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Salvatori F., Menichetti M., Celesti S., Bocchio D., Poderini L.

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Presentazione sul tema: "Salvatori F., Menichetti M., Celesti S., Bocchio D., Poderini L."— Transcript della presentazione:

1 Salvatori F., Menichetti M., Celesti S., Bocchio D., Poderini L.
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 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 Presentazione utilizzata durante l’Incontro di Aggiornamento e Informazione “Una rivoluzione nei test sui materiali speleo-alpinistici canyoning” Costacciaro 7 maggio 2011

2 La catena di sicurezza

3 CORDA CORPO Roccia Tassello Bullone Placca/anello Moschettone Imbraco
Bloccante Discensore CORPO Imbraco Imbraco CORPO CORPO

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

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7 Fc = 2 Corda Edelrid dinamica 11 mm diametro

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

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11 Fc = 2 Corda Edelrid dinamica 11 mm diametro

12 Fc = 2 Corda Edelrid dinamica 11 mm diametro

13 Dissipatore Salewa Autobrake

14 Fc = 2 Corda Edelrid dinamica 11 mm diametro

15 Dissipatore KISA Kong - Bonaiti

16 Fc = 2 Corda Edelrid dinamica 11 mm diametro

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

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

19 Forza Massima approssimata Fm = 2hP/Xl

20 Fattore di Caduta Fm = 2P/X h/l Fc = h l

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

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

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30 Test su piastra acciaio

31 Distribuzione delle sollecitazioni
Simmetrico Asimmetrico

32 Rottura di un moschettone nuovo
Simmetrico Asimmetrico

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

36 Trazione lenta bloccante su corda

37 T-bloc

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43 545 test

44 Punto di rottura

45 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)

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

47 ancoraggio

48 Trazione lenta senza nodi

49 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

50 Curva di carico/scarico

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

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54 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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63 Le curve ottenute danno diverse informazioni:
Elasticità Zona elastica Zona snervamento Carico di rottura

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

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70 effetto temperatura

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73 struttura atomico-molecolare

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76 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

77 CORDA CORPO Roccia Tassello Bullone Placca/anello Moschettone Imbraco
Bloccante Discensore CORPO Imbraco Imbraco CORPO CORPO

78 Per la caduta di 80 kgp per 1 metro
Energia = 785 J (Joule) 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

79 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

80 Velocità d’Impatto V0 Velocità di Deformazione Vd

81 Velocità di Deformazione
Vd =V0/L0

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

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95 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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100 Prove a Caduta Torre CRASC

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

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

105 VA = Velocità allungamento

106 Prendendo come indice la velocità d’impatto iniziale V0 e la conseguente velocità di deformazione Vd le aree che distinguono le diverse zone di applicazione sono quelle dell’immagine seguente

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108 Altezza Caduta/Velocità Impatto/Velocità Deformazione
Area speleo Area alpinismo Area ferrate V = (2hg)1/2 Moschettone l0=0,10 m Longe l0=0,40 m Corda l0=1,00 m l0=3,00 m l0=10,00 m h (m) V0 (m/s) Vd (s-1) 0,25 2,21 22,1 5,53 0,74 0,22 0,50 3,13 31,3 7,83 1,04 0,31 1,00 4,43 44,3 11,07 1,48 0,44 2,00 6,26 62,6 15,65 2,09 0,63 3,00 7,67 76,7 19,17 2,56 0,77 4,00 8,86 88,6 22,15 2,95 0,89 5,00 9,90 99,0 24,75 3,30 0,99

109 Velocità di Deformazione Vd Fattore di Caduta Fc = h/l0

110 Solo la velocità di deformazione Vd è il parametro giusto
Il Fattore di Caduta FC non è un indice adeguato per definire la dinamicità della sollecitazione! Solo la velocità di deformazione Vd è il parametro giusto

111 Perché il Fattore di Caduta FC non è un indice adeguato per definire la dinamicità della sollecitazione?

112 Forza Massima Fm = P + P2 + 2hP/Xl0 P = peso h = altezza caduta l0 = lunghezza corda X = coefficiente elasticità 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

113 Forza Massima approssimata Fm = 2hP/Xl0

114 Fattore di Caduta Fm = 2P/X h/l Fc = h l

115 Inoltre la relazione fra Vd e Fc è esponenziale e non lineare
Fc = l0 2g vd2 Il Fattore di Caduta ha un valore nettamente diverso dalla Velocità di Deformazione vista la costante di moltiplicazione l0 2g Inoltre la relazione fra Vd e Fc è esponenziale e non lineare

116 Carico di Rottura Moschettoni Fr e Velocità di Deformazione Vd

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118 Quasi-statica

119 Quasi-statica Vd = 0,5 s-1 No rottura

120 Quasi-statica Rottura 0,5 1,0

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

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

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

124 2739 kgp 1577 kgp 1329 kgp 1074 kgp 660 kgp

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

126 2739 kgp Via ferrate Quasi-statiche Speleo 1577 kgp 1329 kgp Alpinismo 1074 kgp 660 kgp

127 707 J 599 J 574 J 356 J 281 J

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

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

130 Moschettone Petzl Acciaio Oxan 27700 kgp Nuovo
Carico di rottura e velocità di deformazione Quasi statica 4 0,5 1 2 4040 kgp 2102 kgp 1734 kgp 1396 kgp 1059 kgp

131 4040 kgp 2102 kgp 1734 kgp 1396 kgp 1059 kgp

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

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

134 931 J 873 J 910 J 836 J 715 J

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

136 910 J 931 J 873 J 836 J Quasi-statiche 715 J Speleo Via ferrate Alpinismo

137 Interazione fra Bloccanti e corde

138

139 Quasi-statica h = 0,5 m

140 597 kgp 478 kgp 358 kgp 350 kgp 334 kgp

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

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

143 327 J 340 J 353 J 262 J 212 J

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

145 353 J 340 J 327 J 262 J Speleo 212 J Quasi-statiche Alpinismo Via ferrate

146 Caratteristiche Longe

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148 1471 kgp 1154 kgp 1043 kgp

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

150 1471 kgp 1154 kgp 1043 kgp Speleo Quasi-statiche Alpinismo Via ferrate

151 1930 J 1657 J 1630 J

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

153 1930 J Via ferrate Speleo Quasi-statiche Alpinismo 1657 J 1630 J

154

155 717 kgp 470 kgp 446 kgp 374 kgp 374 kgp

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

157 717 kgp 470 kgp Speleo 446 kgp 374 kgp 374 kgp Alpinismo Quasi-statiche Via ferrate

158 290 J 274 J 229 J 207 J 221 J

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

160 290 J 274 J 229 J 221 J 207 J Speleo Quasi-statiche Alpinismo Via ferrate

161 Trilonge

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