Vita utile infinita. Il telaio in fibra di carbonio di una bicicletta moderna potrebbe durare più di quello che si pensa. A fronte di una lieve perdita delle qualità meccaniche (rilevabile in laboratorio), il materiale composito nel lungo periodo non è soggetto a corrosione e decadimento. A due condizioni:

- cura adeguata,
- ispezione regolare.

Di seguito vi spieghiamo come controllare il telaio in carbonio. O meglio, come si dovrebbe controllare...

Abbiamo preso un kit telaio nuovo, non di recente produzione, e lo abbiamo messo nelle mani di chi sa "visitare il carbonio".

Un salto in Vetorix: il dottore del carbonio

Alzi la mano chi ha sentito parlare di Controlli Non Distruttivi (o Non-Destructive Inspections, NDI).
Le indagini ed i test sull'integrità del carbonio descrivono un settore piuttosto giovane se consideriamo che le prime operazioni regolari, sistematiche e catalogate sono da ricondurre alla fine degli anni '90 ed in particolare all'industria aerospaziale, nautica ed automobilistica.

Per scoprire le potenzialità di queste tecniche nel mondo del ciclismo siamo andati a trovare Luca Limena (foto sotto), 44 anni, ingegnere aeronautico, fondatore e General Manger di Vetorix Engineering.

Una realtà che dal 2004 elabora analisi termosoniche (calore + ultrasuoni), ad ultrasuoni (phased array) e scansioni ai raggi X (tomografia o CT, computed tomography) della fibra di carbonio. E non solo...

Vetorix, infatti, oltre ad eseguire Controlli Non Distruttivi è arrivata addirittura a produrre e commercializzare i macchinari per eseguire tali verifiche.

L'analisi termosonica su una vettura. Foto: Vetorix

L'analisi ad ultrasuoni phased array su un profilo alare. Rispetto agli ultrasuoni tradizionali i fasci sono concentrati su un'unica sonda. Foto: Vetorix

Stiamo parlando in particolare dei tomografi, dispositivi molto simili a quelli usati per le TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) in ambito medico.

A cambiare però sono le dimensioni e la definizione delle immagini scattate.
Un esempio? Il tomografo Stargate One Plus (foto sotto) costruito da Vetorix è in grado di "inghiottire" in una sola sessione la scocca di un'auto di Formula 1, la pala di un elicottero o un foil di un'imbarcazione dell'America's Cup.

Rimanendo ancorati all'ambito medico potremmo dire che Luca Limena è un tecnico radiologo ed allo stesso tempo un dottore che spesso e volentieri gira il mondo per capire come sta il carbonio.

Luca, assieme ai suoi tecnici, oltre ad elaborare una diagnosi è in grado di mettere a punto una "cura" per prevenire danni o, a cedimento avvenuto, strategie per l'eventuale ripristino.

La lavagna in azienda è sempre molto affollata. Sulla sinistra un'ipotesi di riparazione.

Come sta la nostra bici? 

La questione "sicurezza dei ciclisti" è un argomento scottante alla luce dei tragici fatti di cronaca che hanno colpito, seppur con dinamiche diverse, anche i campioni. Come Davide Rebellin e Gino Mäder.

La sicurezza spesso e volentieri è una dimensione che mette il ciclista in rapporto con l'ambiente che lo circonda.

Raramente o quasi mai ci si chiede se a seguito di un evento accidentale quel telaio è ancora sicuro, quel manubrio ancora utilizzabile, etc.

Nella migliore delle ipotesi si porta la bici dal meccanico per una ispezione visiva senza essere consapevoli del fatto che una struttura in fibra di carbonio può presentare danni non rilevabili ad occhio nudo.

Foto: Ineos Grenadiers

Danni da ricondurre non solo agli strati esterni (cioè visibili) della laminazione, ma anche a quelli interni.

Una volta generata la cricca una struttura in carbonio, presto o tardi cederà per azione di carichi e sollecitazioni. Le conseguenze potrebbero essere poco piacevoli.

Una zona di vuoto piuttosto evidente nell’area in cui il carro viene incollato al triangolo principale. Il materiale non è performante al 100%.

La questione sicurezza descrive così una dimensione più "intima", ovvero, il rapporto del ciclista con la sua bicicletta in carbonio dotata di "vita utile infinita", che però può essere messa in pericolo da banali eventi quotidiani.

Esempio: sosta alla fontana, bici parcheggiata sul muretto che cade impattando sullo spigolo del marciapiede.

Le grandi aziende, come Canyon, si sono dotate di tomografi per eseguire un controllo qualità a campione su telai, forcelle e manubri.
Ma cosa succede dopo, quando la bici viene venduta ed il ciclista, pro' o amatore, la usa su strada?

Foto: Canyon

«Questo è un argomento spinoso - precisa Luca Limena - Tra i nostri clienti ci sono alcune aziende del settore ciclo. Spiace dirlo: la tendenza è quella di intervenire dopo che si è verificato il problema. Una nota realtà italiana è venuta da noi a seguito del collasso in volata del movimento centrale».

«Il corridore ne è uscito incolume per fortuna. Abbiamo analizzato i telai pronti per essere immessi in commercio: in prossimità del movimento centrale è stata così rilevata una zona di vuoto, una delaminazione, da ricondurre al processo produttivo. Stiamo parlando di un telaio nuovo, perfettamente integro all'occhio umano».

«Il distaccamento tra i vari strati non è una questione banale perché genera un punto debole ed apre le porte ad un possibile cedimento a seguito di stress da fatica».

Noi abbiamo consegnato a Vetorix telaio e forcella "nudi", privi di ogni componente, come da prassi. Il tutto è stato scansionato in meno di tre ore ad una risoluzione 125 micron ed un raggio d'azione del tomografo pari a 700 mm. Dimensione totale del pacchetto dati: 183 GB.

Giusto per avere un'idea approssimativa la scansione di un metro di scocca di una monoposto F1 "vale" 350 GB. Il cerchio di un'auto 20 GB.

In sostanza il tomografo, ruotando attorno il componente, scatta radiografie a ciclo continuo.

Le immagini in tempo reale vengono inviate ad un computer che ricostruisce il volume 3D dell'oggetto che ad operazione conclusa viene analizzato attraverso dei piani di taglio virtuali che permettono di esplorare l'interno della struttura.

I diversi piani di taglio sul volume 3D.

Grazie a risoluzioni nell'ordine del decimo di millimetro è possibile effettuare rilevazioni ed individuare eventuali difetti strutturali: presenza di corpi estranei (foto sotto), delaminazioni, vuoti, cricche, etc.

Qui, ad esempio, si nota un residuo metallico della larghezza pari a 1,18 mm all'interno del cannotto forcella.

Controllare un telaio in carbonio: serve più collaborazione

Tutto facile a questo punto: la soluzione è a portata di mano. Invece è proprio qui che la situazione diventa complessa.

In questa fase oltre all'esperienza ed alla conoscenza del materiale entra in gioco il progetto, o meglio, le relative dichiarazioni di accettabilità fornite dai produttori.

«Il telaio in carbonio nella maggior parte dei casi anche se viene stampato in serie è, e rimane, un prodotto artigianale - precisa Luca - Significa che ai raggi X potrebbero emergere delle lievi discrepanze tra una struttura e l'altra. Fino a che punto possiamo perdonare queste tolleranze?».

«Noi analizziamo il componente, forniamo il nostro punto di vista, ma prima di firmare una dichiarazione d'integrità abbiamo bisogno di conoscere i dettagli del progetto».

«Qui a volte il meccanismo si inceppa a causa della carenza di informazioni da parte del costruttore. Senza questo tipo di dati risulta difficile determinare la qualità e la corrispondenza al progetto reale».

Qui è evidente una delaminazione: un distaccamento degli strati di fibra di carbonio. È un difetto o rientra nell'intervallo di accettabilità? Serve il progetto.

«Faccio fatica a capire... - continua Luca - I forcelloni di una moto da corsa vengono ispezionati ogni 2.000 km. In Formula 1 le case costruttrici devono garantire la sicurezza delle strutture fornendo, a richiesta, i dati dei relativi controlli, idem le imbarcazioni dell'America's Cup. Il ciclista al Tour de France che si lancia in discesa a 100 km/h perché non è paragonabile ad un pilota? Eppure utilizzano anche loro un oggetto in carbonio».

«Oltre la competizione c'è di mezzo la sicurezza di ogni appassionato ed un modus operandi che nel ciclismo è ancora acerbo, o meglio, poco lungimirante».

Il classico iter di sviluppo e produzione di un telaio in fibra di carbonio.

«Si fa prima a sostituire il componente quando emerge un danno/difetto, senza contare che quest'ultimo potrebbe essere ispezionato e ripristinato a regola d'arte. Un risvolto che ha un riflesso anche sull'impatto ambientale della fibra di carbonio che non è un materiale propriamente green».

«In seconda battuta c'è l'usato, che potrebbe acquisire ancora più valore grazie ad una vera e propria certificazione».

«Sono consapevole che non tutti i marchi possono permettersi d'investire almeno 350.000 euro su un tomografo e sul relativo personale specializzato. In fin dei conti però stiamo parlando di un metodo scientifico che permette di elevare la qualità complessiva e la sicurezza di ogni prodotto giustificando allo stesso tempo il prezzo».

Grazie alla tomografia è possibile eseguire anche un'analisi degli spessori.

Giunti a questo punto una domanda è d'obbligo: quanto costa un'analisi ai raggi X di telaio e forcella?
«Dai 300 euro in su. Tutto dipende dalla risoluzione delle immagini e dal grado di accuratezza dell'analisi».

E se pensiamo che la sicurezza non è un costo, ma un investimento, potremmo concludere dicendo che un controllo periodico non stona affatto.

Controllare un telaio in carbonio: serve una nuova prospettiva

«Il mio lavoro mi porta a confrontare il peso specifico dei Controlli Non Distruttivi nel mondo del ciclismo con gli altri settori in cui sono coinvolto: aeronautica, motorsport, automotive e nautica».

«Posso dire che c'è ancora molto da fare per arrivare a certificare la qualità del prodotto nuovo e dell'usato. La sicurezza deve essere garantita all'utente finale a prescindere: bici, barca da regata, forcellone di una moto o altro poco importa. In fin dei conti c'è sempre di mezzo una struttura in fibra di carbonio».

Il cambio di prospettiva, aggiungiamo noi, è già un buon inizio...

Per maggiori informazioni: vetorixndi.com

Qui tutti i nostri approfondimenti sulla fibra di carbonio.

Se mantenuto correttamente ed ispezionato con regolarità il telaio in composito potrebbe avere vita utile infinita. Leggete qui...

Quanto dura un telaio in carbonio? Vediamo che vita ha il composito...