Cedimenti strutturali nell impiego di PLE

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1 Un caloroso benvenuto da parte di IPAF e ANFIA 1/46

2 Negli ultimi tempi si sono verificati frequenti eventi infortunistici su piattaforme di lavoro addebitabili bili a cedimenti strutturali. tt I comitati tecnici di alcuni Organismi notificati hanno formato un gruppo di lavoro onde fornire approfondimenti tecnici in merito alla progettazione, costruzione ed utilizzo delle PLE. Segnalo, per dovere di cronaca, i componenti del gruppo: CELA, CTE- SEQUANI Meccanica, ISOLI, OIL&STEEL, SOCAGE- FASSI CENPI, ECO, ICE RLDS, 3B6, MECPRO, Università di Brescia 2/46

3 Nelle varie riunioni si sono evidenziate le seguenti problematiche e considerazioni: A partire dagli anni novanta si è verificato un notevole incremento dell utilizzo delle PLE (in particolare legato al mercato del noleggio). Il parco macchine presente sul mercato italiano aumenta annualmente di circa unità e la dismissione dal servizio delle macchine più vecchie è stimabile in una percentuale del 10% rispetto alle nuove. Sono ancora in servizio macchine con oltre 20 anni di vita. La formazione del personale addetto alla conduzione delle PLE risulta spesso carente. L utilizzo improprio o scorretto è sempre piu frequente, come documentato anche dalla stampa tecnica di settore. L aumento notevole delle macchine destinate t al noleggio rende ulteriormente difficile una definizione preventiva sui modi e sulla frequenza d uso delle stesse. 3/46

4 Dati riassuntivi delle PLE costruite in Italia I dati riassuntivi esposti nelle tabelle seguenti riguardano macchine autocarrate dedotti da fonti di archivi ANFIA (costruttori) e MecPro. L inizio della produzione in serie delle PLE in Italia è datata 1965, i primi dati certi risalgono all anno Si può ritenere che tali dati abbiano una approssimazione i del + 5%. All inizio 2009 il mercato delle macchine (oggetto di valutazione) era sostanzialmente soddisfatto da circa 20 costruttori italiani. Le tabelle successive mostrano l andamento della produzione dal 1995 al 2008, dando un quadro (stimato) del parco macchine in circolazione. 4/46

5 Tabella 1 Macchine prodotte dal 1995 al 2006 ANNO di vendita PLE su Patente B Altezza sino25 m PLE su Patente C Altezza da 20 m PLE totali totale NOTE tutte le altezze ITALIA ESTERO ITALIA ESTERO ITALIA ESTERO Stima anni L. Tremonti Stima totale Produzione /46

6 Tabella 2: Stima della produzione di macchine ANNO di vendit a PLE su Patente B Altezza sino25 m PLE su Patente C Altezza da 20 m PLE totali tutte le altezze totale NOTE ITALIA ESTERO ITALIA ESTERO ITALIA ESTERO Previsione Previsione Tabella 3: Stima delle macchine in servizio a fine 2008 ITALIA ESTERO totale Produzione Stima Produzione Totali PLE in servizio a fine Stima Totali PLE in servizio i a fine Stima 6/46

7 Fenomeno della fatica nelle PLE L esame in oggetto è scaturito dalla constatazione di un aumento di casi di danni ai mezzi di sollevamento in generale, e nello specifico sulle PLE, imputabili a rotture per fatica. Cause tecnologiche principali N di cicli cui sono sottoposti i meccanismi Difetti microscopici presenti sulle superfici o subito sotto le stesse. Concentrazioni di tensioni dovute alle geometrie e ai processi produttivi. 7/46

8 Le 3 fasi del danneggiamento a fatica sono: 1. Incrudimento plastico del materiale, dipendente dallo stato iniziale del materiale e dall ampiezza degli sforzi. Questa fase è caratterizzata dai cambiamenti della microstruttura del metallo che interessa l intero volume caricato. 2. Nucleazione, formazione a partire dalla superficie dei pezzi di una o più fessure a livello microscopico sotto l effetto di sollecitazioni ripetute. 3. Propagazione della cricca fino alla rottura finale. La velocità di propagazione della cricca va da 0,1 a 0, mm/ciclo. In questa fase, prima della rottura, il fenomeno diventa rilevabile visibilmente e strumentalmente. 8/46

9 La resistenza a fatica è inoltre influenzata da: corrosione, temperatura, dimensioni dei pezzi, stato e finitura superfici, tensioni residue, ecc. 9/46

10 Per una corretta analisi del problema fatica occorre fare alcune considerazioni: 1. Il parco macchine presente sul mercato italiano aumenta annualmente di circa unità (3.000 autocarrate e cingolate e semoventi) e e la dismissione ss dal servizio delle vecchie macchine è stimabile in un max 10% delle nuove. Sono tuttora in servizio macchine con oltre 20 anni di vita. 10/46

11 2. In Italia, la preparazione del personale addetto alla conduzione delle PLE, nonostante sia resa obbligatoria dalle norme di prevenzione degli infortuni (artt. 37, 71 D.Lgs. 81/08), non è ancora regolata da nessuna disciplina nazionale. 11/46

12 3. L utilizzo improprio p o scorretto delle macchine è sempre più frequente, come spesso documentato dalla stampa tecnica di settore. 4. L aumento notevole delle macchine destinate al noleggio rende ulteriormente difficile una definizione preventiva sui modi e sulla frequenza d uso delle stesse. 12/46

13 La norma UNI EN 280 indica, in fase di progettazione, il n di cicli di carico con cui condurre le verifiche a fatica: da cicli (servizio leggero intermittente) a cicli (servizio pesante). Per ciclo di carico s intende una manovra completa di un operazione di lavoro (ciclo che parte dalla posizione di accesso, l esecuzione del lavoro ed il ritorno alla posizione di accesso); va però osservato che per condurre una corretta valutazione della resistenza a fatica per ciascun giunto deve essere valutata la fluttuazione delle sollecitazioni che, come è intuitivo, è assai superiore al numero di cicli di carico. 13/46

14 Ciò premesso va ulteriormente osservato che, nel corso della sua vita, la macchina opera in plurime configurazioni e nel corso di un ciclo di carico le sollecitazioni dei vari elementi costruttivi sono soggetti a più cicli di lavoro (solitamente aventi sollecitazioni i i con escursioni i di basso valore). In effetti la corretta verifica di ciascun elemento dovrebbe essere effettuata attraverso multipli di ciclo di carico, ovviamente valutando, per ciascuna escursione delle sollecitazioni, il numero di cicli pertinente (cosiddetto metodo del serbatoio), pragmaticamente però questo non è possibile in sede progettuale in quanto non si conoscono a priori (nemmeno in termini statistici) il numero di cicli e le modalità di lavoro che nella sua vita la macchina svolgerà. 14/46

15 Si può però ipotizzare, a favore della sicurezza, che la macchina durante un ciclo di lavoro possa essere portata (in termini strutturali) nella configurazione di lavoro più gravosa così da ottenere per ciascun elemento strutturale, in assoluto la massima escursione della sua sollecitazione i ( б=бmax-бmin). б б 15/46

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17 Ipotizzare che la macchina raggiunga la più gravosa configurazione per ogni ciclo di lavoro è conservativo, in quanto non sempre in un ciclo si raggiunge per ogni elemento la configurazione che determina le massime sollecitazioni. In effetti la verifica a fatica viene universalmente effettuata (gru, PLE, mezzi di sollevamento in genere) per la sollecitazione massima raggiungibile tramite il numero dei cicli di lavoro previsti dalla norma tecnica di riferimento. In realtà non è possibile determinare a priori il tipo di servizio né il n di cicli realmente effettuato, elemento che risulta ulteriormente incerto per le macchine usate e per quelle incidentate e rimesse in servizio successivamente alla riparazione. 17/46

18 Per le strutture portanti delle PLE (corpi tubolari e/o lamiere piegate elettrosaldate) la partenza della cricca è superficiale, per cui generalmente individuabile visivamente. Se supponiamo un valore medio della velocità di propagazione della fessura di 0,001 mm/ciclo, per 5 cicli/ora per 40 ore/settimana per 25 settimane (lavoro intenso) si perviene, in 6 mesi di lavoro, ad una lunghezza della cricca di 5 mm. 18/46

19 Le zone delle PLE particolarmente critiche a fatica sono: articolazione i e rotazione navicella articolazioni bracci, sistemi biella/forcella attacchi martinetti e perni Zone con rinforzi locali. Ricerca delle cricche La presenza di cricche è generalmente evidenziata da crepe nelle giunzioni, zone arrugginite, distacco visibile delle parti, deformazioni locali. Per una ricerca efficace di danni alle strutture è necessario una completa ed efficace pulizia e la possibilità di visionare da vicino tutte le parti della macchina. 19/46

20 Esempi d indagine Attacco di un martinetto che presenta cricche tra la saldatura dell alloggiamento perno e la lamiera su cui insiste. Il rilievo è stato eseguito portandosi sopra alla macchina grazie all uso di una seconda PLE. 20/46

21 Esempi d indagine La formazione di ruggine fa supporre fessurazione. Se appena accennata, occorre procedere con controlli non distruttivi. E necessaria una approfondita pulizia della macchina. 21/46

22 Esempi d indagine Macchina sia a riposo che in lavoro. Sotto sforzo le cricche sono più evidenti. Necessità di effettuare le verifiche presso officine attrezzate. 22/46

23 Le eventuali riparazioni vanno fatte da idonea officina, con istruzioni esecutive della casa costruttrice. 23/46

24 L impiego dell analisi agli elementi finiti è utile per le macchine recenti, non per le migliaia costruite più di 20 anni fa e tuttora in servizio. 24/46

25 La rottura a fatica può generarsi per urti e usi impropri che, sul momento, non mostrano lo stato di danno, ma che può svilupparsi nel tempo. Queste situazioni sono generalmente impossibili da prevedere in fase di progettazione. La visibilità può consentire di intervenire i in tempo. La preparazione del personale di controllo è fondamentale per individuare correttamente e completamente quei segnali di sofferenza strutturale che consentiranno di intervenire in tempo utile. 25/46

26 Cosa si può fare? Controlli approfonditi da parte del proprietario della PLE secondo il M.U.M. M con rapporto fotografico da allegare al Registro di Controllo. Verifiche periodiche a forte contenuto tecnico condotte da personale abilitato presso officine adeguatamente attrezzate. Intensificazione delle verifiche in funzione dell età della PLE. Raccolta e divulgazione delle informazioni derivanti dalle verifiche. Formazione specifica degli operatori, opportunamente regolamentata 26/46

27 Considerazioni sulla fatica prevista dalla EN 280 La EN 280 riporta un esempio che induce a pensare che dopo 10 anni di lavoro pesante la PLE dovrebbe aver terminato la sua vita. Ciò in realtà non accade, né vengono fatte revisioni. Le gru, con livello di rischio inferiore, sono calcolate per numero di cicli molto maggiore, con ipotesi di vita media di 20 anni! 27/46

28 Effetti del sovraccarico Per una PLE di 28 m, fissati i cicli della EN 280, esaminiamo quale riduzione di vita si avrebbe per effetto di sovraccarichi, su una sezione di attacco del jib, applicando la teoria del delta equivalente (Miner). Portate Incremento Incremento Cicli Anni di incrementate portate sollecitazioni equivalenti vita % % % % /46

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30 Punti caratteristici interessati dal fenomeno della fatica Le note seguenti vanno ad identificare le zone dove, storicamente, si presentano con maggiore frequenza le fessure da fatica; in realtà è una traccia generica. Sarebbe di notevole utilità che, assieme alle macchine fosse fornita analoga guida, realizzata sulla figura e sulle caratteristiche specifiche. 30/46

31 Posizioni i i critiche 1: Stabilizzatori N.B. Controllare con macchina scarica e sotto carico 31/46

32 Posizioni i i critiche 2: Attacco stabilizzatori, staffature controtelaio, collegamenti anteriori controtelaio/telaio N.B. Smontare piano calpestio, se necessario 32/46

33 Posizioni i i critiche 3: Controtelaio con traverse estensibili N.B. Verificare entro gli alloggiamenti saldati al telaio e il collegamento al corpo centrale 33/46

34 Posizioni i i critiche 4: Colonna di rotazione N.B. Verificare in prossimità delle boccole e della fine delle giunzioni 34/46

35 Posizioni i i critiche 5: Articolazioni 5.1.PLE a pantografo N.B. Verificare spessori sottili (cricche a sviluppo veloce) 35/46

36 Posizioni i i critiche 5: Articolazioni 5.1.PLE a pantografo N.B. Verificare zone con rapida variazione di sezione e/o di geometria 36/46

37 Posizioni i i critiche 5: Articolazioni 5.2. Sistema bielle e forcella N.B. Verificare zone con rapida variazione di sezione e/o di geometria 37/46

38 Posizioni i i critiche 5: Articolazioni 5.3. Sistema a doppio martinetto N.B. Verificare zone con rapida variazione di sezione e/o di geometria 38/46

39 Posizioni i i critiche 6: Attacchi catene o funi rinvio N.B. Rimuovere il grasso lubrificante 39/46

40 Posizioni i i critiche 7: Gruppi sostegno navicella Navicella sostenuta da sotto Navicella con sostegno laterale 40/46

41 Evoluzione dei dispositivi di monitoraggio Oggi le PLE sono macchine sofisticate, con largo impiego di dispositivi di sicurezza a logica programmabile per la manutenzione preventiva. Le norme sulla manutenzione per evitare rotture a fatica (es. ISO 12482) si propongono di ottenere: una chiara identificazione dei limiti di utilizzo; le azioni da intraprendere dopo un periodo d uso prossimo ai limiti; determinazione delle effettive condizioni di utilizzo; la determinazione costante della vita residua. Le Norme ISO 4301 consentono di ricavare le condizione d impiego e il massimo n di cicli operativi o delle ore di utilizzo nell intervallo di manutenzione. 41/46

42 Il costruttore deve: Classificare la macchina in una determinata CATEGORIA, come avviene per le gru mobili. Considerare la presenza di dispositivi e meccanismi diversi, ciascuno con adeguata categoria. L insieme di questi porta a definire una precisa Categoria generale. Calcolare lo Spettro di Carico = Σ (Qsoll/Qmax) nell unità di tempo. Determinare il Regime di Carico (da leggero a molto pesante). Fissare, in funzione della Categoria, la Condizione d impiego, cui si associa il max n di cicli e/o di ore operative D. 42/46

43 Oggi si può calcolare la Vita Residua della macchina prima di un intervento di manutenzione tramite dispositivi in grado di elaborare le modalità operative della macchina, conteggiarle e confrontarle con il valore D preimpostato dal costruttore. Occorre poi specificare, scaduto l intervallo di manutenzione, gli interventi necessari e l ulteriore periodo di vita. L avvenuta manutenzione e il nuovo periodo di utilizzo vengono memorizzati unitamente alla firma elettronica del manutentore. 43/46

44 Conclusioni In attesa di provvedimenti da parte degli enti normatori (UNI,CEN), cosa si può fare per attivare un azione concreta di prevenzione? Premesso che la visibilità dei danni da fatica nelle PLE può consentirne l individuazione in tempo utile, si propone di attivare una procedura che preveda: a) l esecuzione di controlli approfonditi secondo le indicazioni dei costruttori, con rapporto da allegare al Registro di Controllo; b) verifiche periodiche a forte contenuto tecnico presso officine specializzate autorizzate; c) creazione di apposito database nazionale presso l INAIL degli incidenti avvenuti. 44/46

45 La proposta del gruppo di lavoro ai Ministeri i i competenti ti è la redazione di una opportuna circolare per rendere obbligatoria: l ispezione (triennale?) delle PLE da parte del costruttore o di officine autorizzate; la registrazione dell avvenuta ispezione debitamente firmata; un rapporto tecnico allegato al Registro di Controllo contenente verifiche visive/strumentali effettuate, controllo delle condizioni dei componenti e delle apparecchiature (danni, usura, corrosioni, cricche, ), verifica efficienza dei dispositivi di sicurezza e degli organi di comando. 45/46

46 Grazie per l attenzione e buon proseguimento lavori 46/46