Por que é tão importante a rigidez de um quadro

Quando um fabricante lança um novo modelo de bicicleta, costumam-se repetir as afirmações de que foi possível melhorar a rigidez, o peso, o conforto ou a aerodinâmica. Destes parâmetros, o mais enfatizado é o primeiro deles, fundamental quando se trata de tornar uma bicicleta o mais eficiente possível. No entanto, é um parâmetro que esconde muitos matizes por trás.

Rigidez ou a arte de fazer a bicicleta se comportar exatamente como desejado

Quando os fabricantes apresentam seus argumentos para vender as qualidades de suas novas bicicletas, a referência ao aumento da rigidez está sempre presente, um parâmetro do qual muitos falam como a panaceia de uma boa bicicleta, mas do qual poucos compreendem suas implicações. No entanto, assim como acontece com o peso das bicicletas, muitas vezes é supervalorizado, já que nem sempre grandes números de rigidez fazem uma bicicleta ser melhor.

O que é rigidez

Antes de começar a analisar as implicações deste parâmetro, o primeiro passo é deixar claro o que é rigidez. Se nos ativermos à definição geralmente utilizada na engenharia, a rigidez é a capacidade de um elemento estrutural, no caso da bicicleta o quadro, de resistir às deformações causadas pela aplicação de uma força.

É por isso que quando falamos de rigidez, imediatamente a maioria pensa na força que aplicamos nos pedais e como o quadro se deforma lateralmente a cada pedalada.

No entanto, esta é apenas uma das forças que afetam o quadro e, muitas vezes, outras forças como o efeito da força centrífuga ao contornar curvas ou a reação ao impacto com buracos e outras irregularidades nas estradas não são levadas em consideração.

Todos esses aspectos devem ser considerados pelos engenheiros que desenvolvem as bicicletas para fornecer às bicicletas não apenas rigidez, mas também uma capacidade adequada de absorção, ao mesmo tempo em que tentam tornar o conjunto o mais leve possível.

Portanto, ao falar sobre a rigidez de um quadro, devemos avaliá-la em diferentes áreas do quadro, onde uma ou outra será mais interessante.

Em princípio, alcançar a maior rigidez possível não deveria ser um problema. Simplesmente adicionando material, ainda mais se esse material tiver menor capacidade de alongamento, obtemos uma estrutura mais robusta. Além do material, as seções dos tubos também são importantes. Quanto maior a seção, maior será a rigidez. O problema é que isso traz consigo um aumento de peso indesejado.

A disposição das fibras de carbono é vital aqui. Atualmente, são utilizadas fibras unidirecionais que se caracterizam por ter uma grande rigidez na direção em que as fibras estão dispostas, mas muito pouca na direção perpendicular a elas. Isso dá aos engenheiros a possibilidade de obter o comportamento desejado em cada área do quadro, dependendo de como cada camada de fibra é colocada.

Um trabalho imenso de cálculo que, felizmente, hoje em dia é em grande parte realizado por computadores potentes através do uso de software de análise de elementos finitos ou FEA, com o qual é possível gerar centenas de quadros virtuais e simular a resposta que teriam diante da aplicação de diferentes forças.

Portanto, o objetivo é alcançar um equilíbrio e adicionar rigidez apenas onde é necessário. Para isso, definimos vários tipos de rigidez em um quadro de bicicleta.

Imperturbável à pedalada

Primeiro temos o que geralmente é mais considerado, a rigidez lateral, que os fabricantes medem em seus laboratórios aplicando uma carga no pedivela que simula a força exercida pela pedalada. Essa rigidez mede quanto essa área se deforma cada vez que nossas pernas pressionam os pedais e é interessante que seja elevada, pois minimizando o deslocamento lateral fazemos com que o vetor resultante seja uma transmissão da maior quantidade dessa força para a roda traseira.

Além disso, o triângulo traseiro também deve ser rígido para não se deformar ao receber as forças que chegam através da corrente.

É um parâmetro que aqueles de nós que testamos bicicletas tentamos avaliar com a facilidade que a bicicleta tem para acelerar repentinamente, uma qualidade especialmente valorizada por escaladores e sprinters que precisam que a bicicleta aguente quando lançam um ataque ou enfrentam uma chegada em massa. No entanto, em ritmos de cruzeiro, com números de potência mais modestos como os que geramos, a maioria dos quadros de hoje em dia tem um valor mais do que suficiente para uma pedalada eficiente.

Para alcançar isso, os fabricantes têm optado por pedivelas mais largos e eixos de 30 mm. Também os chainstays costumam ser superdimensionados, especialmente em sua seção lateral, embora tendo em mente que não prejudique a passagem da roda. Tudo isso é complementado com designs assimétricos da área para igualar a resposta às diferentes forças geradas no lado da transmissão e no oposto; e uma disposição das camadas de fibra de carbono que maximizam essas qualidades.

Condução precisa

Mais importante ainda, e menos considerada, é a rigidez torcional. Isso define o quanto o quadro torce diante de diferentes forças. Uma torção que afeta a alinhamento de ambas as rodas e que, portanto, tem uma clara incidência na condução da bicicleta, especialmente ao contornar curvas.

Quando contornamos curvas em alta velocidade, aplicamos força centrípeta para o interior da mesma que resulta em uma força centrífuga que percebemos como querendo nos expulsar para o exterior da curva. Essa força não é igual em cada roda devido às diferenças estruturais entre o garfo e o triângulo traseiro, o que causa um desalinhamento das rodas ao longo da trajetória.

Sobre a bicicleta, percebemos isso na forma de imprecisão. Quando com uma bicicleta contornamos uma curva e temos que fazer correções constantes para manter a linha escolhida, é porque a bicicleta não é tão rígida quanto seria desejável nesse aspecto. Pelo contrário, quando uma bicicleta se destaca nesse parâmetro, é muito fácil não apenas contornar a curva, onde com um único gesto inclinamos a bicicleta progressivamente até o vértice para recuperar a verticalidade com a mesma progressividade, mas também nas mudanças de direção ao contornar curvas, tornando esse gesto muito mais rápido e fácil sem a lentidão de modelos menos sólidos.

Para evitar que a bicicleta torça, os fabricantes reforçam especialmente as pernas do garfo e optam por caixas de direção superdimensionadas, de fato, os rolamentos da mesma têm aumentado desde os tradicionais de 1 polegada até os atuais de até 1,5 polegadas que podem ser vistos no rolamento inferior. Também é a razão pela qual o tubo diagonal das bicicletas é o que tem a seção mais generosa, pois se torna a viga principal que sustenta a estrutura do quadro.

No entanto, há outro aspecto a ser considerado. A rigidez lateral e torcional devem estar equilibradas entre si para que o quadro apresente um comportamento ótimo sem descompensações. Por outro lado, um excesso de rigidez lateral nos eixos pode fazer com que a bicicleta seja difícil de conduzir quando o asfalto não está perfeito, causando solavancos a cada impacto. Como podem ver, são muitos parâmetros a serem considerados.

Rigidez vertical

Se nos pontos anteriores se tratava de alcançar a máxima rigidez, resulta que no plano vertical busca-se precisamente o oposto: que seja suficiente para não causar um efeito de pulos, mas que, ao mesmo tempo, tenha a capacidade suficiente de flexão para atenuar as irregularidades do terreno.

Um parâmetro extremamente difícil de ajustar, já que o peso do ciclista influencia e, claro, as bicicletas são fabricadas para um conjunto diverso de ciclistas. Obviamente, estudos estatísticos das fisionomias dos ciclistas permitem fazer uma estimativa de como é o ciclista médio que usa cada tamanho, permitindo ao engenheiro ajustar esse parâmetro com mais precisão.

De qualquer forma, aqui, assim como na rigidez lateral, a seção dos tubos, bem como a disposição das fibras, tem uma clara influência, buscando alcançar um equilíbrio perfeito entre a capacidade de absorção da bicicleta sem afetar a rigidez lateral.

Esse é um aspecto que tradicionalmente tem afetado as bicicletas aerodinâmicas, pois os próprios tubos perfilados oferecem seções alongadas na direção do deslocamento que aumentam a rigidez vertical e achatadas lateralmente, o que prejudica a rigidez lateral, exatamente o oposto do que se busca.

A solução para esse dilema veio com o uso de tubos de perfil truncado e um claro aumento nas seções laterais dos tubos, o que também tem implicações não apenas para o peso, mas também para o desempenho aerodinâmico.

O que acontece se uma bicicleta for muito rígida ou muito flexível?

Como dissemos no início, fazer uma bicicleta extremamente rígida é uma tarefa simples com os materiais atuais, e se isso fosse importante. No entanto, poucos de nós aguentariam mais de uma hora em uma bicicleta desse tipo, não só por causa do desnível do terreno que rapidamente esmagaria nossos braços e costas, mas também por causa da velocidade excessiva de reação a qualquer mínimo gesto que nos obrigasse a manter uma tensão constante.

De fato, em algumas ocasiões nos deparamos com bicicletas com essas características que, embora nos surpreendam nas primeiras pedaladas, especialmente ao acelerar, logo descobrimos que não são práticas para o mundo real, quando tudo dói com o passar dos quilômetros ou quando descer uma montanha se torna uma batalha constante em cada curva, o que traz tudo menos confiança. Quem não se lembra das bicicletas de competição de alumínio que eram usadas no início do século? Verdadeiras vigas com rodas.

No outro extremo, também encontramos bicicletas que acabamos chamando de chicletes. Bicicletas nas quais você precisa fazer o máximo para manter uma velocidade de cruzeiro alta e onde você sente que metade de suas pedaladas se perde no vazio, sem mencionar a preguiça que elas demonstram quando você tenta acelerar.

Esse tipo de bicicleta também traz à mente a lembrança da luta constante com a direção para manter a linha escolhida, algo que qualquer pessoa que tenha uma bicicleta clássica de aço de qualidade média - há verdadeiras obras de arte feitas com esse material que se comportam lindamente - certamente saberá do que estamos falando.

De tudo isso, podemos deduzir que a rigidez é bem-vinda na maioria dos casos, mas sempre na medida certa em cada área do quadro e buscando o equilíbrio perfeito entre os parâmetros. Em suma, a rigidez geral dos quadros tem aumentado claramente ao longo dos anos e basta algumas pedaladas em um modelo de última geração seguido de outras pedaladas em um modelo de, digamos, dez anos atrás, para perceber claramente como o aumento do conhecimento, das ferramentas de design e da qualidade dos materiais afetou o comportamento das bicicletas.