbico dado de aluminio, equivale a 1/3 del peso del mismo volumen de acero. Pero como el alumnio tiene 1/3 de la fuerza del acero (por su menor densidad molecular), un tubo de bicicleta de aluminio requiere tres veces más espesor que el de acero para lograr la misma resistencia. Así que al final, un cuadro de aluminio terminaría pesando lo mismo que el de acero.

Por lo tanto, no es de sorprender que un cuadro de bicicleta de baja gama pese tanto o más que un cuadro hecho con acero Reynolds o Columbus contemporáneo o inclusive de los 1980.

Aquí entran en juego el diseño, y técnicas aplicadas a la fabricación de bicicletas con objetivos novedosos: el conificado y el Hidroconformado. También se eliminan los coples (lugs) característicos de las tuberías de acero y se comienza a utilizar soldadura TIG (del inglés tungsten inert gas). Y los diferentes tubos del triángulo principal del cuadro adoptan diferentes diámetros, secciones y curvas. Las vainas y tirantes de la rueda trasera, sobre todo los tirantes o vainas superiores, dejan de ser rectas para adoptar formas curvas, que amortigüen, como en el caso de la tijera (horquilla).

Hidroconformado

El Hidroconformado que es una forma de moldeado en frío, utilizando fluidos a presión para deformar los tubos, permite a los diseñadores que éstos adopten formas aerodinámicas y además, junto con el conificado, que el tubo tome la forma en función de los esfuerzos mecánicos y dinámicos producto de la fuerza que aplica el ciclista, su peso y las fuerzas dinámicas que se producen en la conducción. En una bici bien diseñada, también es un factor la distribución el material para que el centro de masa sea el ideal.

Conificado

El conificado o buttered en inglés, permite adelgazar el tubo donde el esfuerzo será menor. En una viga de construcción de concreto, por ejemplo, se pone más acero en los extremos, lo mismo se logra con el conificado. Hay bicicletas con tubos de conificado simple, doble y las de gama más alta y más modernas , con triple conificado.

Propiedades de conducción

El aluminio es un material sumamente rígido, es mucho menos flexible que el acero, además vibra a la misma frecuencia que el esqueleto humano, lo que provoca que las vibraciones de la bici sobre el terreno se transmitan de manera muy incómoda hasta la coronilla. Por el otro lado, su rigidez permite que en las aceleraciones o al saltar, la bicicleta responda mejor a la fuerza de pedal del ciclista, se pierde menos energía.

El aluminio no es apropiado en absoluto para las tijeras, por ello se sigue utilizando el acero o aleaciones de acero cromo-molibdeno y en las mejores bicicletas la tijera es de fibra de carbono, que tiene propiedades mecánicas superiores y es suficientemente flexible para amortiguar las vibraciones que se transmiten al manubrio, resultando en un manejo más confortable.

Sin embargo, la ingeniería ha resuelto tantos problemas de diseño asociados al aluminio, que hoy día hay bicicletas de este material que son casi tan confortables como la fibra de carbono, casi, con una diferencia enorme de dinero.

Aleaciones

Las aleaciones preferidas en la industria del ciclismo son la 6061 y la 7005. La 6061, cuya base de aleación es el magnesio (toda la serie 6000) es más maleable y más fácil de soldar, por ello se utiliza con más frecuencia, pues su manufactura resulta más económica, por el otro lado la 7005 tiene una base de aleación de zinc, es más resistente y rígida, pero tiende a ser quebradiza por su propia rigidez, no es tan fácil de moldear para adaptarse a diseños curvos. En años recientes, a partir del modelo CAAD10, Cannondale ha utilizado una nueva aleación, la 6069, que ofrece un 40% de resistencia a la tensión y dureza.

La calidad final del cuadro depende no sólo de la aleación, si no del diseño y los procesos de manufactura del fabricante, tales como el conificado y la soldadura. El aluminio 7075 o Zicral, que es muy difícil de soldar, debido a su alta resistencia, se reserva para los componentes que sufren esfuerzos muy grandes como las bielas, los rines (caso Mavic Ksyrium), desgaste como los platos del pedalier. o donde se necesitan tubos muy delgados para aligerar peso, como en un manubrio ITM.

Primeros diseños

La primera bicicleta con cuadro de aluminio exitosa se le atribuye a Cannondale por ahí de 1985, aunque los primeros ejemplares de la serie R para ruta tenían fallas tremendas, tuvieron aciertos enormes. La geometría del cuadro en especial, no permitía una buena conducción sobre todo a baja velocidad. Descubrieron que tratándose de tubos, si aumentaban el diámetro se obtenía mayor resistencia y era posible adelgazar las paredes, una forma ingeniosa de librar la poca resistencia mecánica del aluminio. Sus tubos seguían siendo rectos y recurrieron a la soldadura por falta de acoples, pues todos se fabricaban para cuadros de diámetro de una pulgada de acero.

Las pifias del cuadro en la foto de arriba son, primero, la tijera tradicional —que además se ve poco estética pues no armoniza con los tubos del cuadro), el tubo de dirección de diámetro estándar, pues seguro no se había inventado el oversize sin cuerda, la pifia mayor es que les ocurrió reinventar el hilo negro al cambiar el diseño tradicional de la pata trasera y poner una en cantiliver o cantilever. Eso aumentaba el ángulo de los tirantes, lo que no favorecía la conducción y hacía frágil la bicicleta.

Los diseños del siglo XXI, el Aluminio se vuelve a poner de moda

Después de tres décadas de aprendizaje e ingeniería, el mercado del ciclismo de ruta cuenta con bicicletas de aluminio de altísima calidad, la fibra de carbono no es para cualquiera, dado su precio y aquello que se le atribuía al aluminio de su exceso de rigidez, como dijimos arriba gracias a las nuevas técnicas constructivas, ahora son menores.

Baste ver una bici de aluminio de 2010 con calidad alemana, y aún más, conducirla, para darse cuenta de lo que el buen diseño y la tecnología aplicada, donde la forma sigue sirviendo a la función, pero además, también está al servicio de la física y la mecánica de materiales, para entender porqué el aluminio ha renacido como material para cuadros de bicicleta.

Esta bicicleta Focus Culebro de aluminio con tijera de fibra de carbono con caña de dirección cónica, a la hora de pesarla en la báscula del taller de bicicletas, pesa aproximadamente lo mismo que una Pinarello FP3 completa de fibra de carbono, 8.300Kg, para que se dé una idea el lector. Aunque claro en fibra de carbono hay clases y se pueden producir bicicletas aún más ligeras, pero eso es otra historia.