Chris Froome en la Finestre y la ley universal que persigue al ciclista: La Gravedad

Tal y como comenté en el último artículo, me gustaría descomponer si cabe un poco más cada una de las resistencias que nos encontramos al rodar en bicicleta. Como ya dejamos constancia en el ensayo anterior “¿Importa el Peso? Ciclistas pesados frente a ligeros (76kg vs 60kg)”, cada una de las resistencias puede ser analizada detenidamente y dar pie a un artículo completo.

Vamos a tratarlas una por una en artículos independientes, ver así los parámetros que las afectan y, cómo variando estos parámetros, podemos modificar dicha resistencia. Os recomendaría leeros el artículo anterior donde están explicadas todas de manera más general, antes de adentrarnos más en profundidad en cada una de ellas.

En esta ocasión vamos a desgranar la Resistencia debida a la Gravedad, que sin duda es la más conocida y la que todos sentimos más acentuadamente cuando montamos en bicicleta, subiendo y bajando puertos o repechos.

Foto: LaPresse – D’Alberto / Ferrari / Paolone / Alpozzi

Como siempre, vamos a intentar analizarla desde un ejemplo concreto que es desde donde mejor se visualizan los resultados. En este caso me gustaría hacerlo con el ganador del último Giro de Italia 2018, y más concretamente con la subida en la que Chris Froome protagonizó el ataque que le hizo ganar la carrera. Estamos hablando de la ascensión al Colle delle Finestre en la etapa 19 del Giro 2018. Vamos a analizar sus tiempos y datos, para extraer conclusiones acerca de cuánto importa en realidad el peso, que como ya vimos en el anterior artículo, era de vital importancia cuando las pendientes empiezan a ser relevantes.

Empezando por la base

Como expusimos en el artículo anterior, existen tres resistencias principales que se oponen al avance de nuestra bicicleta, más una cuarta que son las resistencias por fricciones en los componentes mecánicos. Quiero empezar con unos conceptos básicos, que pueden parecer sencillos y que muchos ya conoceréis, pero que nunca están de más comentar ya que son la base de todos los cálculos.

Como seguro recordáis de las clases de física del instituto, las fuerzas son vectores que poseen magnitud, dirección, y sentido. Pues bien, aquí debajo mostraremos con un sencillo diagrama cómo estos vectores de fuerza actúan sobre nosotros ofreciéndonos las ya conocidas resistencias que nos frenan cuando rodamos en bicicleta en los diferentes terrenos: llano, subida y bajada. Como comprobaréis, de manera visual es todavía más fácil hacernos a la idea las fuerzas que nos frenan o nos propulsan.

No incluiremos con vectores las pérdidas mecánicas (fricciones de rodamientos, etc.), pero debéis recordar que estas pérdidas siempre nos comerán unos cuantos vatios.

¿Qué ocurre en  el llano?

Como veis en el diagrama y como mencionamos en el artículo anterior, el peso en terreno llano no tiene prácticamente ninguna influencia, únicamente nos condiciona un poco debido a que la resistencia de rodadura esta relacionada con el peso. Podemos afirmar entonces que no es una fuerza que se oponga a nuestros avance en pendientes nulas (llano). Esto es debido a que es perpendicular (90°) al sentido en el que avanzamos. La única reacción al peso es la Fuerza normal (N) que la carretera ejerce sobre nuestras ruedas, y que sirve para equilibrar nuestro peso.

Como explicamos anteriormente, las únicas fuerzas que nos ofrecen resistencia en el llano son la resistencia aerodinámica (Fd) y la resistencia de rodadura (Fr), que como se puede apreciar están en la misma dirección de nuestro avance o propulsión, y como es lógico en sentido contrario a la marcha del ciclista.

¿Qué ocurre al incluir pendiente?

A continuación, podéis ver claramente como el peso empieza a ganar importancia a medida que la pendiente va en aumento, tanto en sentido ascendente como descendente. Vamos a verlo usando los diagramas de ascenso y descenso:

Ascenso:

Imaginemos un ciclista ascendiendo una cuesta al 12,3% de pendiente, que equivale a aproximadamente a un ángulo de 7° con la horizontal. Como podéis comprobar, tanto la Resistencia debida a la rodadura (Fr) como la debida a la componente aerodinámica (Fd) siempre siguen la dirección de nuestra Fuerza de propulsión (Fp) o avance, al igual que ocurría en llano. En cambio, el Peso no sigue este mismo patrón.

Gracias a la Gravedad (g), aunque giremos con nuestra bicicleta en modo ascendente o descendente, el efecto de nuestro peso, no variara de dirección. Es por esto que el Peso, (expresado en términos de Fuerza es igual al producto de nuestra masa en Kg por la aceleración de la gravedad que todos conocemos como g=9,81m/s2), puede ser descompuesto en dos vectores: uno que hemos llamado Pn y que es proporcional a la fuerza normal que la carretera ejerce sobre nosotros y otro que hemos llamado Pg, y que es nada más y nada menos que la Fuerza que nos ofrece la resistencia, y que afecta directamente a nuestro avance en ascensiones, como vimos en el artículo anterior.

Como es lógico, a mayor peso del conjunto ciclista + bicicleta, mayor será la Fuerza (Pg) que se opone a nuestro avance. Lo mismo ocurre con la pendiente de la subida, a mayor pendiente mayor sera el ángulo de la ascensión, y por lo tanto mas grande se hará la magnitud de la resistencia debida a la gravedad. Como podéis observar en el diagrama, la pendiente (a) está directamente relacionada con Pg a la hora de descomponer el peso.

Descenso:

Vamos a ver ahora qué pasa en los descensos. Como seguro ya habéis adivinado, la fuerza de Gravedad juega a nuestro favor en este caso, y en vez de frenarnos, nos empuja:

El diagrama es idéntico al de ascensión, la única variable que cambia de sentido es la Fuerza debida a la gravedad (Pg), que en este caso toma el sentido de nuestro avance (vector verde), por lo que en vez de ser una resistencia, se convierte, ayudado por el ángulo de la pendiente, en una fuerza que ayuda a nuestra fuerza de propulsión (Fp). Igual que antes, y como es lógico, a mayor peso del ciclista + bicicleta, mayor sera la Fuerza que nos ayuda en los descensos (Pg). De igual manera la pendiente del descenso tiene el efecto contrario al de las ascensiones, cuanto más pronunciada sea la pendiente, mayor será la ventaja, ya que como hemos visto con anterioridad la pendiente (a) o ángulo de la bajada está directamente relacionado con Pn y Pg debido a la descomposición de Peso en dos vectores.

Espero no haberos causado mucho lío con el tema de los vectores y las fuerzas, aunque realmente creo que las imágenes valen más que mil palabras y hablan por sí solas.

Calculando la Potencia consumida por efecto de la Gravedad

Ahora que sabemos que el Pg (fuerza relativa a nuestro masa y que se encuentra en el sentido de avance) es la mayor causante del freno en subidas pronunciadas y de la ayuda en las bajadas, vamos a cuantificarla. Es muy sencillo:

Ahora que ya sabemos la Fuerza debida a la gravedad (Pg), que nos ofrece una resistencia cuando subimos y una ayuda cuando bajamos, también podemos expresarla en términos de potencia. Volvemos para esto a tirar de Física.

Sabemos que la potencia es igual al producto de la fuerza por la velocidad. Por lo que resulta igual de sencillo poder calcular o estimar cuántos vatios debidos al efecto de la gravedad consumiremos subiendo a una determinada velocidad:

Nota: En este artículo estamos enfocándonos y desgranando los vatios que gastamos debidos a la Gravedad (g); recordar que estos vatios no son el total que producimos, sino que habría que sumarles los vatios consumidos en vencer las demás resistencias que ya se han sido mencionadas con anterioridad.

También mencionar que hablamos de cálculos teóricos y que por lo tanto estamos haciendo una aproximación o estimación; la realidad siempre es mucho más compleja y existen aceleraciones y frenadas, inercias, etc. que pueden hacer desviar algo los resultados.

¡Aplicando la teoría!

Vamos a ahora a meternos de lleno con el ejemplo que os he mencionado al comienzo del artículo. Lo analizaremos con datos reales, que es como mejor se visualiza.

Como seguramente sabéis, el Team Sky publicó recientemente un documento con los datos de potencia de Chris Froome en la etapa 19 del pasado Giro de Italia, donde también se detalla el plan nutricional y estratégico que siguieron para intentar que Froome llegara al último bloque de montaña de la carrera (etapas 18-19-20), con algo menos de peso del que llego a la salida del Giro. Como bien explican, esta estrategia de bajar peso durante una carrera es arriesgada, ya que el ciclista corre el riesgo de quedarse vacío (sin energía) antes de tiempo durante las etapas, incluso se arriesgan a perder fuerza y por lo tanto potencia.

Aunque esta en inglés, os recomiendo leerlo: www.bbc.com/sport/cycling/44694122. Es un gran ejemplo de como un equipo profesional de primer nivel prepara estratégicamente la carrera basándose en datos fisiológicos, mecánicos, nutricionales, etc.

Foto: LaPresse – D’Alberto / Ferrari / Paolone / Alpozzi

Nosotros no nos basaremos en el plano nutricional como hicieron ellos, sino en el Físico y Mecánico, para poder responder esas preguntas que todos nos hemos hecho alguna vez. ¿Qué pasaría en esta subida si pesaría 1 kg menos?, ¿y 2 kg?, ¿y si mi bici fuese más ligera? Vamos a verlo con datos, por qué los equipos profesionales dan tanta importancia al peso, y vamos a apoyarnos en los conceptos teóricos que hemos explicado en la primera parte del texto.

Etapa 19 del Giro Italia: Colle delle Finestre

Como vimos en el artículo anterior, podemos llegar a calcular o simular de manera bastante fiable el rendimiento en vatios de Froome en el Colle de la Finestre sabiendo todas las resistencias que afectan al ciclista. En este tipo de puertos con pendiente bastante constante, y donde la aerodinámica no es un factor determinante, siempre es más sencillo hacer este tipo de estimaciones:

Vamos a hacer una estimación. Para ello, recogemos algunos datos de Chris Froome, así como del Colle delle Finestre, que no facilitaran los cálculos y la simulación de la ascensión. La compararemos después con los datos reales que el Team Sky ha ofrecido en su artículo y comprobaremos si concuerdan.

En la tabla se muestran todos los datos que necesitamos para hacer la simulación o estimación:

Como hemos visto en la parte teórica, teniendo estos datos, podemos calcular la potencia que Froome desarrolló, usando las ecuaciones anteriormente mencionadas.

Calculamos primero la resistencia (en vatios) debida a la gravedad:

Como he mencionado en múltiples ocasiones ya, esta no es la única resistencia que se opone al avance. Hemos de añadirle la debida a la parte aerodinámica, la que corresponde a la rodadura, y las perdidas mecánicas que como veis en la tabla hemos estimado en un 1,5% del total. De este modo lograremos calcular la potencia total que Chris Froome desarrolló en Colle delle Finestre.

Las ecuaciones debidas a la parte aerodinámica y de rodadura las mostraremos más adelante en los artículos que dedicaremos a cada una de ellas. De esta manera no complicaremos demasiado el presente documento, que está basado en la influencia de la Gravedad.

En la tabla que se muestra a continuación, nuestros cálculos dicen que Froome ascendió la Colle delle Finestre promediando una potencia de 380,9w, o el equivalente a 5,53w/kg con los 68,9 kg que pesó ese mismo día. También se pueden ver las potencias correspondientes a las resistencias aero, rodadura y perdidas mecánicas, así como los porcentajes de cada una. Como era de esperar casi la totalidad de la potencia en este tipo de pendientes (9%-10%, muy regular durante los 18,6 km) es producida para vencer la fuerza de la gravedad, llegando hasta el 86,5%.

Potencia Real versus Estimada

La potencia real que Chris Froome promedio en Finestre, según los datos del propio equipo, fue de 407w. Tenemos que tener en cuenta que los platos ovalados que usa sobreestiman la potencia en un 6% aproximadamente según los diversos estudios encontrados. Si restamos el 6% a esta potencia, tenemos que Froome promedio alrededor de 382,5w. Como se puede comprobar, el cálculo se acerca mucho a la realidad. Siempre tendremos un pequeño margen de error, pero cuanto más ajustados y fiables sean nuestros datos y más conozcamos al ciclista, con mayor precisión podremos predecir los resultados.

Los equipos profesionales más avanzados, como puede ser por ejemplo Sky, cuentan cada vez con más datos relacionados con la fisiología, nutrición, aerodinámica, materiales, equipamiento, etc.; que como habéis visto permiten hacer simulaciones y predicciones con las que marcar la estrategia a seguir durante la carrera o seleccionar el material adecuado para cada una de las etapas, ya sea de montaña, llana o contrarreloj.

Nosotros para este ejemplo concreto hemos partido del tiempo y la distancia de la subida para calcular después la potencia generada. Me gustaría aclarar que los técnicos normalmente realizan los cálculos de manera inversa, es decir, partiendo de la potencia que el ciclista puede producir (ya que este suele ser un dato conocido dentro del equipo por los entrenadores o técnicos) en un determinado tiempo, se hacen estimaciones de cuánto tiempo tardarían en un determinado recorrido, para después seleccionar el mejor equipamiento y material para ese día, realizar estrategias de carrera, etc.

¡Jugando con los datos!

Como he mencionado al comienzo del artículo, la intención de este artículo era mostrar y entender por qué se da tanta importancia al peso tanto del ciclista, al de la bici y al del equipamiento dentro del mundo profesional.

Vamos a responder algunas preguntas que seguramente los técnicos del Team Sky ya se formularon y respondieron hace bastante tiempo. Vamos a calcular qué hubiese pasado si Chris Froome hubiese pesado 1 kg más (69,9 kg) de lo que peso ese día (68,9 kg) o si hubiese pesado 1 kg o 2 kg menos (67,9 kg o 66,9 kg). Realizaremos los cálculos simulando que el ciclista no perdió fuerza en ninguna de las situaciones y que por lo tanto promedió los mismos 380,9w que hemos calculado anteriormente en la simulación de la subida real.

Como podéis ver en los datos, 1 kg arriba o abajo, puede cambiar muchísimo los resultados en puertos como Colle delle Finestre donde las pendientes son pronunciadas y la longitud del puerto es realmente considerable. Creo sinceramente que 44 segundos (con 1 kg menos) de ventaja en un único puerto, en el ciclismo profesional, donde las carreras se disputan por un puñado de segundos, es algo a lo que prestarle mucha atención.

Podéis imaginar ahora por qué el Team Sky hablaba en su artículo de la preparación de las etapas, dándole una gran importancia del peso de Froome en estas últimas jornadas del Giro. Más si cabe, teniendo en cuenta que en esta etapa los ciclistas no solo ascendieron Colle delle Finestre, donde ya hemos evidenciado la ventaja de tener menos peso, sino otros 3 largos puertos de montaña como son Colle de Lys, Sestreire y Bardonecchia, donde la ventaja puede multiplicarse. Como hemos analizado, promediando los mismos vatios, la reducción de peso hace que vayamos más rápido.

Aquí debajo se muestran los mismos datos comparativos de la tabla pero expresados en forma gráfica, donde se ve claramente la ventaja que supondría un menor peso en Colle delle Finestre.

Nota: El peso siempre ha sido un parámetro muy seguido en el ciclismo, debido a su gran influencia sobre el rendimiento, como hemos podido ver. Me gustaría remarcar que no se trata de bajar peso a toda costa, ni de jugar con nuestra salud. Os recomiendo poneros siempre en manos de profesionales médicos, nutricionistas, fisiólogos o entrenadores que os asesoraran de la mejor manera en el caso de que necesitéis bajar algo de peso, si es os sobra. Hay gente que piensa que puede bajar todo lo que quiera y no es así, todos tenemos nuestro punto óptimo. Si nos excedemos nuestra salud puede verse afectada, perderemos fuerza y musculatura, etc.

Una última reflexión

Como estáis viendo en los últimos artículos aquí en la sección Ciclismo 2.0 de Zikloland, estamos analizando con datos objetivos diversos factores como el peso, la aerodinámica, la energía, etc. para predecir y simular posibles escenarios en las competiciones. Es decir, los técnicos quieren saber de antemano qué rendimiento tendrá su o sus ciclistas en esta o aquella etapa y poder así maximizar los resultados. Puede parecer que nos acercamos hacia una era en la que el ciclismo serán solo un manojo de datos y algoritmos matemáticos, como pasa en los deportes de motor, como por ejemplo la Formula 1, donde todo es muy predecible antes de la carrera debido a todos los datos y análisis que manejan.

Foto: ASO / Pauline Ballet

Pues bien, mi opinión teniendo las dos visiones, una más técnica y otra como ciclista, es que esto no será nunca así. La física, las matemáticas y los programas informáticos han llegado para ayudar a cuantificar, simular y mejorar en muchos aspectos del ciclismo, del rendimiento del ciclista, de la planificación, y así un largo etcétera, pero la gran diferencia con los deportes de motor, es que el motor propiamente dicho, no son unas piezas metálicas bastante predecibles, sino que somos seres humanos.

El motor en el ciclismo lo porta el ciclista, y el ciclista como tal tiene emociones como pasión, tristeza, alegría, nervios, estrés, etc. que hacen este deporte algo apasionante y poco predecible. Podemos simular y planificar que materiales, bicicleta, peso, aerodinámica será mejor para este o aquella etapa, pero si ese día el ciclista no está motivado, convencido o se ha levantado por ejemplo con unas décimas de fiebre, toda la simulación habrá sido en balde ya que no se cumplirá.

Lo que quiero decir es que toda la tecnología ha venido al ciclismo para quedarse e intentar mejorarlo, evitar lesiones, entrenar mejor, cuidar la salud, ir más rápido, pero aun así, el ciclismo siempre tendrá ese punto impredecible y apasionante debido a que el cuerpo humano no responde a las matemáticas tal y como las conocemos. No al menos hasta que la fisiología y la medicina descifren todos los enigmas que quedan por resolver acerca de nuestro funcionamiento. No será pronto.

¿Importa el peso? Ciclistas pesados frente a ligeros (76 kilos vs 60 kilos)

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