EN 12195-1, la norma per il fissaggio del carico secondo la Direttiva 2014/47/UE

La norma EN 12195-1, calcolo delle forze di ancoraggio, costituisce il nucleo della Direttiva 2014/47/UE, nonché il principale strumento per il dimensionamento del fissaggio del carico. Al momento è in vigore l’edizione 2010 della norma.

La norma contiene le formule per calcolare il fissaggio necessario ad evitare lo spostamento e la caduta del carico durante tutte le fasi del trasporto, comprese le eventuali manovre di emergenza. Le formule presenti nella norma, basate sui principi fondamentali della statica dei corpi rigidi, consentono di effettuare una valutazione analitica. Questo approccio consente di arricchire, numeri alla mano, le valutazioni basate esclusivamente sul buon senso e sull’esperienza.

Tra i parametri necessari per effettuare il calcolo del fissaggio vi sono:

• la massa del carico
• la disposizione del carico all’interno dell’unità di trasporto
• i coefficienti di accelerazione in fase di accelerazione, frenata, percorrenza di curve
• le specifiche delle cinghie o degli altri elementi di fissaggio utilizzati. Nel caso delle cinghie di tessuto si fa riferimento alla norma EN 12195-2
• il coefficiente di attrito

Basandosi sul principio che in qualsiasi circostanza che si può verificare durante il trasporto la risultante delle forze e dei momenti che agiscono sul carico devono essere nulli, le formule contenute nella norma EN 12195-1 consentono di calcolare il numero minimo di cinghie necessario per il fissaggio del carico, oppure consentono di calcolare la capacità di bloccaggio richiesta per un elemento strutturale del veicolo, ad esempio la parete anteriore nel caso di frenata.

Ancora una volta si ribadisce l’approccio analitico introdotto dalla Direttiva 2014/47/UE, che costituisce una vera e propria rivoluzione rispetto al principio fino a qui adottato, che prevedeva una valutazione qualitativa del fissaggio del carico affidandosi magari soltanto all’esperienza.

Le modalità di fissaggio

La norma EN 12195-1 prevede tre modalità di fissaggio:

Ancoraggio: metodo di fissaggio che utilizza dispositivi flessibili, quali cinghie di tessuto, funi o catene, per il fissaggio del carico su un dispositivo portacarico. E’ un fissaggio che sfrutta unicamente la forza di trazione del dispositivo di tensionamento. Le due tipologie di ancoraggio che possono essere utilizzate sono l’ancoraggio per attrito e l’ancoraggio diretto.

Bloccaggio: metodo di fissaggio in cui lo spostamento del carico è impedito dall’azione diretta di un elemento strutturale dell’unità di trasporto, come una parete o una sponda, oppure da elementi esterni come pali o barre ferma carico. Ciascun elemento di bloccaggio agisce in una sola direzione e verso.

Serraggio: metodo di fissaggio del carico che sfrutta dispositivi meccanici per realizzare una connessione con il dispositivo porta carico. Ciascun vincolo, costituito ad esempio da un aggancio “Twist Lock” svolge la propria azione in tutte le direzioni e versi.

Per ulteriori approfondimenti sui metodi di fissaggio si rimanda alla pagina Fissaggio del carico

Cosa succede al carico durante il trasporto?

Spesso si tende a sottovalutare l’entità delle forze che si sviluppano sul carico durante il trasporto e che, se non adeguatamente contrastate dagli elementi di fissaggio o dalla struttura dell’unità di trasporto, provocano lo spostamento del carico stesso.

Un altro aspetto fuorviante è legato alla massa del carico: verrebbe da pensare che un carico molto pesante, ad esempio un blocco di marmo, sia di per sé “stabile e ben fissato” grazie alla sua massa. Niente di più sbagliato! Le forze di inerzia che si generano durante la marcia del veicolo sono infatti direttamente proporzionali alla massa del carico. Dunque, anche un carico di massa rilevante se non adeguatamente fissato potrebbe spostarsi in avanti in caso di brusca frenata, o scivolare lateralmente in curva.

Segue una breve descrizione delle sollecitazioni che si sviluppano sul carico durante il trasporto, e che costituiscono la base per il calcolo del fissaggio del carico.

Forze di inerzia

Durante il trasporto, in fase di accelerazione, frenata, percorrenza di curve, o attraversamento di buche e sconnessioni, si sviluppano sul carico delle forze di inerzia che tendono a spostare il carico o a sollecitare gli elementi strutturali del veicolo, ad esempio le pareti.

Si osserva infatti che:

• In frenata il carico tende a spostarsi in avanti
• In accelerazione il carico tende a spostarsi all’indietro
• Durante la percorrenza di curve il carico tende a spostarsi verso l’esterno della curva
• Se si incontrano buche o sconnessioni, oppure nel trasporto marittimo in caso rapida discesa dell’onda quando c’è mare mosso, tende a ridursi la forza di contatto verticale tra il carico e la superficie dell’unità di trasporto

Coefficienti di accelerazione

Le norme che regolamentano il fissaggio del carico introducono i coefficienti di accelerazione per tenere conto delle sollecitazioni (forze d’inerzia) che si sviluppano durante il trasporto, in modo da consentire il calcolo del fissaggio del carico.

Per il trasporto stradale, la norma EN 12195-1:2010, prevede i seguenti coefficienti di accelerazione rapportati all’accelerazione di gravità, g=9,81 m/s²:

• 0,8g in direzione longitudinale avanti, ovvero in frenata
• 0,5g in direzione longitudinale indietro, ovvero in accelerazione
• 0,5g in direzione trasversale, ovvero in fase di percorrenza di curve (il coefficiente deve essere considerato pari a 0,6g se c’è pericolo di ribaltamento per carichi instabili)

E’ evidente che, nel trasporto stradale, la condizione più severa è rappresentata dalla frenata. Nel caso di trasporto ferroviario o marittimo, la norma prevede valori diversi per i coefficienti di accelerazione, che tengono conto delle sollecitazioni che si sviluppano in tali modalità.

Pertanto un carico con massa pari a 1000 kg, svilupperà nelle varie condizioni le seguenti forze (valori espressi in Newton):

• 1000 x 9,81 x 0,8 = 7848 N in frenata
• 1000 x 9,81 x 0,5 = 4905 N in accelerazione
• 1000 x 9,81 x 0,5 = 4905 N in curva

Tali forze devono essere adeguatamente contrastate dal sistema di fissaggio del carico adottato, ad esempio dalle cinghie di fissaggio o dalle barre ferma carico. In alternativa, queste forze devono essere assorbite dalla struttura dell’unità di trasporto se progettata per tale scopo.

Il ruolo dell’attrito

L’attrito, sempre presente in qualche misura, contribuisce al fissaggio del carico durante il trasporto mediante lo sviluppo di una forza di attrito F_a pari a:

F_a = μmg

dove:

μ: coefficiente di attrito. Il valore dipende dal tipo di contatto, ad esempio legno-legno o legno-acciaio

m = massa del carico

g: accelerazione di gravità pari a 9,81 m/s²

Tuttavia spesso la sola forza di attrito non è sufficiente a trattenere il carico, come mostrato nell’esempio seguente.

Massa del carico: m = 1000 kg

Coefficiente di attrito: μ = 0,3

Coefficiente di accelerazione (frenata): c_x = 0,8

In fase di frenata sul carico si sviluppa una forza d’inerzia pari a:

F_i = mgc_x = 7848 N,

La forza F_i tende a far scivolare il carico verso la parte anteriore dell’unità di trasporto.

Grazie al peso proprio del carico e al coefficiente di attrito, si sviluppa una forza di attrito pari a:

F_a = μmg = 2943 N

La forza F_a tende a contrastare lo scivolamento del carico provocato dalla forza d’inerzia F_i.

Tuttavia la sola azione della forza di attrito F_a non è sufficiente per evitare lo scivolamento del carico, in quanto rimane una forza residua F_r = F_i – F_a = 4905 N.

La forza di fissaggio F_r può essere ottenuta per ancoraggio, ad esempio utilizzando delle cinghie, oppure per bloccaggio, ad esempio appoggiando il carico alla parete anteriore del veicolo. In questo secondo caso occorre verificare che la parete sia progettata per tale scopo e offra una capacità di bloccaggio sufficiente, come nel caso dei veicoli omologati secondo la norma EN 12642.

In entrambi i casi il calcolo del fissaggio può essere effettuato sfruttando le formule presenti nella norma EN 12195-1, come mostrato nelle pagine dedicate nella sezione Fissaggio del carico.