Cuadro de bicicleta

En el cuadro de diamante, el "triángulo" principal no es realmente un triángulo, ya que consta de cuatro tubos: el tubo de dirección, el tubo superior, el tubo inferior y el tubo del sillín. El triángulo trasero está formado por el tubo del sillín unido por vainas y tirantes traseros.

El tubo de dirección contiene la dirección y la interfaz con la horquilla . El tubo superior conecta el tubo de dirección con el tubo del sillín en la parte superior. El tubo superior puede estar colocado horizontalmente (paralelo al suelo) o inclinado hacia abajo, hacia el tubo del sillín, para mayor espacio libre al pasar por encima del cuadro. El tubo inferior conecta el tubo de dirección con la caja del pedalier .

El triángulo trasero se conecta a los extremos de la horquilla trasera , donde se fija la rueda trasera. Está compuesto por el tubo del sillín y las vainas y tirantes traseros. Las vainas conectan el eje de pedalier con los extremos de la horquilla trasera. Los tirantes traseros conectan la parte superior del tubo del sillín (generalmente a la misma altura que el tubo superior) con los extremos de la horquilla trasera.

Históricamente, los cuadros de bicicleta diseñados para mujeres tenían un tubo superior que se conectaba en el medio del tubo del sillín en lugar de en la parte superior, lo que resultaba en una altura de entrepierna más baja . Esto era para permitir que la ciclista se bajara mientras usaba falda o vestido . El diseño se ha utilizado desde entonces en bicicletas utilitarias unisex para facilitar el fácil subir y bajar, y también se conoce como cuadro de paso bajo o cuadro abierto. ^{[ 3 ]} Otro estilo que logra resultados similares es el mixte .

En un cuadro de bicicleta de tipo cantilever, los tirantes del sillín se extienden más allá de la tija y se curvan hacia abajo para unirse al tubo inferior. ^{[ 4 ]} Los cuadros cantilever son populares en las bicicletas cruiser , lowrider y wheelie . En muchos cuadros cantilever, los únicos tubos rectos son el tubo del sillín y el tubo de dirección.

La bicicleta reclinada desplaza las bielas a una posición delante del ciclista en lugar de debajo, lo que generalmente mejora el flujo de aire alrededor del ciclista sin la característica curva pronunciada en la cintura que utilizan los corredores de bicicletas con cuadro de diamante. Prohibidas en las carreras de bicicletas en Francia en 1934 para evitar que las bicicletas con cuadro de diamante quedaran obsoletas en las carreras, ^{[ 5 ]} la fabricación de bicicletas reclinadas se mantuvo deprimida durante otro medio siglo, pero para el año 2000 había muchos modelos disponibles de una variedad de fabricantes.

La inusual bicicleta de posición prona desplaza las bielas hacia la parte trasera del ciclista, lo que da como resultado una posición de conducción con la cabeza hacia adelante y el pecho hacia abajo.

Un cuadro de bicicleta de ciclocross consta principalmente de dos tubos que forman una cruz: un tubo de sillín desde el eje de pedalier hasta el sillín, y una columna vertebral desde el tubo de dirección hasta el buje trasero. ^{[ 6 ]}

Un armazón de celosía utiliza tubos adicionales para formar una celosía . ^{[ 7 ]} Algunos ejemplos son Humbers , Pedersens y el que se muestra en la imagen.

Un armazón monocasco consiste únicamente en una cáscara hueca sin estructura interna. ^{[ 8 ]}

Los cuadros de bicicleta plegables se caracterizan por su capacidad de plegarse en una forma compacta para su transporte o almacenamiento.

Los cuadros de las bicicletas de rueda alta se caracterizan por una rueda delantera grande y una rueda trasera pequeña. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Los cuadros tándem y los cuadros para sociables permiten que los ciclistas puedan ir varios a bordo.

Existen muchas variaciones sobre el diseño básico del marco de diamante.

• Cuadros sin tubo de sillín , como el Trek Y-Foil, el Zipp 2001 , el Kestrel Airfoil y la mayoría de los cuadros de Softride .
• Cuadros sin tubo superior , como el "Old Faithful" de Graeme Obree .
• Cuadros que utilizan cables para elementos que solo están bajo tensión, como la bicicleta Dursley Pedersen que se muestra en la imagen, la Pocket Bicycle , la Viva Wire de 2009, ^{[ 11 ]} la Wire Bike del diseñador Ionut Predescu, ^{[ 12 ]} o la serie fold-tech de Slingshot Bicycles. ^{[ 13 ]}
• Cuadros con aros que reemplazan el tubo del sillín, las vainas y los tirantes traseros: llamados "cola redonda". ^{[ 14 ] [ 15 ]}
• La bicicleta con vainas elevadas fue popular a principios de los 90. Presentaba un triángulo trasero con vainas inferiores elevadas, lo que eliminaba la necesidad de que la cadena pasara a través del cuadro trasero. Esto permitía una distancia entre ejes más corta y una mejor manejabilidad durante los ascensos técnicos, a costa de una menor integridad y una mayor flexión del eje de pedalier (a menos que estuviera reforzado) en comparación con un cuadro con vainas tradicionales. ^{[ 16 ]}

El artículo sobre tipos de ciclo describe variaciones adicionales.

También es posible añadir acopladores, ya sea durante la fabricación o como modificación posterior, para que el bastidor pueda desmontarse en piezas más pequeñas y así facilitar el embalaje y el transporte.

El tubo de dirección contiene la dirección y los rodamientos de la horquilla a través de su tubo de dirección . En una dirección integrada, los rodamientos de cartucho hacen contacto directamente con la superficie interior del tubo de dirección; en las direcciones no integradas, los rodamientos (de cartucho o no) hacen contacto con unas cazoletas insertadas a presión en el tubo de dirección.

El tubo superior , ^{[ 18 ]} o barra transversal , ^{[ 19 ]} conecta la parte superior del tubo de dirección con la parte superior del tubo del sillín.

En un cuadro de diamante de geometría tradicional, el tubo superior es horizontal (paralelo al suelo). En un cuadro de geometría compacta, el tubo superior normalmente se inclina hacia abajo, hacia el tubo del sillín, para mayor espacio libre al pasar por debajo del cuadro. En un cuadro de bicicleta de montaña , el tubo superior casi siempre se inclina hacia abajo, hacia el tubo del sillín. Los tubos superiores con una inclinación radical que comprometen la integridad del cuadro de diamante tradicional pueden requerir tubos de refuerzo adicionales, una construcción de cuadro alternativa o materiales diferentes para lograr una resistencia equivalente. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} ( Consulte Bicicletas de carretera y triatlón para obtener más información sobre geometrías ) .

Los cuadros de paso bajo suelen tener un tubo superior con una fuerte pendiente descendente para facilitar al ciclista subir y bajar de la bicicleta. Otros diseños de paso bajo incluyen la eliminación completa del tubo superior, como en los cuadros monocasco con tubo de sillín separado o articulado, y dos tubos superiores que se extienden hasta los extremos de la horquilla trasera, como en el cuadro mixte . Estas alternativas al cuadro de diamante ofrecen mayor versatilidad, aunque a costa de un mayor peso para lograr una resistencia y rigidez equivalentes. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Los cables de control se enrutan a lo largo de los soportes del tubo superior, o a veces por dentro del tubo superior. Generalmente, esto incluye el cable del freno trasero, pero algunas bicicletas de montaña e híbridas también enrutan los cables del desviador delantero y trasero a lo largo del tubo superior. El enrutamiento interno, que antes solo se encontraba en las gamas de precios más altas, protege los cables de daños y suciedad, que pueden, por ejemplo, hacer que el cambio de marchas sea poco fiable. ^{[ 23 ]}

El espacio entre el tubo superior y la ingle del ciclista, al estar sentado sobre la bicicleta y de pie en el suelo, se denomina altura libre. La altura total desde el suelo hasta este punto se denomina palanca de altura.

El tubo diagonal conecta el tubo de dirección con la caja del pedalier. En las bicicletas de carreras y algunas bicicletas de montaña e híbridas, los cables del desviador discurren a lo largo del tubo diagonal o por dentro de él. En las bicicletas de carreras más antiguas, las manetas de cambio se montaban en el tubo diagonal. En las más modernas, se montan junto con las manetas de freno en el manillar.

Los soportes para portabidones también se encuentran en el tubo inferior del cuadro, generalmente en la parte superior, aunque a veces también en la inferior. Además de los portabidones, también se pueden instalar pequeñas bombas de aire en estos soportes.

El tubo del sillín contiene la tija , que se conecta al sillín. La altura del sillín se ajusta modificando la profundidad de inserción de la tija en el tubo. En algunas bicicletas, esto se logra mediante una palanca de liberación rápida . La tija debe insertarse hasta una longitud mínima indicada .

El tubo del sillín también puede tener soportes soldados para un portabotellas o un desviador delantero .

Las vainas corren paralelas a la cadena, conectando la caja del pedalier (que sostiene el eje alrededor del cual giran los pedales y las bielas) con las punteras de la horquilla trasera . Unas vainas más cortas generalmente significan que la bicicleta acelerará más rápido y será más fácil de manejar cuesta arriba, al menos mientras el ciclista pueda evitar que la rueda delantera pierda contacto con el suelo. ^{[ 23 ]}

Cuando el cable del desviador trasero se guía parcialmente a lo largo del tubo diagonal, también se guía a lo largo de la vaina. En ocasiones (principalmente en cuadros fabricados desde finales de la década de 1990), los soportes para frenos de disco se fijan a las vainas. Puede haber un pequeño refuerzo que conecta las vainas delante de la rueda trasera y detrás de la caja del pedalier, llamado "puente de vaina".

Las vainas traseras pueden diseñarse con tubos cónicos o rectos. Pueden tener forma achatada, ovalada, ondulada, en forma de S o elevada para proporcionar mayor espacio libre para la rueda trasera, la cadena, las bielas o el talón.

Los tirantes traseros conectan la parte superior del tubo del sillín (a menudo en el mismo punto que el tubo superior o cerca de él) con las punteras de la horquilla trasera. Un cuadro tradicional utiliza un conjunto simple de tubos paralelos conectados por un puente sobre la rueda trasera. Cuando el cable del desviador trasero discurre parcialmente a lo largo del tubo superior, también suele discurrir a lo largo del tirante trasero.

A lo largo de los años se han introducido muchas alternativas al diseño tradicional de los tirantes traseros. Un estilo de tirante trasero que se extiende por delante del tubo del sillín, por debajo del extremo posterior del tubo superior y se conecta a este por delante del tubo del sillín, creando un pequeño triángulo, se denomina tirante helénico en honor al constructor de cuadros británico Fred Hellens, quien los introdujo en 1923. ^{[ 24 ]} Los tirantes helénicos aportan atractivo estético a costa de un mayor peso. Este estilo de tirante trasero fue popularizado de nuevo a finales del siglo XX por GT Bicycles (bajo el nombre de "triple triángulo"), que había incorporado este elemento de diseño a sus cuadros de BMX, ya que también proporcionaba un triángulo trasero mucho más rígido (una ventaja en las carreras); este elemento de diseño también se ha utilizado en sus cuadros de bicicleta de montaña por razones similares.

En 2012, Volagi Cycles patentó una variación del tradicional tirante del sillín que evita el tubo del sillín y se conecta más al tubo superior . ^{[ 25 ]} Este elemento del cuadro añadió longitud al diseño tradicional de los tirantes del sillín, lo que produjo una conducción más suave a costa de la rigidez del cuadro.

Otra variante común de tirantes traseros es el tirante en horquilla , tirante simple o monotubo , ^{[ 26 ]} que une los tirantes justo encima de la rueda trasera en un monotubo que se une al tubo del sillín. Un diseño en horquilla añade rigidez vertical sin aumentar la rigidez lateral, una característica generalmente indeseable para bicicletas con ruedas traseras sin suspensión. ^{[ 27 ]} El diseño en horquilla es más apropiado cuando se utiliza como parte de un subchasis del triángulo trasero en una bicicleta con suspensión trasera independiente.

Un tirante de sillín doble se refiere a los tirantes del sillín que se unen al triángulo delantero de la bicicleta en dos puntos separados, generalmente uno al lado del otro.

Los tirantes del sillín fastback se unen al tubo del sillín en la parte posterior en lugar de en los laterales del tubo. ^{[ 28 ]}

En la mayoría de los tirantes traseros, se suele utilizar un puente o refuerzo para conectar los tirantes por encima de la rueda trasera y por debajo de la conexión con el tubo del sillín. Además de proporcionar rigidez lateral, este puente sirve como punto de montaje para los frenos traseros, los guardabarros y los portaequipajes. Los propios tirantes traseros también pueden incorporar soportes para frenos. Estos soportes suelen estar ausentes en los tirantes traseros de bicicletas de piñón fijo o de pista.

La caja del pedalier es un tubo corto y de gran diámetro, en comparación con los demás tubos del cuadro, que se extiende de lado a lado y aloja el pedalier . Generalmente tiene rosca, a menudo a la izquierda en el lado derecho (de la transmisión) para evitar que se afloje por precesión inducida por fricción , y a la derecha en el lado izquierdo (sin transmisión). Existen muchas variantes, como el pedalier excéntrico , que permite ajustar la tensión de la cadena. Suele ser más grande, sin rosca y, a veces, dividido. Las vainas, el tubo del sillín y el tubo diagonal suelen conectarse a la caja del pedalier.

Hay algunos anchos de caja estándar tradicionales (68, 70 o 73  mm). ^{[ 29 ]} Las bicicletas de carretera suelen usar 68  mm; las bicicletas de carretera italianas usan 70  mm; las bicicletas de montaña de modelos antiguos usan 73  mm; los modelos posteriores (1995 y posteriores) usan 68  mm más comúnmente. Algunas bicicletas modernas tienen anchos de caja de 83 o 100  mm y estas son para aplicaciones especializadas de ciclismo de montaña de descenso o ciclismo de nieve . El ancho de la caja influye en el factor Q o la banda de rodadura de la bicicleta. Hay algunos diámetros de caja estándar (34,798 – 36  mm) con pasos de rosca asociados (24 - 28 tpi).

En algunas bicicletas con caja de cambios , la caja del pedalier puede sustituirse por una caja de cambios integrada o por un punto de montaje para una caja de cambios desmontable.

El tamaño del cuadro se medía tradicionalmente a lo largo del tubo del sillín, desde el centro del eje de pedalier hasta el centro del tubo superior. Los tamaños típicos "medianos" son de 54 o 56  cm (aproximadamente 21,2 o 22  pulgadas) para una bicicleta de carreras europea para hombre o de 46  cm (alrededor de 18,5 pulgadas) para una bicicleta de montaña  para hombre . La mayor variedad de geometrías de cuadro que existen actualmente también ha dado lugar a otros métodos para medir el tamaño del cuadro. ^{[ 39 ]} Los cuadros de cicloturismo tienden a ser más largos, mientras que los cuadros de carreras son más compactos.

Una bicicleta de carretera está diseñada para una transferencia de potencia eficiente con un peso y una resistencia mínimos. En términos generales, la geometría de una bicicleta de carretera se clasifica en geometría tradicional con tubo superior horizontal o geometría compacta con tubo superior inclinado.

Los cuadros de carretera con geometría tradicional suelen asociarse con mayor comodidad y estabilidad, y tienden a tener una mayor distancia entre ejes, lo que contribuye a estos dos aspectos. La geometría compacta permite que la parte superior del tubo de dirección se sitúe por encima de la parte superior del tubo del sillín, reduciendo la altura del tubo superior y, por lo tanto, aumentando el espacio libre entre el tubo superior y el suelo y bajando el centro de gravedad. Las opiniones están divididas sobre las ventajas de conducción de un cuadro compacto, pero varios fabricantes afirman que una gama reducida de tallas puede adaptarse a la mayoría de los ciclistas y que es más fácil construir un cuadro sin un tubo superior perfectamente nivelado.

Las bicicletas de carretera para competición suelen tener un ángulo del tubo del sillín más pronunciado , medido desde el plano horizontal. Esto posiciona al ciclista aerodinámicamente y, posiblemente, en una posición de pedaleo más potente. La contrapartida es la comodidad. Las bicicletas de turismo y de confort suelen tener tradicionalmente un ángulo del tubo del sillín más relajado (menos vertical). Esto sitúa al ciclista más sobre los isquiones y reduce la presión sobre las muñecas, los brazos y el cuello, y, en el caso de los hombres, mejora la circulación en las zonas urinaria y reproductiva. Con un ángulo más relajado, los diseñadores alargan la vaina para que el centro de gravedad (que de otro modo estaría más atrás sobre la rueda) se reposicione de forma más ideal sobre el centro del cuadro. La mayor distancia entre ejes contribuye a una absorción de impactos más eficaz. En las bicicletas modernas de turismo y confort fabricadas en serie, el ángulo del tubo del sillín es apenas perceptible, quizás para reducir los costes de fabricación evitando la necesidad de reajustar las plantillas de soldadura en los procesos automatizados, y por lo tanto no ofrecen la comodidad de los cuadros fabricados tradicionalmente o a medida, que sí tienen ángulos del tubo del sillín notablemente más perceptibles.

Las bicicletas de carretera utilizadas en carreras sancionadas por la UCI se rigen por las normas de la UCI , que establecen, entre otras cosas, que el cuadro debe constar de dos triángulos. Por lo tanto, no se permiten diseños que carezcan de tubo de sillín o tubo superior.

Los cuadros específicos para triatlón (o contrarreloj) hacen que el ciclista gire hacia adelante alrededor del eje del pedalier en comparación con los cuadros de bicicleta de carretera estándar. Esto permite una posición más baja y aerodinámica. Si bien la manejabilidad y la estabilidad se ven reducidas, estas bicicletas están diseñadas para usarse en entornos con menos ciclistas en grupo. Estos cuadros suelen tener ángulos de tubo de sillín pronunciados, tubos de dirección bajos y una distancia entre ejes más corta para lograr el alcance correcto desde el sillín hasta el manillar. Además, al no estar reguladas por la UCI, algunas bicicletas de triatlón, como la Zipp 2001 , la Cheetah y la Softride, presentan diseños de cuadro no tradicionales que pueden generar una mejor aerodinámica.

Los cuadros de pista tienen mucho en común con los cuadros de carretera y contrarreloj, pero vienen con extremos de horquilla trasera horizontales, orientados hacia atrás, ^{[ 40 ]} en lugar de punteras, ^{[ 41 ]} para permitir que se ajuste la posición de la rueda trasera horizontalmente para establecer la tensión de cadena adecuada. El espaciado del buje trasero es de 120 milímetros (4,7 pulgadas) en lugar de 130 milímetros (5,1 pulgadas) o más para cuadros de carretera. La caída del eje de pedalier es menor, típicamente 50–60 milímetros (2,0–2,4 pulgadas) . Además, el ángulo del tubo del sillín es más pronunciado que en las bicicletas de carreras de carretera.   

Para mayor comodidad y mejor manejo, se suelen utilizar amortiguadores . Existen diversas variantes, incluyendo modelos con suspensión integral , que absorben los impactos tanto en la rueda delantera como en la trasera; y modelos con suspensión delantera únicamente ( hardtails ), que solo absorben los impactos provenientes de la rueda delantera. El desarrollo de sofisticados sistemas de suspensión en la década de 1990 dio lugar rápidamente a numerosas modificaciones del clásico chasis de diamante.

Las bicicletas de montaña modernas con suspensión trasera cuentan con un triángulo trasero pivotante que acciona el amortiguador. Existe una gran variedad de diseños de cuadros en las bicicletas de montaña de doble suspensión, adaptados a diferentes usos.

Las bicicletas roadster tradicionalmente tienen un ángulo de tubo de sillín y de dirección bastante relajado, de unos 66 o 67 grados, lo que produce una posición de conducción muy cómoda y erguida. Otras características incluyen una distancia entre ejes larga, de más de 40  pulgadas (a menudo entre 43 y 47  pulgadas, o 57  pulgadas para una longbike ), y un avance de horquilla largo, a menudo de unas 3  pulgadas (76 mm en comparación con los 40 mm de la mayoría de las bicicletas de carretera). Este estilo de cuadro ha experimentado un resurgimiento en popularidad en los últimos años debido a su mayor comodidad en comparación con las bicicletas de montaña o de carretera. Una variante de este tipo de bicicleta es la "sports roadster" (también conocida como "light roadster"), que normalmente tiene un cuadro más ligero y un ángulo de tubo de sillín y de dirección ligeramente más inclinado, de unos 70 a 72 grados.

Los cuadros de acero suelen construirse con diversos tipos de aleaciones de acero, incluido el cromomolibdeno . Son resistentes, fáciles de trabajar y relativamente económicos. Sin embargo, son más densos (y, por lo tanto, generalmente más pesados) que muchos otros materiales estructurales. Es común (a partir de 2018, en bicicletas híbridas urbanas) usar acero para las horquillas incluso cuando el resto del cuadro está hecho de un material diferente, porque el acero ofrece una mejor amortiguación de vibraciones . ^{[ 23 ]}

Un tipo de construcción clásico para bicicletas de carretera y de montaña utiliza tubos cilíndricos de acero estándar conectados mediante racores . Los racores son accesorios hechos de piezas de acero más gruesas. Los tubos se insertan en los racores, que rodean el extremo del tubo, y luego se sueldan a ellos. Históricamente, las temperaturas más bajas asociadas con la soldadura fuerte (en particular, la soldadura fuerte con plata) tenían un menor impacto negativo en la resistencia de los tubos que la soldadura a alta temperatura, lo que permitía utilizar tubos relativamente ligeros sin pérdida de resistencia. Los avances recientes en metalurgia (" acero endurecible al aire ") han creado tubos que no se ven afectados negativamente, o incluso cuyas propiedades mejoran, por las altas temperaturas de soldadura, lo que ha permitido que la soldadura TIG y MIG desplacen la construcción con racores a casi todas las bicicletas, excepto a unas pocas de gama alta. Las bicicletas con cuadros con racores más caras tienen racores limados a mano con formas elaboradas, tanto para ahorrar peso como para demostrar la calidad de la artesanía. A diferencia de los bastidores soldados con MIG o TIG, un bastidor con racores se puede reparar más fácilmente en campo debido a su construcción simple. Además, dado que los tubos de acero pueden oxidarse (aunque en la práctica la pintura y los aerosoles anticorrosivos pueden prevenir la oxidación eficazmente), el bastidor con racores permite un reemplazo rápido de los tubos prácticamente sin dañar físicamente los tubos adyacentes. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

Un método más económico para la construcción de cuadros de bicicleta utiliza tubos cilíndricos de acero unidos mediante soldadura TIG , que no requiere orejetas para mantener los tubos unidos. En cambio, los tubos del cuadro se alinean con precisión en una plantilla y se fijan en su lugar hasta que se completa la soldadura. La soldadura fuerte de filete es otro método para unir tubos de cuadro sin orejetas. Es más laboriosa y, por lo tanto, es menos probable que se utilice para cuadros de producción. Al igual que con la soldadura TIG, los tubos del cuadro de soldadura fuerte de filete se muescan o ingletean con precisión ^{[ 44 ] [ 45 ]} y luego se suelda un filete de latón en la junta, de forma similar al proceso de construcción con orejetas. Un cuadro con soldadura fuerte de filete puede lograr una mayor unidad estética (apariencia curva suave) que un cuadro soldado.

En las estructuras de acero, el uso de tubos con espesor variable reduce el peso y aumenta el costo. El uso de tubos con espesor variable implica que el grosor de la pared del tubo cambia de mayor en los extremos (para mayor resistencia) a menor en el centro (para menor peso).

Los cuadros de bicicleta de acero más económicos están hechos de acero dulce, también llamado acero de alta resistencia , como el que se usa para fabricar automóviles u otros artículos comunes. Sin embargo, los cuadros de bicicleta de mayor calidad están hechos de aleaciones de acero de alta resistencia (generalmente aleaciones de acero al cromo - molibdeno , o "cromoly") que se pueden convertir en tubos ligeros con paredes muy delgadas. Uno de los aceros antiguos más exitosos fue el Reynolds "531" , una aleación de acero al manganeso -molibdeno. Actualmente, es más común el 4130 ChroMoly o aleaciones similares. Reynolds y Columbus son dos de los fabricantes más famosos de tubos para bicicletas. Algunas bicicletas de calidad media usaban estas aleaciones de acero solo para algunos de los tubos del cuadro. Un ejemplo fue la Schwinn Le Tour (al menos ciertos modelos), que usaba acero al cromo-molibdeno para los tubos superior e inferior, pero acero de menor calidad para el resto del cuadro.

Un cuadro de acero de alta calidad suele ser más ligero que un cuadro de acero convencional. En igualdad de condiciones, esta reducción de peso puede mejorar la aceleración y el rendimiento en subidas de la bicicleta.

Si se ha perdido la etiqueta del cuadro, se puede reconocer uno de acero de alta calidad (cromoly o manganeso) dándole un golpe seco con la uña. Un cuadro de alta calidad producirá un sonido brillante y resonante, mientras que uno de calidad media producirá un golpe sordo. También se pueden identificar por su peso (alrededor de 2,5  kg para el cuadro y la horquilla) y el tipo de racores y punteras de horquilla.

Las aleaciones de aluminio tienen menor densidad y resistencia que las aleaciones de acero; sin embargo, poseen una mejor relación resistencia-peso, lo que les confiere ventajas de peso notables sobre el acero. Las primeras estructuras de aluminio mostraron mayor vulnerabilidad a la fatiga , ya sea por aleaciones ineficaces o por el uso de técnicas de soldadura imperfectas. Esto contrasta con algunas aleaciones de acero y titanio, que tienen límites de fatiga bien definidos y son más fáciles de soldar. No obstante, algunas de estas desventajas se han mitigado gracias a una mano de obra más cualificada capaz de producir soldaduras de mejor calidad, la automatización y la mayor disponibilidad de aleaciones de aluminio modernas. La atractiva relación resistencia-peso del aluminio en comparación con el acero, junto con ciertas propiedades mecánicas, le aseguran un lugar entre los materiales preferidos para la construcción de estructuras.

Las aleaciones más populares para los cuadros de bicicleta son el aluminio 6061 y el aluminio 7005 .

El tipo de construcción más popular hoy en día utiliza tubos de aleación de aluminio unidos mediante soldadura TIG (soldadura por arco de tungsteno con gas inerte) . Los cuadros de bicicleta de aluminio soldados comenzaron a aparecer en el mercado solo después de que este tipo de soldadura se volviera económicamente viable en la década de 1970.

El aluminio tiene una relación óptima entre el espesor de pared y el diámetro del tubo diferente a la del acero. Su resistencia máxima se alcanza con una relación de aproximadamente 200:1 (diámetro:espesor de pared), mientras que la del acero es una fracción menor. Sin embargo, con esta relación, el espesor de pared sería comparable al de una lata de refresco, demasiado frágil ante impactos. Por lo tanto, los tubos de aluminio para bicicletas representan un compromiso, ofreciendo una relación entre el espesor de pared y el diámetro que no es la más eficiente, pero que proporciona tubos de mayor tamaño con proporciones aerodinámicas más razonables y una buena resistencia a los impactos. Esto resulta en un cuadro significativamente más rígido que el de acero. Si bien muchos ciclistas afirman que los cuadros de acero ofrecen una conducción más suave que los de aluminio debido a que estos últimos están diseñados para ser más rígidos, esta afirmación es cuestionable: el propio cuadro de la bicicleta es extremadamente rígido verticalmente porque está formado por triángulos. Por el contrario, este mismo argumento pone en duda la afirmación de que los cuadros de aluminio tienen mayor rigidez vertical. ^{[ 46 ]} Por otro lado, la rigidez lateral y torsional mejora la aceleración y el manejo en ciertas circunstancias.

Generalmente se considera que los cuadros de aluminio son más ligeros que los de acero, aunque no siempre es así. Un cuadro de aluminio de baja calidad puede ser más pesado que uno de acero de alta calidad. Algunos fabricantes utilizan tubos de aluminio conificados —donde el grosor de la pared de las secciones centrales es menor que el de las secciones de los extremos— para reducir el peso . Los tubos no redondos se utilizan por diversas razones, como la rigidez, la aerodinámica y el marketing. Las distintas formas se centran en uno u otro de estos objetivos, y rara vez cumplen con todos.

El titanio es un material relativamente especializado para cuadros de bicicleta. Posee muchas características deseables, como una alta resistencia específica , un alto límite de fatiga y una excelente resistencia a la corrosión. ^{[ 47 ]} Si bien no es tan ligero como la fibra de carbono, las bicicletas de titanio pueden proporcionar una calidad de conducción más placentera, lo que hace que este material sea popular entre los ciclistas que priorizan la comodidad sobre el rendimiento. ^{[ 48 ] [ 49 ]} Sin embargo, el titanio tiene un alto costo de material y es más difícil de mecanizar que el acero o el aluminio, lo que se traduce en cuadros relativamente caros en comparación con los de acero, aluminio y fibra de carbono. ^{[ 48 ] [ 49 ]}

Los cuadros de titanio suelen utilizar aleaciones y tubos de titanio desarrollados originalmente para la industria aeroespacial . La aleación más común en los cuadros de bicicleta de titanio es la 3AL-2.5V (3,5 % de aluminio y 2,5 % de vanadio ), seguida de la 6AL-4V (6 % de aluminio y 4 % de vanadio). Algunos fabricantes están experimentando con otras aleaciones diseñadas específicamente para el ciclismo. ^{[ 47 ] [ 49 ]} Los tubos se pueden estirar en frío e hidroformar en diversas formas y permiten el cableado interno. ^{[ 50 ]} La soldadura se realiza normalmente en condiciones inertes para proteger las soldaduras de la oxidación. ^{[ 48 ] [ 50 ]}

El compuesto de fibra de carbono es un material no metálico popular comúnmente utilizado para cuadros de bicicleta. ^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]} Aunque costoso, es ligero, resistente a la corrosión y fuerte, y puede moldearse en casi cualquier forma deseada. El resultado es un cuadro que puede ajustarse con precisión para una resistencia específica donde se necesita (para soportar las fuerzas de pedaleo), al tiempo que permite flexibilidad en otras secciones del cuadro (para mayor comodidad). Los cuadros de bicicleta de fibra de carbono personalizados incluso pueden diseñarse con tubos individuales que son fuertes en una dirección (como lateralmente), mientras que flexibles en otra dirección (como verticalmente). La capacidad de diseñar un tubo compuesto individual con propiedades que varían según la orientación no se puede lograr con ninguna construcción de cuadro metálico comúnmente en producción. ^{[ 55 ]} Algunos cuadros de fibra de carbono utilizan tubos cilíndricos que se unen con adhesivos y racores, en un método algo análogo a un cuadro de acero con racores. Otro tipo de cuadros de fibra de carbono se fabrican en una sola pieza, llamada construcción monocasco .

En una serie de pruebas realizadas por Santa Cruz Bicycles , se demostró que, para un diseño de cuadro con forma idéntica y peso casi similar, el cuadro de carbono es considerablemente más resistente que el aluminio, cuando se somete a una carga de fuerza total (sometiendo el cuadro tanto a tensión como a compresión), y resistencia al impacto. ^{[ 56 ]} Si bien los cuadros de carbono pueden ser ligeros y resistentes, pueden tener menor resistencia al impacto en comparación con otros materiales y pueden ser propensos a dañarse si se estrellan o se manipulan incorrectamente. Las grietas y fallas pueden ser resultado de una colisión, pero también de un apriete excesivo o una instalación incorrecta de los componentes. ^{[ 57 ]} Se ha sugerido que estos materiales pueden ser vulnerables a la falla por fatiga, un proceso que ocurre con el uso durante un período prolongado, ^{[ 58 ]} aunque esto a menudo se limita a grietas interlaminarias o grietas en el adhesivo en las uniones, donde las tensiones se pueden controlar bien con buenas prácticas de diseño. Es posible reparar cuadros de carbono rotos, pero debido a problemas de seguridad, solo deben hacerlo empresas profesionales con los más altos estándares posibles. ^{[ 59 ]}

Muchas bicicletas de competición diseñadas para contrarreloj individual y triatlones emplean una construcción en materiales compuestos, ya que el cuadro puede diseñarse con un perfil aerodinámico imposible con tubos cilíndricos o que resultaría excesivamente pesado con otros materiales. Si bien este tipo de cuadro puede ser más pesado que otros, su eficiencia aerodinámica puede ayudar al ciclista a alcanzar una mayor velocidad.

Además de la fibra de carbono, se pueden añadir otros materiales a la matriz, como el boro metálico, para aumentar aún más la rigidez. Algunos cuadros de gama alta más recientes incorporan fibras de Kevlar en el tejido de carbono para mejorar la amortiguación de vibraciones y la resistencia al impacto, especialmente en los tubos inferiores, los tirantes traseros y las vainas.

Los termoplásticos son una categoría de polímeros que se pueden recalentar y remodelar, y existen varias formas de utilizarlos para crear cuadros de bicicleta. Una aplicación de los cuadros de bicicleta termoplásticos son los cuadros de fibra de carbono, cuyas fibras están incrustadas en un material termoplástico en lugar de los materiales epoxi termoendurecibles más comunes. GT Bicycles fue uno de los primeros fabricantes importantes en producir un cuadro termoplástico con sus cuadros STS System a mediados de la década de 1990. Las fibras de carbono se tejían de forma suelta formando un tubo junto con fibras termoplásticas. Este tubo se colocaba en un molde con una vejiga en su interior que se inflaba para presionar el tubo de carbono y plástico contra la pared del molde. A continuación, el molde se calentaba para fundir el termoplástico. Una vez enfriado, el termoplástico se extraía del molde en su forma final.

Algunos cuadros de bicicleta están hechos de magnesio , que tiene aproximadamente el 64 % de la densidad del aluminio. En la década de 1980, el ingeniero Frank Kirk ideó un novedoso tipo de cuadro que se fundía a presión en una sola pieza y estaba compuesto de vigas en I en lugar de tubos. Se fundó en Gran Bretaña la empresa Kirk Precision Ltd para fabricar cuadros de bicicleta de carretera y de montaña con esta tecnología. Sin embargo, a pesar de cierto éxito comercial inicial, hubo problemas de fiabilidad y la fabricación cesó en 1992. ^{[ 60 ]} El pequeño número de cuadros de magnesio modernos en producción se construyen de forma convencional utilizando tubos. ^{[ 61 ]}

Algunos fabricantes de bicicletas elaboran cuadros con aleaciones de aluminio que contienen escandio , generalmente denominado simplemente escandio con fines comerciales, aunque su contenido en Sc es inferior al 0,5 %. El escandio mejora las características de soldadura de algunas aleaciones de aluminio, ofreciendo una resistencia a la fatiga superior y permitiendo el uso de tubos de menor diámetro, lo que se traduce en una mayor flexibilidad en el diseño del cuadro.

American Bicycle Manufacturing de St. Cloud, Minnesota, ofreció brevemente un cuadro fabricado con tubos de berilio (unidos a racores de aluminio), con un precio de 26.000 dólares. Según los informes, la conducción era muy dura, pero el cuadro también era muy flexible lateralmente. ^{[ 62 ]}

Se han fabricado varios cuadros de bicicleta con tubos de bambú unidos mediante uniones metálicas o compuestas. El atractivo estético ha sido a menudo un factor tan importante como las características mecánicas. ^{[ 63 ] [ 64 ]}

Se han fabricado varios cuadros de bicicleta de madera, ya sea maciza o laminada. Aunque uno sobrevivió a los 265 extenuantes kilómetros de la carrera París-Roubaix , el atractivo estético a menudo ha sido un factor tan importante como las características de conducción. ^{[ 65 ]} La madera se utiliza para fabricar bicicletas en África Oriental. ^{[ 66 ]} El cartón también se ha utilizado para cuadros de bicicleta. ^{[ 67 ]}

La combinación de diferentes materiales puede proporcionar la rigidez, la flexibilidad o la amortiguación deseadas en diferentes áreas mejor que con un solo material. Los materiales combinados suelen ser fibra de carbono y un metal, ya sea acero, aluminio o titanio. Una implementación de este enfoque incluye un tubo inferior y vainas de metal con tubo superior, tubo de sillín y tirantes de sillín de carbono. ^{[ 68 ]} Otra es un triángulo principal y vainas de metal con solo tirantes de sillín de carbono. ^{[ 69 ]} Las horquillas de carbono se han vuelto muy comunes en bicicletas de carreras de todos los materiales de cuadro. ^{[ 70 ]}

El artículo sobre tipos de bicicletas describe variaciones adicionales.