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LA VITA RESIDUA DELLA GRU-Parte 1

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Gianfranco Strabla

Ing. Gianfranco Strabla

ESPERTO UNI APPARECCHI DI SOLLEVAMENTO

INTRODUZIONE

L’utilizzo in sicurezza di una gru è regolamentato precisi obblighi di legge in capo all’utilizzatore della macchina finalizzati al mantenimento in efficienza nel tempo dell’apparecchio stesso.

Per raggiungere tale obiettivo prevenzionale si devono attuare misure di manutenzione (come previsto dal Manuale del costruttore) coordinate con azioni di controllo ed ispezioni (ISO 9927-1) e verifiche obbligatorie effettuate da Enti pubblici e/o Enti privati abilitati.

In particolare devono essere effettuate delle ispezioni “supplementari”, in relazione all’utilizzo più o meno gravoso che subisce la macchina, effettuate da personale di provata esperienza, in modo che si possa stabilire lo stato di conservazione della gru ovvero la vita residua dell’apparecchio (DM 11-04-2011 allegato II, punto 2, lettera c – circ. M.L.P.S. n. 018.23-05-2013).

Vita residua Gru-1

Tali ispezioni si rendono necessarie in quanto gli apparecchi di sollevamento che, sostanzialmente, sono costituiti da componenti aventi funzioni di azionamento di elementi strutturali progettati per le capacità di sollevamento di carichi sono soggetti ad usura (componenti meccanici, elettrici, oleodinamici ecc.) ed al fenomeno di fatica dei metalli.

Quando un componente meccanico o un elemento strutturale sono soggetti a carichi variabili nel tempo si è soliti definire il carico “affaticante” e la modalità di collasso che eventualmente ne segue “rottura per fatica”.

Il fenomeno della fatica riveste dunque un notevole interesse nell’ambito del progetto delle costruzioni meccaniche in quanto la maggior parte degli organi delle macchine sono soggetti a movimento con conseguente variabilità nel tempo delle sollecitazioni.

 

CENNI STORICI

Gli studi del fenomeno dell’affaticamento dei materiali sono stati sviluppati fin dal 1837 quando Wilhelm Albert, un amministratore di miniera, pubblica il primo articolo sulla fatica che cerca di istituire una correlazione tra carichi variabili e la durabilità di un componente.

Nel caso specifico egli cercò di risolvere il problema della rottura delle catene utilizzate nelle miniere per sollevare carichi.

Il termine “fatica” compare per la prima volta due anni più tardi su una pubblicazione dell’ingegnere-matematico francese Jean Victor Poncelet il quale lo utilizzò per definire le sollecitazioni variabili nel tempo.

Il termine derivava dal fatto che inizialmente si pensava ad una modifica delle proprietà meccaniche e cristalline dell’acciaio se soggetto a carichi dinamici, sollecitazioni capaci dunque di fiaccarne la resistenza.

Il maggior impulso iniziale allo studio dei fenomeni di rottura per fatica fu dato però dall’ingegnere ferroviario tedesco Aughust Whöler, il quale fu il primo ad affrontare il problema in maniera sistematica.

Wöhler riscontrò delle strane rotture negli assali ferroviari i quali collassavano molto prima del previsto, nonostante questi fossero dimensionati con coefficienti di sicurezza elevati.

Alla vista gli assali presentavano una strana superficie di rottura contraddistinta da una parte liscia e un’altra rugosa, quest’ultima molto simile a quella che si ottiene con una prova di trazione.

Wöhler costruì la prima macchina che sottoponeva i provini a flessione rotante, analogamente a quello che accade ad un assale ferroviario.

Con tale macchina l’ingegnere definì delle curve di durabilità, ancora oggi universalmente chiamate “curve di Wöhler”.

Sempre a lui si deve la definizione di “Limite a fatica”, ovvero uno stato tensionale limite che se non superato consente al componente una vita indefinita.

All’inizio del secolo scorso gli studi sul fenomeno della fatica nei materiali metallici si intensificano allo scopo di produrre una metodologia di progetto affidabile.

Innumerevoli sono i nomi di ingegneri e ricercatori che hanno contribuito allo scopo e tra tutti ne ricordiamo alcuni: Gerber, Godmann, Ewing, Bauschinger, Griffith, Palmgreen e Miner.

Senza trascurare il contributo dato al fenomeno della fatica dai recenti sviluppi dei danneggiamenti e della resistenza reciproca letti attraverso i parametri della meccanica della frattura (ramo della meccanica che si occupa di studiare gli effetti di cricche e difetti sullo stato di sforzo applicato ad un corpo) che vedono in Griffith, Irwin, Paris e Wheeler i più prestigiosi ricercatori.

Vita residua Gru-2

Come si può ben apprezzare la sicurezza strutturale in servizio di un apparecchio di sollevamento cose e ancor più per un apparecchio di sollevamento persone (PLE) riveste un problema primario in relazione alla prevenzione degli infortuni ed alla tutela della salute dei lavoratori.

Recenti e frequenti eventi infortunistici riguardanti l’utilizzo delle piattaforme di lavoro addebitati a cedimenti strutturali pongono all’attenzione dei soggetti responsabili un’urgenza di approfondimenti sullo stato di conservazione di tali macchine.

PROCESSO DI VALUTAZIONE DELLO STATO DI CONSERVAZIONE

Il processo di valutazione dello stato di conservazione in generale e la sicurezza strutturale in particolare può scaturire per differenti ragioni e necessità operative; le principali possono essere:

1. Il cambiamento delle condizioni di utilizzo:

la necessità di aggiornare l’impiego di una macchina è dovuta in via prioritaria a modifiche dei processi produttivi o “revamping” delle macchine. Solitamente gli interventi comportano miglioramenti delle capacità di sollevamento e movimentazione oltre che delle prestazioni funzionali. In tutti questi casi è necessario svolgere una valutazione della capacità di carico prima di valutare la sicurezza a fatica.

2. È stato raggiunto il limite della vita residua stabilito o presunto:

come già detto, gli apparecchi di sollevamento sono progettati e costruiti per una ipotetica vita definita  dal costruttore che, com’è noto, assolve i sui impegni di responsabilità del prodotto al compimento del decimo anno dalla vendita.Generalmente, le norme di calcolo fanno riferimento a classificazioni che prevedono un periodo utile di 20 anni di vita per gli elementi strutturali e circa 10 anni di vita per i componenti meccanici.

3. L’accertamento di segnali di danno o deterioramento:

le ispezioni e le manutenzioni previste dal complesso sistema di controllo degli apparecchi di sollevamento ovvero eventuali incidenti o guasti significativi permettono di rilevare usure precoci e/o deformazioni che richiedono azioni ispettive approfondite sullo stato di conservazione delle macchine.

Rilevato il fatto che in molti casi, la vita di servizio non è stata calcolata, in quanto i metodi di calcolo delle gru sono stati standardizzati dopo gli anni ’70.

Le ispezioni previste in materia di sicurezza del lavoro imposte da leggi nazionali e/o regole di buona tecnica (norme tecniche) richiedono una valutazione della vita residua degli apparecchi.

Infatti, in questi ultimi anni il sistema obbligatorio di verifica degli apparecchi di sollevamento (vigente per legge in campo nazionale) attraverso legittime richieste dei verificatori ha posto in maniera sempre più pressante la questione di accertamenti approfonditi in relazione alla vetustà degli apparecchi.

LA NORMATIVA

Tali verifiche dette in gergo tecnico “ispezioni approfondite” o “ispezioni per valutazioni speciali” sono state recentemente inserite nel quadro legislativo italiano con il decreto del Ministero del Lavoro del 11 aprile 2011 riguardante “Disciplina delle modalità delle verifiche periodiche di cui all’allegato VII del D.lgs. 81/08, …”.

Tale decreto, infatti, codifica definitivamente la necessità di indagini supplementari finalizzate ad individuare vizi, difetti o anomalie, prodottesi nell’utilizzo della gru messe in esercizio da oltre 20 anni, nonché a stabilire la vita residua in cui la macchina potrà ancora operare in condizioni di sicurezza.

La valutazione dello stato di conservazione rientra a pieno titolo nell’applicazione della norma UNI ISO 9927-1, già recepita in ambito nazionale nel 1997, nonché la ISO 9927-3, emessa nel 2005 ma non ancora acquisita come norma UNI.

Tali norme introducono una categoria di controlli per valutazioni speciali atte a valutare la vita residua degli apparecchi.

Molto interessante è il fatto che le norme sopracitate riservano le verifiche speciali a soggetti dotati di una specifica preparazione e professionalità: gli “ingegneri esperti”.

Vita residua Gru-3

Infatti, la suddetta normativa specifica, nel prospetto A1 dell’allegato A, la figura di ingegnere esperto come:

 

“sono ingegneri pratici in progettazione, costruzione o manutenzione degli apparecchi di sollevamento, con conoscenza sufficiente delle relative norme e regolamenti, che hanno l’attrezzatura necessaria per effettuare l’ispezione e possono giudicare”

IL RUOLO DELL’INGEGNERE ESPERTO

All ’ingegnere esperto sono richieste conoscenze e competenze di natura specialistica tali da permettergli di valutare, in modo globale, la condizione di sicurezza dell’apparecchio di sollevamento.

Per poter valutare le credenziali di un ingegnere esperto si parte, intanto, dal prerequisito di natura scolastica, ovvero dal fatto che si tratti di una figura laureata in ingegneria.

A questo deve essere associato una specifica preparazione nel campo della progettazione degli apparecchi di sollevamento, corredata di una conoscenza delle relative norme.

È quasi ovvio pensare che chi debba giudicare l’idoneità di una gru debba essere a conoscenza dei contenuti delle norme che si applicano per il progetto delle varie componenti o delle specifiche associate ai diversi materiali utilizzati (acciai, saldature, bulloni ecc.).

Ma questo non è sufficiente in quanto, visto il livello approfondito d’indagine richiesto, l’ingegnere esperto deve disporre delle attrezzature necessarie e/o delle competenze sufficienti per valutare i risultati delle indagini e i rilievi effettuati (attrezzature e materiali per l’effettuazione di indagini non distruttive così come per l’effettuazione di accertamenti dimensionali quali deformazioni, giochi o altro).

L’attività dell’ingegnere esperto si concretizzerà, infine in un giudizio sulla condizione di sicurezza della macchina, ovvero nell’assumersi la responsabilità di attestare, sia pure limitatamente a un determinato periodo temporale, l’idoneità dal punto di vista del suo funzionamento in sicurezza.

Va da sé che a un esito non positivo del controllo effettuato dal tecnico esperto sia soggetto a una valutazione e a un approfondimento da parte dell’ingegnere esperto in quanto unico soggetto che potrà stabilire l’accettabilità o meno dell’anomalia in relazione alla condizione generale di sicurezza richiesta, oppure stabilire le opportune procedure d’intervento.

 

Prossimamente verrà pubblicata la seconda parte