A expressão “geometria” é vertida pelo dicionário como “parte da matemática cujo objeto é o estudo do espaço e das figuras que podem ocupá-lo”. No caso da bicicleta, por meio deste estudo podemos chegar a formas que cumpram objetivos distintos, como fabricar uma bicicleta muito leve, rígida e aerodinâmica para asfalto, ou construir uma mountain bike, com um formato que dê resistência, liberdade de movimento ao piloto, e ainda suporte para suspensões – o que inclui não apenas encaixes, mas ângulos de ataque apropriados, pivôs, braços, e o devido espaço para que tudo se mova sem afetar a condução da máquina.

Mesmo dentro do mountain bike há muitas diferenças. Você pode notar que partindo do cross-country até o downhill, o ângulo de ataque da suspensão dianteira é alterado, permitindo que a bike, com auxílio da suspensão, enfrente obstáculos maiores em terrenos mais inclinados. Pelo mesmo objetivo o movimento central fica mais alto do chão, e o tubo do selim inclina para trás e fica mais curto, permitindo mais liberdade para manobras e condução em terreno inclinado quando sentar e pedalar não é mais a prioridade. Os braços da suspensão traseira se alongam conforme mais capacidade de amortecimento é exigida. Assim, alterando o desenho e a geometria, vamos de uma máquina de conquistar distâncias para uma máquina de conquistar declives.

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Além de abrir o leque das modalidades e permitir objetivos distintos, a geometria permite que um quadro sirva perfeitamente ao dono. “A bicicleta deve se ajustar ao ciclista e não o ciclista à bicicleta”. Cada humano tem dimensões diferentes, que exigem quadros com dimensões diferentes. Isso inclui definir as proporções de quadros que servem para pessoas de determinados tamanhos, o que muda em cada modelo e em cada modalidade.

Isso não é tudo. Além da geometria, a engenharia de tubos desenha múltiplos formatos de tubos e junções, para que cumpram objetivos distintos, como aumentar a resistência, melhorar a aerodinâmica ou diminuir o peso.

Alterações simples em um desenho causam mudanças expressivas. Veja o caso das grandes represas na Europa e América do Norte, como a represa Hoover. Se essas represas fossem retas, não suportariam a imensa pressão e peso que a água exerce nelas. Mas algum dia alguém teve a brilhante ideia de desenhar uma represa curva, convexa com relação à água. A pressão da água empurra as paredes na direção das formações geográficas laterais, como montanhas, e com isso, o próprio terreno ajuda a manter tudo firme no lugar. Desenho inteligente!

Materiais usados em quadros

Boa parte das bicicletas em circulação são de metal, principalmente aço e alumínio. Mas também há quadros de titânio, de diferentes ligas de aço e de carbono. Menos comumente, ainda existem quadros de madeira, bambu e até mesmo plástico.

Os quadros de metal usam ligas metálicas – dois ou mais tipos de metal misturados – que podem variar tanto em quais metais são usados quanto na porcentagem de cada metal na liga. O aço, por exemplo, não é um elemento periódico puro como o ferro, mas sim a mistura de ferro e carbono, que ainda pode receber outros elementos. Aço inoxidável é composto por ferro e cromo, e pode receber doses de níquel, molibdênio e outros metais. Cada adição de metal, mesmo que pequena, pode causar grandes mudanças, como aumento da resistência ao stress, maior resistência à fadiga, redução do peso, melhor capacidade de moldagem do material, resistência à corrosão, entre outros.

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Veja outro exemplo. Os quadros de alumínio não são de alumínio puro, por que ele simplesmente não serve para fabricar bicicletas. Mas ao receber outros metais como zinco, cromo e magnésio, conseguimos ligas resistentes e leves. As mais conhecidas são as ligas 6061 e 7005, que são duas das poucas ligas de alumínio nas quais se conseguem soldas de qualidade.

Além disso, podemos fabricar uma bicicleta com peças em materiais diferentes. Algumas bikes de entrada contam com quadros de alumínio e garfos de fibra de carbono, o que ajuda a tirar algumas gramas do peso final.

Falando em materiais… cada material tem seus prós e contras. Vamos ver os principais deles:

Aço O aço (ferro com carbono, por padrão, mas pode conter outros materiais) é muito resistente e tem uma vida útil muito longa. Quadros de aço também são fáceis de reparar e não custam caro – aço é um material abundante. O ruim é que aço comum é propenso a ferrugem e é pesado. Já as ligas mais nobres de aço, como o aço cromo-molibdênio, oferecem resistência elevada à ferrugem e são leves, porém, custam mais.

Alumínio Se você quer uma bike de bom desempenho, mas de custo baixo, o alumínio é a sua praia. Ele é leve e, pelo peso, tem boa resistência. Também resiste muito bem à corrosão e é fácil de usar na fabricação de bicicletas. Mas ele não dura tanto quanto o aço: ele perde suas qualidades mecânicas mais rapidamente e com o passar do tempo a chance de quebra aumenta quase que exponencialmente, tornando sua vida útil menor. Além disso, é difícil reparar um quadro de alumínio.

Carbono O carbono é um dos materiais mais recentes, mesmo já tendo sido testado há várias décadas. Quando pensamos em carbono já o associamos com bicicletas de alto desempenho ou projetadas especificamente para competição. E é verdade… o carbono tem uma relação peso/rigidez muito alta, e permite que sejam fabricadas peças muito específicas – como tubos com formato aerodinâmico – e ainda é imune à corrosão e tem alta durabilidade. Os contras são o preço elevado, que é consequência direta dos processos de fabricação, que são custosos, extensos (um quadro pode exigir mais de 25 horas) e exigem muito conhecimento técnico. Caso haja rompimento das fibras, ou descolamento, a chance de um quadro de carbono quebrar é alta, e há pouco que possa ser feito para repará-lo.

Titânio Possui propriedades parecidas com o aço, porém mais leve, resistente à corrosão – nem precisa de pintura – e é incrivelmente durável. Não raro, quadros de titânio tem garantia vitalícia. O principal contra é o preço. O titânio em si não é tão caro, mas custa caro para manipular, especialmente pela dificuldade em soldar esse material. E se um quadro de titânio for danificado, é difícil achar quem consiga repará-lo. Isso não deveria ser um problema, por que na teoria titânio é quase indestrutível. O que pode tornar um quadro de titânio vulnerável são as soldas, caso apresentem porosidade. Vale lembrar que os quadros de titânio não são puros e contém outros metais como alumínio e vanádio.

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Como é feito um quadro moderno?

O processo de fabricação varia muito conforme o material usado. Um quadro é basicamente a união de vários tubos. Então, comecemos por eles.

Fabricação dos tubos Essa etapa ocorre de forma separada principalmente nos quadros de metal. Os tubos em si podem ter grandes diferenças, que variam principalmente conforme o valor da bicicleta.

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Bicicletas baratas usam tubos simples, que podem até ser fabricados por terceiros. A medida que o valor aumenta, os tubos recebem mais atenção ao material com que são feitos, à forma que recebem e aos processos utilizados. O material passa a incluir ligas metálicas mais fortes e resistentes ou que permitam moldar mais facilmente os tubos do quadro.

Ao receberem soldas, os materiais dos quadros podem sofrer alterações químicas que os tornam mais frágeis. Para reabilitá-los, são usadas têmperas e tratamentos térmicos. Já viu um inscrito como 6061 T6 em um quadro? 6061 é uma liga comum de alumínio, que recebe adição de silício e magnésio, e T6 é um tratamento que envelhece artificialmente o material em fornos.

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Quando o valor aumenta, os tubos começam a receber atenção em sua espessura, buscando peso baixo. Mas nas junções os tubos não podem ser finos demais, ou podem não aguentar o tranco. Por isso, no caso do alumínio, alguns fabricantes variam a espessura do tubo, deixando-o mais fino no meio e mais espesso nas extremidades que vão ser soldadas. Essa técnica é conhecida como “butting”. Os tubos podem ser single, double butted, ou triple butted – respectivamente, uma, duas ou três variações de espessura. Essa variação, além de reduzir o peso conservando rigidez, mantém as extremidades reforçadas para as soldas.

O alumínio tem ainda outra forma de moldar os tubos ao formato desejado. Você já deve ter visto em alguma bicicleta a inscrição “alumínio hidroformado”. Esse processo consiste em colocar os tubos de alumínio dentro de um molde com a forma desejada. Depois, fluido (água ou óleo) é injetado em níveis extremos de pressão, o que força o alumínio contra as paredes do molde e o deixa no formato desejado.

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No caso do carbono não há tubos prontos. Há folhas. Isso mesmo, finas folhas de longas fibras de carbono, geralmente dispostas em rolos. As folhas de carbono podem apresentar diferentes padrões de agrupamento de fios, para diferentes níveis de resistência e rigidez. A preparação do carbono inclui cortar as folhas em formatos que encaixem corretamente no molde dos tubos ou do quadro e inspecioná-las contra falhas.

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Montagem do quadro Para os metais, esta é a etapa para se cortar os tubos, se necessário, definindo seu comprimento e ângulo do corte para correto encaixe. Depois, os tubos são soldados uns nos outros e nas “junções” (que não deixam de ser tubos): a caixa de direção e o movimento central. O método de soldagem varia conforme o metal. A qualidade da solda define muito da qualidade final do quadro. Algumas fábricas optam por robôs para realizarem soldas simples.

Para o carbono, não há soldas. Há resina. As folhas de carbono são dispostas em volta de moldes do quadro, que podem ser de peças individuais ou de um quadro inteiro, método de fabricação conhecido como monocoque, que permite formas criativas e oferece mais leveza. Depois, as folhas de fibras recebem resina e são colocadas em um molde de metal, parecido com os moldes de injeção de plástico, que prensa as folhas e as aquece, permitindo que a resina una todas elas e as transforme em uma só peça rígida. O molde também tem o ar interno retirado, pois ele pode causar danos na estrutura e estética do quadro.

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Os quadros de carbono fabricados com tubos de fibra de carbono possuem pontos de encaixe que recebem mais resina, e em alguns casos, camadas extras de folhas de fibra de carbono para garantir a união. O excesso de resina é lixado e geralmente essas junções não são perceptíveis.

Instalação de movimento central, caixa de direção e outros Os quadros precisam agora de hóspedes para as peças a serem montadas neles no futuro – o movimento central, a caixa de direção, o encaixe do tubo de selim e o anel de aperto do mesmo, e pode incluir ainda encaixes para freios, câmbio e acessórios.

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A etapa parece simples, mas é nela que alguns quadros não ganham um dono. Os encaixes são testados contra precisão, rigidez e alinhamento com o resto do conjunto. É claro que o nível de exigência varia conforme a empresa que está fabricando o quadro.

Acabamento Agora é hora de lixar, pintar e aplicar decalques na peça. Mais uma vez, os métodos variam conforme o material. Lixar não só prepara para a pintura, como também expõe e elimina imperfeições e suaviza soldas ou pontos de encaixe em quadros de carbono.

Os quadros recebem então algumas camadas de tinta, e para isso também há diferentes materiais e técnicas. Tinta que gruda em carbono nem sempre gruda em metal, e vice-versa.

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A aplicação de logomarcas, nome do modelo e outras informações podem ser feitas com decalques, um tipo de impresso especial que após aplicado deixa visível apenas a parte impressa. Não o confunda com os adesivos comuns; o decalque é aplicado apenas com água, comumente sendo “deslizado” da folha em que foi impresso para o local de aplicação, para evitar bolhas de ar ou dobras. Para ficar no devido lugar, é necessário esperar que o decalque seque, e então, aplicar uma camada de verniz ou tinta incolor sobre ele para selar e proteger a aplicação.

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Algumas empresas optam por pintar sua logomarca no quadro, um processo mais trabalhoso que envolve múltiplas cores e máscaras – cobrir áreas que não devem receber tinta – e muito cuidado.

Depois disso, o quadro pode receber as demais peças e formar uma bicicleta para venda, ou ser vendido separado, para quem quer montar sua própria bike.

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Os quadros do futuro

O quadro é a base e a estrutura de uma bicicleta. É essencial que seja dada especial atenção a ele, por meio do estudo da geometria e da engenharia dos tubos, além da busca pelos materiais mais eficientes. Os quadros definem muito do desempenho e do estilo de uma bicicleta, e ainda podem gerar assinaturas inconfundíveis para seus fabricantes.

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O quadro foi um dos itens que mais se revolucionou e evoluiu na linha do tempo das bicicletas, e poderíamos dizer que, as marcas que colocam todo o seu intelectual e energia de desenvolvimento e fabricação nesse componente, serão sempre as mais inovadoras.

“O quadro foi um dos itens que mais se revolucionou e evoluiu na linha do tempo das bicicletas…”

A evolução da bicicleta é uma constante. Seja na evolução do quadro padrão ou na invenção de novos tipos de quadro, novas ideias estão sempre surgindo. E que continuem vindo!

Tipos de quadro

Ao longo do desenvolvimento da bicicleta muitos quadros diferentes surgiram, e vários deles ainda são usados hoje. Listamos alguns deles abaixo.

Diamond (diamante): O quadro mais comum que existe, recebeu seu nome por se parecer com um diamante. A partir do tubo da caixa de direção, dois tubos, inferior e superior, se conectam com o tubo vertical do selim na base e perto do topo. Nos mesmos pontos, dois tubos mais finos (seat stay e chain stay) vão até o eixo traseiro.

Quadro aberto: o nome em inglês é step-through (percorrer, pisar sobre), por que como o tubo superior sai do meio ou da parte inferior do tubo do selim (e não do topo), não é difícil passar sua perna por cima do quadro. Isso permite que mulheres usando saia ou vestido montem na bicicleta e a pedalem facilmente. Este tipo de quadro ainda é usado até hoje, com os mesmos objetivos.

Cantilever: Nos quadros cantilever, o tubo que vem da roda traseira para o selim (seat stay) não termina no tubo do selim, mas continua até o tubo inferior. Esse tipo de quadro é comum nas bikes cruiser, lowrider e wheelie.

Reclinado: Nas bicicletas reclinadas o movimento central fica à frente da caixa de direção. O quadro é bem diferente de um quadro diamond, geralmente tendo apenas um tubo que vem da roda traseira até a caixa de direção, cumprindo a função dos tubos inferior e superior ao mesmo tempo. Não há tubo de selim, por que não há selim – o assento lembra uma cadeira de escritório e o usuário pilota a bicicleta quase deitado.

Prone: mais incomum ainda, a bicicleta prone é como uma reclinada do avesso – o piloto deita de barriga na bicicleta. O movimento central e pedivela ficam perto ou atrás da roda traseira, e o formato do quadro simplesmente não tem um padrão. Esse tipo de quadro pode ter mais de dois tubos verticais, e a distância entre eixos costuma ser grande.

Cross (cruz): Esse tipo de quadro tem dois tubos principais que formam uma cruz. Um tubo vai do movimento central até o selim, e outro tubo vai do cubo traseiro até a caixa de direção.

Dobráveis: Quadros de bicicletas dobráveis muitas vezes se assemelham aos quadros cross, tendo apenas um tubo horizontal principal. Como o nome já diz, o quadro dobra por meio de dobradiças e engates rápidos.

Quadros Y: Há uma quantidade considerável de quadros Y em circulação por aí. Como o nome já diz, esse quadro tem a forma de Y, tendo apenas o tubo inferior (do movimento central à caixa de direção) e do meio dele, outro tubo que dá suporte ao selim.

Tandem: Bicicletas feitas para duas pessoas são bem mais compridas, e isso exige um quadro diferente, contendo, por exemplo, dois tubos de selim. Os tubos horizontais podem seguir vários tipos de quadro, como diamond ou aberto. Existem também bikes tandem para mais de duas pessoas.

Cargueiras: as cargueiras usam quadro adaptado e reforçado para cargas. A roda dianteira costuma ser pequena, tanto para facilitar manobrar com peso a bordo, quando para dar espaço para cargas logo acima dela. Há também espaço para carga acima da roda traseira. É comum vê-las em grandes centros planos, ou a serviço dos Correios. As cargueiras também são fabricadas com três rodas. Alguns modelos ficam com duas rodas atrás e outros com duas rodas na frente. Onde há mais rodas, há mais capacidade de carga.

Há ainda quadros sem tubo de selim, quadros sem tubo superior, quadros em forma de treliça, quadros de apenas um tubo, como do velocípede Penny Farthing, e outros. E há sempre espaço para novas ideias.

Como os quadros chegaram na forma atual?

A importância da geometria, material, aerodinâmica e peso dos quadros ficou mais clara nas últimas décadas. Quando a bicicleta começou, a preocupação principal era basicamente… criar uma nova forma de transporte.

A Draisiana é considerada a primeira bicicleta, inventada em 1817. O nome deriva do seu inventor, Karl Friedrich Christian Ludwig Drais von Sauerbronn, mais conhecido como Karl von Drais ou simplesmente Karl Drais (ufa!). A Draisiana era feita de madeira e não possuía pedais, portanto, o quadro não precisava ter muita coisa. Apesar de ser uma precursora da bicicleta moderna, seu quadro tinha certo nível de complexidade, como mostra a foto.

Algum tempo depois vieram outros velocípedes (designação que se refere a vários modelos de bicicletas e triciclos), onde surgiram as primeiras bicicletas com pedais. Ainda assim os pedais eram montados diretamente na roda dianteira e não precisavam de um quadro modificado. O mais famoso dos velocípedes era a high-wheel bicycle (por volta de 1870), um velocípede com roda dianteira enorme. Seu “quadro” – um tubo metálico curvo – era muito simples, pois o sistema de tração era construído diretamente na roda dianteira e, portanto, tudo que ela tinha de ligar era o garfo e a pequena roda traseira, com um selim montado sobre o quadro.
Na década de 1880 surgiu a primeira das bicicletas modernas: a safety bicycle, chamada por seu inventor de Rover, uma bicicleta de uso seguro (comparada à high wheel, ao menos), com rodas de mesmo tamanho e sistema de tração que utilizava corrente para transmitir a força do pedivela até a roda. Enfim o quadro começava a fornecer suportes. E fez isso muito bem.

A partir do segundo modelo da safety bicycle (o primeiro não fez sucesso), o quadro estava quase em sua forma básica final. Nas próximas décadas o quadro chegou ao seu desenho básico definitivo: tubos inferior e superior saindo da caixa de direção e encontrando o topo e a base do tubo do selim, depois prosseguindo em tubos menores até a roda traseira. A maioria das bicicletas ainda segue essa mesma linha.
Ao longo do século 20, a bicicleta conquistou um lugar importante nas competições, principalmente na Europa. Isso levou ao desenvolvimento das bikes speed, também chamadas road bikes, ou bikes de asfalto. Os quadros speed são do tipo diamond, voltados para baixo peso, rigidez para melhor aceleração, e em tempos mais recentes, com toques aerodinâmicos. As bikes speed também receberam guidão próprio, câmbio voltado para velocidade e pneus projetados para asfalto, com alta rolagem.

No início da década de 70, surgiram quadros diamond pequenos, mas que não eram especificamente para crianças: os quadros (e bikes) BMX, sigla para Bicycle Motocross (MX), bicicletas fáceis de manobrar que andam em pistas similares às de motocross.

Uma revolução dos quadros veio no final da década de 70, quando surgiu o mountain bike. Os quadros agora precisavam suportar mais peso e impactos, o que exigia não apenas quadros mais fortes, mas desenvolvimento de novos câmbios, pneus, guidões e quase tudo mais que uma bicicleta precisa. Tudo isso precisa de suporte no quadro. Na mesma época, a indústria da bicicleta começou a usar metais leves fabricados em processos de alta tecnologia, especialmente o alumínio.

A fibra de carbono também apareceu nessa época, mas apenas em testes. Só começaria a ser usada efetivamente nos quadros a partir da segunda metade da década de 80.

No começo da década de 90, surgiram as primeiras bicicletas com suspensão, logo depois incluindo bicicletas full-suspension. Além de abrir o leque do MTB para múltiplas modalidades, as suspensões exigiam quadros que as suportassem e que trabalhassem bem com elas.