La movimentazione e i sollevamenti

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1 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 1/19 La movimentazione e i sollevamenti LA MOVIMENTAZIONE. 1 Introduzione. La meccanizzazione e l industrializzazione del cantiere richiedono al cantiere l organizzazione di consistenti attività di movimentazione che riguardano materiali, componenti ed attrezzature. La crescente rilevanza della movimentazione dipende dall incremento del numero di processi che in tutto o in parte si svolgono esternamente al cantiere. La movimentazione e la gestione dei flussi degli approvvigionamenti e delle attrezzature sono quindi uno degli argomenti chiave della pianificazione operativa del cantiere. Ai fini descrittivi occorre distinguere fra due principali modalità di movimentazione: - la prima tecnicamente intrinseca al processo di produzione ( ad esempio la gestione dei flusso della posa in opera del calcestruzzo o la movimentazione del terreno) che richiede attrezzature dedicate; - la seconda che sostiene il generico servizio di movimentazione dentro e fuori dal cantiere. In particolare se fino all accesso al cantiere tutta la logistica è affidata al trasporto su gomma, dall accesso al cantiere in poi si diversifica per la gestione dei flussi delle operazioni. La gamma di apparecchiature e di accessori utilizzati nei cantieri edili sono riassumibili in tre classi: - attrezzature generiche di sollevamento quali elevatori mobili, montacarichi ascensori ecc. - gru mobili: automotrici fuori strada su ruote o su cingoli, da strada, o combinate da strada/fuoristrada su ruote; - gru a torre: montate per elementi o automontanti, fisse o montate su rotaia. 2 Aspetti generali. Con il termine generico gru si descrive l insieme delle apparecchiature di sollevamento che per mezzo di un braccio permettono una dislocazione dell oggetto movimentato fuori piombo attraverso la mediazione di un braccio e comportanti più strumenti di sollevamento quali ganci, benne, elettrocalamite, rampini ecc. Alla descrizione funzionale del sistema di sollevamento sono associate le principali classi di prestazioni che caratterizzano l organizzazione del processo di produzione; le principali caratteristiche funzionali da prendere in considerazione sono: - l altezza minima sotto gancio in rapporto all edificio da realizzare ed agli elementi da movimentare ed ai relativi accessori di movimentazione; - l area di movimentazione coperta in relazione agli elementi da trasportare ed alla sicurezza delle persone; - il carico massimo alla portata minima associato al carico alla portata massima dipendenti dal carico di servizio e dalla portata e cioè; - la coppia (Q x L) tale che Q = U + P dove: Q è il carico mobile in servizio (peso totale degli elementi sospesi ai cavi); U è il carico utile; P è il peso degli elementi che fanno normalmente parte dell apparecchiatura quali pulegge, ganci,la lunghezza dei cavi pendenti in traslazione;

2 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 2/19 L è la distanza orizzontale fra l asse di rotazione della macchina e l asse di sollevamento del carico; Figura Schema di base relativo al carico di basculamento per gru montate su ruote, rotaie o su automezzi in genere. - il carico massimo ammissibile M max in funzione di una data distanza valutato a partire dalle condizioni di non basculamento, in cui la distanza A di basculamento viene determinata a partire dalla distanza assiale L, come schematizzato in figura; - le condizioni di servizio della macchina e dei suoi meccanismi (utilizzo, stato di carico). 3 I criteri di scelta. La scelta di un dispositivo di sollevamento si effettua a partire da criteri economici e tecnici che permettono di assicurare un adeguato livello di efficienza in condizioni di sicurezza massima per le persone che eseguono il lavoro. Le condizioni di sollevamento e di manutenzione dei carichi dipendono dalla natura del cantiere (nuovo o di recupero) e dalle sue dimensioni. Per costruzioni nuove la scelta delle attrezzature dipende da condizioni quali: - le operazioni preliminari quali l analisi del piano generale di costruzione per determinare l ordine di costruzione del o degli edifici e i volumi da realizzare rispetto ai tempi stabiliti, la scelta dei procedimenti costruttivi (tipo di struttura, facciate, parti d opera prefabbricate ) e delle zone di fabbricazione e stoccaggio (approvvigionamenti e/o utilizzo di attrezzature di casseratura, movimentazione del calcestruzzo, delle armature, degli elementi prefabbricati, ecc.); - le differenti possibilità di impianto dell attrezzatura in funzione dell ambiente del cantiere (ostacoli, quali edifici esistenti, zone di sorvolo interdette, linee elettriche, altri impianti presenti o da spostare); - le condizioni di installazione, di messa in servizio e di utilizzazione dell attrezzatura (zona di impianto, disposizioni pratiche di montaggio e smontaggio, alimentazione elettrica, accesso all approvvigionamento ecc.); La scelta rispetto alle caratteristiche dell attrezzatura che occorre utilizzare e in base alla disponibilità riguarda in generale i seguenti punti: - la scelta del tipo di gru: mobile, a torre, di impiego specifico - la natura della traslazione: su cingolato, pneumatici o eventualmente fissa, - la natura dell equipaggiamento: braccio, postazione di guida, eventuali stabilizzatori ecc. - il tipo di trasmissione: elettrica, idraulica, pneumatica, meccanica, mista ecc. - la natura dei comandi: diretti, assistiti, asserviti.

3 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 3/19 Gru a torre [Portata max (m) carico (kn)]* [Carico max (kn), portata (m)]* Montata per elementi Da [40, 10] a [60, 40] Da [30, 18] a [80, 35] automontanti Da [15, 5] a [50, 20] Da [10, 6] a [100, 15] * con carrucola semplice Gru mobili Massa (t) Camm (t x m)* Mobili sulla rete stradale (v > 25 km/h) Da 18 a 100 Da 150 a 3000 Automotrici su pneumatici (v < 25 km/h) Da 18 a 80 Da 150 a 800 Su cingoli Da 30 a 300 Da 300 a 3700 * Camm carico ammissibile al 75% del carico di basculamento (su stabilizzatori a 360 ) Tabella Tipi di gru e prestazioni delle macchine mediamente più utilizzate. 3.1 Sollevatori ausiliari. Fra le attrezzature usate più frequentemente si contemplano: a) Gru costituite da un telaio montato sulla struttura del camion e di una colonna sulla quale si articola un braccio ripiegabile o telescopico. b) Carrelli trasporto merci: costituiti da: - un telaio montato su due assi; - una torre altezza standard di 3,6 m di inclinazione variabile sulla quale scorre un piano porta forca ed una forca (carrelli a portata fissa con carico massimo da 1 a 4 t) e con la possibilità di inserimento di prolunghe quali benne, pale ecc.; - un braccio telescopico che supporta una forca (carrelli a portata variabile: altezza massima da 6 a 12 m, carico massimo a portata minima da 2 a 4t). c) Ascensori e montacarichi costituiti da un equipaggiamento che scorre su guide e che può essere abilitato al trasporto di persone e/o materiali e con differenti modalità di accesso del personale in fase di carico e scarico. Possono essere verticali o inclinati, in questo caso con minore capacità di sollevamento, e autostabilizzanti, in caso contrario la carpenteria di guida deve essere ancorata a tiranti. 3.2 Gru mobili. Le gru sono delle gru a braccio orientabile e a dislocamento autonomo che possono essere abilitate a percorrere la rete viaria, dotate di un telaio portante su ruote, motorizzato e fornito di stabilizzatori pneumatici, e di un braccio telescopico o articolato, a comandi idraulici, collegato al telaio da una piattaforma ruotante,che ospita i principali meccanismi e contrappesi. Viene utilizzata anche una versione, che trova scarsa applicazione nei cantieri edili, con il braccio costituito da un trave reticolata comandata a funi, alloggiato su di una piattaforma ruotante su un telaio cingolato simile al corpo macchina di un escavatore. La scelta di utilizzare una gru mobile piuttosto che una gru a torre è orientata a partire da criteri quali la brevità di intervento, l unicità o l eccezionalità dell operazione di sollevamento (quale il montaggio di una gru a torre), l importanza di utilizzare la mobilità del mezzo per movimentazioni localizzate (come nel caso di componenti prefabbricati, travature metalliche di grandi dimensioni ecc.). Le caratteristiche che si prendono in considerazione nell applicazione di tali strumenti sono: - l altezza sotto gancio: cioè la distanza verticale fra la base di appoggio delle ruote ed il gancio posizionato in punta al braccio; - la portata: cioè la distanza orizzontale entro la quale si può situare il centro di gravità del carico rispetto all asse di orientamento della base; - il carico massimo di servizio che dipende dalla lunghezza estensibile e dall inclinazione variabile del braccio, dalle caratteristiche meccaniche di sollevamento, angolazione ed estensione del braccio e dalla massa degli organi di sollevamento secondo le specifiche del costruttore.

4 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 4/19 Fra la documentazione tecnica di supporto fornita dal costruttore sono significative, per la pianificazione delle operazioni, gli abachi dai quali si ricavano i momenti massimi ammissibili in funzione della portata e dell altezza sotto gancio, le tavole che specificano il peso degli accessori in funzione degli sforzi di strappo, le schede di controllo per la verifica di stabilità della macchina, degli appoggio sul terreno o per la delimitazione dell area di lavoro sia in piano che in altezza (accessi del personale autorizzato, presenza di ostacoli ecc.). 3.3 Le gru a torre. Le gru a torre si sono evolute principalmente in relazione alla tecnologia del calcestruzzo in opera per divenire un servizio generico delle operazioni di cantiere: i dispositivi di cui si compone sono concepiti per sollevare e traslare materiali ed attrezzature dal piano di cantiere verso posizioni elevate. Questi permettono quattro spostamenti distinti che corrispondono ad equivalenti azioni meccaniche: - il sollevamento; verticale, ascendente o discendente; - la distribuzione; traslazione orizzontale mediante un carrello; - la rotazione; attorno all asse della ralla di orientamento (meccanismo verticale e solidale con un perno girevole. Si compone di un insieme costituito da argano, freno, rallentatore riduttore di velocità e di pignone che ingrana la corona orizzontale, sbloccabile per la messa in rotazione libera in condizioni di vento critiche; - la traslazione: su linea ferrata (gru semovente: piattaforma equipaggiata di ruote semplici o di carrelli, due motori, scorrevole su rotaia a scartamento variabile; velocità media di circa 25 m/min). Le tipologie di gru a torre è definibile per quattro gruppi di caratteristiche: - il montaggio: per elementi o automatizzato (a montaggio rapido senza l ausilio di apparecchi ausiliari); - le relazioni fra parti fisse e parti mobili: a rotazione dall alto, cioè a torre fissa, a rotazione dal basso e cioè a torre rotante; - le conformazione del braccio: a braccio orizzontale o a braccio inclinabile; - la base a terra: a rotaia di scorrimento, a basamento fisso, a gru rampante. La base della gru è uno dei più importanti fattori funzionali; può essere fissa o mobile. Le gru fisse sono ancorate direttamente alle fondazioni degli edifici durante la costruzione o sono zavorrate su piattaforme appositamente predisposte. Una variante è costituita dalle gru rampanti che, al crescere dell edificio in altezza, sono sollevate mediante martinetti idraulici lungo il proprio asse verticale ed ancorate al cavedio in cui sono alloggiate. Gru mobili possono essere montate su camion, su ruote o su rotaia. La stabilizzazione nel caso di gru su camion o su rotaia viene ottenuta mediante pistoni idraulici posti a contatto del terreno. L impiego di una gru si può schematizzare in tre fasi: montaggio e avvio all esercizio, utilizzo e manutenzione, smontaggio. I componenti di una gru a torre sono trasportati su bilico sul luogo del montaggio e sono assemblati da una squadra specializzata mediante l uso di una gru mobile. In particolare le condizioni di smontaggio a lavori ultimati richiedono una attenta valutazione, sia dei problemi logistici che di eventuali costi connessi con movimentazioni particolarmente laboriose. 4 Le principali caratteristiche e prestazioni di una gru a torre. Le prestazioni ottenibili attraverso la combinazione dei movimenti elementari e che costituiscono specifiche di confronto fra le differenti attrezzature sono le seguenti: - Massima altezza raggiungibile senza ancoraggi intermedi. Questa altezza può essere aumentata mediante ancoraggio alle strutture dell edificio; - Massimo sbraccio (in metri); - Massima potenza di sollevamento (in kw);

5 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 5/19 - Massimo carico sollevabile (in t). Il carico massimo sollevabile è convenzionalmente considerato in prossimità alla torre. Se si prescinde dalle caratteristiche dell argano e limitandosi a considerare la dislocazione del carico lungo il braccio, se si procede verso la punta del braccio il valore del massimo carico sollevabile decresce proporzionalmente al crescere della distanza dalla torre. In prima approssimazione il carico in punta al braccio può essere stimato attraverso il carico massimo sollevabile. Il momento massimo ammissibile (t x m) esprime la relazione, costante, fra distanza dal baricentro della torre del carico ed il carico. Ad esempio se 300 t x m è il momento massimo ammissibile in prossimità alla torre, a 30 m sarà pari a 10 t. Operativamente nella gru sono utilizzati due limitatori per assicurarsi che l operatore non sovraccarichi la gru oltre i limiti di sicurezza: - Il carico massimo controllato alla trazione del cavo non deve eccedere un valore limite stabilito; - Il momento impresso del carico alla gru in un dato punto del braccio non deve superare il valore prefissato. Elementi funzionali delle gru a torre Asse di rotazione Portata minima Legenda: Controbraccio (1. controbraccio, 2. tirante, 3. contrappeso), Braccio (4. portabraccio, 5. tirante, 6. punta, 7. piede, 8. argano di scorrimento del carrello, 9. elemento del braccio, 10. carrello, 11. carrucole) Torre (12. perno fisso, 13. corona di orientamento, 14. perno rotante, 15. elementi della torre, 16. argano di sollevamento dei carichi, 17. cabina) Base (18. tirante, 19. Contrappesi della base, 20. telaio di base o carrelli di scorrimento montati su telaio, 21. piede di sigillatura, 22. quadro di sollevamento).

6 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 6/ Gli elementi funzionali di una gru a torre. La gru viene utilizzata per distribuire i carichi a tutti i livelli della costruzione, per coprire le distanze nel cantiere e in tutte le direzioni grazie ai movimenti possibili. In funzione degli accessi al cantiere, alla sua durata, ai carichi da sollevare, alle distanze da coprire vengono utilizzate due tipi di gru: - gru a torre, con il complesso braccio e controbraccio rotante sulla torre, fissa, montata su rotaia o automontante; - gru in cui torre, braccio, tiranti e zavorra sono solidali e ruotanti su di una ralla intelaiata sulla base bloccata al suolo. Ogni parte si compone di elementi che complessivamente assolvono alle seguenti funzioni: - il controbraccio (da 1 a 3) assicura la stabilità verticale; - il braccio(da 4 a 11) solleva e trasla il carico in un area delimitata; - la torre (da 12 a 17) consente di sollevare i carichi all altezza necessaria; in relazione allo sviluppo in altezza della torre può essere richiesto l ancoraggio alle strutture dell edificio che non presenta particolari problemi strutturali avendo come funzione la stabilizzazione verticale della torre e l irrigidimento alle sollecitazioni del vento. Le versioni più recenti permettono uno sviluppo considerevole in altezza senza richiedere l ancoraggio all edificio; - la base (da 18 a 22) sostiene la torre e ripartisce i carichi sul terreno o sulla rotaia di scorrimento; una gru su base fissa copre, in assenza di limitazioni al sorvolo, una rotazione di 360 gradi, su un area limitata dalla lunghezza del braccio ed è lo strumento usato più frequentemente per la movimentazione nella costruzione di edifici. La progettazione della base di appoggio deve essere messa in relazione con le caratteristiche del terreno. - l eventuale rotaia di scorrimento consente la traslazione della gru. Una gru montata su rotaia può operare ad una altezza considerevole ma consente velocità ridotte. Con i movimenti di traslazione, l area di azione può risultare molto ampia. Se l altezza richiede un ancoraggio all edificio, i punti di ancoraggio devono essere disposti considerando l asse di traslazione della gru. La rotaia deve essere realizzata prendendo in considerazione le condizioni del terreno e richiede frequenti interventi di manutenzione. 4.2 Le gru rampanti. Le gru rampanti hanno caratteristiche simili alle gru ancorate staticamente al terreno. Differiscono da questa perché, raggiunta un altezza opportuna, la gru viene sollevata utilizzando un collare di sollevamento ancorato alla struttura dell edificio. Il suo impiego richiede un progetto specifico. Il braccio ha una portata ridotta rispetto alle gru fisse/montate su rotaia.

7 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 7/ a Su binari b Fissa Legenda: 1. braccio, 2. tirante, 3. puntone, 4. carrello, 5. carrucole, 6. argano di scorrimento del carrello, 7. tirante, 8. torre telescopica, 9. tirante, 10. torre esterna, 11. contrappeso, 12. telaio o piattaforma ruotante, 13. telaio di base (fisso o mobile su rotaia), 14. argano di sollevamento dei carichi, 15. ralla di orientamento. 5. La stabilità di una gru in servizio e fuori servizio. 5.1 Gru in servizio.per le gru in servizio le condizioni di impiego considerano il trasporto di carichi e la presenza di vento che soffia ad una velocità stimata in 72 Km/h. Le principali variabili che si prendono in considerazione nell analisi dei carichi sono in una gru a torre fissa: - la componente verticale del peso proprio degli elementi della gru e dei carichi trasportati con risultante Y; Y = P 1 + P 2 +P 3 + P 4 + P 5 + Q le forze dovute a differenti pesi propri (P 1 contrappeso, P 2 controbraccio, P 3 torre ed elementi montati sulla torre, P 4 zavorra e P 5 braccio); il carico trasportato (Q); - la componente orizzontale con risultante X; X = V 1 + V 2 + V 3 V 1 : risultante delle azioni del vento; in condizioni di esercizio di vento debole non viene presa in considerazione la componente ortogonale al braccio della gru; V 2 : azioni dovute alle accelerazioni/decelerazioni del carrello o delle rotazioni del braccio; V 3 : forza centrifuga generata dalla rotazione attorno all asse di orientamento; - il momento risultante dalla combinazione delle azioni orizzontali e verticali M z; M z = M zv + M zo

8 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 8/19 essendo M zv il momento risultante dalle azioni verticali a distanza d x dal centro delle masse del sistema e M zo il momento risultante dalle azioni orizzontali a distanza d y dal centro di massa del sistema; - il momento risultante (M y) impresso dall accelerazione/decelerazione all avvio/arresto della rotazione del braccio (M yo) e dall azione del vento sul braccio e sul controbraccio (M yv); M y = M yo + M yv Queste azioni sono equilibrate dalle azioni alle base della gru, in modo diverso per quelle su basi fisse da quelle mobili su carrelli. La stabilità al basculamento della macchina è verificata confrontando i momenti risultanti dalle sollecitazioni e dai carichi propri con i momenti di ribaltamento sul profilo di basculamento. 5.2 Le curve di carico. Il momento M zv (struttura e configurazione della macchina) e il carico movimentato Q = K / L, in cui K è una costante caratteristica della gru sono stabiliti in sede di progetto. Quindi in massimo carico utile trasportabile è: U m = K / L P in cui P è il carico dei componenti di servizio al sollevamento. Figura - Schemi di sollecitazione di una gru a torre Questa relazione viene espressa negli abachi dei carichi da una curva decrescente che limita il carico utile in funzione anche di ulteriori fattori quali ad esempio la deformazione del braccio caricato ecc. Procedendo verso la torre la curva assume un andamento orizzontale in ragione dei limiti di potenza dell argano per cui il carico utile sollevabile diviene costante. 5.3 Gru fuori servizio. A riposo, braccio scarico, vento che soffia fino a 150 km/h.

9 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 9/19 Le condizioni considerate per una gru fuori servizio esposta al vento prevedono il braccio scarico e libero di ruotare nella direzione dominante del vento, la gru a riposo, la base bloccata e ancorata con uno schema di carico in cui: Y = P 1 + P 2 +P 3 + P 4 + P 5 + Q X = V m in cui Q è il peso esercitato dal carrello e dai ganci e V m è il momento risultante dalla pressione del vento (estremi fino a km/h). Rispetto alle differenti configurazioni delle sollecitazioni si assumono le più gravose che devono risultare inferiori ai coefficienti di sicurezza stabiliti. In condizioni particolarmente gravose le azioni del vento vanno accuratamente analizzate in modo tale da poter ottenere un corretto posizionamento della gru fuori servizio al fine di ridurre le sollecitazioni sulle parti esposte alla pressione del vento. 6 Sigle di identificazione e di informazione. Le sigle di che identificano i modelli dei vari produttori sono predisposte per fornire alcuni dati caratteristici; ad esempio la sigla Topkit H30/40C, della Potain, indica, accanto al tipo di gru: - H: sigla per la lunghezza massima del braccio L = 60 m; - 30: carico massimo sollevato mediante i cavi (kn); - 40: carico massimo sollevato all estremità del braccio; - C versione del modello. Altre simbologie utilizzate per l identificazione degli elementi principali necessari alle funzioni operative di una gru a torre possono essere del tipo VB683 in cui: - V è lettera simboleggiante una gru su rotaia 6x6 m; - B è indica la versione dell attrezzatura; - 6.è la cifra di classificazione della torre (a maglia 2x2 m in pianta); è la cifra che si fa corrispondere ad una composizione delle maglie. Altre informazioni tecniche standardizzate riguardano altezza sotto carrello, in metri misurata fra la rotaia o piano di appoggio della base della gru e sotto carrello e l altezza totale della gru. 7 Le caratteristiche del braccio. Le caratteristiche operative del braccio che ne identificano le specifiche di prestazione sono le seguenti: 7.1. le caratteristiche dei carrelli: - carrelli doppi separabili possono essere montati a: - a quattro cavi (con un sistema di pulegge doppio); - a due cavi (a puleggia semplice); - Carrelli semplici a due cavi. Meno pesanti ed ingombranti di quelli a pulegge permettono di guadagnare fino a 4 kn sui carichi, e fino a 0,70 m sull altezza sotto gancio, in relazione ai modelli di ganci.

10 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 10/19 Figura Carrello doppio separabile e carrello semplice 7.2. La tavola dei carichi. La distribuzione dei carichi varia in relazione al sistema di pulegge utilizzato dal carrello; - carrelli che possono passare da una configurazione di tiro a due cavi ad una di tiro a quattro cavi (da carrello semplice a carrello doppio); - carrelli a due cavi. Passando dal carrello semplice al carrello doppio, le prestazioni della curva di carico utile risultano migliorate. Operativamente l incremento è significativo solo una parte della curva di carico: quella per la quale l aumento del carico utile compensa le perdite costituite dall aumento del carico di servizio del carrello doppio e dal maggiore ingombro. In relazione alle configurazioni possibili nell utilizzo dell accessorio, nelle curve di carico possono specificare quali fra queste permettono le prestazioni migliori Il valore del carico massimo sollevato all estremità del braccio. La gru può avere una lunghezza variabile del braccio. A ciascuna lunghezza corrisponde un carico massimo che può essere sollevato. 10,5m 3m 9,1m 1,2 m 30 m 50 m 1,5 m 1,2 m 10,5 m 3 m H (m) 8 34,5 7 31,5 6 28,5 5 25,5 4 22,5 3 19,5 2 16,5 1 13,5 0,15 m 10,5 m 3 m 1,5 m 1,2 m H (m) 34, ,5 0,15 m 10,5 m 0,15 m 1,2 m H (m) 39,1 28,6 18,1 9,1 m 3,75m 3 m 1,5 m 1,2 m H (m) 30,7 27,7 24,7 21,7 18,7 15,7 H F2 P 12C F3 F2 P 12C F3 F2 1,6m P 16A F2 69 t 72 t F2 69 t 72 t F2 60 t 69 t F3 50 t 54 t F3 50 t 54 t F3 40 t 52 t 22 t 22 t 22,5 t F3 B 125 A Figura Gru a base fissa: esempio di schema delle reazioni della torre in servizio ( ), fuori servizio (?) e con zavorra.

11 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 11/19 8 La documentazione tecnica di supporto di una gru a torre. Nella documentazione tecnica proposta dal produttore sono tre le schede di particolare rilevanza per il funzionamento dell attrezzatura. Ad ognuna di esse si associano schemi grafici esplicativi: - la prima permette di determinare le caratteristiche dimensionali: - la lunghezza del braccio; - l altezza sotto gancio; - l altezza totale; - le dimensioni dell intelaiatura; - le azioni sugli appoggi, in servizio e fuori servizio. Nel caso di gru mobili il dato progettuale significativo riguarda il valore delle azioni di contatto della gru sulla rotaia identificata nell azione F 1. Le configurazioni di carico che si prendono in considerazione riguardano: - il valore di F 1 in esercizio con vento che soffia velocità inferiore a 72 km/h; - il valore di F 1 fuori servizio per un vento che soffia a velocità inferiore a 150 km/h e superiore a 72 km/h; 1,5 m 1,2 m 3 m H (m) 8 35,7 7 32,7 6 29,7 5 26,7 4 23,7 3 20,7 2 17,7 1 14,7 1,5 m 3 m 1,2 m 3 10,5 m 1,40 m 10,5 m 1,2 m H (m) 3 40,3 2 29,8 1 19,3 H 9,1 m 2 1 H (m) 35,7 34,2 31,2 20,7 10,5 m 1,40 m 1,40 m 3,8 x 3,8 m 3,8 x 3,8 m F1 F1 ZF 12 A ZF 12 A F1 41 t 41 t F1 41 t 41 t 27,5 t 27,5 t 3,8 x 3,8 m F1 ZF 12 A F1 47 t 53 t 28 t Figura Gru a base mobile: esempio schema delle reazioni della torre sulla rotaia in servizio ( ), fuori servizio (?) e con zavorra. - la seconda esprime il massimo carico utile in funzione della portata secondo il tipo di carrello (a due o a quattro cavi); - la terza precisa le caratteristiche dei meccanismi (di sollevamento, distribuzione, orientamento, traslazione, potenza elettrica, ecc.)

12 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 12/19 3,2 14, , m 50 m 5 4 3,33 2,9 2,5 2,5 2,2 2,05 1,85 1,75 1,6 1,5 1,35 1,3 1,2 t 2,5 2,2 2,05 1,85 1,75 1,6 1,5 1,35 1,3 1,2 t 3,2 15, ,2 29, m 45 m 5 4,4 3,6 3,2 2,75 2,5 2,5 2,25 2,05 1,9 1,75 1,65 1,5 t 2,5 2,25 2,05 1,9 1,75 1,65 1,5 t 3,2 15, ,8 30, m 40 m 5 4,5 3,7 3,3 2,85 2,5 2,5 2,3 2,1 1,95 1,8 t 2,5 2,3 2,1 1,95 1,8 t 3,2 15, ,8 30, m 35 m 5 4,5 3,7 3,3 2,85 2,5 2,5 2,3 2,1 t 2,5 2,3 2,1 t 3,2 16, m 30 m 5 4,8 3,9 3,5 3 2,75 2,4 t 2,5 t 3,2 16, m 25 m 5 4,8 3,9 3,5 3 t 2,5 t 3,2 16, m 20 m 5 4,8 3,9 t 2,5 t Figura Esempio di tavola dei carichi per distinti per carrelli doppi separabili e per carrelli semplici Le caratteristiche del meccanismo di sollevamento permettono di mettere in relazione l entità dei carichi da movimentare con i tempi e le velocità di movimentazione. L uso del doppio carrello raddoppia tendenzialmente il carico e la velocità di sollevamento e rispetto al carrello semplice. Inoltre il raddoppio della massa da sollevare (ad esempio da 2,6 a 5t) dimezza la velocità di sollevamento (da 33 m/min a 26,5 m/min) e inversamente. La comparazione delle informazioni relative ai tempi dei cinematismi permette di selezionare le attrezzature richieste per soddisfare le esigenze di piani di costruzione e servono da base al calcolo dei tempi del ciclo di movimentazione. Sollevamento Distribuzione Rotazione Traslazione Condizioni di movimentazione Capacità di sollevamento (t) Velocità di sollevamento (m/min) Velocità di distribuzione (m/min) Velocità di rotazione (giri/min) Velocità di traslazione (m/min) 2,5 5 6,6 3,3 15 2, , > 0,8 25 1,3 2, Kw 18, x 2,9

13 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 13/19 Lunghezza cavo (m) 323 Tabella - Schema dei tempi di movimentazione 9 Misure generali di sicurezza. Per assicurare l impiego sicuro dell impianto vengono utilizzati sia sistemi automatici di controllo che dispositivi definitivi mediante misure precauzionali. Le principali misure adottate consistono: a nelle limitazioni nella movimentazione dei carichi: al fine di evitare tutti i rischi di accidenti e per sopperire a tutti gli errori di conduzione i sistemi elettromeccanici sono dotati di controlli automatici. I limiti riguardano: - i carichi: impediscono di oltrepassare i carichi massimali di sollevamento per i carichi; - i momenti: arrestano l utilizzo della gru per valori superiori a quelli calcolati; - i rallentamenti: agiscono sulla riduzione della velocità di movimento prima degli arresti; - i fine corsa: (carrelli, traslazioni ecc.) arrestano il movimento prima dell arresto meccanico. Gli arresti meccanici a fine corsa impediscono alla gru di uscire dai binari di rotolamento; b nel controllo delle distanze. Uno spazio minimo di 0,60 m deve sussistere fra la gru e qualsiasi parte dell edificio in costruzione, una distanza di 2 m deve sussistere fra le parti della gru e qualsiasi ostacolo, fisso o mobile; c nel controllo delle interferenze. I regolamenti impongono un controllo stretto delle interferenze fra le gru. Alcuni dispositivi installati sulle gru aiutano a gestire le interferenze. Permettono di scegliere fra: - l arresto automatico all ingresso nelle zone interdette alla gru posta in posizione più elevata; - l accesso alternato o sequenziale di una delle due gru nella zona di interferenza e la gestione in tempo reale della posizione dei cavi della gru più alta in rapporto ad un ostacolo fisso, di un braccio o di un controbraccio di una gru sorvolata. 10 Installazione e messa in servizio di una gru e relativa documentazione. Le principali attività di allestimento e impiego dell attrezzatura si accompagnano alla produzione di documenti di gestione alcuni dei quali finalizzati ad acquisire le opportune autorizzazioni. Le principali attività riguardano: a richiedere l autorizzazione per l installazione: l impresa deve stabilire un piano di installazione del cantiere e ottenere le debite autorizzazioni per l installazione delle gru; b richiedere l autorizzazione al trasporto che secondo l ingombro della gru deve essere autorizzato; c preparare la base di appoggio: il basamento sul terreno deve essere impiantato, eseguito un decapaggi ed un risanamento. A secondo dei casi possono essere richiesti dei riempimenti per consolidare il terreno, viene eseguito un getto in calcestruzzo alleggerito per uniformare la base di appoggio oppure devono essere eseguite delle vere e proprie fondazioni di sostegno delle gru; d montare la gru: può essere allestita da parte del servizio attrezzature dell impresa o da un servizio specializzato; e mettere in servizio la gru: Possono essere richiesti dei saggi o verbali di accertamento aventi in oggetto:

14 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 14/19 - -la statica della gru: prove di deformazione del braccio, della torre o della rotaia di scivolamento per un carico superiore di 1/3 al carico massimo ammissibile. - un saggio dinamico che consiste nel controllo del funzionamento dei movimenti e dei dispositivi di sicurezza per un carico superiore del 10% al carico massimo ammissibile. 11 La pianificazione dell impiego di una postazione di sollevamento. L analisi e la pianificazione dell impiego di una postazione di sollevamento richiede lo svolgimento dei seguenti compiti: a Analisi delle condizioni tecniche relative al funzionamento della postazione; b Dimensionamento del carico di lavoro per l attrezzatura; c Analisi dei tempi di movimentazione. Il primo passo consiste nell analizzare i procedimenti costruttivi per la costruzione dell edificio. Ciò permette di analizzare le caratteristiche richieste alla gru: a Lunghezza del braccio: distanza orizzontale in metri fra l asse di rotazione della gru e l asse verticale del carrello; b Altezza sotto carrello, ossia l altezza verticale fra il livello superiore della rotaia o della base di appoggio della gru ed il punto inferiore del gancio, portato nel punto più alto e con il carrello in punta del braccio. Hsc = h 1 + h 2 + h 3 In cui: - h 1 distanza fra la base di appoggio della gru e il punto più elevato dell edificio da costruire; - h 2 distanza di sicurezza fra il punto più elevato dell edificio da costruire e quota di sorvolo dei carichi da movimentare, fissata a forfait in 2 m; - h 3 altezza massima dei carichi da sollevare comprese le attrezzature di movimentazione e di imbracatura; c Carichi all estremità del braccio: carico utile sollevato dalla gru alla sua portata massima. d Condizioni particolari che interessano le modalità di movimentazione in relazione a componenti da movimentare o ad accessori da utilizzare (benne a pieno carico, benne speciali, imbracature per elementi di solaio, casseforme, barre di distribuzione). In una procedura di definizione della postazione di sollevamento alcuni punti che devono essere necessariamente esaminati sono i seguenti. Occorre: a Tracciare l asse di percorrenza della gru sul piano di fondazione; b Determinare la lunghezza minima del braccio in metri; c Calcolare l altezza minima sotto gancio in relazione al piano di appoggio della gru; d Determinare i valori massimi dei carichi da sollevare all estremità del braccio; e Scegliere le caratteristiche operative della gru e verificare le modalità di smontaggio a lavori conclusi; f Determinare la lunghezza eventuale della rotaia; g Descrivere le caratteristiche della rotaia; h Produrre la documentazione per le autorizzazioni necessarie. 12 Il dimensionamento del carico di lavoro di una gru - Una gru è un attrezzatura di sollevamento onerosa. La ricerca di saturare l impiego della risorsa è un obiettivo necessario per ridurre i costi legati alla sua utilizzazione e non può ostacolare l impiego di altre risorse

15 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 15/19 quali la manodopera o un sistema di formatura dei getti. Lo studio dei tempi di utilizzazione di una gru, chiamato carico della gru, consiste in: - elaborare delle ipotesi preliminari circa i tempi di occupazione richiesti per realizzare le strutture verticali ed orizzontali dell edificio utilizzando i procedimenti costruttivi prescelti; - determinare le cadenze di produzione e le attrezzature di lavoro per convalidare il numero delle gru impiegate, la suddivisione in zone di lavoro ed i tempi previsti La formulazione delle ipotesi di studio. Preliminarmente all analisi dei cicli di produzione è necessario raccogliere alcuni dati generali sul funzionamento del cantiere ed in base a questi formulare alcune ipotesi di studio per ognuna delle quali vengono esplicitate le condizioni operative. Lo studio delle condizioni operative permette di ipotizzare il tasso di saturazione della gru che corrisponde alla percentuale del lavoro reale della gru in una giornata di lavoro di 8 o 9 ore. Il tasso di saturazione permette di esprimere una previsione circa la possibile sincronizzazione delle attività. Viene spesso utilizzata la misura oraria (da 0 a 60 min) per caratterizzare la produttività dei processi: - 0 corrisponde all immobilità assoluta; - 60 corrisponde a 60 minuti di lavoro effettivo in un ora. Un tasso di saturazione più che soddisfacente che può essere riscontrato in condizioni ricorrenti per l impiego di una gru è pari a 50 che corrisponde a 50 minuti di impiego lavoro effettivo in un ora. Altre grandezze che occorre stimare per dimensionare il carico della gru sono: - quantità e caratteristiche delle opere elementari calcolate sommariamente; - tempi unitari di movimentazione definiti mediante misurazioni o statistiche. La procedura di dimensionamento del carico di lavoro di una gru si compone delle seguenti attività: - descrizione delle attività di movimentazione descritte in relazione ai procedimenti costruttivi utilizzati; - durata di un ciclo di movimentazione, espressa in minuti; rappresenta per uno spostamento la durata dei movimenti della gru carica ed il ritorno a vuoto ed i tempi di impiego della manodopera; - numero dei cicli: è l entità numerica che esprime il numero di movimenti necessari per eseguire ciascun compito della costruzione. Si ottiene dividendo la quantità di opere da realizzare per la media movimentata con un ciclo di gru; - durata degli spostamenti per compito, per opera e per piano dell edificio: le durate sono espresse in minuti e corrispondono: - per i compiti alla durata di un ciclo moltiplicata per il numero dei cicli; - per le opere alla somma delle durate dei compiti; - per i piani dell edificio, alla somma delle durate delle opere. - ipotesi di flusso: descrivono preliminarmente le dinamiche degli spostamenti per un ciclo di gru Risultati attesi dal dimensionamento. Il calcolo del carico di lavoro di una gru determinato sulla base realistica di sviluppo dei lavori, permette di stabilire gli obiettivi di pianificazione e le durate dell allocazione delle risorse. Al fine di considerare l alea dei processi la durata di previsione viene aumentata di una quantità che va dal 10% al 20%. L analisi del carico della gru fornisce tre indicatori significativi ai fini della pianificazione:

16 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 16/19 - la cadenza giornaliera media, espressa in giorni per ogni gru, viene ottenuta dalla divisione delle quantità di opere per i giorni utilizzati per ogni piano costruito: ad esempio si determina la movimentazione di componenti per un totale di 75 m 2 /giorno di solaio finito per gru; - la durata giornaliera media per tipo di opera, espressa in ore per giorno e per gru, viene calcolata dalla divisione dei tempi di carico totale della gru per opera (h) per i giorni assegnati per la costruzione (giorni): ad esempio si ottiene che la realizzazione del solaio impegna la gru 1,38 h/giorno che espresso in percentuale 1,38 h / 9 h = 15,33%; - la composizione delle squadre per ogni piano di costruzione: esprime il numero di operatori componenti la squadra e viene determinato in rapporto alla quantità di opere da realizzare moltiplicata per i tempi unitari divisi per il numero di ore impiegate da un operaio durante il periodo di giorni allocati. Ad esempio l esecuzione di solai e pilastri viene determinato come segue: 747,2 h / (7,80 h x 21 giorni) = 5 operai al massimo di efficienza (60) o 6 operai ad efficienza 52. La determinazione delle risorse impiegate in un ciclo di movimentazione di una gru per il trasporto delle attrezzature e dei materiali portano spesso alla costituzione di due squadre di lavoro localizzate in due punti differenti del cantiere, tali che ad una squadra spetta il carico della gru ed alla seconda squadra spetta lo scarico ed eventualmente la posa del carico. Il ciclo di una gru consiste nel determinare la durata degli spostamenti della gru scarica e carica, a cui vanno aggiunti i tempi richiesti dalle operazioni dalle due squadre. Possono essere correntemente utilizzati due metodi per determinare le durate delle operazioni: la misura diretta con il cronometro o la simulazione del funzionamento di un ciclo a partire dai tempi elementari della manodopera e delle attrezzature Analisi dei tempi di movimentazione. L analisi dei tempi di movimentazione di materiali e componenti, come nell esempio in tabella per il calcolo della movimentazione di una trave prefabbricata, richiede le seguenti operazioni: - individuazione dei movimenti e delle distanze: questi indicano il percorso della gru caricata con il componente di cui si specifica il peso, dal punto di stoccaggio al punto di posa, più il percorso a vuoto di ritorno (esempio trave prefabbricata di 3 tonn); - identificazione delle caratteristiche della gru sulla cui base si determinano le velocità degli spostamenti, delle traslazioni e delle rotazioni; - definizione dei tempi elementari sono relativi ad ogni singolo movimento espresso in frazioni decimali di minuto, ad esempio una durata di sollevamento pari a 0,5 min; - definizione dei tempi di movimentazione, ottenuti per addizione dei tempi elementari di sollevamento, discesa e del maggior valore di rotazione o di traslazione e la maggiorazione a forfait di 0,15 min per l approccio alla fine e in partenza della movimentazione. Movimenti e Caratteristiche Tempi 15 m Movimenti e Caratteristiche Tempi distanze della gru elementari distanze della gru elementari 135 Sollev.: 20 m 40 m/min 0,5 min Sollev.: 8 m 80 m/min 0,10 min Rotaz. Braccio: 0 0,8 giri/min 0,46 min Rotaz. Braccio: ,8 giri/min 0,46 min 135 punto di Discesa: 20 m Traslazione: 15 m 0 66 m/min 0,23 min posa 0 80 m/min 0,25 min 20 m Maggiorazione 0,15 min Maggiorazione 0,15 min Tempo di movimentazione 1,31 min punto di stoccaggio Tempo di movimentazione a vuoto 0,96 min

17 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 17/19 Tabella Analisi della movimentazione con carico ed a vuoto. Il ciclo di montaggio degli elementi tecnici può essere rappresentato graficamente per evidenziare i tempi di coordinamento delle operazioni di movimentazione con i tempi di imbracatura e di posa. Le operazioni indicano tutte le operazioni elementari necessarie per posare il componente edilizio. Viene indicato il numero di operai previsto per realizzare l operazione ed i tempi elementari in minuti. Il tempo di movimentazione è quello ottenuto dall analisi dei movimenti elementari. Dall analisi risulta il carico totale della gru e della squadra di posatori per l operazione in esame. Operazione N. di operai Tempi elementari (min) Tempi di gru (min) 1. Agganciare la trave 1 0,60 0,60 2 Avviare il sollevamento della trave 1 0,15 0,15 3. Movimentazione del carico 1,31 4. Ricezione e posa 2 4,50 4,50 5.Ritorno a vuoto 0,96 Tot. 7,52 Tabella Operazioni del ciclo di una gru Tempo (min) Gru Op.1 0, , ,06 Op.2 e Op ,56 7,52 5 Tabella Rappresentazione grafica del ciclo di una gru 13 Procedura di calcolo del carico di una gru. In sintesi una procedura di analisi del carico di una gru si sviluppa attraverso i seguenti passi: a Vengono quantificate le unità di materiali o componenti tecnici (ad esempio gli elementi di superficie di solaio) da trasportare per mezzo della gru e vengono stimati i tempi unitari di posa. Il carico della gru viene scomposto calcolando le quantità per ogni gru e per ogni piano della costruzione; b Per ogni lotto di lavoro vengono analizzate le opere elementari di cui sono individuati le quantità ed i tempi unitari. Il criterio di quantificazione è estimativo mentre i tempi unitari sono valutati in relazione alla complessità dell opera da realizzare; c Per ogni piano della costruzione sono formulate delle ipotesi di studio. Inizialmente si assume un tasso di saturazione di impiego della gru nella misura del 90% sotto il piano campagna e del 95% ai livelli superiori per tener conto delle diverse aleatorietà. L attività budgettata tiene conto della complessità dell opera e stima la durata del lavoro effettivo in

18 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 18/19 d e f g h i relazione al tempo (ad esempio si ipotizza un tasso di efficienza equivalente a 50 min lavorati / ora); Per ogni opera elementare vengono analizzati i cicli di movimentazione della gru. Le opere elementari sono scomposte in compiti semplici o cicli (ad esempio scasseratura, manutenzione delle casseforme, posa delle controforme, ecc.); Viene calcolato il numero di cicli per svolgere le diverse attività di produzione. Ciascun ciclo richiede il tempo della manodopera ed il tempo della gru. Per il calcolo del carico della gru si definisce un tempo di ciclo della gru espresso in minuti; Viene calcolata la durata totale dei cicli per attività, per opera e per piano della costruzione. Il numero di cicli viene determinato a partire da ipotesi legate ad esperienze precedenti. Sono ricavati i tempi di utilizzazione della gru per ogni livello e le cadenze giornaliere. I tempi di occupazione della gru sono determinati per: - i compiti: per la durata di un ciclo moltiplicato per il numero dei cicli; - l opera: per la somma dei tempi di tutti i compiti; - il piano di edificio: per la somma dei tempi di tutte le opere. Il numero dei giorni di occupazione della gru per piano di edificio sono confrontate con le quantità allocate nelle ipotesi preliminari. Sono eventualmente verificate le nuove disposizioni. Viene ripetuta la procedura e reiterati i calcoli richiesti. 14 Riferimenti normativi e bibliografici UNI ISO 2374, Apparecchi di sollevamento. Gamma dei carichi nominali per modelli di base. UNI ISO 4301/1, Apparecchi di sollevamento. Classificazione. Generalità. UNI ISO 4301/3, Apparecchi di sollevamento. Classificazione. Gru a torre. UNI ISO 4302, Apparecchi di sollevamento. Carichi del vento. UNI ISO 4306/1, Apparecchi di sollevamento. Vocabolario. Generalità. UNI ISO 4306/3, Apparecchi di sollevamento. Vocabolario. Gru a torre. UNI ISO 4308/1, Apparecchi di sollevamento. Scelta delle funi. Generalità. UNI ISO 4310, Apparecchi di sollevamento. Codice e metodi di prova. UNI ISO 7296/1, Apparecchi di sollevamento. Simboli grafici. Generalità. UNI ISO 7363, Apparecchi di sollevamento. Caratteristiche tecniche e documenti di accettazione. UNI ISO 7752/3, Apparecchi di sollevamento. Organi di comando. Disposizioni e caratteristiche. Gru a torre. UNI ISO 8566/1, Apparecchi di sollevamento. Cabine. Generalità. UNI ISO 8566/3, Apparecchi di sollevamento. Cabine. Gru a torre. UNI 9309, Apparecchi di sollevamento. Criteri di progetto per i carichi e le combinazioni di carichi. UNI 9309/3, Apparecchi di sollevamento. Criteri di progetto per i carichi e le combinazioni di carichi. Gru a torre. UNI 9309 FA 1-93, Apparecchi di sollevamento. Criteri di progetto per i carichi e le combinazioni di carichi. UNI ISO 9374/1, Apparecchi di sollevamento. Informazioni da fornire. Generalità. UNI ISO 9927/1, Apparecchi di sollevamento. Ispezioni. Generalità. UNI ISO 9942/1, Apparecchi di sollevamento. Targhe di informazione. Generalità.

19 La movimentazione e i sollevamenti - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 19/19 UNI ISO 10245/1, Apparecchi di sollevamento. Limitatori e indicatori. Generalità.