Raggi e nippli delle ruote delle mountain bike sopportano, umilmente e senza sconti, tutte le sollecitazioni meccaniche a cui sottoponiamo i nostri amati mezzi: peso, forza di trazione, asperità del terreno, salti e urti laterali e, nelle bici con i freni a disco, forza di frenata. Non si fanno notare se non quando si rompono, e allora ci accorgiamo della loro importanza.

Per le necessarie caratteristiche di resistenza ed affidabilità che sono chiamati ad avere, raggi e nippli sono veri e propri concentrati di tecnologia mettallurgica e siderurgica.

In questo articolo tratteremo principalmente gli aspetti pratici, ed in particolare le ragioni per le quali alcune soluzioni sono più valide di altre per le nostre mountain bike. Al contrario, gli aspetti prettamente tecnici verranno presi in esame solo marginalmente.

Indice dei contenuti

Struttura e caratteristiche dei raggi

Un raggio è semplicemente uno spezzone di filo metallico (o più raramente di materiale composito), generalmente dello spessore di 2mm. Ad una sua estremità viene ricavata una filettatura non standard tramite forgiatura a freddo e rullatura, e all’altra una piegatura ad angolo che termina con una testa, lo stelo è la parte rimanente.

L’utilizzo di leghe metalliche ad alta resistenza e di speciali trattamenti termici e di superficie conferiscono ai raggi notevoli doti di resistenza meccanica.

Nonostante l’estrema semplicità costruttiva dei raggi delle ruote delle biciclette, la loro fabbricazione è tutt’altro che facile. La forza di tensione statica di ciascun singolo raggio è in media tra 110Kg e 130Kg, e al mondo esistono solo pochi produttori in grado di garantire lavorazioni e leghe metalliche capaci di resistere a simili sollecitazioni.

I raggi hanno due misure fondamentali: la lunghezza e il diametro (o i diametri, nel caso di raggi a diametro variabile), entrambe le quali dipendono dal cerchio, dai nippli, e dal mozzo della ruota.

Lunghezza dei raggi

Per convenzione, la lunghezza di un raggio a testa piegata è misurata tra l’estremità filettata e la base della piegatura a gomito. Invece, per i raggi dritti, la lunghezza è misurata tra l’estremità filettata e l’inizio della testa.

In base al cerchio e al mozzo della ruota, la lunghezza dei raggi e dei nippli da utilizzare va stabilita con estrema precisione, in genere con una tolleranza intorno a più o meno 1mm. A questo scopo esistono oggi specifici software i quali determinano le lunghezze ottimali di raggi e nippli, in funzione di misurazioni prese sul cerchio e sul mozzo.

È importante notare che, per la stessa ruota, i raggi della parte destra hanno lunghezza diversa rispetto a quelli della parte sinistra.

Diametro dei raggi

Il diametro di un raggio è costante per tutta la lunghezza del suo stelo, tranne che per i raggi a diametro variabile.

La filettatura all’estremità del raggio è realizzata con forgiatura a freddo (rullatura), ed in realtà ha un diametro esterno leggermente superiore rispetto al diametro del raggio. Per esempio, nei raggi DT Swisss e SAPIM da 2mm di diametro, la filettatura ha un diametro esterno di 2,2mm. Il procedimento utilizzato per realizzare la filettatura ha anche lo scopo di aumentarne la resistenza alla fatica meccanica.

La stragrande maggioranza dei raggi hanno un diametro pari a 2mm, ma ne esistono anche con diametro ridotto (1,8mm), oppure oversize (2,3mm, 2,6mm, e 2,9mm).

Un discorso a parte meritano, invece, i raggi a diametro variabile.

Raggi a diametro variabile

Sono probabilmente l’innovazione più importante sin dall’invezione dei raggi per le ruote delle mountain bike e non solo. In essi il diametro cambia lungo lo stelo, partendo genere da 2mm alle estremità per poi ridursi a 1,8mm e talvolta anche a 1,6mm o 1,5mm nella zona centrale.

Il materiale principe utilizzato nei raggi a diametro variabile è l’acciaio inossidabile ad alta resistenza, e più raramente viene impiegato il titanio.

Il vantaggio che deriva da una simile struttura non è semplicemente un discreto alleggerimento del peso, ma un considerevole aumento della resistenza del raggio alle sollecitazioni meccaniche.

Occorre a questo punto precisare che le zone maggiormente sollecitate in un raggio sono la filettatura, la piegatura a gomito e la testa, quest’ultima in particolare nei raggi dritti. Le principali sollecitazioni sono causate dalle forze dinamiche (rotazione della ruota, urti, ecc…) che causano uno stress da fatica nella struttura metallica, e la conseguente rottura nel tempo. Infatti, le rotture dei raggi avvengono proprio alle estremità.

Nei raggi a diametro variabile la zona centrale, essendo sfinata, è più elastica, cioè si allunga più facilmente delle zone alle estremità. Quindi, la zona centrale funziona da ammortizzatore e riduce notevolmente le sollecitazioni dinamiche alle estremità, le quali sono molto meno soggette a fatica meccanica e conseguente rottura.

I raggi a diametro variabile, detti anche sfinati, hanno una una resistenza molto maggiore rispetto ai normali raggi a spessore unico.

Esistono anche casi particolari di raggi, come per esempio i SAPIM Strong, nei quali il diametro è di 2mm nelle la zona della filettatura e dello stelo, e di 2,3mm nella zona della piegatura a gomito. Altri raggi, come per esempio i DT Swiss Alpine, hanno una costruzione a triplo spessore: 2mm alla filettatura e per lo stelo vicino ad essa, poi 1,8mm nella parte centrale dello stelo, e 2,3mm nell’area della piegatura a gomito.

Materiali utilizzati per la fabbricazione dei raggi delle ruote delle mountain bike

Acciaio zincato

È utilizzato per le ruote di basso costo montate su mountain bike entry level. Per resistere (un pochino…) alla corrosione, ha una copertura a base di zinco (zincatura), ed eventualmente è rivestito da una verniciatura colorata.

A causa delle scarse caratteristiche meccaniche e di resistenza alla corrosione non è adatto all’utilizzo su mountain bike per impiego sportivo.

Acciaio inossidabile

È un materiale dalle ottime caratteristiche meccaniche e molto resistente alla corrosione, ed offre un ottimo compromesso tra prezzo e prestazioni. È il più adatto ed utilizzato per i raggi impiegati nelle ruote delle mountain bike sportive.

L’eventuale rivestimento nero o colorato ha scopo puramente estetico.

Assieme al titanio, è il materiale prevalentemente utilizzato, in leghe ad alta resistenza meccanica, per la fabbricazione dei raggi a spessore variabile.

Fibra di carbonio

La fibra di carbonio è un materiale composito estremamente leggero e, una volta messo in trazione, è molto rigido.

I raggi in fibra di carbonio possono essere montati esclusivamente su cerchi e mozzi speciali, quasi sempre dedicati alle biciclette da strada, e non sono adatti per essere impiegati come raggi per le ruote nelle mountain bike.

Titanio

Il titanio è un materiale eccezionale per resistenza alla fatica meccanica e per leggerezza, e quasi inattaccabile dalla corrosione.

I suoi costi estremamente elevati lo relegano ad un utilizzo esclusivamente per la costruzione di ruote di altissimo livello.

Altre varianti di raggi

Esistono poi anche altre varianti costruttive dei raggi, alcune anche adatte all’utilizzo nelle ruote delle mountain bike, tra le quali:

• raggi piatti: hanno un profilo schiacciato a lama che li rende aerodinamici. Sono esclusivamente utilizzati nelle bicicletta stradali dove l’aerodinamica, dovuta alle velocità elevate, ha un ruolo importante. I raggi piatti richiedono particolari tecniche per le operazioni di tensionatura e registrazione. Non hanno particolare utilità nell’utilizzo nelle mountain bike.
• raggi a testa dritta: sono stati i primi raggi ad essere stati realizzati, per via della loro semplicità costruttiva. Possono essere utilizzati soltanto su mozzi speciali per raggi dritti. Contrariamente a quanto si pensi, non offrono alcun vantaggio in termini di maggiore resistenza rispetto ai raggi tradizionali piegati (un’utile discussione in lingua Inglese tratta l’argomento Completely Straight Spokes vs. Standard Spokes – Jobst Brandt).
• raggi oversize: hanno un diametro superiore a 2mm (in genere 2,3mm, 2,6mm, o anche 2,9mm), e necessitano di cerchi e mozzi e nippli speciali. Sono talvolta utilizzati come raggi per le ruote delle mountain bike destinate a discipline gravity con un utilizzo gravoso.
• ed altre rare varianti, che però non prendiamo in considerazione in questo articolo.

I nippli: la controparte dei raggi

Un breve accenno va fatto anche sui nippli, che hanno i compiti di ancorare i raggi al cerchio della ruota mantenendoli in tesione, e di registrare la tensione di ogni singolo raggio per mantenere il cerchio nella corretta posizione. I nippli sono sottoposti alle stesse sollecitazioni a cui vengono sottoposti i raggi.

I nippli esistono in diverse tipologie e con lunghezze diverse: standard, interni per ruote tubeless UST, autobloccanti, per cerchi o raggi in carbonio. La scelta della tipologia dipende quasi sempre dai raggi e soprattutto dal cerchio utilizzati nella ruota.

È importante che i nippli e raggi abbiano la stessa misura della filettatura. Il migliore accoppiamento è ottenuto utilizzando nippli e raggi dello stesso produttore.

I materiali di costruzione dei nippli sono fondamentalmente l’ottone placcato con nikel e l’alluminio. Tra i due materiali, le differenze sostanziali sono:

• durante la costruzione della ruota e la regolazione della tensione dei raggi, i nippli in ottone sono più facili da utilizzare, mentre i nippli in alluminio richiedono più attenzione per non danneggiare la sagomatura dove fa presa l’attrezzo,
• i nippli in ottone sono riutilizzabili, mentre invece i nippli in alluminio non lo sono,
• se l’assemblaggio della ruota non è eseguito a regola d’arte, i nippli in alluminio possono incollarsi al cerchio o al raggio,
• l’utilizzo di nippli in alluminio rende la ruota più leggera,
• i nippli in alluminio sono più costosi e vengono impiegati in ruote di livello superiore,
• in un utilizzo normale, entrambi i materiali sono suffientemente robusti per reggere le sollecitazioni dell’utilizzo, e se la costruzione della ruota e il tensionamento dei raggi sono eseguiti a regola d’arte non ci sarà alcuna differenza di affidabilità tra nippli di un materiale e l’altro.

L’importanza della tensione statica

Perchè la ruota a raggi funzioni, è necessario applicare ai raggi una tensione statica, mettendoli in trazione con una forza costante, calibrata e misurata quando la ruota è a riposo e non è appoggiata al terreno.

Detto in breve, una ruota a raggi è una struttura elastica pre-tensionata, e l’analisi delle sue reazioni alle forze applicate non è una teoria semplice. La tensione statica permette ai raggi della ruota di sostenere le forze di compressione, in maniera analoga a quanto fa l’armatura pre-tensionata del cemento armato nei confronti delle forze di trazione (“The Bicycle Wheel” – Jobst Brandt).

La tensione statica dei raggi, assieme alla raggiatura, ha anche la funzione vitale di ridurre l’affaticamento dei raggi, in quanto distribuisce uniformemente tra essi le forze dinamiche, aumentando notevolmente durata e affidabilità.

Il tensionamento statico viene regolato agendo sui nippli dei raggi, ed è normalmente diverso tra raggi destri e sinistri della ruota. In una ruota ideale, tutti i raggi sullo stesso lato dovrebbero avere la stessa tensione, invece in pratica non è mai così a causa di differenze nelle caratteristiche fisiche ed elastiche tra raggio e raggio, e anche tra zone diverse dello stesso cerchio.

Il falso mito della diversa tensione che modifica la rigidità della ruota

Non è assolutamente vero che agendo sul tensionamento dei raggi si modifica la rigidità della ruota della bicicletta.

Una tensione troppo debole potrebbe provocare lo svitamento dei nippli con conseguente ulteriore allentamento della tensione dei raggi, e quasi certamente causerà la rottura dei raggi per eccessivo affaticamento.

Per contro, un tensionamento esagerato porterà un eccesso di stress a carico di mozzo e cerchio, con conseguente fessurazione, rottura, e dolori (economici, ma anche fisici) al malcapitato biker. Fortunatamente i moderni componenti di qualità permettono un’escursione ampia della tensione statica utile.

La raggiatura delle ruote

Alzi la mano chi non sia rimasto affascinato, anche da adulto, nell’osservare l’intreccio dei raggi di una ruota di bicicletta. In effetti, è grazie all’intreccio, o raggiatura, se la ruota ha le sue caratteristiche di leggerezza, resistenza, rigidità, regolarità e simmetria.

Di raggiature ne esistono un po’ di tutte le fantasie, ma in realtà non esistono formule magiche o alchimie miracolose, anzi, il più delle volte sono semplicemente invenzioni commerciali.

La simmetria della raggiatura

La raggiatura è un gioco di simmetria e di equilibrio tra forze notevoli e in contrapposizione tra loro. con la raggiatura avremo (“Professional Guide to Wheel Building” – Roger Musson):

• un numero di raggi sempre multiplo di 4, in funzione del cerchio e del mozzo utilizzati. A parità di diametro, un numero ridotto di raggi favorisce la leggerezza e l’aerodinamica a svantaggio della resistenza alle sollecitazioni. La perdita di robustezza viene però compensata impiegando raggi con diametro maggiore (per esempio 2,3mm). In genere, il numero di raggi di una ruota è 28 o 32, mentre è 24 per ruote superleggere, oppure è 36 per ruote molto robuste e per carichi elevati;
• raggi destri e sinistri, in numero uguale tra loro, sui due lati della ruota;
• ed ancora, raggi interni ed esterni, sempre in numero uguale tra loro, in base alla direzione in cui sono infilati nel mozzo, dall’interno o dall’esterno;
• raggi traenti e spingenti, anch’essi in numero uguale tra loro. Immaginando una frenata con il freno a disco oppure la forza di pedalata, possiamo osservare che alcuni raggi trasmettono il movimento dal mozzo al cerchio tirando (raggi traenti), ed altri spingendo (raggi spingenti).

L’incrocio tra i raggi

Per ogni raggio, il numero di altri raggi che incrocerà nella sua lunghezza è sempre uguale. Questo numero è anche detto grado della raggiatura (o pattern, in Inglese); è in genere terzo (3 incroci), più raramente secondo (2 incroci) o quarto (quattro incroci). Il grado dell’intreccio non influenza significativamente le prestazioni della ruota, e dipende dal mozzo e dal cerchio utilizzati. Per ragioni di sicurezza, le raggiature radiali, senza incroci o di grado zero, non sono utilizzabili nelle mountain bike con freni a disco, e mai utilizzabili alle ruote posteriori.

La combinazione tra raggi traenti e spingenti, e raggi interni ed esterni, determina il tipo di raggiatura (A, B, o C detta anche Shimano). Quindi, per esempio, potremo parlare di una raggiatura di terza, tipo C, forse la più utilizzata in assoluto nelle mountain bike.

Lo scopo della raggiatura

L’intreccio dei raggi delle ruote delle mountain bike, e più in generale di tutte le biciclette, ha alcune funzioni alle quali deve assolvere, e deve farlo bene:

• mantenere il mozzo solidale con cerchio, trasmettendo efficacemente le forze assiali e radiali dall’uno all’altro, e
• ditribuire le forze dinamiche tra più raggi per ridurne l’affaticamento, e
• fare in modo che l’eccesso di tensione dei raggi traenti sia trasferito, per quanto possibile, ai raggi spingenti (in questo articolo tralasciamo il modo in cui ciò viene fatto).

Nel caso delle mountain bike, la raggiatura in assoluto più utilizzata e valida, con ottimo compromesso tra robustezza e leggerezza è l’intreccio standard di grado terzo con 28 o 32 raggi. Meglio lasciare perdere strane alchimie, e impiegare meglio il proprio denaro in altre direzioni.

La simmetria delle ruote e il fenomeno pericoloso dello shimming

Un altro importante compito dei raggi delle ruote delle mountain bike e della relativa raggiatura è mantenere il cerchio simmetrico in senso laterale rispetto agli attacchi (o battute) del mozzo.

In pratica, invertendo ipoteticamente il verso di montaggio della ruota, il cerchio deve mantenere la stessa posizione laterale. La massima tolleranza ammissibile è di 1mm (“Professional Guide to Wheel Building” – Roger Musson).

Se i entrambi i cerchi non sono simmetrici rispetto al centro, o ancora meglio in linea tra loro, si può incappare nel pericoloso fenomeno dello shimming.

Lo shimming è un fenomeno molto pericoloso che si innesca oltre una certa velocità, ed è quindi più frequente nelle biciclette stradali, ma interessa anche le mountain bike. È un fenomeno ad accumulo che si manifesta come una crescente vibrazione al manubrio che porta progressivamente alla perdita di controllo e alla caduta, se non si pone subito rimedio riducendo la velocità. Si manifesta quando i cerchi delle ruote non sono allineati tra loro; detto semplicemente, quando la ruota posteriore, nel dritto, non cade esattamente nel solco della ruota anteriore.

Meglio il montaggio industriale o quello manuale?

Se abbiamo letto l’articolo fin qui, siamo arrivati alla conclusione che la scelta di raggi e nippli, la raggiatura e soprattutto la tensionatura e la registrazione sono operazioni laboriose e delicate. In particolare, ogni singolo esemplare di cerchio, mozzo, raggio, nipplo, ha caratteristiche fisiche diverse.

La stragrande maggioranza, se non la totalità, delle ruote prodotte industrialmente, comprese quelle costose di marchi blasonati, vengono completamente assemblate in serie, tramite appositi macchinari. In questo procedimento, la rapidità del montaggio è prioritaria per l’abbattimento dei costi di produzione, e spesso vengono utilizzati raggi e nippli appositamente studiati per accelerare le fasi di produzione.

Al contrario, nel montaggio e nella registrazione a mano, purchè eseguiti in maniera professionale, l’operatore utilizza pazientemente e artigianalmente la propria sensibilità, per ottenere un risultato di qualità e durata.

Il consiglio è quello di acquistare, laddove possibile, ruote assemblate artigianalmente da aziende di qualità. Ultimamente, anche alcuni negozi di componenti su Internet forniscono un servizio di costruzione artigianale delle ruote partendo dai compenenti scelti, con un prezzo spesso concorrenziale e un ottimo risultato.

In caso di rottura di un raggio

In condizioni normali, in una ruota di qualità correttamente utilizzata con cura e controllata periodicamente, la rottura di un raggio dovrebbe essere un fenomeno rarissimo. Se capita, c’è sempre qualcosa che non va.

Anche con un solo raggio mancante, una ruota diventa instabile e fragile. Gli equilibri di forze tra i raggi restanti sono sbilanciati e la ruota potrebbe subire rotture di altri raggi o del cerchio.

Dovremo interrompere l’eventuale escursione e rientrare con cautela e a velocità ridotta, per evitare ulteriori danni. Non tentiamo di raddrizzare la ruota agendo sulla tensione dei raggi ancora interi: causeremo sicuramente seri danni al cerchio!

Una volta rientrati, procediamo alla sostituzione del raggio presso un meccanico specializzato, poichè è un’operazione non semplice, delicata, e che a volte può richiedere lo smontaggio di altri raggi.

Inoltre, è in genere una riparazione economica e la spesa non vale il rischio di una potenziale rottura del cerchio dopo un po’ di uscite: quante volte abbiamo sentito di un cerchio che si è rotto passando sopra una semplice canalina di scolo?

Come verificare la tensione dei raggi

Almeno ogni sei mesi, e dopo un mese se la ruota è nuova o è stata riparata, dobbiamo controllare la tensione dei raggi, meglio se tramite uno strumento tensiometro. Un alternativa, meno precisa ma comunque efficace, è la verifica della tensione dei raggi prendendoli a coppie e avvicinandoli tra loro a mo’ di schiacciamento, e anche pizzicandoli uno ad uno come corde di un’arpa.

Se notiamo differenze nella tensione, si dovrà intervenire. Un altro indicatore è la regolarità nella circonferenza del cerchio, che non deve presentare avvallamenti nè lateralmente nè radialmente.

Se abbiamo notato qualcosa che non va, andiamo dal nostro meccanico e chiediamogli di registrare la tensione dei raggi. Punto.
Il perchè è spiegato qui di seguito.

Perchè non conviene regolare da soli la tensione dei raggi

La regolazione della tensione dei raggi delle ruote delle biciclette non è assolutamente cosa semplice, come invece sembrerebbe.

Girare i nippli per aggiungere (o ridurre) tensione crea un grosso problema: i raggi girano anch’essi con i nippli, e rimangono in torsione, e non è facile accorgersene nè rimuoverla se non si padroneggia bene la tecnica.

Proviamo a tenere tra le dita l’estremita di un raggio, e proviamo a ruotare il relativo nipplo con la chiavetta apposita: ben presto ci accorgiamo che l’estremita del raggio vicina alla filettatura ruota con il nipplo, e il raggio va in torsione!

Così facendo creiamo un bel problema. Un raggio in torsione scaricherà ulteriore sforzo sui suoi punti deboli, in genere le estremità, e sarà solo questione di tempo e si romperà!

Conclusioni

Speriamo, come sempre, che questo articolo possa aver cotribuito ad aumentare la conoscenza delle componenti del nostro mezzo, nel caso specifico i raggi per le ruote della nostra amata mountain bike, e delle corrette abitudini e nozioni per assicurare a lei, a noi, e un po’ anche al nostro portafoglio, vita lunga e felice.

Fonti bibliografiche e riferimenti

Manuali tecnici DT-Swiss
Manuali tecnici SAPIM
“Professional Guide to Wheel Building” – Roger Musson
“The Bicycle Wheel” – Jobst Brandt
Completely Straight Spokes vs. Standard Spokes – Jobst Brandt