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

Di seguito vengono presentate tre soluzioni per il fissaggio di una cassa stabile senza ancoraggio avente i seguenti parametri dimensionali e di massa:

Lunghezza: 5 m
Larghezza: 1 m
Altezza: 1.5 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 trasversale tra i punti di ancoraggio, sia pari a 2.4 m
• ciascun punto di ancoraggio abbia una resistenza pari ad almeno 2000 daN, e possa dunque sostenere il carico esercitato da 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.
Dopo questa prima verifica vengono presentate tre possibili soluzioni di fissaggio:
1. Ancoraggio per attrito
2. Ancoraggio per attrito con utilizzo di tappetini antiscivolamento
3. Combinazione di ancoraggio antirimbalzo e ancoraggio per attrito

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 / 0,75) > (0,5 / 1)
Ovvero 0,66 > 0,5 – cassa stabile senza ancoraggio

Il calcolo conferma che, indipendentemente dal coefficiente di attrito, il carico risulta stabile senza ancoraggio. Ovvero, anche in caso di una brusca sterzata per lo scartamento di un ostacolo, il carico tenderà a scivolare, ma non a ribaltarsi.
Pertanto, le valutazioni relative al fissaggio del carico nei tre esempi seguenti, prenderanno in considerazione soltanto il rischio di scivolamento.

Ancoraggio per attrito

In questo primo esempio il fissaggio del carico è realizzato mediante cinghie posizionate come mostrato nella figura seguente.

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

α = arctg(1,5/0,7)
Dal calcolo si ottiene α = 65°

Questo valore deve essere utilizzato per il calcolo del numero minimo di ancoraggi richiesto secondo l’equazione (10) della norma EN 12195-1, per una cassa stabile senza ancoraggio.

Nella formula, si considerano i seguenti parametri:

m = 7500 kg, massa del carico
µ = 0.45, coefficiente di attrito
α = 65°, 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 secondo l’equazione (10) della norma EN 12195-1 si ottiene:

n ≥ 8,77

Pertanto, per il corretto fissaggio del carico servono 9 cinghie, come mostrato nella figura seguente.

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

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.
Poiché si tratta di una cassa stabile senza ancoraggio, per il calcolo si utilizza ancora 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 antiscivolamento
α = 65°, 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 ≥ 3.76

Pertanto per il corretto fissaggio del carico 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.

Combinazione di ancoraggio antirimbalzo e ancoraggio per attrito

In questo esempio si utilizza un metodo di ancoraggio misto:

• Ancoraggio antirimbalzo, per il fissaggio del carico in frenata
• Ancoraggio per attrito, per il fissaggio del carico in accelerazione e in curva

Dimensionamento dell’ancoraggio antirimbalzo

Per il fissaggio del carico contro lo scivolamento in frenata, si utilizza un ancoraggio antirimbalzo. La cinghia viene tenuta in posizione utilizzando un pallet come mostrato in figura.

Per effettuare la valutazione dell’ancoraggio antirimbalzo secondo la norma EN 12195-1, è necessario calcolare gli angoli:

• tra la cinghia e il piano orizzontale, α
• tra la cinghia e il piano verticale con direzione longitudinale, β

La figura seguente esemplifica gli angoli caratteristici α e β:

Considerando le dimensioni della cassa e del veicolo, e considerando di ancorare la cinghia ad una distanza longitudinale pari a 1 m rispetto all’estremità anteriore del carico, si ottengono i seguenti angoli:

α = 25°
β = 31°

Calcolo dell’ancoraggio antirimbalzo secondo la norma EN 12195-1

Poiché si tratta di una cassa stabile senza ancoraggio, si applica l’equazione (35) della norma EN 12195-1 con i seguenti parametri:

m = 7500 kg, massa del carico
µ = 0.45, coefficiente di attrito
α = 25°, angolo tra la cinghia e il piano orizzontale
β = 31°, angolo tra la cinghia e il piano verticale in direzione longitudinale
c_x = 0.8, coefficiente di accelerazione per la fase di frenata
LC = 2000 daN, portata di ancoraggio

Dal calcolo si ottiene:

n ≥ 0.93

Pertanto una sola cinghia è sufficiente per il fissaggio del carico in frenata. Questa soluzione appare a prima vista poco prudente, dal momento che il valore ottenuto dal calcolo è molto vicino a 1. Tuttavia questa cinghia lavora esclusivamente nel caso della frenata, pertanto il carico non risulta vincolato né in direzione trasversale né in fase di  accelerazione.

Si aggiunge dunque un ancoraggio per attrito per vincolare completamente il carico. Tuttavia, le cinghie impiegate nell’ancoraggio per attrito svolgono la loro azione in tutte le direzioni e in tutti i versi. Pertanto, in fase di frenata, il loro effetto si somma al fissaggio garantito dall’ancoraggio antirimbalzo appena dimensionato, aumentando il coefficiente di sicurezza.

Dimensionamento dell’ancoraggio per attrito

L’ancoraggio per attrito è necessario per il fissaggio del carico in accelerazione e in curva. Si considera lo schema mostrato nella figura seguente.

Poiché si tratta di una cassa stabile senza ancoraggio, si applica 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 = 65°, angolo tra la cinghia e il piano orizzontale
S_TF = 450 daN, carico di trazione normalizzato della cinghia
c_x, c_y = 0.5, coefficienti di accelerazione per la fase di accelerazione e di percorrenza di curve

Dal calcolo secondo l’equazione (10) della norma EN 12195-1 si ottiene:

n ≥ 1.10

Pertanto sono necessarie almeno due cinghie per evitare lo scivolamento all’indietro in fase di accelerazione, e lo scivolamento in direzione trasversale durante la percorrenza di curve.

Schema finale di fissaggio della cassa stabile senza ancoraggio

Combinando l’ancoraggio antirimbalzo con l’ancoraggio per attrito si ottiene lo schema finale mostrato in figura.

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

Discussione dei risultati

La figura seguente mostra il riassunto delle tre soluzioni presentate.

Quale soluzione scegliere?

Da un punto di vista tecnico-legale tutte e tre le soluzioni sono valide, dal momento che soddisfano i requisiti della norma EN 12195-1, e dunque della Direttiva 2014/47/UE che costituisce 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.