Chiodi per scarpe da atletica: la forma cambia la prestazione?

La forma dei chiodi cambia la risposta meccanica della pista?

 Un gruppo di biomeccanici dell'Indiana University ha analizzato il comportamento delle diverse tipologie di chiodi sulle piste Mondo, smentendo alcuni storici miti commerciali e dimostrando che la forma ad "albero di Natale modificato" garantisce il maggior ritorno di energia elastica.

N.B. i test sono stati fatti su pista prefabbricata Mondo, quindi i risultati potrebbero essere diversi su piste in colato e di altri materiali. Gli stessi autori definiscono inoltre il lavoro un "preliminary study": nessun atleta è stato coinvolto, e non sono stati misurati tempi, velocità o accelerazione — solo l'interazione meccanica tra chiodo e pista in laboratorio.

Nel mondo dell'atletica leggera moderna, dove le medaglie olimpiche e i record del mondo si giocano nell'ordine dei millesimi di secondo, l'ingegneria dei materiali è diventata un fattore determinante quanto l'allenamento atletico. Dalle piastre in fibra di carbonio inserite nelle intersuole fino alle mescole polimeriche di ultima generazione utilizzate per le piste, ogni dettaglio viene ottimizzato per massimizzare l'efficienza meccanica dell'atleta.

Tuttavia, un elemento apparentemente secondario è stato spesso trascurato dalla letteratura scientifica ufficiale: la geometria dei chiodi avvitati sotto le calzature da gara.

Per decenni, produttori di calzature, riviste di settore e persino rivenditori specializzati hanno promosso varie forme di chiodi — a spillo, piramidali, cilindrici o a compressione ("ad albero di Natale") — attribuendo a ciascuna proprietà specifiche. Le tesi di marketing sostenevano che determinate forme potessero evitare di danneggiare la superficie sintetica, garantire una trazione ideale e, soprattutto, restituire energia alla spinta del corridore. Nonostante alcune federazioni (come la USATF) abbiano persino limitato o vietato l'uso di specifici chiodi su determinate superfici, queste affermazioni sono rimaste a lungo prive di un riscontro sperimentale.

Per colmare questa lacuna e verificare la fondatezza scientifica di tali teorie, un team di ricercatori dell'IUPUI (Indiana University-Purdue University Indianapolis) — guidato dal Professor Rafael Bahamonde insieme a Jefferson Streepey, Lance Goyke, Adrian Myers e Alan Mikesky — ha condotto uno studio biomeccanico per misurare l'interazione cinetica tra le varie forme di chiodi e la superficie sintetica più utilizzata nei grandi eventi internazionali: la pista Mondo, storico marchio italiano fornitore dei manti olimpici.

La volontà di questo articolo è provare rispondere a queste due domande:

La forma dei chiodi cambia la risposta meccanica della pista?

Questo si traduce in una prestazione migliore? 

La ricerca e la metodologia di laboratorio

L'obiettivo primario dello studio era quantificare la quantità esatta di energia assorbita e restituita dalla superficie della pista quando sottoposta all'impatto di diverse geometrie di chiodi. I ricercatori hanno messo a confronto cinque tipologie di chiodi, tutti della lunghezza standard di 7 mm:

1. Needle / Pin (A spillo / ago): il modello tradizionale sottile, appuntito e penetrante.
2. Pyramid (Piramidale): una forma conica/piramidale ad ampia base.
3. Post (Cilindrico / a colonna): una struttura a perno con pareti dritte.
4. Christmas Tree (Ad albero di Natale): un design a gradoni sovrapposti concepito per la compressione.
5. Modified Christmas Tree (ad albero di Natale modificato): una variante strutturale del modello a compressione con diversa profilatura dei gradini.

Per garantire condizioni di laboratorio rigorose ed eliminare le inevitabili variabili legate alla falcata umana (come l'angolo d'attacco o la stanchezza muscolare), la sperimentazione si è avvalsa di un macchinario di prova dei materiali di alta precisione: il Bose Electroforce 3200, una sorta di simulatore meccanico.

La ricerca è stata condotta su tasselli di pavimentazione forniti direttamente dal dipartimento tecnico della Mondo.

Ciascun chiodo è stato montato su un apposito supporto e posizionato a contatto con la pista applicando una forza iniziale minima compresa tra 1 e 2 Newton per garantire la continuità del contatto.

Il braccio meccanico è stato programmato per effettuare 10 affondi consecutivi all'interno della pista a una velocità di 20 mm/s — molto inferiore alle velocità di deformazione reali di uno sprint — con uno spostamento del pistone di 5 mm. Il test è stato ripetuto su 10 punti differenti del campione di pista per ogni tipologia di chiodo, accumulando un totale di 10 prove valide per configurazione.

I ricercatori hanno analizzato esclusivamente il primo affondo di ciascuna serie. Questo perché la prima penetrazione modifica localmente la struttura polimerica della gomma, rendendo i cicli successivi leggermente meno resistenti.

Attraverso un software personalizzato in MATLAB, sono state tracciate le curve di carico (fase di compressione/penetrazione) e di scarico (fase di rilascio elastico). L'area racchiusa all'interno della curva rappresenta l'energia assorbita (dissipata), mentre l'area sottostante la curva di scarico misura l'energia restituita.

I Risultati: Sfatato il Mito della "Mancata Perforazione"

I dati emersi dalle analisi biomeccaniche hanno rivelato dettagli fondamentali sul comportamento meccanico della gomma sintetica, ribaltando una delle narrazioni più diffuse tra i produttori di calzature.

*Sull'energia assorbita, le differenze statisticamente significative emergono soltanto tra Post e Pin/Pyramid: le altre vanno lette con cautela.

Nessun chiodo evita di perforare la pista

Una delle teorie di marketing più diffuse sostiene che i chiodi a compressione (come le forme "ad albero di Natale") agiscano senza perforare la superficie della pista, limitandosi a schiacciarla e creando un "effetto molla". La ricerca ha smentito categoricamente questa tesi.

Tutti i chiodi analizzati hanno penetrato la superficie Mondo applicando carichi inferiori a soli 105 N. Se si considera che durante lo sprint di un atleta le forze verticali di reazione al suolo (Ground Reaction Forces) aumentano in modo lineare fino a circa 2,5 volte il peso corporeo a una velocità di 6 m/s, risulta praticamente impossibile che un chiodo non perfori il manto durante una gara reale.

Il vincitore assoluto: Il design ad "Albero di Natale Modificato" (MTREE) ha registrato valori di energia restituita nettamente e statisticamente superiori rispetto a tutte le altre forme. La spiegazione risiede nella fisica della superficie: la struttura modificata offre un'area di contatto laterale più ampia che comprime maggiormente la struttura della pista attorno al punto di penetrazione, costringendo il polimero a restituire più forza elastica nella fase di stacco.

La sorpresa piramidale: Il chiodo Piramidale (PYRA) si è piazzato al secondo posto per resa energetica, superando nettamente i chiodi cilindrici (Post) e quelli a spillo (Pin).

L'inefficienza dello spillo: Il classico chiodo a Spillo (PIN), per decenni lo standard dell'atletica leggera, ha registrato i valori più bassi in assoluto di energia restituita. La sua forma estremamente sottile fende la gomma invece di comprimerla, dissipando il potenziale elastico della superficie.

Implicazioni pratiche per atleti e allenatori

A prima vista, la quantità di energia restituita misurata per un singolo chiodo potrebbe sembrare un valore marginale. Contestualizzata nella biomeccanica dello sprint, però, la prospettiva merita attenzione — con qualche cautela:

1. Probabile effetto moltiplicatore: una moderna scarpa da pista non monta un solo chiodo, ma una piastra che ne ospita solitamente dai 4 agli 8. L'energia di un chiodo isolato, però, non si somma linearmente al numero di chiodi e appoggi: nell'appoggio reale i chiodi non si caricano allo stesso modo e la piastra distribuisce le forze in modo non uniforme.
2. Frequenza di passo: un velocista compie decine di appoggi durante una gara sui 100 o 200 metri — ma quanto di quel micro-guadagno per appoggio si traduca davvero in un vantaggio sulla falcata resta da dimostrare.
3. Millesimi decisivi: nelle competizioni di altissimo livello, le differenze tra una medaglia d'oro e un piazzamento fuori dal podio si riducono frequentemente a 1 o 2 millesimi di secondo. Anche una minima conservazione di energia biomeccanica potrebbe, in teoria, pesare in quel margine.

Conclusione

Lo studio dimostra che la geometria dei chiodi modifica l'interazione meccanica con la superficie Mondo. Nel protocollo adottato, il Modified Christmas Tree ha restituito circa il doppio dell'energia rispetto al Needle/Pin. Non sappiamo però quanto di questa differenza possa essere realmente trasferito all'atleta né se possa tradursi in un miglioramento della prestazione. 

Quindi per rispondere alle due domande iniziali:

La forma dei chiodi cambia la risposta meccanica della pista? SI!

Questo si traduce in una prestazione migliore di sprint? Questo non è ancora confermato dalla ricerca, si potrebbe ipotizzare di si, ma ovviamente dipende da atleta ad atleta. 

Fonte scientifica

Bahamonde, R., Streepey, J., Goyke, L., Myers, A., & Mikesky, A. (2014). "Energy Return of Different Shapes of Track Spikes". Proceedings of the 32nd International Conference on Biomechanics in Sports, 249-251.

L'autore

Alessandro Bacci

Curatore della rubrica TrackSpikes

Allenatore FIDAL di secondo livello per il settore velocità e ostacoli, è responsabile del settore ostacoli assoluto e vice allenatore della velocità assoluta all'Atletica Livorno 1950, oltre che responsabile di velocità e ostacoli per la categoria U16. Dal 2024 collabora con il settore tecnico regionale FIDAL Toscana per la velocità.

Sul piano accademico è docente di attività ginniche e atletica leggera all'Accademia Navale di Livorno e docente a contratto all'Università di Pisa, dove insegna nel Master in Preparazione Atletica nel Calcio per i Settori Giovanili e nel Corso di Laurea in Scienze Motorie. Laurea magistrale in Scienze e Tecniche dello Sport a Firenze con 110/110 e lode, laurea triennale in Scienze Motorie a Pisa e Master di primo livello in teoria e tecniche della preparazione atletica nel calcio.

Ha completato i corsi ALTIS "Coaching the Short Sprint" (2023) e "Coaching the Sprint Hurdles" (2024).

Sul tema delle calzature da atletica scrive da anni: cura il blog TrackSpikes — Dai sogni alla pista e ha firmato approfondimenti per MONDO, azienda italiana leader mondiale nelle piste e attrezzature per l'atletica. Per ilCoach.net ha già pubblicato analisi su scarpe chiodate e rischio infortuni nei giovani e sulle tendenze dell'industria calzaturiera ai grandi eventi internazionali.