¿Existe algo así como la falla del marco?

Se ha pedido a varias preguntas generales relacionadas con la duración de un cuadro de la bicicleta o moto " pasado ", y la esencia de respuestas parece ser que una bicicleta puede durar bastante tiempo si los componentes reemplazables son reemplazados y la moto está bien mantenido.

Pero, ¿qué pasa con la integridad estructural inherente del marco en sí? ¿Existe el riesgo de falla repentina del marco o desintegración después de cierto nivel de uso? ¿Las bicicletas alguna vez se desmoronan o desarrollan un riesgo de rotura o fractura en puntos débiles? Una de mis bicicletas tiene más millas que el auto en el que estoy entregando, ¡y me pregunto acerca de la integridad del auto !

Sí, los cuadros fallan incluso si no se bloquean o se montan excesivamente. La única forma de mitigar este problema es inspeccionar el marco regularmente durante el mantenimiento y la limpieza. Busca 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 mantenerse bien durante años antes de desmoronarse.

• La oxidación no controlada puede comerse a través de tubos de acero, ya sea de adentro hacia afuera o de adentro hacia afuera. Una vez que comienza, debes mantenerte al tanto o eventualmente tomará el marco. Rust también parece tener "buen gusto" en los tubos al preferir las bonitas cosas italianas a, por ejemplo, schwinn de gas.

• 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 el punzón y en los brazos de la manivela).

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

El carbono generalmente 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 contratiempo 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 es mi propio fracaso de hace unos años. Sucedió cuando estaba subiendo una colina muy empinada. Escuché un fuerte "estallido" y no me di cuenta de lo que sucedió hasta que miré a mi alrededor y vi la vaina separada de la caída con cada golpe de pedal. Esta es una bicicleta de acero y fue totalmente reparable, por cierto. Como resultado, no me caí (pero tampoco iba rápido). Tenga en cuenta el poco de óxido visible en la parte superior de la grieta. Indica que la grieta había estado allí por algún tiempo antes del fracaso total.

A lo que se refiere a veces se 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 se conduce, pero parece que siempre son historias de amigos. La mayoría de los cuadros que "fallan" lo hacen debido a accidentes de tránsito u otros daños. Y, como señala Gary , es probable que el soporte inferior (y los ojales de montaje) sean áreas de desgaste.

El material del marco también juega un papel en esto. La sabiduría convencional en los círculos de ciclismo es que el acero es el más duradero: se puede doblar de nuevo e incluso volver a soldar. Los marcos de aluminio no pueden. Y los cuadros de fibra de carbono tienen fama de ser delicados; si uno de esos descansos, lo descartas y obtienes uno nuevo, ya que cualquier solución no será confiable.

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 cuadro dañado a menudo es más problemático que simplemente reemplazarlo. Hay expertos que pueden hacer este tipo de evaluación en función de 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 que se haya doblado y vuelto a soldar? ?

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

Sí, los cuadros están sujetos a desgaste, roturas, envejecimiento y fatiga. El área principal de preocupación o falla en la mayoría de los cuadros está en el pedalier. Tanto en los cuadros de metal como de carbono, este es un punto de alta tensión y flexibilidad. Pero cualquier soldadura o junta está sujeta a tensiones y puede fallar con el tiempo.

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

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

He visto algunos viejos marcos de acero 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 asientos separados en el tubo del asiento.

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

Solo algunas notas sobre las grietas en marcos de metal:

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

Observe los puntos de tensión de la soldadura, que generalmente se encuentra justo en el borde del cordón de soldadura donde el metal es más delgado. Los soportes inferiores soportan la mayor tensión de la bicicleta, pero rara vez fallan porque son los más compatibles. Los abandonos son las áreas más comunes de falla con el tiempo en mi experiencia. La mayoría de los choques son desde el frente y se mostrarán en la horquilla o donde el tubo de dirección se encuentra con el tubo descendente. Esos son los lugares para mirar.

El aluminio puede romperse de repente. 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. Todos saben que el carbono puede romperse dramáticamente.

Las punteras delanteras, la corona de la horquilla y el manillar son realmente los mejores puntos de control de seguridad para observar. fallas allí pueden matar. La ruptura de los desembarcos traseros será mala, pero generalmente no súper peligrosa

Las bicicletas de carretera ligeras y elegantes son las más susceptibles. La falla del cuadro en una bicicleta de acero de cercanías generalmente ocurre mucho después de que la bicicleta haya sido desechada por otras razones. Si está realmente preocupado por la falla del cuadro, observe esa parte delantera, no use aluminio o carbono y estará bien incluso en bicicletas antiguas.

A veces, las personas ligeramente grandes o pesadas> 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 repentina falla catastrófica hace un par de semanas. El marco de duraluminio se partió en dos sin previo aviso a través de ambos tubos mientras desmontaba, con las dos ruedas completamente separadas. Tiene solo 9 años, lo compré nuevo, nadie más lo ha montado, y no ha sido maltratado de ninguna manera. Al ser un tipo roadster con un transportador incorporado, debe estar diseñado para transportar una carga. Ha tenido una buena cantidad de 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 a otros propietarios de este modelo para verificar el marco en esta área, especialmente el tubo inferior. Solo sufrí heridas leves, pero podría haber sido mucho peor, incluso fatal,

Logré romper un marco de acero unos 2 años después de comprarlo. Sin embargo, eso involucró un accidente un año después de poseerlo y luego llevarlo a la destrucción. Noté después del choque (en una zanja) que la geometría se sentía más corta y más apretada. Sin embargo, seguí montando. A simple vista, 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 asiento y en la parte superior de la carcasa del pedalier. Un amigo fanático de la bicicleta con más conocimientos metalúrgicos que yo me dice que esto se debe al endurecimiento del trabajo, que es lo mismo que hace que un clip se vuelva quebradizo después de una flexión repetida. 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, sospecho que el hábito de montar y desmontar el pedal izquierdo mientras se rueda es algo que probablemente ponga mucho Estrés / flexión adicional en esta articulación.

Permítanme intentar ir un poco más lejos que las otras respuestas hasta ahora. Mi capacidad para explicar esto bien puede estar limitada por el hecho de que no soy ingeniero. Agradecería 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 armazón 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 la carga cíclica que resulta en daños estructurales progresivos y localizados y el crecimiento de grietas. Una vez que se inicia una grieta, cada ciclo de carga hará crecer la grieta una pequeña cantidad, típicamente produciendo estrías en algunas partes de la superficie de fractura. La grieta continuará creciendo hasta que alcance un tamaño crítico, lo que ocurre cuando el factor de intensidad de tensión de la grieta excede la resistencia a la fractura del material, produciendo una propagación rápida y típicamente una fractura completa de la estructura.

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

Sin embargo, recuerde que fabrican aviones de aluminio y que los aviones pueden estar en servicio durante décadas. Por lo tanto, dependiendo de la calidad de la construcción, podríamos esperar que los marcos de aluminio tengan una vida útil muy larga. De hecho, el sitio de Sheldon Brown tiene un enlace a una prueba de 1997 de 12 cuadros realizada por la revista Tour (traducida del alemán por Damon Rinard). La prueba contenía 4 marcos de aluminio (por ejemplo, Cannondale CAAD 3), 4 marcos de acero (por ejemplo, De Rosa SLX con carga, Fondriest soldado), algo de carbono (por ejemplo, monocasco Trek OCLV, Time Helix con tubos de carbono en terminales de aluminio) y algo de titanio (por ejemplo Merlin Team Road).

Todos estos eran marcos de alta gama, y ​​pueden haberse torcido hacia tubos ligeros y delgados. Sin embargo, un cuadro de carbono y dos cuadros 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, específicamente, escuché 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 de bicicletas dicen que no se fatiga en el sentido discutido anteriormente. Los marcos de fibra de carbono pueden durar toda la vida, salvo daños. La industria de la aviación se está moviendo cada vez más hacia las partes de carbono, y nuevamente, no lo harían si el carbono fuera frágil. Los aviones tienen que 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 llega oxígeno o nitrógeno a la soldadura, puede hacer que el material se vuelva quebradizo y se agrietará . No estoy seguro de cuáles son los problemas químicos para el acero y el aluminio, pero sospecho que también es posible la contaminación en las soldaduras. Citando a Zinn nuevamente:

Si tuviera un marco de acero o titanio, no podría predecir tal falla de fatiga. Esto se debe a que, si el diseñador del marco elige tubos de acero o titanio cuya resistencia a la tracción y dimensiones (grosor, diámetro y forma de la pared) 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, soldadura), entonces el marco durará indefinidamente en ausencia de un choque. Por supuesto, las muescas o abolladuras o las soldaduras deficientes (o, en el caso del acero, el óxido) reducirán ese límite (así como también la resistencia a la tracción) y provocarán fallas por fatiga en un esfuerzo 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 con plata o las lengüetas 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 arrastrado también puede romperse en las juntas. Eso podría deberse a la contaminación en las orejas. Obviamente no sabemos con precisión por qué se rompieron los cuadros 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 generalmente están hechos de láminas de carbono preformadas que están dispuestas en un molde. Luego, se agrega resina y hornean los marcos. Creo que generalmente los triángulos delantero y trasero se hacen por separado, luego se unen. Los cuadros de carbono pueden tener diferentes problemas que el tratamiento térmico. Raoul Luescher tiene un canal de Youtubedonde corta en cuadros de carbono estrellados que se le envían para su evaluación. Con frecuencia encuentra huecos (es decir, agujeros) en el carbono. Es un ex ingeniero aeronáutico. Parece indicar que se trata de problemas, pero no estoy seguro de haber visto una explicación detallada. Sospecharía que los huecos pueden actuar de la misma manera que las pequeñas grietas en los marcos de metal, y que las cargas repetidas pueden hacer que el vacío se propague (es decir, se expanda) con el tiempo y eventualmente conduzca a lo que podríamos percibir como una falla por fatiga.

Además, la fibra de carbono está hecha de muchas fibras finas y muy fuertes. En un podcast sobre un grupo reciente de fallas en las horquillas de carbono, dijo que algunas horquillas fueron diseñadas con esquinas bastante cuadradas en el tubo de dirección para ayudar a los cables a atravesar el área. Informó que las curvas pronunciadas son muy estresantes para el carbono, y que esto puede ser un punto de falla más adelante. Recuerdo (no pude encontrar el enlace) a un video de Youtube donde habló sobre los manillares con agujeros para el enrutamiento interno del cable (para transmisiones electrónicas), y dijo que esos agujeros podrían ser un punto de falla si el carbono también cargara. Básicamente, no importa 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 fibra de carbono.

Dañar

Volviendo al pasaje de Zinn citado, las abolladuras pueden ser un punto de falla inicial en los marcos de acero o titanio a pesar de sus características 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. Es posible que eso no cause una falla inmediata, pero eventualmente puede causar que el marco falle. El acero también puede oxidarse. Sin embargo, creo que los cuadros de carbono también pueden corroerse de 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 marco. Apostaría a que todos los marcos posiblemente estén 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 frecuenta es ser escéptico de cualquier carbono usado por esta razón. Los consumidores pueden querer ser escépticos con respecto a los marcos que están superando los límites de rendimiento del material involucrado, por ejemplo, marcos con tubos ultraligeros. Los consumidores pueden desear sesgar su selección hacia fabricantes con garantías de por vida, aunque eso depende de que el fabricante sobreviva a su vida y de que mantenga registros suficientes.

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

Hace años tuve una ruptura del marco de acero (Trek 700) en el asiento y la deserción. 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 flojo.

Como estudiante, utilicé un marco de acero soldado de paso> 30 años.

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

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

No sé cuánto tiempo duró, se lo di a alguien que estaba buscando una bicicleta vieja para un uso ligero ocasional y que no se preocupaba por la flexión, ya que aún no estaba tan mal.