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Salvatori F., Menichetti M., Celesti S., Bocchio D., Poderini L. Oltre i test quasi-statici: l’influenza della struttura atomico-molecolare dei materiali.

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2 Salvatori F., Menichetti M., Celesti S., Bocchio D., Poderini L. Oltre i test quasi-statici: l’influenza della struttura atomico-molecolare dei materiali e delle velocità di deformazione nelle caratteristiche e nella resistenza delle attrezzature speleo-alpinistiche canyoning Gruppo di Lavoro del Centro Ricerche sulle Attrezzature Speleo-alpinistiche e Canyoning (CRASC) – CENS Gruppo di Lavoro Materiali della Scuola Nazionale di Speleologia del Club Alpino Italiano Con il contributo della Commissione Centrale per la Speleologia CAI Presentazione utilizzata durante l’Incontro di Aggiornamento e Informazione “Una rivoluzione nei test sui materiali speleo- alpinistici canyoning” Costacciaro 7 maggio 2011

3 La catena di sicurezza

4 Roccia Tassello Bullone Placca/anello Moschettone CORDA Bloccante Imbraco CORPO DiscensoreImbraco CORPOImbraco CORPO

5 Test a caduta fin dal 1981 ma registrazione della sola FORZA in funzione del TEMPO

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8 Fc = 2 Corda Edelrid dinamica 11 mm diametro

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10 Fra massa in caduta e corda il collegamento è effettuato tramite un attrezzo di progressione

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12 Fc = 2 Corda Edelrid dinamica 11 mm diametro

13 Fc = 2 Corda Edelrid dinamica 11 mm diametro

14 Dissipatore Salewa Autobrake

15 Fc = 2 Corda Edelrid dinamica 11 mm diametro

16 Dissipatore KISA Kong - Bonaiti

17 Fc = 2 Corda Edelrid dinamica 11 mm diametro

18 Come indice della dinamicità della sollecitazione a caduta viene preso il Fattore di Caduto F c Ma è una grossolana approssimazione …..

19 Fm Fm Fm Fm = P + P2 P2 P2 P2 + 2hP / Xl P = peso h = altezza caduta l = lunghezza corda X = coefficiente elasticità Forza Massima

20 Forza Massima approssimata F m = 2hP/Xl

21 Fattore di Caduta F m = 2P/X Fattore di Caduta F m = 2P/X h/l F c = h l

22 Ma nella quasi totalità dei casi i dati forniti sui materiali sono ottenuti con sollecitazioni a trazione lenta

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26 Anche nel campo speleo-alpinistico le caratteristiche a corredo delle attrezzature sono in genere prodotte da trazioni quasi-statiche

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31 Test su piastra acciaio

32 Distribuzione delle sollecitazioni SimmetricoAsimmetrico

33 Rottura di un moschettone nuovo SimmetricoAsimmetrico

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36 Carichi di rottura moschettoni in lega usati (test del 1989)

37 Trazione lenta bloccante su corda

38 T-bloc

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44 545 test

45 Punto di rottura

46 La rottura di una corda nel nodo è stata sempre collegata alla fusione dei fili elementari per il calore prodotto dall’attrito (raggiungimento del punto di fusione ad 221 °C)

47 Con l nuove misure con termocamera tale ipotesi si è dimostrata non corrispondente al vero (vedi presentazione sull’influenza della temperatura nei polimeri)

48 ancoraggio

49 Trazione lenta senza nodi

50 I primi test che hanno portato alla definizione di curve Forza/Allungamento sono state fatte sulle corda ma…. a trazione lenta Con tali grafici è stato possibile avere le prime informazioni sull’energia in gioco nella sollecitazione

51 Curva di carico/scarico

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53 Curve di carico/scarico a confronto Corda statica e Corda dinamica staticadinamica Corda Beal 10 mm diametro

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55 Nei laboratori delle industrie e degli istituti di ricerca vengono realizzati test per ottenere curve Forza/Allungamento ma sempre a trazione quasi- statica e su campioni a struttura omogenea e di piccole dimensioni

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64 Le curve ottenute danno diverse informazioni: Elasticità Zona elastica Zona snervamento Carico di rottura

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66 Anche nel laboratorio del CRASC si possono ottenere curve Forza/allungamento Ma anche su campioni di notevole lunghezza

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71 effetto temperatura

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74 struttura atomico- molecolare

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77 Ma la dinamicità della sollecitazione gioca un ruolo fondamentale nel determinare le caratteristiche e la resistenza dei materiali e la catena di sicurezza, nel suo insieme, subisce questi effetti

78 Roccia Tassello Bullone Placca/anello Moschettone CORDA Bloccante Imbraco CORPO DiscensoreImbraco CORPOImbraco CORPO

79 Perché non ci siano conseguenze negative occorre che uno o più elementi della catena di sicurezza assorbano questa energia e non si superi il carico di rottura minimo di nessuno di essi

80 La velocità di deformazione,, è l’indice che definisce meglio di ogni altro la dinamicità dell’evento La velocità di deformazione, che è il rapporto fra velocità d’impatto della massa cadente e lunghezza del campione sollecitato, è l’indice che definisce meglio di ogni altro la dinamicità dell’evento

81 Velocità d’Impatto V 0 Velocità di Deformazione V d

82 Velocità di Deformazione V d =V 0 /L 0

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87 La Barra di Hopkinson per produrre alte velocità di deformazione ha iniziato ad essere usata a partire dagli anni settanta

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96 I risultati dei test con le macchine sopra riportate su campioni omogenei e di piccole dimensioni mettono in evidenza come l’elasticità e la resistenza dei materiali metallici e plastici (polimeri) aumenti con l’aumentare della velocità di deformazione

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101 Prove a Caduta Torre CRASC

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103 Velocità d’impatto legata alla sola altezza di caduta V = 2hg

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105 Quando la massa cadente inizia a sollecitare il campione la velocità inizia a diminuire finché si arresta la caduta (oppure si rompe il campione)

106 V A = Velocità allungamento

107 Prendendo come indice la velocità d’impatto iniziale V 0 e la conseguente velocità di deformazione V d le aree che distinguono le diverse zone di applicazione sono quelle dell’immagine seguente

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109 Altezza Caduta/Velocità Impatto/Velocità Deformazione V = (2hg) 1/2 Moschettone l 0 =0,10 m Longe l 0 =0,40 m Corda l 0 =1,00 m Corda l 0 =3,00 m Corda l 0 =10,00 m h (m)V 0 (m/s)V d (s -1 ) 0,252,2122,15,532,210,740,22 0,503,1331,37,833,131,040,31 1,004,4344,311,074,431,480,44 2,006,2662,615,656,262,090,63 3,007,6776,719,177,672,560,77 4,008,8688,622,158,862,950,89 5,009,9099,024,759,903,300,99 Area speleo Area alpinismo Area ferrate

110 Velocità di Deformazione V d Fattore di Caduta Fc = h / l 0

111 Il Fattore di Caduta F C non è un indice adeguato per definire la dinamicità della sollecitazione! Solo la velocità di deformazione V d è il parametro giusto

112 Perché il Fattore di Caduta F C non è un indice adeguato per definire la dinamicità della sollecitazione?

113 Fm Fm Fm Fm = P + P2 P2 P2 P2 + 2hP / Xl 0 P = peso h = altezza caduta l 0 l 0 = lunghezza corda X = coefficiente elasticità Forza Massima Ritenendo trascurabile il valore del peso P (il che non è giustificabile) la relazione (che dà solo la forza massima) si semplifica come riportato nella diapositiva seguente

114 Forza Massima approssimata F m = 2hP/Xl 0

115 Fattore di Caduta F m = 2P/X Fattore di Caduta F m = 2P/X h/l F c = h l

116 F c = l 0 2g v d 2 Il Fattore di Caduta ha un valore nettamente diverso dalla Velocità di Deformazione vista la costante di moltiplicazione l 0 2g Inoltre la relazione fra V d e F c è esponenziale e non lineare

117 Carico di Rottura Moschettoni F r e Velocità di Deformazione V d

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119 Quasi-statica

120 V d = 0,5 s -1 Quasi-statica No rottura

121 Quasi-statica 0,5 1,0 Rottura

122 Quasi-statica 0,5 1,0 2,0 Rottura

123 Quasi-statica 0,5 1,0 2,0 3,0 Rottura

124 Quasi-statica 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 Rottura

125 2739 kgp 1577 kgp 1329 kgp 1074 kgp 660 kgp

126 2739 kgp 1577 kgp 1329 kgp 1074 kgp 660 kgp Quasi-statiche Speleo-alpinistiche Vie ferrate, Urti auto, Collisioni aerei, Esplosioni

127 2739 kgp 1577 kgp 1329 kgp 1074 kgp 660 kgp Quasi-statiche Speleo Alpinismo Via ferrate

128 707 J 599 J 574 J 356 J 281 J

129 707 J 599 J 574 J 356 J 281 J Quasi-statiche Speleo-alpinistiche Vie ferrate, Urti auto, Collisioni aerei, Esplosioni

130 707 J 599 J 574 J 356 J 281 J Quasi-statiche Speleo Alpinismo Via ferrate

131 Moschettone Petzl Acciaio Oxan kgp Nuovo Carico di rottura e velocità di deformazione 0, kgp 2102 kgp 1734 kgp 1396 kgp 1059 kgp Quasi statica

132 4040 kgp 2102 kgp 1734 kgp 1396 kgp 1059 kgp

133 4040 kgp 2102 kgp 1734 kgp 1396 kgp 1059 kgp Quasi-statiche Speleo-alpinistiche Vie ferrate, Urti auto, Collisioni aerei, Esplosioni

134 4040 kgp 2102 kgp 1734 kgp 1396 kgp 1059 kgp Quasi-statiche Speleo Alpinismo Via ferrate

135 931 J 836 J 873 J 715 J 910 J

136 931 J 836 J 873 J 715 J 910 J Quasi-statiche Speleo-alpinistiche Vie ferrate, Urti auto, Collisioni aerei, Esplosioni

137 931 J 836 J 873 J 715 J 910 J Quasi-statiche Speleo Alpinismo Via ferrate

138 Interazion e fra Bloccanti e corde

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140 Quasi-statica h = 0,5 m

141 597 kgp 478 kgp 350 kgp 334 kgp 358 kgp

142 597 kgp 478 kgp 350 kgp 334 kgp 358 kgp Quasi-statiche Speleo-alpinistiche Vie ferrate, Urti auto, Collisioni aerei, Esplosioni

143 597 kgp 478 kgp 350 kgp 334 kgp 358 kgp Quasi-statiche Speleo Alpinismo Via ferrate

144 340 J 353 J 212 J 262 J 327 J

145 340 J 353 J 212 J 262 J 327 J Quasi-statiche Speleo-alpinistiche Vie ferrate, Urti auto, Collisioni aerei, Esplosioni

146 340 J 353 J 212 J 262 J 327 J Quasi-statiche Speleo Alpinismo Via ferrate

147 Caratteristiche Longe

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149 1471 kgp 1154 kgp 1043 kgp

150 1471 kgp 1154 kgp 1043 kgp Quasi-statiche Speleo-alpinistiche Vie ferrate, Urti auto, Collisioni aerei, Esplosioni

151 1471 kgp 1154 kgp 1043 kgp Quasi-statiche Speleo Alpinismo Via ferrate

152 1657 J 1930 J 1630 J

153 1657 J 1930 J 1630 J Quasi-statiche Speleo-alpinistiche Vie ferrate, Urti auto, Collisioni aerei, Esplosioni

154 1657 J 1930 J 1630 J Quasi-statiche Speleo Alpinismo Via ferrate

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156 717 kgp 446 kgp 470 kgp 374 kgp

157 717 kgp 446 kgp 470 kgp 374 kgp Quasi-statiche Speleo-alpinistiche Vie ferrate, Urti auto, Collisioni aerei, Esplosioni

158 717 kgp 446 kgp 470 kgp 374 kgp Quasi-statiche Speleo Alpinismo Via ferrate

159 229 J 221 J 290 J 274 J 207 J

160 229 J 221 J 290 J 274 J 207 J Quasi-statiche Speleo-alpinistiche Vie ferrate, Urti auto, Collisioni aerei, Esplosioni

161 229 J 221 J 290 J 274 J 207 J Quasi-statiche Speleo Alpinismo Via ferrate

162 Trilonge

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