TELAIO E MISURE: inclinazione piantone

L’inclinazione del tubo piantone, insieme all’altezza di sella, determina il modo dipedalare di un ciclista. Agendo su queste due variabili si può spostare il punto di appoggio delcavallo sulla sella nel senso alto-basso e avanti-indietro con tutte le implicazioni biomeccaniche dei casi. Regolando lo svettamento del reggisella ovviamente abbassiamo o alziamo l’altezza di sella, inclinando più o meno il tubo piantone spostiamo la sella più o meno vicina al manubrio e, fattore più importante ai fini della biomeccanica degli arti inferiori, al movimento centrale, il vero fulcro della pedalata

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L’angolo alfa corrisponde all’inclinazione del tubo piantone rispetto all’orizzontale

Innanzitutto teniamo ben presente che, qualunque inclinazione daremo al tubo piantone, l’altezza di sella rimarrà la stessa, perciò ricordiamo che l’altezza si sella va misurata in diagonale dal centro del movimento al centro anatomico di sella e non in verticale, ne tanto meno partendo da terra !

La misura dell’inclinazione del piantone è individuata dall’angolo acuto (figura 9) che si forma dall’intersezione tra il tubo piantone e l’orizzontale (o il terreno visto che è parallelo all’orizzontale …). Se l’ampiezza dell’angolo cresce il piantone tende ad assumere una posizione verticale (inclinazione 90°), viceversa a valori sempre più bassi il piantone tendeall’orizzontale.

Gli studi di biomeccanica applicata al ciclismo hanno individuato che il valore di angolo piantone che rappresenta il compromesso migliore tra comodità, efficienza e limiti costruttivi di una bicicletta è solitamente compreso tra 72 e 76 gradi. Fanno eccezione solo alcuni modellida triathlon o da cronometro costruiti con piantoni più verticali (anche 80°) che però sacrificano la comodità in nome dell’aerodinamica.

Con un’inclinazione più ampia (il tubo più dritto) si è più seduti sul movimento centrale e la posizione risulta aggressiva, mentre gli arti inferiori posizionati verticalmente sui pedali spingono con più efficienza meccanica e risulta più facile scattare ed aggredire la salita. La bici è più nervosa e scattante, ma obbliga ad una posizione di continuo attacco poco rilassante. Il baricentro della bici e di conseguenza del ciclista è spostato in avanti e la distribuzione del peso piuttosto avanzata può creare problemi di stabilità alla ruota motrice. La verticalità del piantone poi, smorza poco le vibrazioni provenienti dal terreno a scapito della comodità.

Un angolo piantone più chiuso (il tubo meno dritto) fa arretrare la sella indietro sulla ruota posteriore e si è quindi più seduti e comodi. La pedalata è più arretrata (si spinge da dietro) e si riesce a pedalare meglio in prossimità del pms. Dal punto di vista puramente meccanico invece è meno efficiente perché con il pedale a 90° il piede non spinge perpendicolarmente.

Solitamente favorisce il ciclista di potenza piuttosto che lo scattista. Il mezzo risulta adatto a gare di lunga durata dal momento che la posizione in sella è maggiormente confortevole. La sella arretrata fa sì che la distribuzione del peso del ciclista sul mezzo sia saldamente sulla  ruota posteriore con garanzie di stabilità in discesa. Inoltre la posizione meno verticale del piantone rispetto al terreno smorza leggermente le vibrazioni provenienti dall’asfalto generando un po’ di sollievo per il ciclista.

le varie inclinazioni che il tubo piantone può assumere nella costruzione di un telaio.

Come potete vedere l’angolo più chiuso (71°) corrisponde al telaio più “orizzontale”, comodo e seduto che favorisce una spinta da dietro e una postura eretta del tronco; l’angolo più aperto (77°) invece genera una geometria più “verticale” e aggressiva, assecondando una posizione aerodinamica del busto. E’ naturale che ogni singolo ciclista debba scegliere se inclinare più o meno il piantone sulla base delle proprie caratteristiche e degli obiettivi che si prefigge. Un granfondista prediligerà un telaio con un angolo chiuso in virtù del fatto che dovrà passare molte ore in sella; il cicloamatore impegnato in gare di 50-60 km sceglierà invece un piantone molto verticale per agevolare la condotta di gara nervosa e aggressiva tipica delle corse amatoriali; l’agile scattista si affiderà al telaio aggressivo, il potente passista inforcherà un telaio molto “seduto”.

Le caratteristiche del ciclista da sole non bastano però ad individuare l’inclinazione desiderata, serve conoscere anche una quota antropometrica fondamentale per individuare la posizione della sella: la lunghezza del tratto femorale. Vediamo perché. Prima però è necessaria una piccola premessa sulla posizione del piede e del pedale durante la pedalata. Il tema che riguarda la ricerca della pedalata più efficiente è stato oggetto di numerosi studi da parte della folta schiera di biomeccanici affascinati dal mezzo ciclistico.

 

La fisica ci dice che la forza che il piede imprime sulla pedivella attraverso il pedale viene trasmessa completamente alla ruota attraverso gli ingranaggi (guarnitura, catena e pignoni) solo se il piano del pedale (l’asse orizzontale della tacchetta della scarpa) è parallelo alla pedivella e quindi la forza verticale applicata risulta perpendicolare alla pedivella. Nel caso che il piano del pedale sia inclinato, la forza non viene applicata perpendicolarmente alla pedivella ma in diagonale, con la conseguenza che una parte della forza non viene trasmessa alla ruota e si disperde; si ha così che la forza totale (o effettiva) impressa dal ciclista viene trasmessa in parte alla ruota (forza efficace) e in parte viene perduta (forza inefficace).

In teoria per avere una forza totale efficace al 100% in tutte le fasi della pedalata dovremmo mantenere il pedale parallelo alla pedivella per tutto il ciclo della pedalata con tanto di verticalizzazione della spinta, fatto biomeccanicamente impossibile, per fare ciò dovremmo infatti far girare tutto il nostro corpo insieme alla pedivella …

Come potete notare nell’illustrazione a fianco (figura 11), solo nel primo caso la forza efficace (vettore rosso) è uguale alla forza applicata (vettore blu) senza che si abbia dispersione di energia. Negli altri due casi la spinta efficace che riceve la catena è minore dal momento che una parte si disperde in calore (forza inefficace – vettore giallo).

Gli studi effettuati finora hanno dimostrato essere vantaggioso ai fini della spinta efficace, posizionare il ciclista sulla sella in modo che, con la pedivella in posizione orizzontale (90°), la perpendicolare che parte dal bordo anteriore del ginocchio cada 1/2 cm più avanti dell’asse del pedale; in pratica la base della rotula dovrà essere perpendicolare all’asse del pedale. Questo è il metodo conosciuto universalmente come metodo KOPS (knee over pedal spindle) (figura 12) che si basa non tanto su un fondamento biomeccanico scientificamente provato, quanto su studi effettuati circa la meccanica della spinta e la ricerca della massima forza efficace.

Il metodo KOPS: con la pedivella in posizione 90°, la base della rotula deve essere perpendicolare al metatarso che, a suo volta, deve essere collocato con una giusta disposizione delle tacchette, sull’asse del pedale. Ciò vuol dire che il metodo KOPS ottimizza la posizione in sella del ciclista e lo mette in grado di esercitare una pedalata redditizia che produca la massima forza efficace, ma non vuol dire che questa sia la posizione biomeccanicamente migliore, poiché entrano in gioco altri fattori che riguardano il singolo soggetto: elasticità dei movimenti degli arti inferiori e del tratto bacino-colonna vertebrale, caratteristiche e distribuzione della muscolatura, tipologia di pedalata e obiettivi del ciclista (agonistici o puramente cicloturistici).

La posizione KOPS mette quindi sulla stessa linea, quando la pedivella è a 90°, ginocchio e asse del pedale, per questo si dice anche che il ginocchio è in posizione neutrale e pedale e pedivella si trovano sullo stesso piano favorendo la perpendicolarità della spinta(forza efficace uguale alla forza effettiva senza nessuna dispersione di potenza). Se il ginocchio fosse in posizione avanzata rispetto all’asse, il pedale si troverebbe in posizione leggermente inclinata in avanti, viceversa un ginocchio arretrato comporta un pedale che punta verso l’alto (inclinato indietro). Ciò avverrebbe, lo sottolineiamo, con la pedivella a 90°.

Nel caso di un ginocchio avanzato pedale e pedivella si troverebbero sullo stesso piano dopo il passaggio sui 90°, con il ginocchio arretrato invece prima del passaggio della pedivella ai 90°.

 

Posizione neutrale del ginocchio

 

Il metatarso e l’asse del pedale sono in perfetta linea con la rotula del ginocchio al passaggio della pedivella ai 90°. In questo caso si ha la massima spinta efficace nel punto meccanicamente più favorevole di tutta la fase della pedalata. La neutralità della posizione del ginocchio, oltre a rappresentare meccanicamente la soluzione migliore, è un buon compromesso tra comodità (posizione arretrata) e aerodinamicità (posizione avanzata) della postura.

Il ginocchio avanzato  rispetto alla posizione neutrale favorisce il passaggio al punto morto inferiore, una posizione avanzata del busto e quindi una postura aerodinamica mascomoda (Boardman ed Obree nei loro tentativi di record dell’ora utilizzavano un ginocchiomolto avanzato rispetto all’asse del pedale). L’inclinazione del piantone con ginocchio avanzato tende al verticale.

Posizione avanzata del ginocchio.

 

Il ginocchio arretrato  invece aiuta a superare il punto morto superiore e permette al tronco di assumere una posizione più naturale e comoda anche se aerodinamicamente poco redditizia. Nei grandi giri e nelle granfondo, viste le lunghe percorrenze, è consigliabile arretrare il ginocchio per assumere una posizione più semplice da mantenere. L’inclinazione del piantone con ginocchio arretrato tende all’orizzontale.

 

Posizione arretrata del ginocchio.

 

Ritengo quindi che il metodo KOPS rappresenti il punto di partenza irrinunciabile per arrivare ad ottenere la posizione ideale in bicicletta; dal posizionamento ottenuto con questo metodo sarà possibile infatti, con l’esperienza su strada, ritoccare leggermente i valori di altezza sella e scostamento fino ad ottenere il giusto compromesso tra efficienza, comodità e soggettività della posizione. Torniamo però alla lunghezza del tratto femorale. Innanzitutto specifichiamo che per la misurazione di questa quota esistono due scuola di pensiero: una, quella del metodo Hinault  che misura la coscia per tutta la sua lunghezza; da seduti infatti viene considerato il segmento che va dal bordo anteriore del ginocchio fino alla parte posteriore del bacino. L’altro metodo invece prende in considerazione il tratto di cavallo che va dal punto di appoggio ischiatico sulla sella fino al bordo inferiore della rotula. Inevitabilmente le due quote non coincidono e per confrontare i due metodi è utile sapere che tra l’uno e l’altro esiste una proporzionalità che potremmo stimare nel 30% circa.

Misurazione coscia (tratto femorale)

Quindi un tratto femorale di 40 cm misurato con il metodo dell’appoggio ischiatico corrisponde ad un tratto femorale di 52 cm rilevato con il metodo Hinault. La differenza tra le due misure, in questo caso 12 cm, è in pratica la misura media che intercorre tra il punto di appoggio anatomico della sella e il suo bordo posteriore. Dal momento che, per i calcoli geometrici che andremo a fare, a noi interessa ricercare lo scostamento e l’inclinazione del piantone prenderemo in considerazione il metodo dell’appoggio ischiatico in quanto prende come riferimento il centro anatomico di sella che, come sappiamo, è un punto geometrico fondamentale per conoscere i due valori che stiamo ricercando.

Supponiamo di avere due ciclisti con la stessa quota relativa al cavallo, 85 cm. Il ciclista A però presenta un femore 2 cm più lungo dell’altro: 42 cm contro i 40 cm del ciclista B (metodo appoggio ischiatico).

Posizionandosi entrambi sulla stessa bicicletta si può notare come il ginocchio del ciclista A, a causa del femore più lungo, sia spostato più in avanti rispetto a quello del ciclista B e quindi la spinta sul pedale sarà più verticale rispetto a quella del ciclista B che si troverà a spingere sul pedale con il ginocchio più arretrato. Inoltre, visto che la tibia di A sarà più corta di quella di B, il ginocchio di A si posizionerà leggermente più in basso con un conseguente angolo di lavoro più verticale per la coscia.

 

(figura 16a).

Proviamo a sviluppare alcune considerazioni. A parità di cavallo, per mantenere la posizione del metodo KOPS entrambi i ciclisti A e B dovranno sistemare la sella in modo che il ginocchio cada 2 cm avanti all’asse del pedale (oppure la base della rotula sia in linea …); supponiamo che entrambi vogliano mantenere lo stesso angolo di lavoro per il femore: il ciclista A (quello con il “femore lungo” e la “tibia corta”) dovrà arretrare maggiormente la sella rispetto all’altro in virtù della sua maggiore lunghezza del femore, mentre lo svettamento di sella dovrà essere più basso, il ciclista B infatti potrà contare su una tibia più lunga.Ricordatevi comunque che l’altezza sella rimane a stessa e il minor svettamento sella è compensato dall’ angolo piantone più largo .

Abbiamo visto dunque che una volta posizionato il ginocchio sull’asse giusto, resta da scegliere con quale angolo far lavorare il femore. Vale la regola secondo la quale, maggiore inclinazione verticale favorisce il lavoro dei muscoli anteriori e una posizione relativamente più scomoda, al contrario una certa orizzontalità del femore si traduce in un lavoro più massiccio dei muscoli posteriori e in una postura più comoda, ma attenzione troppa orizzontalità del femore può essere deleteria per le difficoltà a superare il punto morto superiore. Per capire meglio il concetto vediamo nella figura 17 che, una volta fissato il ginocchio nel punto esatto, con il metodo KOPS è possibile far assumere al femore varie inclinazioni che determinano scostamenti e altezze sella variabili.

Una volta fissato il ginocchio in posizione neutrale è possibile far assumere alla coscia un angolo di lavoro diverso a seconda delle esigenze del ciclista. L’altezza sella rimane la stessa ma cambiano i valori angolari del piantone e di conseguenza anche i valori di scostamento, svettamento sella … Le analisi sulla dinamica della pedalata hanno stabilito che il valore angolare che la coscia dovrebbe assumere con pedivella a 90° per una resa biomeccanica efficiente e ben distribuita tra muscoli anteriori e posteriori, è variabile tra 20 e 35 gradi, misurati con il ciclista in movimento (che corrisponde a circa 2/3° in meno rispetto ad una misurazione effettuata con ilciclista fermo).

Da questo valore possiamo prendere spunto per un calcolo matematico attraverso il quale possiamo risalire all’angolo piantone e relativo scostamento. Vediamo come procedere facendo riferimento alla figura

 

 

Figura 18: Fase della pedalata a 90° con ginocchio in posizione neutrale.

 

Prima di ogni operazione matematica è necessario mettere il ginocchio in posizione neutrale con fase della pedalata a 90°, ovvero con la base della rotula allineata all’asse del pedale. Conoscendo l’angolo di lavoro della coscia rispetto all’orizzontale e la lunghezza della coscia ottenuta con il metodo dell’appoggio ischiatico (attenzione a non confonderla con la lunghezza del femore che ha altre misure a altre angolazioni !) possiamo risalire, attraverso la trigonometria, al segmento ST che non è altro che la somma tra la lunghezza della pedivella (AP) e lo scostamento di sella (SK).

Dal valore ottenuto togliamo la lunghezza della pedivella (AP) ed otteniamo lo scostamento di sella (SK). A questo punto conoscendo l’altezza di sella (AS) determinata con il coefficiente di Hinault 0,885 e lo scostamento di sella (SK), di nuovo attraverso la trigonometria risaliamo all’angolo piantone che stavamo cercando. I valori che si ottengono normalmente sono variabili da 70° a 80° gradi anche se normalmente le bici in commercio spaziano tra i 72,5° e i 75°. Questo perché i costruttori difficilmente hanno seguito il metodo KOPS, ma hanno invece intrapreso la via tracciata dai ciclisti: quella del comfort. Così sul mercato è molto facile reperire biciclette con angolazioni tali da consentire una spinta da dietro che necessitano di “essere pedalate” con il ginocchio arretrato rispetto all’asse del pedale.

Le angolazioni del piantone comprese tra 72,5° e 75° obbligano mediamente il ciclista a pedalare con il ginocchio neutrale solo con angoli di coscia di 20°, con il ginocchio arretrato di 2 cm se si vogliono sfruttare angoli di coscia di 25° oppure con il ginocchio arretrato di 4 cm se è nostro obiettivo pedalare a 30° di angolo di coscia. Quindi se volessimo pedalare con il ginocchio neutrale a 30° di angolo coscia dovremmo optare per un’inclinazione di piantone che sul mercato non esiste (occorrerebbe un piantone inclinato di 77° circa per un ciclista con un rapporto coscia-gamba medio).

Un piantone particolarmente verticale (>75°) si ottiene nel caso di un ciclista con un rapporto coscia-gamba molto ridotto (sotto lo 0,85 metodo appoggio ischiatico – 1,10 metodo Hinault) oppure con un angolo di spinta della coscia verticalizzato (>30°); in questi casi, visto che l’angolo piantone suggerito non è comune nelle bici in commercio, si è costretti a rinunciare a verticalizzare troppo l’angolo alla coscia a meno che non si scelga di farci costruire il telaio su misura.

Un bici seduta (<73°) viene suggerita invece nel caso in cui la lunghezza del tratto femorale sia nettamente superiore a quello della tibia (rapporto coscia-gamba > 0,92 metodo a.i. – 1,20 metodo Hinault) o si opti per un angolo alla coscia “comodo”, intorno ai 20/25° oppure si preferisca pedalare con il ginocchio arretrato. Anche in questo caso, i telai molto “seduti” non  si trovano nelle tabelle standard dei costruttori e siamo costretti di nuovo a ricorrere alla bicisu misura. In pratica il ciclista con rapporto coscia-gamba inferiore a 0,85 trova difficoltà a verticalizzare l’angolo di coscia (>30°), mentre il ciclista con un rapporto coscia-gamba superiore a 0,92 sul mercato non riesce a reperire telai che lo facciano pedalare con angoli di coscia comodi (20° circa). Terminiamo l’argomento dell’inclinazione piantone con una disquisizione tecnico sulla messa in pratica dei suggerimenti finora discussi.

Come si può notare dai valori di angolo piantone che si possono ottenere con le varie combinazioni tra angolo di lavoro e lunghezza del femore, le bici con inclinazione tradizionale (72,5°-75°) possono non essere adatte alle nostre esigenze. Inoltre non è nemmeno facile per un costruttore assecondare richieste del cliente fuori dalle tabelle standard e costruire una bici guidabile (esistono delle proporzioni irrinunciabili tra le quote di un telaio).

Per ovviare a queste problematiche possiamo creare un’inclinazione “virtuale” del piantone avanzando o arretrando la sella di qualche centimetro. In questo modo l’angolo piantone rimane lo stesso ma in realtà, spostando il centro della sella avanti o indietro, otterremo un’inclinazione piantone reale diversa. In particolare: avanzando la sella l’inclinazione piantone tende ad aumentare (il cannotto andrà alzato leggermente per compensare la diminuzione dell’altezza di sella dovuta all’avanzamento verso i pedali), arretrando la sella l’inclinazione piantone tende a diminuire (il cannotto andrà alzato leggermente per compensare la diminuzione dell’altezza di sella dovuta all’avanzamento verso i pedali). Con questo semplice metodo possiamo sperimentare diversi tipi di posizionamento con la stessa bici senza molte controindicazioni; può nascere solo un piccolo problema estetico dovuto al disallineamento tra l’asse piantone-cannotto e il centro di sella troppo avanzato o arretrato. A tal proposito è utile sapere che esistono in commercio cannotti reggisella inclinati di 1/2°, costruiti per correggere problemi di angolo piantone senza così obbligare il ciclista a dover cambiare bici; è bene poi ricordare di valutare anche la conformazione della testa del cannotto e quella del telaio della sella per ottenere uno scorrimento longitudinale della sella sufficientemente ampio per operare eventuali modifiche alla posizione.

 

 

 

 

L’articolo é stato  tratto dal sito:www.cyclesport.it/

La foto é stata tratta dal sito: www.velodramatic.com

(N.B.Pubblico questo materiale non per arrogarmi meriti che non ho ma semplicemente per raccogliere tutte le informazioni che ho trovato utili nel corso dei miei studi e test in un solo posto comodo da consultare. ALEX RISSO)