[Nota: este es el número 4 de una serie de 20 consejos para construir ruedas que se publicarán durante 2009.]
Los constructores de ruedas suelen intentar "pretensar" sus ruedas como último paso del proceso de construcción. Todos los constructores, especialmente los principiantes, están nerviosos, pues desean que la nueva rueda sea lo más estable y en buenas condiciones posible. Al igual que los rituales que precedían a la caza en épocas pasadas, queremos jugar a nuestro favor. Al fin y al cabo, la caza era importante, incierta, requería habilidad y suerte, y era potencialmente peligrosa. Suena a montar en bicicleta. Por lo tanto, la mayoría de los métodos de construcción de ruedas implican algún tipo de rutina de estrés.
¿Por qué el estrés?
Dos líneas de pensamiento populares subyacen al tensar las ruedas. En primer lugar, los radios que se enrollan durante el tensado y el centrado deben desenrollarse para que la rueda nueva no haga ruido si este desenrollado ocurre al usarla por primera vez. Los radios desenrollados también pueden desenrollar la rueda, y queremos que se mantenga recta desde nueva. En el consejo n.° 3, sobre la torsión de los radios, recomiendo construir de forma que no quede enrollado residual. Si dominas esta técnica, no hay razón para pretensar el enrollado de los radios.
La segunda idea consiste en estirar los componentes. Si alguna tensión externa puede provocar estiramiento o fluencia en el buje, los radios o la llanta, que podría ocurrir más adelante en la vida útil de la rueda, esta será más estable y requerirá menos retoques. Esto tiene sentido, pero no es demasiado importante, ya que los cambios en una rueda durante el uso implican principalmente reducciones periódicas de la tensión, no aumentos. Por lo tanto, la fluencia en el futuro, excepto durante un evento traumático, no representa un gran riesgo.
La ciencia del alivio del estrés
Entonces, ¿cuál es una razón sólida para "preesforzar" una rueda? Nos referimos a la ciencia de los materiales y a la práctica consolidada de la liberación de tensiones. Lo que una rueda nueva realmente necesita no es, técnicamente hablando, el preesforzado. Es la liberación de tensiones. Cualquier estructura ensamblada implica nuevas fuerzas en sus componentes. Estas fuerzas implican cargas estáticas, pero también tensiones atrapadas. A veces, esta tensión es beneficiosa, pero generalmente reduce la estabilidad de la estructura y favorece el fallo por fatiga.
Un buen ejemplo (gracias, Jobst) es el gancho de agarre utilizado por una grúa industrial o torre de perforación. Se espera que este tipo de gancho soporte grandes cargas sin deformarse ni desgastarse. Para su conformación, se dobla una sección recta de metal en forma de "U", la forma del gancho final. Sin embargo, si la "U" se dobla ligeramente y luego se abre hasta obtener la geometría deseada, se libera la tensión acumulada en el metal. Este tipo de gancho es más resistente que uno simplemente doblado. El gancho, doblado y abierto, libera la tensión.
Cómo aliviar el estrés
Con una rueda de alambre de bicicleta, la liberación de tensión se puede realizar de dos maneras. Primero, al insertar los radios en un buje determinado, notará que a menudo no salen de la brida del buje en el ángulo correcto. La tensión de una rueda terminada es suficiente para enderezar el radio, pero conservaría tensión residual. Inadvertidamente, querría volver a su forma original. Cada vez que se redujera la tensión, el radio tendería a flexionarse para recuperar su forma original. Esta flexión aceleraría la fatiga. La solución es doblar con fuerza cada radio hasta obtener la nueva forma ANTES de tensarlo. Incluso una pequeña flexión excesiva es beneficiosa. Así, con los ciclos de cambio de tensión durante la conducción, los radios no cambiarán tanto de forma. Eso es la liberación de tensión.
Una vez que la rueda alcanza la tensión máxima, existe una segunda oportunidad para aliviar la tensión. Si se agarran pares de radios paralelos, uno con cada mano, y se aprietan con fuerza, la tensión aumentará momentáneamente sin dañar la rueda. Aumentar la tensión de los radios y luego reducirla tiene el maravilloso efecto de reducir la tensión atrapada. Estos radios, al ser aliviados, tienen una mayor resistencia a la fatiga. Toda rueda hecha a mano merece este simple toque.
Después de algunos apretones de este tipo o con radios aerodinámicos, comenzarás a usar guantes.
Evite la brutalidad
Muchas estrategias de pretensado o alivio de tensión son simplemente demasiado bruscas. Empujar una rueda lateralmente con suficiente fuerza como para flexionarla es peligroso. Es fácil dañar la estructura, ya que esta es su dimensión más débil. He visto a constructores pisar sus ruedas o dejarlas caer desde alturas. En manos expertas, estas técnicas pueden ser beneficiosas, pero requieren tiempo innecesario y a menudo causan daños que requieren reparaciones adicionales. Algunos de estos procedimientos nacen más de la superstición que de la ciencia. Pero, ¿quién puede culpar a los constructores del pasado? Gran parte del secreto de una rueda está oculto a la vista y su aparentemente mágico equilibrio de fuerzas y potencia en uso es difícil de explicar. Si tienes una parte supersticiosa en tu mente, te recomiendo que realices algo suave con la rueda, como un cántico o quemar incienso. Si hay espíritus que velan por nuestro trabajo, entenderán la idea.
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John Schmidt
noviembre 02, 2021
Very nice. I will add my two cents. 1. Bedding the nipples, heads, or untwisting the spokes is kind of important meaning it will happen anyway, regardless of your intervention. BUT Stress relieving is a different very important task. 2. I probably wouldn’t call it pre-stress, more like an over-stress. 3. Yes you are relieving residual stress, but more importantly you getting rid of any (self-induced) bending stress in the elbow by over-stressing. Before stress relieving, the spoke, if you were to un-tension it, it would probably want to point to say 4 inches left of the rim. That is, this is where it would naturally like to lie. But you grab it and pull it over to the rim’s spoke hole. Not a big deal right?, wrong ! : ) You’ve bent it (elastic or plastic, doesn’t matter you bent it ). Now it’s a Cantilever beam with force on it, with a bending stress in it, highest at the elbow. This stress doesn’t go away, but is additive to the tensile stress that gets added as the spoke is tensioned. Guess what? That bending stress plus the tensile stress (well its shear stress in the elbow) is invariably right up at yield strength of the spoke’s material. That high of stress (above the endurance limit) plus some cyclic stress and after about a million cycles (a couple years, depending) the spoke(s) breaks.
So what you are really doing with the over-stress is getting rid of that bending stress. You are trying to make the spoke, in its unloaded state, to naturally point right at the rim’s spoke hole. Since residual stress is what is in an object that is just sitting, unloaded, this induced bending stress probably technically cannot be called a residual stress. But whatever, we probably should just to keep things less confusing. The important thing is relieve it, by overstressing it, by grabbing spokes and ‘toggling over center on them’ and then releasing them. I personally do this task a bunch of times as I am building a wheel, at low tension, medium and final tension. But on final tension only, I am sure is fine. Minorly, you are also taking advantage of the Bauschinger effect which is “strain-hardening” or cold working the steel which makes it stronger in the direction of the over-stress.