Informe: Materiales para cuadros de bicicletas
Cómo hemos evolucionado del acero al basalto
J. Daniel Hernández 
A. Álvarez / M. Fearon / Specialized / Trek / Giant / Mondraker / GT / Kona / Vittoria / Intense / Shutterstock 
07/02/2018
Hoy en día lo más común es encontrar un cuadro de aluminio o fibra de carbono, aunque no podemos olvidarnos del acero o del titanio. Pero ¿sabías que se está experimentando con el grafeno o con el basalto? ¿Llegaste a conocer el concepto del termoplástico?
La historia del ciclismo, sus retos, logros y héroes, está ligada también a los materiales utilizados para crear los cuadros de las bicicletas. Desde los primeros prototipos y vehículos estrafalarios de madera, hasta los modelos actuales hechos con materiales dignos de la industria aeroespacial.
Porque la ciclista ha sido un industria que también ha vivido, y vive, en constante evolución. Aprende de otras industrias como la náutica, aeroespacial o la del automóvil para adoptar y adaptar el mayor número de mejoras posibles. Pero este sector también innova y experimenta constantemente con materiales y componentes.
Te puede interesar...
Comprar bici: te contamos en qué debes fijarte
Viendo los catálogos de las marcas nos damos cuenta que la fibra de carbono es el material predilecto para la fabricación de cuadros y componentes de gama alta. Sin embargo, a la fibra de carbono le costó muchos años introducirse en la industria ciclista, años de evolución, desarrollo y pruebas hasta convertirse en la materia prima principal.
Antes de la fibra, las bicicletas eran de metal en distintas variantes: acero, cromoly, aluminio… y ahora, que todavía existen algunos ciclistas reacios al carbono, sabemos que se está experimentando con otros materiales como el basalto o el grafeno. Tampoco hay que olvidarse del titanio, un material elitista (por precio y prestaciones) que nunca pasa de moda.
El objetivo de este artículo no es explicar las diferentes técnicas de fabricación, sino hacer un repaso a los materiales que se han usado históricamente para fabricar cuadros de bicicleta, tratar de vislumbrar lo que nos puede deparar el futuro y conocer algunos que se quedaron por el camino.
El ciclo de la vida en el acero
Empezamos este repaso hablando del acero, el material más utilizado en la historia para la fabricación de bicicletas, usándose prácticamente desde los inicios del ciclismo hasta hoy en día. De hecho, el acero ha pasado de ser el material más común en el ciclismo a convertirse, hoy en día, en un material elitista y alejado de las gamas bajas, más bien al contrario. De hecho, algunas marcas como Kona incluyen modelos tope de gama en acero en bicicletas muy específicas para bikepacking o, simplemente modelos con espíritu “retro” pero con la última tecnología aplicada.
Un ejemplo de lo que ha supuesto el acero como material en ciclismo y su larga trayectoria es que se ha utilizado desde prácticamente el principio de la aparición de las bicicletas y la última bicicleta de acero en ganar el Tour de Francia fue la Pinarello de Miguel Indurain en 1994 (mientras que el aluminio duró muchos menos años, luego lo veremos).
No obstante, el acero como tal es el resultado de la aleación entre hierro y carbono y casi siempre, tanto en el ciclismo como en cualquier otra industria, se ha usado aleado con otros metales como el cromo, el molibdeno (dando lugar al famoso Cromoly), níquel, tungsteno, manganeso, etc.
Te puede interesar...
El peligro de las falsificaciones ¿sabes a lo que te arriesgas?
El acero se convirtió rápidamente en el material predilecto para fabricar cuadros por lo fácil y económico que es de trabajar y el buen resultado que ofrece en cuanto a rigidez, durabilidad, resistencia y peso. También a que es muy sencillo de soldar y reparar, pudiéndose hacer en cualquier fragua o forja. Algo que ha sido muy importante en la historia del ciclismo, desde el S. XIX hasta hace muy pocos años, cuando la bicicleta era considerada más un medio de transporte que un vehículo deportivo o de ocio.
La resistencia a la rotura del acero es muy alta, lo que permite unos espesores mínimos, por eso las bicicletas de acero se caracterizaban (o caracterizan) por sus tubos finos y estilizados, muchas veces incluso sin llegar a conificar (engrosar en los extremos) en las zonas de las soldaduras.
Estas características explican también su larga vida en el ciclismo, ya que el aluminio, más ligero pero menos resistente, necesitó muchos años de desarrollo para lograr las mismas cotas de rigidez y resistencia que el acero. De hecho, como te decía al principio, muchas bicicletas de aventura para viajar con alforjas se siguen fabricando en acero por estos motivos.
Aluminio, el material más común
El aluminio es el material más utilizado, por volumen, en la industria ciclista hoy. La mayor parte de las marcas comerciales que todos conocemos tienen modelos de gama media y baja en aluminio, a los que hay que sumar una ingente cantidad de bicicletas “de supermercado”, marcas blancas o marcas minoritarias que fabrican con este metal. También es el más común para usar en los componentes (tijas, potencias, manillares…).
La llegada del aluminio supuso una revolución en la industria ya que permitía trabajar unas formas más dinámicas que el acero (es más maleable), permitiendo experimentar mucho más con las geometrías y las formas de los tubos. En función de su fabricación, gracias al conificado de los tubos, es algo más ligero que el acero y resiste mejor la corrosión.
Eso sí, el aluminio como tal es demasiado blando para la confección de la tubería de un cuadro y otros componentes, por lo que ha de alearse con otros metales y en diferentes cantidades, dando lugar a las diferentes series y nomenclaturas.
Te puede interesar...
¿Qué aportan las ruedas de perfil en la bici de carretera?
Por ejemplo, el aluminio 6061 contiene magnesio y silicio, siendo del tipo T4 o T6 en función de la forma seguida para el templado del material. Los aluminios de la serie 7000 incluyen mayoritariamente cinc; el 7005 se puede soldar, por lo que se usa para los cuadros, mientras que el aluminio 7075 (también conocido como Zicral) ha de ser mecanizado en una sola pieza, ya que no se puede soldar, y se le suele recubrir con capas de fibra de carbono.
En competición, como te decía antes, la vida del aluminio ha sido más corta que la del acero… incluso que la de la fibra de carbono, ya que salvo el precio, la fibra de carbono ha mejorado mucho las prestaciones del aluminio, empezando por su durabilidad, ligereza y continuando por la facilidad para adoptar formas orgánicas y dinámicas. De hecho, la última victoria de una bicicleta con un cuadro de aluminio en el Tour fue la de Marco Pantani en 1998 con su Bianchi. A partir del año 99 comienza la “era del carbono” que dura hasta nuestros días.
Eso sí, la llegada del aluminio dio el pistoletazo de salida a la innovación en el diseño que ha alcanzado su máxima expresión con los cuadros de fibra de carbono, permitiendo que de las finas tuberías de acero se pasase a los tubos ovalados y sobredimensionados de aluminio hasta llegar a los tubos planos y las secciones cuadradas que permite la fibra.
La fibra de carbono, pasado y presente
En este viaje no podía faltar la fibra de carbono, el material más usado hoy en día en las gamas medias y altas de cualquier modalidad de ciclismo, desde las bicicletas súper ligeras de Ruta a las más radicales de Enduro y otras modalidades de Mountain Bike. La fibra de carbono es un tipo de composite, es decir, una fibra sintética, en este caso formada por átomos de carbono unidos en filamentos y con un contenido mínimo del 92% de carbono, unida por resinas. En muchas ocasiones para complementar al carbono en la formación de las fibras se utilizan otros materiales. El más habitual es la fibra de vidrio, pero también se usa la fibra de nylon, de Kevlar, aramida e incluso la de basalto.
El primer cuadro de fibra de carbono apareció a finales de los años 70 de la mano de Toray (productor japonés de este material) y la italiana Alan, especialistas en cuadros en aleaciones ligeras. Esto ocurrió en 1978 y se basaba en un cuadro hecho uniendo los tubos de fibra de carbono con racores de aluminio, una técnica que ya se usaba para alternar acero y aluminio en los cuadros.
Desde entonces comenzó un largo proceso de adaptación, ya que estos primeros cuadros eran más pesados que los de aluminio, incluso que algunas aleaciones de acero, y más delicados. No sería hasta una década después, finales de los 80, cuando las marcas comenzaron a presentar los primeros cuadros monocasco de fibra de carbono. No obstante, la cantidad de resina que se necesitaba para unir las fibras hacía que los cuadros siguiesen pesando mucho, por lo que la fibra de carbono seguía siendo algo residual.
Durante los años 90 y la primera década de este siglo se ha investigado con distintas maneras de fabricar cuadros de fibra (Tube to Tube, monocasco, sistemas híbridos, etc.) hasta conseguir un sistema fiable y económicamente más sostenible que, además, permite pesos inferiores al kilo para un cuadro.
También se experimentó con los diferentes tipos de fibras y trenzados, llegando a un grado tal de perfeccionamiento que, gracias a la disposición específica de láminas de fibras, de distinto grado según la zona, los cuadros de gama alta de carretera marcan cifras de 600-650 g, mientras que las de montaña no llegan al kilo de peso.
Resulta curioso que hoy en día la fibra de carbono sea la mejor forma de conseguir cuadros ligeros, por lo que se asocia más rápidamente a bicicletas de carretera y, sin embargo, las primeras innovaciones que han pasado al recordatorio popular en este material fueron modelos de MTB como la S-Works Ultimate (1993), la Trek Y33 (1995) o la GT STS (1996).
Estos tres modelos marcaron época al menos en el recordatorio ciclista, especialmente la GT STS, que estaba pensada y diseñada para el descenso y casi le cuesta el negocio a GT y la Trek Y33, que fue el primer modelo monocasco que pasó a ser producido en grandes cantidades y que tuvo su momento de gloria también al ser las bicicletas utilizadas en la serie Pacific Blue.
Como puedes ver en las fotos del cuadro Alan de 1970 o la S-Works Ultimate de 1993, o la GT STS, la fibra de carbono se trabajaba bajo el sistema Tube to Tube, es decir, los tubos se hacían en fibra de carbono y se unían entre sí con racores de aluminio, acero o titanio que necesitaban mucha resina para pegarse bien. Este sistema se descartó rápidamente ya que los cuadros acababan pesando más que los de aluminio, incluso que alguno de acero dependiendo de la cantidad de fibra y pegamento que se usase.
Hoy en día la técnica de moldeado ha cambiado bastante, las láminas de fibra de carbono, de diferente tipo según la zona del cuadro en la que vayan, se van colocando en un molde y se van pegando con resina. Posteriormente se procede a un horneado y prensado que les da su forma definitiva y fortalece la unión entre las láminas para formar un bloque sólido y compacto.
En este sentido cada marca utiliza un proceso diferente: moldes externos a los que se introduce luego una vejiga de aire para ejercer presión desde dentro; moldes internos a los que se les va pegando las láminas de fibra de carbono y que posteriormente al horneado se disuelven dejando la estructura de carbono únicamente; construcción independiente de algunas partes para buscar luego un nuevo co-moldeado de las fibras con calor y presión, etc.
Últimos apuntes sobre la fibra de carbono
Se denomina módulo al número de filamentos que forman cada fibra y, dependiendo de este número, el resultado es más o menos denso, resistente y elástico. Los tipos de fibras más usadas en la industria ciclista son las de alto módulo 3K (3.000 filamentos) más ligeras y flexibles, pero menos resistentes; y las de 12K, más robustas, pesadas y resistentes.
Cada fibra se dispone según el uso y las propiedades que se buscan de forma entrelazada (formando un tejido o malla) o unidireccional (todas las fibras van en la misma dirección). La fibra de carbono trenzada ofrece una mayor resistencia a la rotura que la unidireccional, pero ésta responde mejor a la torsión y es más rígida, por lo que lo más habitual es que en ciclismo encontremos fibras trenzadas 3K en las zonas generales de los cuadros y componentes y fibras unidireccionales en las zonas que requieren mayor rigidez y resistencia a la tracción, como la caja del pedalier, las vainas o la pipa de la dirección.
Escandio y Titanio, los metales “High Line”
El escandio (scandium en algunos nombres comerciales, aunque incorrectos) es un metal que se incluye en las aleaciones de aluminio para mejorar sus prestaciones, especialmente en cuanto a resistencia se refiere. Por eso, hablar de un cuadro de escandio es un error o una maniobra de marketing, en realidad deberíamos hablar de cuadros de aluminio (el que corresponda, 6061, 7005…) aleado con escandio.
El escandio es un metal raro y el octavo más abundante en la corteza terrestre. Sin embargo, no fue hasta la guerra fría (segunda mitad del S. XX) cuando la industria armamentística trabajó con él. A partir de ahí ya se comenzó a aplicar de forma más generalizadas por parte de otras industrias como la aeronáutica, el ciclismo, etc.
Un cuadro de aluminio aleado con escandio podrá tener unas paredes más finas, por tanto más ligeras, para lograr la misma resistencia. Según Easton, uno de los grandes de la industria que más ha trabajado el aluminio, la rebaja se cifra en torno a un 10%, mientras que Kona afirmaba en 2008 que conseguía hasta un 15% menos de peso en sus cuadros.
El titanio es otro metal muy abundante en la corteza terrestre (el séptimo), pero siempre aparece unido a otros elementos, lo que dificulta enormemente su extracción y separación, haciendo que sea uno de los elementos más caros de conseguir.
La principal característica del titanio es la resistencia a la corrosión y una gran resistencia y dureza respecto a los otros metales. Además, el titanio utilizado en ciclismo es más ligero que el acero e incluso que el aluminio. No obstante, existen diferentes tipos de aleaciones de titanio: con aluminio, vanadio o molibdeno, por ejemplo.
Precisamente al ser un metal tan duro, es muy complicado de trabajar, necesitando maquinaria especial para perforarlo y unas temperaturas de soldadura mucho más altas que las del resto de metales. Además de que necesita una tubería algo más gruesa que el acero para lograr la misma rigidez (que no resistencia), elevando su peso en los cuadros con prestaciones de competición. Todo ello suma para que su precio final sea muy elevado precio, haciendo que sea algo más elitista y residual.
Comprar un cuadro de titanio no es fácil ni barato, en cambio las marcas que lo trabajan suelen hacerlo completamente a medida, por lo que ganamos en exclusividad, y el resultado es para toda la vida (al no corroerse bajo la acción de elementos externos, salvo ácidos muy agresivos y poco comunes, no perderá cualidades ni resistencia con el paso del tiempo).
Cuadros de grafeno, basalto… ¿son el futuro?
El grafeno parece ser el material del futuro… o del presente. En junio de 2016 la marca Dassi (británica, especializada en cuadros personalizados) presentó el primer cuadro de grafeno, el Interceptor. En realidad se trataba de un cuadro de carbono que contenía un pequeño porcentaje de grafeno, pero su peso declarado era de 750 g y ya entonces dijeron que mejorando las técnicas de producción y laminado del grafeno se podía llegar a rebajar hasta los 350 g. Además, la marca española de cascos Catlike, lleva utilizando grafeno en su Mixino desde 2013.
El grafeno es, en realidad, un compuesto de carbono puro con una disposición hexagonal de sus átomos. Con la misma densidad de la fibra de carbono convencional se consigue una resistencia superior, llegando a ser 200 veces mayor que la del acero. El nombre viene porque la estructura es muy similar a la del grafito, otro derivado del carbono.
Realmente el grafeno se conoce desde principios del S.XX, pero no ha sido hasta hace muy poco cuando se ha empezado a utilizar, ya que el grafito era más estable. De hecho, su re-descubrimiento, estabilización o aplicación a partir del grafito de las minas de lapiceros sirvió a los científicos Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov para ganar el Premio Nobel de Física en 2010.
Pero existen todavía algunos problemas a la hora de trabajar con el grafeno, el primero de ellos, reconocido por Stuart Abbot, presidente de Dassi Bikes, es que al tener un laminado muy fino (el grosor es de un átomo) es muy complicado de manipular, por lo que el desarrollo actual se centra en mezclar grafeno con fibras de carbono para la producción de cuadros.
El segundo problema para la fabricación de bicicletas es que el grafeno es un conductor de electricidad demasiado bueno, no teniendo la denominada banda de resistividad, por lo que no se puede concebir una pieza de grafeno puro salvo en piezas muy determinadas para electrónica. De hecho, donde el grafeno ha tenido un gran desarrollo también es en la fabricación de baterías, pantallas y cables.
Con el basalto ocurre lo mismo, proviene de una roca ígnea y sus átomos se disponen en láminas para fabricar fibras de composite. No cuenta con los mismos parámetros de rigidez que la fibra de carbono, pero sin embargo tiene una mayor capacidad de absorción de vibraciones. Por ello, marcas como la española Racormance la utilizan en la construcción de sus cuadros junto a la fibra de carbono.
En este caso el objetivo es fabricar un cuadro con fibras de carbono donde se necesita una mayor rigidez (caja del pedalier, tubo diagonal, tubo de la dirección, vainas) y fibra de basalto en las zonas que más afectan al confort (tubo vertical, tubo diagonal y tirantes).
No te pierdas nada
¿Quieres estar al tanto de todas las novedades de Maillot Mag?
Suscribete a nuestro newsletter para no perderte el mejor contenido relevante, novedades, opinión, podcast, etc.
