Fissaggio di una cassa da 7,5 tonnellate non stabile senza ancoraggio

Di seguito vengono riportate diverse soluzioni per il fissaggio di una cassa avente i seguenti parametri dimensionali e di massa:

Lunghezza: 5 m
Larghezza: 1 m
Altezza: 2.5 m
Massa: 7500 kg

Per semplicità si considera il baricentro della cassa nel centro geometrico.

Si considera che

• il contatto tra carico e pianale sia del tipo legno segato – laminato con base di tessuto / legno compensato, e dunque il coefficiente di attrito statico valga µ = 0.45, secondo quanto previsto dalla norma EN 12195-1
• le cinghie utilizzate abbiano le seguenti caratteristiche secondo l’etichetta prescritta dalla norma EN 12195-2:

LC = 2000 daN, portata di ancoraggio

S_TF = 450 daN, carico di trazione normalizzato

• la larghezza del vano di carico, e dunque la distanza tra i punti di ancoraggio trasversale sia pari a 2.4 m.
• ciascun punto di ancoraggio abbia una resistenza pari ad almeno 2000 daN, e possa dunque sostenere il carico di una cinghia senza strapparsi.

Per prima cosa deve essere verificata la stabilità del carico senza ancoraggio, in quanto questo potrebbe influenzare il dimensionamento del fissaggio qualora il carico presentasse il rischio di ribaltamento. Dopodiché si effettua il dimensionamento del carico considerando il rischio di scivolamento nelle varie direzioni.

Verifica della stabilità del carico senza ancoraggio

Data la geometria si considera soltanto il rischio di ribaltamento in curva, e non l’eventuale ribaltamento in accelerazione o frenata. La figura mostra gli elementi geometrici che devono essere considerati per la verifica della stabilità.

L’equazione prevista dalla norma EN 12195-1 per il calcolo della stabilità prevede di inserire i coefficienti di accelerazione e la posizione del baricentro:

Equazione per la verifica di stabilità

Sostituendo i valori numerici dell’esempio si ottiene:

(0,5 / 1,25) > (0,5 / 1)

Poiché 0.4 < 0.5 la disequazione non è verificata. Si è in presenza dunque di una cassa non stabile senza ancoraggio, ed è necessario calcolare il fissaggio del carico considerando:

• il rischio di ribaltamento
• il rischio di scivolamento

Il risultato appena ottenuto, relativamente alla stabilità del carico senza ancoraggio, è indipendente dal valore del coefficiente di attrito. Pertanto in questo caso l’utilizzo di un tappetino antiscivolamento non migliora in alcun modo la situazione.

Fissaggio del carico per evitare il ribaltamento

Si utilizza un ancoraggio per attrito con le cinghie disposte come mostrato in figura.

Considerando le dimensioni riportate in figura, l’angolo α può essere calcolato con la seguente relazione:

α = arctg(2,5/0,7)

Dal calcolo si ottiene α = 74°

Per calcolare il numero minimo di cinghie richiesto per evitare il ribaltamento si utilizza l’equazione (14) della norma EN 12195-1 con i seguenti parametri:

m = 7500 kg, massa del carico
α = 74°, angolo tra la cinghia e il piano orizzontale
h = 2.5 m
w = 1 m

Per quanto riguarda il coefficiente di accelerazione c_y e il carico di trazione della cinghia F_T, la norma EN 12195-1 prescrive di effettuare due calcoli distinti considerando le coppie:

1. c_y = 0.5 e F_T = S_TF = 450 daN
2. c_y = 0.6 e F_T = 0.5LC = 1000 daN

E’ necessario scegliere il numero minimo di cinghie in base al calcolo che dei due restituisce il risultato maggiore.
Sostituendo i parametri dell’esercizio si ottiene:

n ≥ 2.34 nel primo caso
n ≥ 2.10 nel secondo caso

Per garantire la stabilità sono quindi necessarie 3 cinghie, disposte come rappresentato in figura.

Sebbene non siano stati rappresentati in figura, è necessario utilizzare dispositivi di protezione degli angoli.

Ancoraggio per evitare lo scivolamento

Una volta calcolato l’ancoraggio per evitare il ribaltamento, il fissaggio del carico deve essere verificato per quanto riguarda il rischio di scivolamento. Poiché le 3 cinghie appena calcolate sono disposte secondo il modello di ancoraggio per attrito, queste agiscono anche per contrastare lo scivolamento del carico nelle varie direzioni.
Si analizza pertanto l’azione delle 3 cinghie nel caso di:

• Accelerazione e percorrenza di curve
• Frenata

Ancoraggio per evitare lo scivolamento in accelerazione e in curva

La verifica viene condotta considerando l’equazione (10) della norma EN 12195-1 con i seguenti parametri:

m = 7500 kg, massa del carico
µ = 0.45, coefficiente di attrito
α = 74°, angolo tra la cinghia e il piano orizzontale
S_TF = 450 daN, carico di trazione normalizzato della cinghia
c_x = c_y = 0.5, coefficiente di accelerazione per la fase di accelerazione e percorrenza di curve

Dal calcolo si ottiene:

n ≥ 1.04

Pertanto sono necessarie due cinghie per evitare lo scivolamento del carico in accelerazione e in curva. Tuttavia si devono utilizzare almeno tre cinghie per evitare il ribaltamento. La condizione di stabilità risulta in questo caso più severa rispetto al rischio di scivolamento.

Ancoraggio per evitare lo scivolamento in frenata

La verifica viene condotta considerando l’equazione (10) della norma EN 12195-1 con i seguenti parametri:

m = 7500 kg, massa del carico
µ = 0.45, coefficiente di attrito
α = 74°, angolo tra la cinghia e il piano orizzontale
S_TF = 450 daN, carico di trazione normalizzato della cinghia
c_x = 0.8, coefficiente di accelerazione per la fase di frenata

Dal calcolo si ottiene:

n ≥ 8.27

Pertanto sono necessarie almeno 9 cinghie per evitare lo scivolamento del carico in frenata. Dunque le tre cinghie previste per garantire la stabilità sono sufficienti per trattenere il carico in curva e in accelerazione, ma non sono sufficienti per la fase di frenata.
Per il fissaggio del carico in frenata si propongono due soluzioni alternative.

Ancoraggio per attrito

Si aggiungono 6 cinghie alle 3 cinghie previste per garantire la stabilità, per un totale di 9 cinghie, come appena calcolato.

Ancoraggio per attrito con utilizzo di tappetino antiscivolamento

Rispetto al caso precedente, si aggiunge un tappetino antiscivolamento che garantisca un coefficiente di attrito µ = 0.6

Si deve verificare che il carico poggi interamente sul tappetino antiscivolamento, per non pregiudicarne l’efficacia.
Si applica l’equazione (10) della norma EN 12195-1 con i seguenti parametri:

m = 7500 kg, massa del carico
µ = 0.6, coefficiente di attrito con tappetino antiscivolo
α = 74°, angolo tra la cinghia e il piano orizzontale
c_x = 0.8, coefficiente di accelerazione per la fase di frenata
S_TF = 450 daN, carico di trazione normalizzato della cinghia

Dal calcolo si ottiene:

n ≥ 3.54

Pertanto per il corretto fissaggio del carico in frenata servono 4 cinghie in aggiunta al tappetino antiscivolamento, come mostrato nella figura seguente.

Sebbene non siano stati rappresentati in figura, è necessario utilizzare dispositivi di protezione degli angoli.
Questa configurazione consente di soddisfare anche la verifica di stabilità, dal momento che per evitare il ribaltamento sono richieste 3 cinghie.

Discussione dei risultati

La figura seguente mostra il processo logico seguito per il calcolo del fissaggio del carico.

Il primo passo è stato il dimensionamento dell’ancoraggio per evitare il ribaltamento. Dopodiché è stato verificato che tale fissaggio risultava sufficiente per evitare lo scivolamento del carico in curva e in accelerazione, ma non risultava sufficiente per evitare lo scivolamento in frenata.
Si rendeva pertanto necessario utilizzare un fissaggio integrativo e a tal proposito sono state proposte due soluzioni:

1. Aggiungere ulteriori 6 cinghie, per un totale di 9 cinghie
2. Utilizzare un tappetino antiscivolamento con coefficiente di attrito pari a 0.6, così da limitare a 4 il numero complessivo di cinghie richiesto.

Da un punto di vista tecnico-legale entrambe le soluzioni sono valide, dal momento che soddisfano i requisiti della norma EN 12195-1, e dunque della Direttiva 2014/47/UE che costitusce il riferimento per i controlli stradali in vigore dal 20 maggio 2018.

Pertanto starà al caricatore scegliere la soluzione di volta in volta ottimale in base alle esigenze e alla disponibilità del materiale di fissaggio necessario.