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Biomeccanica, l’avantreno di una mountain bike

Quando si parla di biomeccanica, troppo spesso si pensa solo alla bici da corsa ma è sbagliato.

Pedalare bene è un diritto di tutti e, un giusto assetto in sella, è fondamentale anche per gli amanti delle ruote grasse.

Vediamo alcuni aspetti fondamentali che riguardano l’avantreno delle mountain bike, agomento che approfondiremo durante i nostri corsi.

Altezza del manubrio da terra

L’altezza del manubrio può essere facilmente regolata spostando i distanziali sopra o sotto l’attacco o, se proprio necessario, cambiandolo con uno dal diverso rise (più o meno rialzato).

Il biker riesce a spostare più facilmente il proprio peso verso il retrotreno, questo riesce a ridurre l’affaticamento delle braccia oltre a regalare più confidenza sui terreni più ripidi e rendere più facile manovre come il manual.

Una posizione più bassa favorisce invece una postura più aggressiva, che può aiutare a caricare l’avantreno nelle curve in piano, senza appoggio, oltre ad accelerare i cambi di direzione.

L’altezza della piega impone anche la posizione dei gomiti del rider in posizione di attacco, centrale e ribassato, con braccia e ginocchia flesse, determinando anche la capacità di assorbire grossi urti e superare ostacoli importanti.

avan altezza man_0.jpg

Lunghezza dell’attacco manubrio

La questione è semplice: più lungo è lo stem, più avanzata sarà la posizione del biker, forzando il suo peso in avanti e diminuendo la distanza orizzontale tra le mani e la ruota anteriore.

Un attacco più corto sposta invece il peso del rider più indietro rispetto al punto di contatto della ruota a terra, aiutando ad affrontare i terreni ripidi e accidentati, oltre a ridurre lo sforzo richiesto per manovre come il manual. In questa situazione è determinante anche la forma del manubrio.

Una piega con backsweep maggiore , arretramento delle estremità rispetto al punto centrale, misurato in gradi , produce un effetto simile a un attacco più corto, riposizionando più indietro le mani del biker.

Le manopole possono arretrare sino a 30 mm rispetto al morsetto dello stem (il centro della piega).

avantreno offset_0.jpg

Offset della forcella

È la distanza tra l’asse della ruota anteriore e quello del tubo sterzo, attorno al quale ruota la forcella nella sterzata.

L’Offset della forcella è determinato dallo spostamento in avanti della testa e dall’avanzamento dei forcellini rispetto ai foderi bassi. La quota di Offset influisce anche su quella di Trail: quando la prima aumenta la seconda diminuisce, con una sterzata più rapida ma al tempo stesso nervosa.

Viceversa, un Offset più corto aumenta il Trail, rendendo lo sterzo più stabile, specialmente nelle curve ripide e nelle sezioni sconnesse. Questa quota influisce anche sul cosiddetto Front Center – la distanza tra l’asse ruota anteriore e il movimento centrale – nonché sulla distanza tra le mani del biker e l’avantreno. Per questo motivo, un Offset più lungo può far percepire più corto l’attacco manubrio, poiché la ruota anteriore è collocata più avanti rispetto alle mani.

Ground Trail

Misura la distanza orizzontale tra l’area di contatto dello pneumatico anteriore e il punto in cui il prolungamento dell’asse dello sterzo incontra il terreno.

Il Trail dà l’indicazione di quanto stabile sarà lo sterzo di una bici

È influenzato da tre elementi: l’angolo sterzo, la dimensione delle ruote e l’Offset della forcella.

Quando il primo diventa più aperto, le ruote sono più grandi e il terzo più corto, il Trail aumenta (e viceversa). In generale con una quota superiore lo sterzo è più stabile, perché aumenta la forza che tende a riportare in posizione centrale la ruota.

In teoria è meno preciso del Mechanical Trail ma è molto più facile da visualizzare oltre a essere una misura molto facile da trovare elencata tra le specifiche di una bici.

avantreno ground trail.jpg

Mechanical Trail (Trail Reale)

La distanza tra la zona di contatto anteriore e l’asse dello sterzo misurato a 90° rispetto a quest’ultimo.

Conosciuto anche come Trail reale, è strettamente legato al Ground Trail poiché quando aumenta uno lo fa anche l’altro.

Il Trail tradizionale funziona bene, ma quello Mechanical è una misura più rilevante riferendosi direttamente all’effetto di auto-centratura della ruota anteriore, altrimenti conosciuto come “angolo d’incidenza”.

avantreno meccanical trail.jpg

Angolo d’incidenza

L’angolo d’incidenza, anche detto caster, è l’inclinazione dell’asse di rotazione della ruota rispetto alla perpendicolare (rispetto al suolo) passante per il centro della ruota; l’angolo sarà positivo nel caso in cui l’asse si trovi davanti al punto di contatto di quest’ultima con la superficie di appoggio .

La ruota si allinea in modo automatico con la direzione di marcia. Se gira di lato, entra in gioco una forza di ripristino sulla zona di contatto che la spinge di nuovo in linea dietro l’asse dello sterzo del link.

Maggiore è l’angolo tra la direzione di marcia e la ruota, maggiore sarà la forza di ripristino che agisce per ridurre questo angolo, con un effetto auto-sterzante.

Un Mechanical Trail più lungo implica uno sterzo più stabile ma più pigro.

avantreno angolo incid.jpg

Wheel Flop

Come l’effetto caster descritto in precedenza, anche questo è determinato dal Mechanical Trail.

Mentre il primo si riferisce alla componente orizzontale, il secondo ha invece a che fare con quella verticale. Quando girate il manubrio senza che la bici si inclini di lato, il tubo sterzo si abbasserà leggermente. Questo accade perché l’asse sterzo è inclinato, quindi la bici si abbassa mentre il primo ruota intorno a un punto di contatto fisso sul terreno, con il Mechanical Trail che rappresenta la leva su cui si svolge questo arco di movimento.

Immaginate ora un angolo sterzo da 0° così da avere una forcella orizzontale: girando il manubrio, il tubo sterzo si muoverà in un arco verso il basso man mano che aumento l’angolo della sterzata. Per un valore che rientra nella norma, l’abbassamento dello sterzo è proporzionale alla componente verticale del Mechanical Trail, che dipende dalla sua lunghezza e dall’angolo sterzo. In parole povere, un Offset corto combinato con uno sterzo relativamente verticale si tradurrà in un effetto Wheel Flop minore e in una sterzata più stabile rispetto alla stessa quota di Mechanical Trail ottenuta con un Offset più lungo e uno sterzo relativamente più aperto, questo perché la componente verticale è meno pronunciata nella prima configurazione rispetto alla seconda.

Questo effetto è il risultato di una coppia applicata sul manubrio, che agisce per aumentare l’angolo della sterzata (allontanandosi dalla posizione dritta) a causa del peso della bici e del biker che cercano di raggiungere la posizione più bassa.

Ciò è favorito dal fatto che il gruppo sterzo, manubrio, ruota e foderi bassi della forcella, sono collocati davanti all’asse sterzo, quindi il loro peso crea una coppia attorno a quest’ultimo che agisce per allontanarlo dalla posizione centrale.

Questo contribuisce anche al Wheel Flop, pur rimanendo un fattore ridotto rispetto al peso del biker.

Aumentando il Mechanical Trail, sia aprendo lo sterzo sia riducendo l’Offset della forcella, si aumentano entrambi gli effetti. Quando la velocità cresce, vince l’effetto caster, ma alle andature più basse e con uno sterzo più chiuso, la forza del Wheel Flop diventa davvero importante. Questo è il motivo per chi le bici “aperte” richiedono più sforzo per mantenere lo sterzo inclinato lateralmente nelle curve lente e strette, mentre a velocità elevata, specialmente sui terreni accidentati, l’avantreno rimane più stabile e dritto con uno angolo sterzo meno verticale.

avantreno curva streta.jpg

Geometria nel punto di Sag

Tutto quanto espresso finora si riferisce alla geometria misurato con la bici scarica, altrimenti conosciuta come “geometria statica”, quella che si vede di solito nelle tabelle di ogni mountain bike. Ma quando il biker sale sulla bici, il suo peso causerà un abbassamento dellee sospensioni, cambiando la maggior parte delle misurazioni elencate in precedenza.

Nel caso di una hardtail, la compressione della forcella aumenta l’inclinazione degli angoli sterzo e sella, riduce l’altezza dello Stack, accorcia il Front Center (da asse delle pedivelle a quello della ruota anteriore) e riduce leggermente l’altezza del movimento centrale.

Con una full suspended, la sospensione posteriore si stabilizza in misura maggiore rispetto a quella anteriore, con l’altezza del movimento centrale che diminuirà in modo più significativo.

avan sag.jpg

Geometria dinamica

La posizione tipica di una sospensione su una sezione di un sentiero è nota come “altezza dinamica”.

La geometria dinamica si riferisce a questa situazione “intermedia”, chiaramente non semplice e pratica da misurare oltre a essere influenzata da molti fattori tra cui la posizione del biker e la scelta della linea. Questo è un tipico concetto qualitativo più che quantitativo, per confrontare setup differenti.

Ad esempio, aumentando lo smorzamento della compressione nella forcella crescerà di conseguenza la sua lunghezza nell’altezza dinamica sui sentieri più accidentati, aprendo lo sterzo e incrementando l’altezza del manubrio da terra nella geometria dinamica.

avan dinamica.jpg

Quanto conta il Trail sui sentieri

Riassumiamo quanto espresso prima: il peso del ciclista crea una forza, nota come Wheel Flop, che tende ad allontanare il gruppo dello sterzo dalla posizione dritta.

Questa forza è ridotta rispetto all’effetto caster che agisce invece per centrare il gruppo dello sterzo in modo automatico.

Questo è il motivo per qui di solito il manubrio non gira da una parte quando lo mollate mentre procedete in rettilineo.

Tuttavia ci sono alcune situazioni nel mondo reale in cui l’angolo d’incidenza è ridotto o addirittura invertito, causando uno sterzo instabile ed esagerando l’angolo di sterzata quando ci si allontana dalla posizione centrale.

In primo luogo, quando la ruota anteriore colpisce un ostacolo importante, la zona di contatto si troverà di fronte all’asse dello sterzo, causando una quota negativa di Trail, invertendo l’effetto caster. Questo è il motivo per cui le biciclette con un Trail ridotto possono soffrire di uno sterzo nervoso e imprevedibile sui terreni sconnessi.

In secondo luogo, un cambiamento della pendenza fa cambiare anche la quota di Trail: immaginate di passare da una discesa più ripida a una relativamente piatta, una situazione che capita con regolarità nella mountain bike. L’angolo sterzo diventa relativamente più verticale rispetto al terreno al di sotto della ruota posteriore, riducendo la quota di Trail, e quando la differenza della pendenza è abbastanza alta – in genere intorno ai 20° – quest’ultimo assumerà un valore negativo. Un ulteriore fattore da considerare è la compressione della forcella, che aumenterà ulteriormente l’angolo sterzo.

In terzo luogo, quando l’angolo sterzo cresce sino a 90°, arriva a un punto in cui l’effetto di rotazione si inverte. Con un basso angolo di sterzata, la zona di contatto si muove dietro l’asse dello sterzo, sul lato opposto rispetto alla direzione in cui punta l’avantreno. Quindi, man mano che il manubrio viene girato da un lato l’area di contatto scivola da quello opposto agendo così per riportare il manubrio in posizione centrale. Ma quando lo sterzo è girato di molto, la zona di contatto attraversa l’asse dello sterzo, a causa dell’Offset della forcella, che sposta l’intera ruota da questo un lato. Oltre questo punto, l’effetto caster sarà invertito, agendo per spingere ancora di più la ruota in posizione centrale. Con un Trail ridotto e un Offset più lungo, decresce l’angolo di sterzo in cui questo effetto tende a manifestarsi. A un angolo di sterzata molto elevato, la zona di contatto si sposta all’interno dell’asse sterzo, creando una forza destabilizzante sull’avantreno. Quando si affrontano curve strette e ripide, questi fattori si combinano. Un cambio di pendenza e una forcella compressa accentuano l’angolo dello sterzo rispetto al terreno che si trova al di sotto della ruota anteriore, riducendo il Trail fino a portarlo a negativo in alcuni casi. Quando si gira il manubrio, l’effetto caster si inverte a un angolo di sterzata molto ridotto, portando la ruota a girare dentro la curva più del necessario (lo sterzo tende a chiudersi).

Spesso il biker può ovviare a questa situazione semplicemente tenendo una presa ferma sul manubrio , da qui la popolarità delle pieghe larghe, ma in alcune situazione la coppia che agisce sull’avantreno può essere sufficiente a rendere le cose molto complicate soprattutto per i biker meno esperti.

Un Trail più lungo, raggiunto con un Offset più corto sulla forcella, rende meno comune l’inversione dell’effetto caster.

L’importanza dell’Offset

La guida è più godibile e proficua, insieme a una risposta più prevedibile , con un trail più lungo, conseguenza di un offset ridotto. Con l’offset più lungo, le mani si trovano più indietro rispetto alla ruota anteriore, come se si usasse uno stem più corto. La conseguenza diretta è una difficoltà superiore nel caricare la ruota anteriore sulle curve piatte. Quando l’offset cala, la sensazione è invece di uno sterzo leggermente più caricato e fluido in curva, ma senza sostanziali differenze. In realtà, come anticipato, per notare un cambiamento più evidente bisogna agire su bici con sterzo relativamente chiuso, dove il Mechanical Trail è più contenuto nella configurazione iniziale. Quando si passa a mountain bike più aperte, come le più recenti enduro 29er, la differenza offerta sulle forcelle Fox e Rock Shox più diffuse (intorno a 9 mm) non è abbastanza per portare a un miglioramento evidente in ogni condizione di riding.

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