¿Existe tal cosa como la falla del marco?

Sí, los marcos fallan incluso si no se chocan o se montan con demasiada dureza. La única forma de mitigar este problema es inspeccionar el marco regularmente durante el mantenimiento y la limpieza. Busque grietas. Cuando conduzca, preste atención a los crujidos y chirridos y siempre encuentre la causa raíz (podría ser una grieta).

Manten eso en mente:

• Una mala soldadura podría aguantar bien durante años antes de desmoronarse.

• El óxido descontrolado puede corroer los tubos de acero, ya sea de afuera hacia adentro o de adentro hacia afuera. Una vez que comienza, debe mantenerse encima de él o eventualmente tomará el marco. Rust también parece tener "buen gusto" en las tuberías al preferir las bonitas cosas italianas a, por ejemplo, las tuberías de gas Schwinn.

• La fatiga del metal puede formar grietas que crecen lentamente hasta que el marco se rompe repentinamente (lo he visto personalmente donde la vaina se encuentra con la puntera y en los brazos de la biela).

El aluminio es el peor culpable de las grietas por fatiga. Las tijas de sillín y los tubos de dirección de aluminio también tienen tendencia a desarrollar burbujas de óxido de aluminio que pueden atascar permanentemente el tubo de dirección/sillín en el cuadro.

Por lo general, el carbono no sobrevivirá a un choque lo suficientemente malo. He oído hablar de problemas de delaminación a largo plazo, pero nunca vi uno personalmente. AFAIK, cada cuadro de carbono "muere" en un choque o percance que daña el cuadro hasta el punto en que el propietario ya no confía en él. ¿Alguien tiene historias sobre lo que le sucede al carbono que no se estrella?

Para un ejemplo concreto, a continuación se muestra mi propio fracaso de hace unos años. Sucedió cuando estaba en la cima de una colina muy empinada. Escuché un fuerte "pop" y no me di cuenta de lo que sucedió hasta que miré a mi alrededor y vi que la vaina se separaba de la puntera con cada golpe de pedal. Esta es una bicicleta de acero y era totalmente reparable, por cierto. Como resultado, no me estrellé (pero tampoco iba rápido). Tenga en cuenta el poco de óxido visible en la parte superior de la grieta. Indica que la fisura estaba allí desde hacía algún tiempo antes de la falla total.

A lo que te refieres a veces se le conoce como falla catastrófica , cuando un marco falla bajo carga. Si bien esto sucede de vez en cuando, es relativamente raro. Hay historias de cuadros de carbono defectuosos que fallan espontáneamente mientras conduces, pero estas parecen ser siempre historias de amigos. La mayoría de los marcos que "fallan" lo hacen debido a accidentes de tráfico u otros daños. Y, como señala Gary , el soporte inferior (y los ojales de montaje) son áreas probables de desgaste.

El material del marco también juega un papel en esto. La sabiduría convencional en los círculos ciclistas es que el acero es el más duradero: se puede doblar para volver a darle forma e incluso volver a soldarlo. Los marcos de aluminio no pueden. Y los cuadros de fibra de carbono tienen fama de ser delicados; si uno de esos se rompe, lo tira y obtiene uno nuevo, ya que las soluciones no serán confiables.

Si bien hay algo de verdad en esto, el acero puede dañarse hasta el punto en que no sería seguro repararlo y reutilizarlo. Y la fibra de carbono es más duradera de lo que la gente supone. Pero evaluar un marco dañado a menudo es más problemático que simplemente reemplazarlo. Hay llaves profesionales que pueden hacer este tipo de evaluación basándose en la experiencia, pero sin pasar el marco a través de una máquina de rayos X, ¿puede realmente decir definitivamente que un marco es seguro para poner su peso después de haber sido doblado y vuelto a soldar? ?

En general, sí, el cuadro es la parte más duradera de la bicicleta. Pero también puede dañarse sin posibilidad de reparación.

Sí, los marcos están sujetos a desgaste, rotura, envejecimiento y fatiga. El área principal de preocupación o falla en la mayoría de los marcos se encuentra en el soporte inferior. Tanto en marcos de metal como de carbono, este es un punto de alta tensión y flexibilidad. Pero cualquier soldadura o junta está sujeta a estrés y puede fallar con el tiempo.

Debe inspeccionar periódicamente todo el marco, prestando especial atención a los puntos de soldadura o juntas. Busque signos de pintura o grietas en la soldadura, así como óxido en los marcos de acero. La mejor manera de hacer esto es lavar a mano el marco e inspeccionarlo sobre la marcha. Si desea que dure aún más, aplique una capa de cera para bicicletas o automóviles en su cuadro cada seis meses más o menos. La cera hace que sea más difícil que la suciedad y el barro se adhieran a la estructura y facilitará la próxima limpieza.

Dicho esto, si tiene el hábito de limpiar e inspeccionar su cuadro, es un ciclista 'promedio' (no demasiado pesado ni monta agresivamente en saltos y caídas), guarde la bicicleta correctamente y cuídela bien, es posible que le sobreviva.

He visto algunos marcos de acero viejos que fallaron. En un caso, el tubo inferior se partió en dos en el punto donde se unieron las palancas de cambio montadas en el tubo inferior. En otro caso, la grieta estaba en la unión entre el tubo inferior y el pedalier. También he visto tirantes separados en el tubo del asiento.

Pero todas estas fallas ocurrieron en bicicletas que obviamente habían estado bajo la lluvia durante años (si no décadas), y todas ellas todavía se usaban, incluso con el cuadro roto . El marco tradicional de acero "diamante" es extraordinariamente robusto.

Solo algunas notas sobre cómo detectar grietas en marcos de metal:

Busque grietas en la pintura. Estos pueden ser bastante pequeños, incluso ~ 5 mm de largo, por ejemplo.

Fíjese en los puntos de tensión de la soldadura, que normalmente se encuentran justo en el borde del cordón de soldadura donde el metal es más delgado. Los soportes inferiores soportan la mayor parte del estrés de la bicicleta, pero rara vez fallan porque son los más soportados. Según mi experiencia, los abandonos son las áreas de falla más comunes a lo largo del tiempo. La mayoría de los choques son frontales y se notan en la horquilla o donde el tubo de dirección se encuentra con el tubo inferior. Esos son los lugares para buscar.

El aluminio puede romperse repentinamente. Me ha pasado esto en el manillar. Por lo general, el acero se doblará antes de romperse y es mucho más seguro en esa capacidad. Las personas que hablan de que el carbono es duradero son fanáticos o vendedores. Todo el mundo sabe que el carbono puede romperse dramáticamente.

Las punteras delanteras, la corona de la horquilla y el manillar son realmente los puntos de control de seguridad definitivos a tener en cuenta. los fracasos allí pueden matar. La ruptura de las punteras traseras será mala pero no muy peligrosa por lo general.

Las bicicletas de carretera ligeras y lujosas son las más susceptibles. La falla del cuadro en una bicicleta de acero para uso diario generalmente ocurre mucho después de que la bicicleta se haya desechado por otras razones. Si está realmente preocupado por la falla del cuadro, tenga cuidado con la parte delantera, no use aluminio o carbono y estará bien montando bicicletas incluso antiguas.

A veces, las personas ligeramente grandes o pesadas de más de 200 libras tendrán más problemas con la fatiga del cuadro que el resto de nosotros, ya que la mayoría de las bicicletas están diseñadas para ciclistas más pequeños.

El marco de mi Giant Explorer tuvo una falla catastrófica repentina hace un par de semanas. El marco de duraluminio se partió en dos sin previo aviso a través de ambos tubos cuando estaba desmontando, con las dos ruedas completamente separadas. Tiene apenas 9 años, la compré nueva, nunca nadie la ha montado, y no ha sido maltratada de ningún modo. Al ser un tipo roadster con un portaequipajes incorporado, debe estar diseñado para transportar una carga. Ha tenido bastante uso, pero solo en carreteras y ciclovías, y principalmente para compras, viajes o placer. Los tubos se fracturaron en lo que claramente es un punto débil, donde los cables entraron en los tubos. Esto debería ser una advertencia para otros propietarios de este modelo para que revisen el marco en esta área, especialmente el tubo inferior. Solo tuve una lesión relativamente leve, pero podría haber sido mucho peor, incluso fatal.

Logré romper un marco de acero unos 2 años después de comprarlo. Sin embargo, eso implicó un accidente un año después de tenerlo y luego llevarlo a la destrucción. Noté después del choque (en una zanja) que la geometría se sentía más corta y estrecha. Sin embargo, seguí montándolo. En retrospectiva, eso podría no haber sido lo más inteligente.

He visto tres bicicletas con lo que parecen ser fracturas por tensión en la parte inferior del tubo del sillín y en la parte superior de la carcasa del pedalier. Un amigo loco por las bicicletas con más conocimientos metalúrgicos que yo me dice que esto se debe al endurecimiento por trabajo, que es lo mismo que hace que un sujetapapeles se vuelva quebradizo después de flexionarlo repetidamente. Ahora que esto le ha sucedido a mi confiable cuadro Fuji Gran Touer SE de cromo-molibdeno después de más de 20 años de uso diario, tengo la sospecha de que el hábito de montar y desmontar el pedal izquierdo mientras rueda es algo que probablemente pone mucho de tensión extra/flexión en esta articulación.

Permítanme intentar ir un poco más allá que las otras respuestas hasta ahora. Mi capacidad para explicar esto bien puede estar limitada por el hecho de que no soy ingeniero. Daría la bienvenida a cualquier corrección.

Vidas relacionadas con la fatiga

Esta sección detalla la vida útil del marco en relación con la fatiga, es decir, después de un uso normal repetido sin choques ni daños. La sabiduría convencional es que el acero y el titanio son los materiales de marco más duraderos, por ejemplo, [esta respuesta] a una pregunta relacionada 1 . Esto requiere un poco de desembalaje. Muchos materiales experimentan fatiga después de cargas repetidas (por ejemplo, golpes de pedal). Citemos Wikipedia en este bit:

En la ciencia de los materiales, la fatiga es el debilitamiento de un material causado por una carga cíclica que da como resultado un daño estructural progresivo y localizado y el crecimiento de grietas. Una vez que se ha iniciado una fisura, cada ciclo de carga hará crecer la fisura en una pequeña cantidad, por lo general produciendo estrías en algunas partes de la superficie de la fractura. La fisura seguirá creciendo hasta que alcance un tamaño crítico, lo que ocurre cuando el factor de intensidad de la tensión de la fisura supera la tenacidad a la fractura del material, lo que produce una rápida propagación y, por lo general, una fractura completa de la estructura.

El acero y el titanio, sin embargo, tienen un límite de fatiga . Es decir, cualquier carga por debajo de cierta cantidad crítica no causará fatiga en absoluto. No estoy seguro de cuál es la cantidad crítica para cada material, sin embargo, y no estoy seguro de qué tipo de impactos la excederían (por ejemplo, sospecho que muchos impactos vehiculares exceden ese límite para ambos metales). El aluminio ( enlace a Lennard Zinn ) no tiene límite de fatiga. Cualquier cantidad de carga debilitará el metal y eventualmente se fatigará y se agrietará.

Sin embargo, recuerde que fabrican aviones con aluminio y que los aviones pueden estar en servicio durante décadas. Entonces, dependiendo de la calidad de la construcción, podríamos esperar que los marcos de aluminio puedan tener una vida útil muy larga. De hecho, el sitio de Sheldon Brown tiene un enlace a una prueba de 12 fotogramas de 1997 realizada por Tour Magazine (traducida del alemán por Damon Rinard). La prueba contenía 4 cuadros de aluminio (p. ej., Cannondale CAAD 3), 4 cuadros de acero (p. ej., De Rosa SLX con tacos, Fondriest soldado), algo de carbono (p. ej., monocasco Trek OCLV, Time Helix con tubos de carbono en tacos de aluminio) y algo de titanio (p. ej., una carretera del equipo Merlín).

Todos estos eran marcos de alta gama, y ​​es posible que se hayan inclinado hacia tubos delgados y livianos. Sin embargo, un cuadro de carbono y dos de aluminio (Trek OCLV, CAAD3 y Principia RSL) llegaron al final de la prueba, mientras que ninguno de los cuadros de acero seleccionados lo hizo. Por lo tanto, el aluminio puede tener un límite teórico, pero puede ser difícil para los ciclistas aficionados superarlo en la práctica.

No estoy seguro de qué escuché específicamente sobre la fibra de carbono y la fatiga al principio de mi carrera. La fibra de carbono en realidad puede no ser muy susceptible a la fatiga. En este artículo de Cyclingtips , varios ingenieros de compuestos para bicicletas dicen que no se fatiga en el sentido discutido anteriormente. Los marcos de fibra de carbono pueden durar toda la vida, a menos que se dañen. La industria de la aviación se está moviendo cada vez más hacia las piezas de carbono y, una vez más, no lo harían si el carbono fuera frágil. Los aviones deben tener una vida útil de varias décadas porque son extremadamente caros.

Procesos de manufactura

Nuevamente, no soy ingeniero de materiales, pero muchos de los marcos en esa prueba de 1997 fallaron en las juntas, por ejemplo, en las orejetas o en las zonas de soldadura. Para el titanio, las soldaduras deben realizarse bajo un gas inerte. Si entra oxígeno o nitrógeno en la soldadura, puede hacer que el material se vuelva quebradizo y se agriete . No estoy seguro de cuáles son los problemas químicos del acero y el aluminio, pero sospecho que también es posible la contaminación en las soldaduras. Citando a Zinn de nuevo:

Si tuviera un marco de acero o titanio, no podría hacer tal predicción de cierta falla por fatiga. Esto se debe a que, si el diseñador del cuadro elige tubos de acero o titanio cuya resistencia a la tracción y dimensiones (grosor de la pared, diámetro y forma) son tales que las tensiones observadas durante la conducción nunca excederán, digamos, el 40 por ciento de su resistencia a la tracción en su calor. zonas afectadas (es decir, soldadas), entonces el marco durará indefinidamente en ausencia de un choque. Por supuesto, las muescas, las abolladuras o las soldaduras deficientes (o, en el caso del acero, la oxidación) reducirán ese límite (así como también reducirán la resistencia a la tracción) y provocarán que se produzca una falla por fatiga con una tensión menor o un número menor de ciclos.

Zinn también alude a las zonas afectadas por el calor en acero o titanio. Creo que esto significa que debido al intenso calor durante la soldadura, el marco es más débil en las zonas afectadas por el calor. Creo que esta es una de las razones por las que la soldadura fuerte de plata o las orejetas eran una alternativa potencial al acero soldado, ya que esos procesos se realizan a una temperatura más baja. Sin embargo, la prueba del Tour muestra que el acero con tacos también puede romperse en las juntas. Eso podría deberse a la contaminación en las orejetas. Obviamente, no sabemos con precisión por qué se rompieron los marcos en la prueba del Tour, pero al leer la tabla de fallas en el sitio de Brown, muchos de ellos parecían estar en las articulaciones. Eso me hace pensar que fueron fallas en los procesos de fabricación.

Que yo sepa, los cuadros de carbono suelen estar hechos de láminas de carbono preformadas que se colocan en un molde. Luego, se agrega resina y hornean los marcos. Creo que, por lo general, los triángulos delantero y trasero se hacen por separado y luego se unen. Los cuadros de carbono pueden tener problemas diferentes al tratamiento térmico. Raoul Luescher tiene un canal de Youtubedonde corta cuadros de carbono estrellados que se le envían para su evaluación. Con frecuencia encuentra vacíos (es decir, agujeros) en el carbono. Es un ex ingeniero aeronáutico. Parece indicar que estos son problemas, pero no estoy seguro de haber visto una explicación detallada. Sospecho que los vacíos pueden actuar de la misma manera que las grietas diminutas en los marcos de metal, y que las cargas repetidas podrían hacer que el vacío se propague (es decir, se expanda) con el tiempo y, finalmente, lleve a lo que podríamos percibir como una falla por fatiga.

Además, la fibra de carbono está hecha de muchas fibras delgadas y muy fuertes. En un podcast sobre un grupo reciente de fallas de horquillas de carbono, dijo que algunas horquillas estaban diseñadas con esquinas bastante cuadradas en la dirección para ayudar a que los cables pasaran por el área. Informó que las curvas cerradas son muy estresantes para el carbono y que esto puede ser un punto de falla más adelante. Recuerdo (no pude encontrar el enlace) un video de Youtube donde habló sobre los manillares con orificios para el enrutamiento interno de cables (para transmisiones electrónicas), y dijo que esos orificios podrían ser un punto de falla si el carbono también tomó cargas. Básicamente, sin importar los defectos de fabricación per se, algunas opciones de diseño pueden crear puntos de falla que los ingenieros de la compañía de bicicletas no esperaban en la fibra de carbono.

Daño

Volviendo al pasaje de Zinn citado, las abolladuras pueden ser un punto inicial de falla en marcos de acero o titanio a pesar de las características de sus materiales. Obviamente, tendrían el mismo efecto en los marcos de aluminio. Muchos de nosotros tenemos la sensación de que la fibra de carbono es frágil, y eso probablemente se deba a su conocida falta de resistencia al daño por impacto. Por lo tanto, podría dañar su marco incluso con impactos relativamente pequeños. Eso podría no causar una falla inmediata, pero eventualmente podría causar que el marco falle. El acero también puede oxidarse. Sin embargo, creo que los cuadros de carbono también pueden corroerse con la sal. Lata de aluminio sin pintar también.

TL;DR para consumidores

Los defectos y daños en el proceso de fabricación son probablemente las mayores amenazas para la vida de su cuadro. Apuesto a que todos los marcos están posiblemente en riesgo por estos problemas.

Tenga especial cuidado al manipular cualquier cuadro de carbono y cualquier cuadro construido con tubos muy ligeros. La sabiduría convencional entre los foros de Internet que frecuento es desconfiar de cualquier carbón usado por este motivo. Es posible que los consumidores deseen ser escépticos con respecto a las monturas que superan los límites de rendimiento del material en cuestión, por ejemplo, monturas con tubos ultraligeros. Es posible que los consumidores deseen sesgar su selección hacia los fabricantes con garantías de por vida, aunque eso depende de que el fabricante sobreviva a su vida útil y de que usted mantenga registros suficientes.

En teoría, los consumidores podrían evitar a los fabricantes con reputación de defectos en los marcos. El problema es que no estoy seguro de cómo evaluarías esto prácticamente aparte de recopilar anécdotas.

Hace años tuve una rotura del marco de acero (Trek 700) en el soporte del asiento y la puntera. Creo que esto puede haber sido causado por la flexión debido al hecho de que mi eje trasero se había roto previamente. La bicicleta se había usado bien durante al menos diez años.

FWIW También una vez rompí un eje de manivela JIS, tal vez también debido a fuerzas inusuales de un perno de fijación de manivela suelto.

Como estudiante, usé un marco de acero soldado paso a paso que tenía más de 30 años.

Entonces, esa bicicleta tenía una geometría de cuadro particularmente débil. Sus inicios son desconocidos para mí, mi papá lo compró usado en algún momento. Luego lo usó con fines recreativos, por lo que no fue mucha distancia, sino senderos forestales más algo de carga (niño en el asiento trasero). En algún momento la heredé como una bicicleta lo suficientemente vieja como para dejarla cerrada durante la noche en una ciudad universitaria sin demasiado peligro de que la robaran.

Falló en el sentido de que comenzó a torcerse con cada golpe de pedal cuando pedaleaba fuerte (después de unos 5 años como mi bicicleta universitaria principal). Sospecho que las orejetas/soldadura. Sin embargo, nada repentino aquí.

No se cuanto mas me duro, se la regale a alguien que buscaba una bici vieja para un uso ligero ocasional y que no le importara la flexion ya que aun no estaba tan mal.