Prove e verifiche su impianti a fune

Il LATIF esegue prove di trazione a rottura di funi in acciaio per determinarne la forza massima; per questa tipologia prove la norma di riferimento é la UNI EN 12385-1.

Per tale scopo, il laboratorio ha in dotazione due macchine di prova specializzate: una orizzontale con capacità fino a 10000 kN, per una lunghezza massima del campione di 11 m e con corsa massima di 2 m; l’altra verticale fino a 1200 kN, per campioni lunghi al massimo circa 2 m. Entrambe le macchine sono molto accurate e risultano in classe 0,5 secondo la norma ISO 7500-1.

I campioni di fune vengono normalmente afferrati alle macchine di prova per mezzo di teste fuse coniche e capicorda metallici di forma cilindrica o a forcella, che possono essere realizzate in accordo alla norma UNI EN 13411-4 dal laboratorio o dal committente stesso.

Il LATIF è anche autorizzato dal Ministero dei trasporti per verificare l’accettabilità delle funi metalliche destinate ai servizi pubblici di trasporto secondo il relativo D.M. n. 1175 del 21/6/1986 con prove di trazione, piegamento e torsione sui fili componenti le funi stesse.

Un’altra prova di caratterizzazione delle funi metalliche nella quale il laboratorio é specializzato, é la misura del modulo elastico in accordo con la norma ISO 12076 oppure secondo procedura del committente, per tali misure viene utilizzato un estensometro con tratto utile di 2 m.

Macchina di prova costruita ed installata nel 2000 dalla ditta INSTRON U.S.A., consente l'esecuzione di prove di tipo statico e semidinamico in trazione e compressione con carichi fino a 10 MN (1000 t).

La macchina è stata concepita principalmente per le prove di strappo di funi in acciaio di grosso diametro, ma le dimensioni a disposizione per il campione e le attrezzature in dotazione ne consentono un uso universale.

Caratteristiche tecniche:

• lunghezza: 21,60 m
• larghezza: 3,30 m
• altezza: 2,0 m 
• peso totale:  105 t
• asse macchina  da terra:  1 m
• larghezza  per il campione:  1,40 m
• lunghezza per il campione:  11 m
• corsa cilindro:  2 m 
• forza massima  in trazione e compressione:  10 MN (1000 t)
• cella di carico su testa stelo cilindropompa di comando da  80 l/min 50 kW + 160 l/min 90 kW
• sistema di comando e controllo computerizzato
• attrezzatura per prova di trazione su barre in acciaio (fino diam. 70 mm)
• attrezzatura per prova a strappo  di catene in acciaio (fino 2 MN)
• piastre universali sui carrelli, per montaggio campioni specifici
• carrello fisso a traslazione motorizzata
• coperture di protezione ad apertura/chiusura idraulica
• estensometro lunghezza base 2 m CLASSE 1

Poiché nel corso della prova la macchina rimane chiusa, la zona del campione è sorvegliata da telecamera blindata orientabile dalla sala comando, con impianto video di visualizzazione e registrazione. L'apparecchiatura video realizza la registrazione analogica (VHS) e digitale su PC, con apposito programma che consente il montaggio e l'archiviazione su CD del filmato.

Il sistema di comando e controllo permette l'esecuzione delle classiche prove di trazione e compressione, nonché la costruzione di prove dedicate, archiviabili come profili di prova specifici.

Poiché le prove si svolgono a macchina chiusa, è installato un sistema automatizzato per la misura del diametro della fune ai diversi livelli di carico, abilitato dalla sala comando. Il sistema è alloggiato sotto la macchina, estensibile verso l'alto all'atto delle misure, con rientro in custodia corazzata al momento dello strappo.

La prova consiste nell’avvolgere la corda di tipo sintetico sulle morse della macchina di prova; lo srotolamento al momento del bloccaggio deve essere evitato il più possibile, per questo motivo il provino viene avvolto e centrato tramite un anello di centraggio. Il fissaggio finale avviene meccanicamente tramite una vite. Una morsa rimane bloccata mentre l’altra viene azionata da un meccanismo elettrico che porta a rottura il filo e grazie alla cella di carico installata a bordo macchina vengono registrati i dati di forza e di allungamento della traversa.

La norma di riferimento è la UNI EN ISO 2307 Corde di Fibra

Nel corso di venti anni di esercizio, con il metodo magnetoinduttivo sono stati eseguiti oltre 3000 controlli di integrità sulle funi degli impianti di risalita, per l'individuazione dei fili rotti sia esterni che interni alla fune, nonché corrosioni, lesioni meccaniche o da scariche atmosferiche. Sono stati costruiti apparecchi dedicati.

Vista la presenza di ditte esterne autorizzate al controllo sistematico sugli impianti, il Laboratorio ha assunto un ruolo di verificatore delle apparecchiature dalle stesse impiegate, eseguendo le prove di omologazione indicate dal competente settore del Ministero dei Trasporti.

E' stata adeguata in tal senso la strumentazione di verifica e costruite apposite funi test, con difetti noti. In tal modo è possibile un confronto tra la risposta dell'apparecchiatura in esame e quella di riferimento in dotazione, per un giudizio di ammissibilità all'impiego nel settore delle funivie per trasporto pubblico di persone.

L'apparecchiatura in dotazione consente di controllare funi fino ad un diametro massimo di 90 mm. Si può effettuare la registrazione digitale dei diagrammi di prova, con acquisizione su PC, per il confronto con le apparecchiature scriventi a carta.

Dall'esame di più registrazioni nel corso della vita della fune, unitamente all'esame visivo diretto, è possibile trarre le indicazioni per l'ammissibilità al mantenimento in opera della fune, o la necessità della sua sostituzione.

Si costruiscono, ad uso interno, detectors a magneti permanenti, con particolare attenzione alle caratteristiche di leggerezza ed efficienza, con impiego dei più recenti materiali magnetici.

Diagramma di esame magnetoinduttivo su fune portante tolta d'opera, oggetto di particolare indagine.
In corrispondenza a ciascun picco siglato, sono presenti 1 o 2 fili rotti interni: pur non rappresentando un pericolo per l'integrità complessiva della fune, denotano il progressivo deterioramento della stessa, senza manifestazioni esterne. Le rotture sono accompagnate da corrosione diffusa, per carenza di lubrificazione all'atto della costruzione della fune.

La prova di fatica consiste nella ripetizione, per un elevato numero di cicli, di elevate sollecitazioni nelle strutture del veicolo, in modo da riprodurre in maniera convenzionale la vita tecnica del veicolo stesso, cioè il periodo massimo di impiego definito dal costruttore o dalla normativa. In tal modo, se pur in mancanza degli effetti ambientali, può verificarsi il comportamento del veicolo a lungo termine.

Le sollecitazioni di prova sono fissate dalle norme o derivano dalle misure effettuate in occasione delle prove estensimetriche dinamiche.

E' stata realizzata una apposita struttura regolabile in altezza, che consente di installare veicoli con altezza fino a 6 m. Sulla traversa è installato un cilindro idraulico (da 50 kN con corsa ± 50 mm), che imprime oscillazioni verticali con ampiezza, frequenza e forma d'onda regolabili (normalmente viene utilizzata la forma d'onda sinusoidale, universalmente adottata per tali prove).

Una apparecchiatura di registrazione permette di acquisire i dati provenienti dai diversi punti di misura, applicati nelle zone più sollecitate.

Il veicolo può essere provato completo e sospeso, cioè nelle reali condizioni di lavoro o, se necessario, bloccato a terra, sull'apposito pavimento dotato di binari di ancoraggio.

Si effettuano prove anche sui singoli elementi di sospensione e telaio portante, dopo aver tolto gli elementi ammortizzanti. L'elemento in prova viene monitorato in più punti ed il sistema idraulico viene tarato per riprodurre gli sforzi richiesti.

E' una prova lunga e più severa della situazione di esercizio, ma di concreta validità nei riguardi della sicurezza del trasporto. In alcune occasioni ha infatti portato al cedimento di qualche particolare, consentendo a progettista e costruttore di intervenire e riverificare.

Una nuova struttura costituita da un portale con larghezza 5 m e altezza 3,4 m è dotata di tre cilindri da 100 kN con corsa ±100 mm, 50 e 25 kN entrambi con corsa da ±50 mm, con possibilità di funzionamento contemporaneo e completamente indipendente. Sono quindi realizzabili sforzi multiassiali sullo stesso campione. I vari pistoni possono riprodurre andamenti acquisiti sul campo tramite accelerometri, estensimetri od altri trasduttori.

Al termine di ogni prova di fatica, come richiesto dalla maggior parte delle normative, vengono eseguiti in laboratorio controlli non distruttivi sul componente al fine di verificare la presenza di cricche o rotture dovute al ciclaggio. I controlli non distruttivi eseguiti da personale qualificato II livello CICPND secondo UNI EN 473 e ISO 9712 sono: esame visivo VT, liquidi penetranti PT, magnetoscopia MT e ultrasuoni UT. 

In considerazione dell'importanza di questi elementi, è prevista una specifica procedura di prove predisposta internamente ed approvata dal Ministero, per la verifica delle prestazioni delle morse.

Questa ciclo di prove fornisce all'Autorità di sorveglianza gli elementi per giudicare, oltre alla corrispondenza alla normativa, anche la validità tecnica delle soluzioni proposte ed in conclusione l'ammissibilità all'impiego di un nuovo modello di morsa.

Queste prove vengono talvolta eseguite su morse in esercizio da molti anni, per la verifica del mantenimento della efficienza.

Si eseguono verifiche dimensionali, prove sulle molle, prove di resistenza allo scorrimento, misura dello sforzo di serraggio, valutazione del rendimento, rilievo delle sollecitazioni.

Procedure di prova ed attrezzature impiegate sono state concepite e realizzate internamente, in quanto non esistono norme unificate per questo settore.

La prova più significativa è la misura della resistenza allo scorrimento della morsa serrata sulla fune, nelle condizioni fissate dal costruttore.

Tramite cilindro idraulico si realizza il tiro e la forza di tenuta al momento dello scorrimento sulla fune viene registrata da apposita cella di carico. 

Si realizzano opportuni perni estensimetrati per misurare la forza di serraggio di morsetti e morse.

È questo il campo nel quale sono stati indirizzati i maggiori sforzi negli ultimi 10 anni.

Con questa tecnica, è possibile monitorare gli sforzi nelle strutture funiviarie sia in laboratorio, che sull'impianto in funzione, nelle diverse situazioni di carico e velocità.

La prova è finalizzata al confronto tra le sollecitazioni previste dal progettista tramite modelli al calcolatore (F.E.M.) e quelle reali, per verificarne l'ammissibilità e l'accettazione in via generale. Vengono eseguite prove statiche in laboratorio, misurando le sollecitazioni in corrispondenza a carichi progressivi del veicolo, fino al doppio del carico nominale. La serie di prove viene condotta su modelli nuovi di veicolo od in occasione di importanti modifiche sugli esistenti.

Sulla base dei risultati di queste prove preliminari, il progettista può procedere ad eventuali modifiche nel dimensionamento, prima di avviare la produzione in grande serie.

Dopo la costruzione dell'impianto, si procede alle prove dinamiche, consistenti nelle rilevazioni dirette delle sollecitazioni nei punti più significativi della struttura del veicolo e della morsa. Le misure si eseguono, nelle varie condizioni di carico e velocità, e lungo tutto il tragitto, al passaggio sui sostegni di linea ed agli ingressi nelle stazioni, dove si presentano gli effetti dinamici più importanti. Tali prove sono prescritte dall'Autorità di sorveglianza su tutti gli impianti ad ammorsamento automatico di nuova costruzione (seggiovie a 4 e 6 posti, telecabine), nonchè su funivie classiche e funicolari.

Si è avuta una notevole evoluzione nelle strumentazioni impiegate, sia in termini di un sempre maggior numero di sensori di misura disponibili, che in termini di maneggevolezza in situazioni ambientali e di spazio difficili. Una centralina di laboratorio può gestire 48 canali dinamici.

Sull'impianto, i sistemi di acquisizione dei dati permettono la memorizzazione contemporanea dei segnali di n° 100 sensori su strumentazione autonoma, con successivo trasferimento da Memory Card su PC ed elaborazione dei dati in sede.

Utilizzando il sistema di trasmissione via radio l'operatore può rimanere in stazione a controllare la prova ed acquisire i dati in tempo reale. Se la configurazione della linea non lo consente, l'operatore con l'apparecchiatura ricevente viaggia sul veicolo successivo.

La morsa è oggetto di particolare controllo, essendo l'elemento che viene a contatto con le strutture di stazione, all'atto dell'ingresso del veicolo.

Alle sollecitazioni statiche dovute alla forza di serraggio sulla fune, si sommano quelle dovute agli urti.

In caso di eccessive sollecitazioni, il costruttore può intervenire sulle caratteristiche costruttive o di regolazione delle guide di ingresso, oppure modificando il veicolo, con elementi ammortizzanti. In tal modo, oltre al vantaggio tecnico, si migliora anche il comfort di viaggio, fattore  particolarmente apprezzato dagli utenti.

L'apparecchiatura di registrazione fornisce i grafici continui degli sforzi nei vari punti della struttura, consentendo di individuare gli elementi sui quali intervenire e l'effetto delle modifiche. Si effettuano misure con il veicolo appositamente sbandato in ingresso alle stazioni.

L'elevato numero di prove eseguite negli ultimi anni, con procedure standardizzate, ha consentito di elaborare statistiche, oggetto di relazioni in occasione di convegni internazionali.

Con tale metodologia sono state eseguite prove anche in altri settori dei trasporti e delle costruzioni meccaniche in generale (macchine operatrici, serbatoi, gru, strutture civili, etc.).

Le prove estensimetriche vengono eseguite da personale qualificato in possesso di patentino I e III livello CICPND secondo ISO 9712.
Il controllo estensimetrico degli apparecchi a pressione e di sollevamento sottoposti a verifiche di organismi delegati ad effettuare controlli della sicurezza viene condotto secondo la UNI 10659 Prove non distruttive - Controllo mediante estensimetri elettrici a resistenza degli apparecchi a pressione e di sollevamento. Generalità

Di seguito vengono riportati alcuni esempi di analisi di sollecitazione che il Laboratorio è in grado di eseguire:

• analisi delle sollecitazioni su componenti funiviari;
• analisi delle sollecitazioni su componenti ferroviari;
• analisi delle sollecitazioni su recipienti in pressione;
• analisi delle sollecitazioni su sistemi di sollevamento;
• analisi delle sollecitazioni su presse.

Metodologia per prove estensimetriche su veicoli funiviari  

Prove estensimetriche su componenti

Il Laboratorio accanto a prove del settore funiviario esegue prove riguardanti organi necessari al traino di veicoli o rimorchi. I dispositivi di attacco per i veicoli a motore sono tutte le parti ed i dispositivi montati sulla struttura, sugli elementi portanti del telaio e della carrozzeria dei veicoli che consentono di collegare tra loro i veicoli trainanti e i veicoli trainati. Essi comprendono inoltre le parti fisse o amovibili per fissare, regolare o azionare i suddetti dispositivi di attacco.

Gli organi di traino devono soddisfare i seguenti requisiti: 

• garantire la compatibilità all'atto dell'agganciamento tra veicoli a motore e vari tipi di rimorchi;
• assicurare un agganciamento sicuro dei veicoli in tutte le condizioni di impiego;
• garantire la sicurezza in fase di agganciamento e sganciamento.

La norme stabiliscono le caratteristiche costruttive e le modalità di prova del gancio, barre di traino e di occhioni. Le prove vengono eseguite secondo normativa CUNA o direttive 89/173/CEE,97/24 CEE e a seconda della scelta del costruttore la prova può essere eseguita in regime statico o dinamico. In regime statico le macchine di prova permettono di testare elementi fino a 10 MN per quanto riguarda quello dinamico le forze massime pulsanti applicabili arrivano a 100 kN. Possono essere eseguite anche prove dinamiche pluriassiali sincronizzando i vari pistoni idraulici da 25, 50 e 100 kN.

Disegni di alcuni dispositivi di traino

Applicando le metodologie indicate, è possibile eseguire prove meccaniche anche in altri settori, quali ganci di traino, veicoli trasporto materiali, morsettoni per funi, macchine operatrici, catene e applicazioni in ambito navale.

Resistenza allo sfilamento di giunto in materiale plastico

Viene sottoposto a prova di trazione un giunto costituito da due spezzoni di tubo in materiale plastico ad alta densità, collegati da un collare. Il collare è bloccato ai tubi tramite elettrosaldatura (fusione locale della plastica, tramite resistenza elettrica incorporata nel collare stesso). Le estremità dei tubi sono chiuse a tenuta stagna e l'insieme soggetto a pressione interna. Nella fase di trazione, si verifica sia la resistenza meccanica del collegamento, che il mantenimento della pressione interna durante la prova. Al carico massimo, il materiale plastico inizia a deformarsi in maniera permanente, con elevato allungamento a carico costante.

Tenuta allo scorrimento di morsettoni per montaggio funi

I morsettoni vengono installati in macchina, chiusi su di uno spezzone della fune alla quale sono destinati.
I dadi vengono serrati con coppia controllata, quindi si applica lo sforzo di trazione progressivo all'estremità del morsettone, fino al verificarsi dello scorrimento. Sulla base dei valori riscontrati, il costruttore stabilisce i limiti di impiego dell'attrezzatura.

Prova di compressione

Sono state sottoposte a compressione balle di rifiuti solidi urbani essiccati, avvolti in foglio di polietilene.
Sulla base dei risultati delle prove, si è potuto determinare il numero massimo dei piani di accatastamento delle stesse.

Prove statiche e dinamiche secondo CUNA e direttiva europea

Su ganci di traino vengono effettuate prove statiche e dinamiche al fine di verificare le caratteristiche costruttive e la robustezza degli accoppiamenti meccanici.

Rilevazioni dinamiche su veicolo

Sono state individuate sperimentalmente,in ambito cittadino,le accelerazioni prodotte su autoveicolo durante il passaggio su rallentatori di traffico e nel percorrere una rotonda.I vari sensori sono stati posizionati per rilevare accelerazioni verticali e laterali procedendo a velocità crescenti in un range tra i 20 e 60 km/h. In questo grafico è rappresentato un esempio di spettro di accelerazione rilevato con il passaggio dell' autoveicolo su rallentatore:

Misura del tempo di intervento freni su fune portante o rotaia

La prova consiste nella misura del tempo intercorrente tra il comando di chiusura dei freni e l’effettivo serraggio delle pinze sulla fune portante o rotaia in caso di funicolare.

Prove di rottura su parapetti in legno per piste ciclabili

Applicata una apposita staffa sul corrimano superiore e montante centrale questa,ortogonalmente al parapetto, è stata collegata a pistone idraulico tramite catena con interposta una cella di carico. Facendo lentamente rientrare il pistone tramite apposita centralina idraulica si è applicata una forza sul parapetto e registrati contemporaneamente i valori, in funzione del tempo, della forza applicata fornita dal dinamometro e dello spostamento fornito dal potenziometro a filo.

Prove per verificare il carico massimo di esercizio di una braca ad anello continuo

Se la braca ad anello continuo  resiste a una forza equivalente a 7 volte il carico massimo di esercizio (WLL) e se, durante la prova, la guaina non si rompe a una forza equivalente a meno di 2 volte il carico massimo di esercizio (WLL), il campione ha superato la prova. Una prova oltre questa forza non è richiesta.

Prove su elementi costitutivi di vie ferrate

Progetto di verifica di componenti utilizzati nella costruzione di vie ferrate. Prove in laboratorio ed in situ su chiodi,connettori,funi e dissipatori secondo norme UNI o specifiche del committente.

Determinazione massa areica di zinco

Prova per determinare la massa del rivestimento di zinco e delle leghe di zinco su fili di acciaio e sui prodotti trafilati di acciaio con sezione circolare o altro tipi di sezione. La massa del rivestimento è determinata mediante metodo gravimetrico (UNI EN 10244-2).

Prova di scorrimento su morsetti per tensostrutture o coperture di stadi

Prova per determinare la forza di scorrimento di morsetti su fune chiusa, il laboratorio si è dotato di un sistema di spinta fino a 1000 kN che accetta funi da Ø 120 mm. La coppia massima che si può applicare al bullone è di 2000 Nm.