Si usa il termine catena della sicurezza, che in pratica comprende tutti gli elementi che assicurano la persona in caso di caduta durante la progressione su pozzo o durante l'arrampicata [138] . Questi sono la roccia, gli arcoraggi (naturali o artificiali), i connettori (moschettoni, piastrine, etc.), corde e fettuccie, gli attrezzi da progressione, l'imbrago, e lo speleologo.

Il limite inferiore di resistenza (LIR) e` il valore minimo della resistenza di ciascun elemento della catena della sicurezza. Si considera il valore di 1100 daN. La minima resistenza iniziale di ogni componente deve garantire una resistenza superiore al LIR, per due anni, in condizioni di uso (e usura) "normali".

La forza trasmessa all'armo durante una risalita o una discesa su corda varia a secondo della distanza dall'armo (per l'energia assorbita dall'elasticita` della corda), e, soprattutto, dal modo di procedere. Muoversi con uniformita` e dolcezza, sollecita meno l'armo che non andare a strattoni o fare brusche frenate [118] [308] [309] [123] [139] .

Questa appendice raccoglie dati tecnici vari [125] :

1. carichi di rottura dei tasselli (spit, fix, e fittoni);
2. coppia di serraggio di bulloni e dadi;
3. resistenza di piastrine ed anelli;
4. riduzione di tenuta della corda dovuta al nodo;
5. modalita` di tenuta degli ancoraggi con resine;
6. effetti della corrosione dei moschettoni in lega.

I tasselli (spit e fix) sono prodotti industriali, designati per utilizzo in cemento 50MPa (questo e` il modulo di rottura) non per l'impiego in roccia (il modulo di rottura del calcare varia tupicamente da 5.5 a 15 MPa) [139] . La resistenza dei tasselli dipende dal tipo di roccia, da come vengono infissi, e da come lavorano [309] [269] . A tal fine si distinguono due tipi di utilizzo dei tasselli: a taglio e ad estrazione. Le modalita` di cedimento sono differenti nei due casi.

Quando un tassello lavora a taglio il cedimento e` dovuto allo sgretolarsi della roccia al bordo del foro. Questo permette la flessione del tassello che si spezza a causa della sua rigidita`. Per questo motivo e` pericoloso mettere spit con fori troppo svasati (oltre 2 mm). Per lo stesso motivo e` pericoloso lasciar sporgere lo spit (oltre 1 mm) perche` il colletto viene a lavorare a flessione.

Nel caso ad estrazione e` invece la roccia a cedere (in genere), e precisamente si stacca un cono di roccia (alto 25 mm a diametro di base 130 mm per lo spit, e 110 mm per il fix) sulla cui superficie si puo` pensare agiscano le forze che sostengono l'ancoraggio. Per la roccia compatta queste sono forze coesive (resistenza a taglio T) mentre per roccia poco compatta sono forze di attrito (statico S) dovute alla pressione del tassello.

Malgrado il cono non sia regolare, si puo` fare una analisi (qualitativa) teorica assimilandolo ad un cono regolare. Nel primo caso la resistenza e` proporzionale all'area del cono: dove k e` un fattore di proporzionalita` (compreso fra 2 e 4), e t e` il semiangolo al vertice del cono. Questa relazione e` il prodotto dell'area del cono per lo sforzo di taglio. Nel secondo caso denotando C il coefficiente di attrito si ha Questo risultato e` l'integrale della componente verticale della forza di attrito sul cono di semiapertura pari all'angolo di attrito: tan(t) = C.

La svasatura del foro del tassello non influenza la forza ad estrazione ma quella a taglio: fino ad una svasatura profonda 2 mm non si hanno sostanziali riduzioni dei carichi di tenuta; a 4 mm pero` sono ridotti di circa il 50Questo comportamento e` dovuto alla possibilita` di flettersi del tassello a causa dell'aumenatato braccio di leva. Lo stesso effetto si ha se la roccia si sgretola superficialmente.

Una situazione analoga si presenta quando lo spit esce o entra nel foro. Per la tenuta a taglio, una sporgenza di 1 mm e` accettabile, ma gia` a 2 mm la riduzione e` del 20Se lo spit rientra di 4 mm la riduzione e` del 10Per la tenuta ad estrazione le cose non sono cosi` drammatiche, dato che la riduzione e` dovuta alla diminuzione del cono di tenuta. Meglio eseguire fori un po` piu` profondi che lasciar sporgere i tasselli.

Riguardo l'inclinazione del tassello che deve lavorare a taglio risulta che e` migliore un tassello che scende verso l'esterno piuttosto di uno che sale. Infatti in tal caso il tassello ha meno possibilita` di flettersi e lavora un poco ad estrazione. Se proprio bisogna piantare lo spit dall'alto verso il basso, e meglio inserirlo due millimetri piu` profondo, in modo che abbia meno opportunita` di flettersi.

Ad estrazione la diminuzione di resistenza di tasselli con inclinazioni non propio verticali e` leggera per gli spit e non apprezzabile per i fix.

La seguente tabella riassume le resistenze di spit, fix e fittoni. L'acciaio usato per spit e fix normali e` UNI 9 S Mn Pb 36, quello dei fix inox e` UNI X 10 Cr Ni Si 18 09.

Nel caso di attacchi multipli, la tenuta a taglio e` indipendente dalla distanza fra i due tasselli ed e` pari al doppio della resistenza del singolo tassello. La tenuta ad estrazione e` indipendente dalla distanza (e pari a due volte la tenuta del singolo tassello) solo se tale distanza e` superiore al diametro del cono di tenuta descritto sopra. Per valori inferiori i due coni interferiscono e la tenuta diminuisce a causa della forza di sostegno che viene a mancare. Questo effetto puo` essere stimato teoricamente: la riduzione di sostegno risulta pari a (in rapporto alla tenuta di due tasselli) dove t e` l'angolo di interferenza: cos(t)=D/2 R (D e` la distanza fra i tasselli e R il raggio della base dei coni). Questo risultato e` in buon accordo coi dati sperimentali. La riduzione non e` drammatica ma riduce l'efficacia del doppio ancoraggio. In pratica conviene lasciare almeno 13 cm fra due spit e almeno 11 cm fra due fix.

Da notare che due fix (se ben messi) hanno maggior resistenza di un singolo spit.

Infine la presenza di un tassello non trazionato (o di un foro) nelle vicinanze di un tassello sotto carico non ha influenza sulla tenuta di questo, neppure ad estrazione.

Nel caso di tasselli messi su gradini di roccia, quando lavorano ad estrazione la distanza dal bordo deve essere superiore al raggio del cono di estrazione. Quando lavorano a trazione si ha una riduzione della resistenza in dipendenza dalla distanza dal bordo: a 6 cm e` il 50a 5 cm il 20

La coppia di serraggio ottimale per i bullloni marcati e` descritta in apposite tabelle UNI da cui riportiamo i dati relativi ai bulloni M8 e M6 ("M" indica "metrico", e il numero e` il diametro esterno della vite in mm). Il coefficiente d'attrito per l'acciaio vale 0.14 senza lubrificanti e 0.10 con lubrificanti.

La coppia di serraggio consigliata e` tale da indurre nella vite una trazione pari al precarico, che e` 80% del carico di rottura. Questo valore e` una indicazione della resistenza del bullone: il bullone e` garantito tenere una forza ad estrazione inferiore o uguale al precarico. In tal caso la forza viene trasmessa al tassello (e di qui alla roccia) senza problemi per il bullone. Se la forza eccede il precarico, possono intervenire fenomeni di snervamento finche` si ha la ceduta del bullone.

I bulloni per spit sono gli M8. I bulloni devono avere una lunghezza adeguata in modo che la vite entri sufficientemente nel tassello (almeno cinque giri). Quindi, con le piastrine si usano bulloni da 15 mm (lo spit ha 12 mm di filettatura, e la piastra ha uno spessore di 4 mm), con gli anelli si usano bulloni da 20 mm (l'anello ha uno spessore di 8mm).

Per una adeguata resistenza e` sufficiente la classe 8.8. In effetti le prove sui materiali hanno mostrato che i bulloni M8-8.8 hanno una resistenza a taglio di 2900 Kgp e una ad estrazione di 3300 Kgp (stretti con una coppia di 2 Nm). Questi valori scendono leggermente all'aumentare della coppia (2700 e 3000 Kgp rispettivamente a 6 Nm). Tenuto conto che spesso i bulloni lavorano parte ad estrazione, parte a taglio, questi valori mostrano che gli M8-8.8 sono adeguati purche`

• stretti con una forza di circa 20 Kg;
• avvitati per almeno cinque giri;
• la placca o l'anello aderisca al tassello (o alla roccia), altrimenti il bullone lavora a flessione.

La resistenza delle piastre in lega [310] [118] e` abbastanza vicina al valore nominale (1800 Kgp) anche quando la direzione di trazione non e` verticale, ma comunque entro i 30 gradi. Oltre tale limite la resistenza diminuisce notevolmente. Le piastre in acciao invece (resistenza 2200 Kgp) sostengono trazioni ad ogni angolo (anche a 90 gradi, cioe` quando si mettono a soffitto). Gli anelli in acciaio sono affidabili per trazioni ad ogni angolo; hanno una resistenza superiore a 2000 Kgp su spit e compresa fra 1200 e 1800 Kgp su fix. L'anello asimmetrico Petzl ha una resistenza a taglio superiore a 1900 Kgp su spit (1000 su fix) e ad estrazione arriva a 2700 Kgp (1800 su fix). Il clown ha una resistenza di circa 2500 Kgp per trazioni fino a 45°poi questa decresce ed arriva a 1300 Kgp a 90°.

E` possibile che le piastre in lega subiscano perdite di tenuta per usura, cioe` per le continue flessioni cui sono sottoposte, che causano una ceduta della coesione. Anche se questo non e` confermato e` meglio avere sempre gli ancoraggi di sicurezza (che non sono soggetti a fatica, non venendo sollecitati durante la normale progressione). Un ancoraggio ben fatto (in cui la piastra lavora di taglio, come "da manuale") riduce le flessioni sulla piastra e quindi l'usura della stessa.

La seguente tabella riassume i dati di resistenza di pastre ed anelli. Si riferiscono ad attacchi con un bullone da 8 millimetri a spit (diametro 12 millimetri) piantati per 30 millimetri o a fix da 8 mm. I carichi di tenuta sono espressi in kilogrammi.

La tabella che seguente mostra valori tipici di resistenza di piastre e anelli in funzione dell'angolo di trazione [16] . Apparentemente la piastre lavorano meglio a taglio che ad estrazione, mentre l'anello (simmetrico) e` adeguato per entrambi i casi.

Il nodo influenza la tenuta della corda. Per iniziare il nodo contribuisce con l'elasticita` e la plasticita` della spire, gli attriti interni (microscorrimenti) e quelli esterni (scorrimento delle spire e della corda) ad assorbire energia in caso di caduta. Inoltre il nodo riduce il carico di rottura, poiche` la corda si trova ad essere compressa fra le spire del nodo ed e` qui piu` "fragile". In effetti la maggior parte dei cedimenti avviene proprio all'ingresso del nodo dove massima e` la pressione sulla corda e c'e` la completa tensione del carico [311] .

Dunque i nodi sono il punto debole della corda. In un nodo si ha la massima concentrazione delle forze di attrito sulle spire (dopo che e` stato strizzato). L'attrito e` pari al carico di trazione altrimenti il nodo scorrerebbe. in questo senso i nodi sono "rigidi": e` sempre lo stesso punto della corda che forma il nodo ed e` soggetto alle sollecitazioni di carico e d'attrito. E questo vale soprattutto per ancoraggi permanenti.

Il fatto che poi la corda si spezzi all'ingresso dipende dal fatto che l'attrito e` proporzionale alla pressione. L'attrito nel nodo dipende dalla pressione e dall'area su cui questa agisce. Quest'area dipende dalla struttura del nodo, mentre la pressione dipende dalla tensione (cioe` dal carico), ma non e` uniforme in tutto il nodo: si distribuisce in base alla struttura di questo. La riduzione del carico di rottura dovuta al nodo varia dal 30 al 57Inoltre se il nodo e` fatto male (spire accavallate), oppure se la corda e` vecchia e rigida, ci puo` essere un ulteriore 10% di riduzione [139] .

La seguente tabella riporta i valori di resistenza residua per vari nodi, riportate da fonti differenti [214] [46] [15] ... Lo stato di usura della corda abbassa significativamente il valore di resistenza residua nei nodi. Per i nodi di giunzione anche il fatto di unire corde di diametro differente riduce la resistenza [214] . La lunghezza approssimativa di corda usata per il nodo, escludendo l'eventuale gassa e il capo libero, e` espressa in centimetri, e si riferisce ad una corda da 9 mm.

La tenuta dei tasselli con collante chimico [312] [313] [279] dipende dalla superficie di taglio, data dal cilindro esterno ai filetti del tassello, dove D e` il diametro esterno della parte filettata, ed H e` la profondita` di infissione del tassello nel foro. La rottura dell'ancoraggio ad estrazione avviene lungo questa superficie. La superficie circolare costituita dal fondo del tassello ha scarsa rilevanza per la tenuta.

A parita` di superficie di taglio la tenuta dipende dal collante, e dal tempo di indurimento, percio` si esprima la resistenza come rapporto della forza di rottura (in Kgp) rispetto alla superficie di taglio (in mm²), R = F_r / S_t. Le resine Fischer e Wurth hanno resistenza circa 3.3 Kgp/mm², le resine Spit, Hilti, e Saratoga hanno resistenza circa 2.4 Kgp/mm².

In genere i tasselli con collante chimico tengono da 2600 a oltre 5000 Kgp ad estrazione e da 3500 a oltre 4500 a taglio (barre di acciaio 12.9 filettate tengono ancora di piu`). Percio` sono comparabili a fix e spit.

I moschettoni in lega sono costituiti da una lega di alluminio (detta 7075-T6), contenente piccole percentuali di altri metalli che ne aumentano la resistenza. Per esempio il duralluminio contiene Mg, Si, Cu in percetuali di 1, 1, e 5, rispettivamente, e tracce di Mn, Ni ed altri metalli. Il trattamento di tempera (T6) serve per aumentare la resistenza della lega.

I moschettoni (specialmente quelli in lega) sono soggetti a corrosione specialmente se lasciati in ambienti soggetti a piene [314] [271] [315] [316] [258] [317] [318] [319] [320] . Puo` succedere di ritrovare i moschettoni lasciati in grotta a lungo coperti da una patina gelatinosa azzurrognola (probabilmente ossidi idratati di alluminio, alluminato di calcio), in ambiente umido. Questa diventa una polvere bianca quando l'ambiente e` secco. E` anche abbastanza comune trovare moschettoni bloccati dai sali depositatisi all'interno della ghiera, o ancora anneriti (a causa dell'ossido di silice).

Gli agenti corrosivi presenti in grotta sono acqua, carbonato e bicarbonato di calcio, solfato di calcio, acido carbonico, e carburo. Questi intaccano il ferro piu` o meno in ugual misura. Differiscono pero` per l'azione corrosiva nei confronti dell'alluminio: mentre i primi tre si comportano in misura paragonabile al ferro, il solfato di calcio e l'acido carbonico sono 2-3 volte piu` attivi verso l'alluminio, e il carburo ancora di piu`.

L'alluminio puro e` chimicamente attivo e si ossida prontamente ricoprendosi di uno strato (spessore circa un milionesimo di metro) che lo protegge da ulteriore ossidazione. Nella lega pero` ci sono anche altri metalli, come rame e manganese, quindi nello strato di ossido superficiale sono presenti anche altri composti metallici. Questi hanno un potenziale elettrochimico differente dall'alluminio e in un ambiente umido, o addirittura bagnato, si generano correnti galvaniche.

Per esempio nel caso di una impurezza di rame, si ha una tensione di circa 2 V tra l'alluminio (negativo) e il rame (positivo). Ne risulta il passaggio di ioni Al³⁺ in soluzione e un flusso di elettroni dall'alluminio al rame. Questi passano poi nella soluzione dove reagiscono con l'ossigeno (disciolto dalla atmosfera). Il potenziale elettrochimico del semielemento dell'ossigeno dipende dalla pressione parziale dell'ossigeno e dalla acidita` della soluzione, percio` le reazioni che portano alla corrosione del materiale necessitano di una atmosfera (con ossigeno) e sono favorite dalla acidita` della soluzione. Il risultato e` una copertura nerastra sul moschettone.

Tipicamente la corrosione dei moschettoni in lega produce incisioni (buchi) ed esfoliazioni di strati superficiali. La protezione mediante copertura con uno strato superficiale di ossido con trattamenti chimici per ridurne la porosita` produce una superficie molto resistente alla corrosione, ma e` inadeguata per i moschettoni in grotta. Questa protezione e` intaccata da graffi e sfregamenti e si generano delle zone preferenziali per la corrosione, in particolare se il moschettone e` accoppiato ad una piastra in ferro o acciaio (che forma una grande area anodica): tutta la corrente viene convogliata verso i pochi punti dove lo strato protettivo e` rimosso.

Il contatto con la corda genera zone di accumulazione di acqua, per cui zone dove la corrosione e` favorita.

La corrosione dipende molto dalle condizioni ambientali (umidita`, atmosfera, chimica) in cui si trova il moschettone. In genere la permanenza prolungata in grotta puo` produrre indebolimento del moschettone (fino al 50-70per cui diventa non piu` affidabile. Tanto piu` che i segni esteriori della corrosione (macchie scure, fori, incavi, etc.) possono non essere cosi` evidenti.

Queste considerazioni sulla corrosione si applicano anche a piastre in alluminio, e agli altri materiali metallici utilizzati per gli ancoraggi (tasselli). E` preferibile utilizzare moschettoni o maglie rapide e piastre in acciaio inox (astenitico) per gli armi permanenti o prolungati.

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