Il difficile lavoro del chiodo (e del chiodatore)

Questo articolo nasce per caso: un amico, attivissimo e scrupoloso chiodatore, mi ha chiesto di dare un’occhiata alle prove di carico su un fittone e di scrivere un parere a un suo collega; io sono andato un po’ fuori tema e gli ho inviato una serie di ragionamenti sul comportamento fisico degli ancoraggi. Lo scritto è arrivato anche al gestore di questo sito, il quale mi ha chiesto se potevo aggiustarlo e arricchirlo con immagini e schemi per renderlo pubblicabile, perché a suo dire poteva essere utile; alcune parti forse interesseranno maggiormente i chiodatori, altre sezioni chi voglia più semplicemente capire il perché dell’utilizzo e del posizionamento di certi materiali.

Premessa doverosa: in vita mia ho infisso soltanto un resinato!

Anni fa ho saltuariamente aiutato un amico attrezzatore di falesie, un po’ come bassa manovalanza e un po’ (all’epoca studente di ingegneria strutturale) interpretando le schede tecniche dei vari tipi di ancoranti, al fine di scegliere i materiali più adatti e pratici.

Quindi procedo con tutta una serie di considerazioni, rivolte ai normali fruitori delle falesie, per fornire spunti di riflessione sia sui materiali, sia su una parte dei problemi che si trovano ad affrontare coloro che attrezzano le pareti. Senza avere la pretesa di scrivere un “manuale di chiodatura” (il che è fuori dalle mie capacità e competenze) mi limito a esprimere la mia opinione personale frutto di una rilettura in ottica ingegneristica semplificata, di ore di discussioni con vari chiodatori e ore di consultazioni tecniche.

Sul perché siano ormai da preferire i chiodi resinati (ancoraggi chimici) rispetto ai tasselli ad espansione (ancoraggi meccanici) c’è ormai una ampia letteratura; i pro e i contro dei due sistemi si trovano facilmente in molti articoli e manuali, cito per esempio gli scritti di Marco Pukli trovabili sul suo sito, oppure una presentazione del ticinese Gruppo Scoiattoli dei Denti della Vecchia qui.

Dato che scriverò principalmente del comportamento fisico dei chiodi, mi limito a indicare le differenze principali sotto questo punto di vista: l’ancoraggio meccanico “lavora di punta” con grosse concentrazioni di tensioni sulla sua estremità, inoltre genera nella roccia uno stato di pretensione anche quando non è caricato.

Al contrario l’ancoraggio chimico distribuisce le tensioni in maniera quasi uniforme lungo tutto il gambo, come si può vedere nel disegno seguente tratto dal sito della Hilti:

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ancoraggio meccanico chimico

Rappresenta l’andamento delle tensioni all’interno del materiale base, in seguito a una prova di trazione, ottenuto con una modellazione agli elementi finiti. In realtà i colori non sono in scala: nel disegno di sinistra non compaiono i valori numerici, sicuramente superiori, corrispondenti ai vari colori. Fatto confermato da questo altro disegno (stessa fonte):

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La forza di espansione è addirittura tripla rispetto a quella di estrazione!

Anche intuitivamente, si può vedere dal primo disegno come, nel caso dell’ancorante meccanico, la zona con i valori massimi coincida con il teorico “cono di estrazione” del tassello. La situazione migliora un poco con i tasselli meccanici a doppia espansione.

Un altro problema si ha con le rocce non omogenee: se l’anello di espansione va a finire in una zona localmente più debole, magari alveolata o stratificata, la resistenza risulta minore. Invece le resine possono riempire eventuali piccole cavità e consolidare punti deboli.

Inoltre, salvo prodotti particolari e più costosi, i fix sono più corti dei normali fittoni resinati.

Sommando tutto questo la conclusione è che gli ancoranti meccanici sono assolutamente da sconsigliare su roccia tenera, come ad esempio il calcare finalese, e su rocce sedimentarie stratificate.

C’è poi un altro problema: come per i bulloni da carpenteria metallica, in funzione del tipo di acciaio e del diametro del bullone, andrebbe rispettata la coppia di serraggio del dado, ma non credo che le chiavi dinamometriche siano molto diffuse tra i chiodatori.

Un fix stretto troppo rischia di spaccarsi facilmente, non tanto a trazione pura (perché prima del collasso l’allungamento indotto elimina la pretensione) quanto a combinazione di pre-trazione, taglio dovuto alla caduta e torsione dovuta al serraggio e alla eventuale eccentricità del carico.

Con le cadute e le escursioni termiche, un fix stretto poco rischia di allentarsi, anche per il problema (1) in seguito descritto, e se la piastrina muove, non è in grado di ripartire la flessione su tutta la superficie di contatto con la roccia, andando a sollecitare a flessione solo il tassello.

Bisogna anche considerare che in falesia, un fix stretto poco che si allenta, rischia di essere stretto alla morte da un qualsiasi climber che, credendo di fare una cosa giusta, si arma di chiave inglese; la cosa è più difficile in montagna: con un cavanut non si fa tanta forza e chi si porta dietro una chiave inglese per dare una controllata alla via, si presume che sia una persona abbastanza esperta e che non stringa troppo.

Nota (1): è un problema legato alla forma non simmetrica delle piastrine più diffuse e al loro posizionamento. Ad esempio queste:

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Se vengono disposte con l’anello per il moschettone in posizione verticale, c’è una eccentricità tra il punto di applicazione del carico (pallino giallo) e il foro per il tassello. Con le cadute si genera una torsione sia sul tassello, sia sulla piastrina, la quale può girare in senso antiorario e quindi svitare il dado.

In realtà una rotazione della piastrina di 20° non basta a allentare il dado, ma il fatto che sia una rotazione violenta può danneggiare superficialmente la roccia e rendere ballerina la placchetta.

Se invece vengono messe troppo inclinate si ha tensoflessione deviata sulla piastrina, con un massimo di trazione nel punto indicato col pallino rosso. Punto che, oltre ad aver probabilmente subito una piegatura a freddo, è anche il più esposto a colpi accidentali (martellate, cadute di pietre, urti con la chiave inglese, ecc.) e quindi potrebbe essere a rischio cricche.

Osservazione: tutti gli aspetti negativi sui fix finora espressi, sono riferiti al loro utilizzo nelle falesie e quindi al fatto che gli ancoraggi possano essere sottoposti a centinaia di cadute …. ben altro discorso vale per le vie a più tiri aperte dal basso (considerazioni etiche a parte)!

Prima di cominciare a parlare dei fittoni resinati, bisogna fare qualche premessa sulle resine che si possono trovare nelle falesie: sono adesivi strutturali bicomponenti e possono essere in poliestere (purtroppo), vinilestere (o epossiacriliche) o epossidiche pure.

Per dare un’idea della capacità adesiva di queste ultime due, basta pensare che tra le centinaia di utilizzi, ci sono gli incollaggi degli strati di materiali compositi, oppure, nell’industria aerospaziale, dei pannelli metallici di ali o di satelliti.

Nota: il vinilestere deriva da una esterificazione del monomero epossido con un acido carbossilico come ad esempio l’acido acrilico, pertanto le resine epossiacriliche sono un tipo di vinilestere. Alcuni produttori le classificano separatamente per distinguerle da resine con vinilestere derivante da altri acidi oppure prodotti ibridi.

Quelle che ci interessano sono resine prodotte per l’edilizia e si possono trovare in fiale monodose in vetro o materiale plastico oppure in cartucce (coassiali o no) estrudibili con apposita pistola.

In realtà per l’edilizia si trovano anche in bidoni fino a 15 kg e questo fa capire quanto purtroppo l’utilizzo che ne viene fatto per l’attrezzatura di falesie sia commercialmente irrilevante per i produttori. Tanto per fare qualche esempio, per il fissaggio ai viadotti autostradali di guardrail oppure di barriere antivento o fonoassorbenti la quantità di resina si misura in quintali a chilometro …. idem per l’illuminazione delle gallerie. Nella mia zona sono state sopraelevate di un metro le dighe foranee di due porti turistici: 3 km di cemento, decine di migliaia di ferri di ripresa di grosse dimensioni infissi per 20 volte il loro diametro. Ad occhio e croce in ogni km c’è più resina che in tutte le falesie italiane!

Le fiale monodose, ad esempio queste:

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nel mondo dell’edilizia sono molto comode per gli ancoraggi ai soffitti o per le sottomurazioni (per non dover usare la pistola in verticale) e permettono lavori più rapidi e puliti. Per una corretta miscelazione dei due componenti alcuni produttori raccomandano almeno 25 giri dei tasselli; se non si usa il trapano mettete in conto una epicondilite.

Osservazione: per l’utilizzo in falesia, è necessario valutare attentamente la lunghezza del foro, della fialetta e quella del chiodo. Se si seguono le prescrizioni indicate sulle confezioni (riferite al fissaggio di barre filettate), la quantità di resina non è sufficiente per avvolgere la parte della testa del chiodo che, come vedremo dopo, è necessario far penetrare un poco nella roccia.

Per lo stesso motivo bisogna fare attenzione a non fare un foro troppo profondo, altrimenti la resina può accumularsi sul fondo e può non “risalire” abbastanza per avvolgere tutto il chiodo.

Purtroppo in falesia, sia per la posizione scomoda dell’operatore, sia per la superficie irregolare della roccia, il controllo della profondità del foro non è così facile come in cantiere, anche aiutandosi con il vecchio trucco del nastro sulla punta del trapano.

Nei casi particolari, come potrebbe essere l’utilizzo in falesia, i produttori suggeriscono di usare due fialette per foro (forse perché a loro conviene), ma alla fine spesso capita che una è poca e due sono troppe….

E con le fialette è impossibile montare correttamente i gruppi sosta preassemblati tipo questi:

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con un po’ di sbattimento il primo chiodo lo si potrebbe anche infiggere a rotazione, il secondo no!

In definitiva l’uso delle fialette è generalmente limitato a piccoli lavori di ripristino, magari su vie a più tiri, per evitare di trascinarsi dietro attrezzature più ingombranti.

Le cartucce estrudibili sono quelle che ci interessano di più in quanto più economiche (in proporzione alle fialette) e versatili: un po’ di resina può sempre servire per tappare i buchi vecchi o provvisori, o per consolidare una lama dubbia.

Qualche esempio puramente casuale:

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A parte qualche raro caso di cartuccia estrudibile con pistola da silicone (da 2€), ci vuole una pistola apposita, decisamente più costosa: da qualche decina fino a oltre i 200€!

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La miscelazione avviene nelle spirali all’interno del beccuccio. Il beccuccio è semitrasparente per poter verificare il corretto cambiamento di colore durante la miscelazione della resina con il catalizzatore per la polimerizzazione. Comunque i primi centimetri che escono dal beccuccio vanno gettati via.

A proposito del colore, ovviamente la maggior parte delle resine da edilizia sono grigie, in modo che quella che fuoriesce dai fori si mimetizzi con il calcestruzzo o con l’intonaco. Le resine epossidiche pure, invece spesso sono rosse (tanto vengono usate nella ripresa di getti di calcestruzzo e quindi non rimangono a vista) sia per facilitare la centratura dei ferri, sia per riconoscerle facilmente all’interno del cantiere: è più facile dire a un operaio “usa la rossa o usa la grigia” piuttosto che dirgli “usa la epossidica pura o usa la epossiacrilica”. Esposte all’aria e alla luce tendono a schiarire nel giro di qualche mese.

Una volta avvenuta la miscelazione, la resina è lavorabile per un intervallo di tempo chiamato tempo di presa e non deve essere assolutamente caricata fino alla scadere del tempo di indurimento.

Questi due tempi sono fortemente influenzati dalla temperatura (diminuiscono molto al salire della temperatura) e sono diversi per i differenti tipi di resine. Sono sempre indicati sulla cartuccia.

In generale, salvo prodotti particolari studiati per i climi freddi, per le resine vale la stessa regola del calcestruzzo: più lenta è la presa e migliori sono le caratteristiche meccaniche del prodotto finito.

Come confermano gli estremi: a 20°C le resine in poliestere prendono in pochi minuti e induriscono in un paio d’ore, le epossidiche pure sono più fluide, la presa avviene dopo oltre mezz’ora e l’indurimento richiede un giorno intero.

Comunque è buona regola aspettare almeno un paio di giorni prima di scalare una via appena resinata e fare un controllo di tutti i chiodi: l’inconveniente può sempre accadere, per esempio uno dei chiodi alti può essere stato inavvertitamente toccato dalla corda fissa del chiodatore impegnato a resinare i chiodi bassi, e se la polimerizzazione era già cominciata, buona parte delle macromolecole possono essere spezzate.

Per quel che riguarda la reperibilità, le resine adatte alla chiodatura non si trovano nel ferramenta sotto casa o nel grande magazzino specializzato nel fai da te: hanno una durata solitamente inferiore all’anno e un discreto costo, quindi ai commercianti non conviene farsele scadere in magazzino. E una resina scaduta non garantisce una sufficiente polimerizzazione!

Il poliestere si trova più facilmente, ma come vedremo è meglio non usarlo.

Per le altre, o si trova un valido fornitore di prodotti edili, oppure si ordinano direttamente ai produttori, agli importatori o ai negozi online specializzati anche per la chiodatura.

Una osservazione molto importante sulle resine è questa: in edilizia sono utilizzate come ancoranti pesanti (per fissare impianti al calcestruzzo) o come ancoranti strutturali (per fissare ferri da ripresa per nuovi getti di calcestruzzo); quindi il singolo tassello non lavora mai da solo, sono collegati da piastre metalliche o sono affogati nel cemento. La presenza della piastra fa sì che la eventuale flessione applicata su di essa si ripartisca in trazione sugli ancoraggi e compressione sul calcestruzzo, invece la torsione si ripartisce come taglio sui vari ancoraggi. La conseguenza è che i produttori fanno solo prove a estrazione e a taglio, in conformità con le normative vigenti (ETAG 001). Quindi niente prova di torsione, nonostante in falesia il problema sia proprio quello dei chiodi che girano. E anche la prova di taglio è fatta con la presenza della piastra, che elimina la flessione secondaria.

Un altro problema è che nelle schede tecniche degli ancoranti chimici si trovano tutte le indicazioni per il loro utilizzo, ma i carichi ammissibili o quelli di rottura fanno riferimento al sistema tassello+resina e quindi non dicono quasi nulla delle proprietà meccaniche delle sole resine. Infatti, per ogni diametro della barra da utilizzare, forniscono una profondità di infissione tale che nelle prove sperimentali si rompa il bullone e non il provino di cemento o la resina: alla fine tutto si riduce a una prova sull’elemento metallico! (nei rari casi in cui non è così, è abbastanza complicato fare dei confronti fra resine di produttori diversi, in quanto usano barre o lunghezze differenti)

Intendiamoci, il ragionamento dei produttori è più che corretto, anzi è l’unico sistema che hanno se vogliono fornire valori attendibili della resistenza ultima degli ancoranti. Aumentando le lunghezze, di fatto aumentano il coefficiente di sicurezza per il materiale base e per la resina, sui quali c’è maggiore incertezza statistica perché influenzati da molteplici fattori (non ultima la possibilità di difetti di posa), andando così a ricercare il collasso sull’elemento metallico, la cui resistenza ultima è prevedibile con buona approssimazione.

A conferma di ciò si vede nelle tabelle che quando il bullone passa dalla classe 5.8 alla 8.8 la resistenza aumenta mediamente proprio del 60% (8/5=1.6) ; e questo vale per tutti i tipi di resina.

(Nota: i 2 numeri che identificano la classe dei bulloni indicano rispettivamente la resistenza minima a trazione e la “percentuale” a cui comincia lo snervamento; ad esempio un bullone di classe 5.8 è fatto di acciaio che si rompe sopra i 500 N/mm2 o 5 t/cm2 e lo snervamento comincia all’80% di tale valore).

Un incremento ancora maggiore si ha con i ferri da ripresa, che però essendo più deformabili hanno bisogno di resina che garantisca maggiore adesione. Si usa quella epossidica perché in questi lavori i buchi sono spesso sporchi e umidi e perché con i ferri di grosso diametro dà più garanzie per via del minor ritiro.

La conseguenza finale è che leggendo i carichi di rottura del sistema barra-resina, tutte le resine sembrano ugualmente valide. In fondo per soddisfare i requisiti minimi stabiliti dalla UIAA in 25 kN a taglio e 18 kN a estrazione sembra che basti una barra da 10mm di classe 5.8 oppure una da 8mm di classe 8.8 fissata con una resina qualsiasi.

Questo ha tratto in inganno parecchi chiodatori che negli anni scorsi hanno cominciato ad utilizzare le resine in poliestere perché più economiche.

Nella realtà per misurare la resistenza della resina e la sua capacità di adesione è molto più significativa una prova a taglio su due provini metallici collegati da uno strato di resina; i valori ammissibili e a rottura sono inequivocabili (dal sito della Gurit):

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Qualche test di laboratorio specifico per l’utilizzo che ci interessa è stato condotto anni addietro in Francia, con provini di roccia come materiale base e chiodi omologati per l’arrampicata, ma il mercato delle resine è in continua evoluzione e credo abbiano usato solo rocce molto dure. Attualmente so che è in corso una campagna di test “sul campo” a Finale Ligure, grazie a una collaborazione tra un gruppo di chiodatori locali, la ditta Bossong e le Università di Genova e di Torino (per via di varie Tesi di Laurea con aspetti multidisciplinari); potrebbero uscire dati interessanti per comprendere meglio il comportamento complessivo degli ancoraggi nella realtà e non solo in laboratorio; inoltre stanno valutando la durabilità, ripetendo test a distanza di un anno su ancoraggi esposti agli agenti atmosferici.

Interessanti sono anche i valori del ritiro, cioè la contrazione in volume durante la polimerizzazione:

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Questo aspetto è importante perché alti valori di contrazione possono provocare una microfessurazione della resina, che comporta una possibile infiltrazione di umidità e rischio gelo, oltre a una minore resistenza meccanica, soprattutto a torsione.

Avviso per i chiodatori: si trovano in commercio resine con e senza stirene (o vinilbenzene, è un solvente – agente polimerizzante); ciò provoca una distinzione tra quelle per esterni e quelle per interni a causa dell’odore forte e caratteristico dello stirene, che al chiuso può dare problemi respiratori, agli occhi, ecc…. Beh, dal 2011 lo stirene è entrato nell’elenco delle sostanze cancerogene. D’accordo che tale elenco comprende migliaia di sostanze, e parecchie sono molto diffuse (vedi il benzene nella benzina verde), ma perché correre un rischio che si può evitare anche all’aperto?

La presenza o meno dello stirene fa sì che certe resine non siano suggerite dai produttori per l’utilizzo su pietra naturale, ma credo che sia dovuto soltanto alla possibilità che rimangano aloni sulla pietra.

Oltretutto lo stirene, legandosi durante la polimerizzazione, aumenta il ritiro.

Alcuni produttori di resine indicano per esse una vita utile di 50 anni, per i chiodi le norme UIAA prevedono l’utilizzo esclusivo di acciaio inossidabile. Pertanto i chiodi in commercio per poter essere omologati sono realizzati con tale materiale; tra gli acciai inox esiste una distinzione a seconda della loro composizione e del conseguente grado di protezione dagli agenti chimici ed atmosferici che assicurano. Ad esempio in prossimità del mare è bene usare acciai HCR (high corrosive resistance). La classificazione completa degli acciai inossidabili si trova facilmente in rete (es. Wikipedia).

Di seguito un assortimento di chiodi che si possono trovare nelle falesie:

Hanno un costo che parte da circa 3€ e arriva fino a 20€ cadauno (link per chi non ci crede). Pertanto per ragioni economiche, nelle falesie spesso si trova materiale derivante da altri impieghi, come i classici tendicavo:

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o i golfare:

(sono accessori per la nautica oppure anelli per il fissaggio dei ponteggi alle costruzioni)

Bisogna ricordare che tali prodotti, talvolta solamente zincati e non inox, sono pensati solo per essere sottoposti a trazione e non a taglio. Inoltre nel processo produttivo i controlli di qualità sono inferiori a quelli necessari per ottenere la certificazione UIAA, quindi è più probabile che ci sia l’esemplare difettoso, magari nella saldatura.

Pertanto se proprio si vogliono utilizzare, sarebbe bene adottare dimensioni maggiorate rispetto ai chiodi omologati.

Anche a livello di zincatura ci sono differenze a seconda della tecnica utilizzata: un processo galvanico deposita uno strato minimo di 5 micron, un processo a caldo arriva a un minimo di 40 micron.

Comunque lo strato protettivo può essere facilmente asportato nel punto di contatto del moschettone, con l’ovvia corrosione conseguente.

Talvolta si trovano prodotti ottenuti dalla semplice piegatura di barre:

che qualcuno realizza anche artigianalmente.

Questi chiodi a U hanno sicuramente meno problemi con la torsione, però la posa in opera non può essere mai troppo precisa: fare i due fori paralleli e alla distanza esatta non è facile.

Inoltre due buchi vicini indeboliscono le rocce più deboli.

Come le barre ad aderenza migliorata per il calcestruzzo armato, anche i chiodi hanno una lavorazione superficiale per migliorare l’adesione della resina al gambo e rendere più difficile la fuoriuscita del chiodo dal cilindro di resina.

I vari produttori adottano tecniche differenti, c’è chi realizza una zigrinatura fine (in modo da aumentare la superficie di contatto) e chi realizza intagli trasversali, più o meno inclinati, fino ad arrivare ad una sorta di filettatura a spirale.

Alcuni hanno anche scanalature longitudinali, utili per aumentare la resistenza a torsione.

(tendicavo e golfare hanno vere e proprie filettature, da metallo, da legno o per tasselli in nylon)

La lavorazione superficiale è bene che non cominci subito dall’anello del chiodo perché quella è la zona maggiormente sollecitata da taglio e trazione: le incisioni riducono leggermente la sezione resistente, però mano a mano che si va verso la punta del chiodo le tensioni nell’acciaio diminuiscono in quanto gli sforzi passano dal chiodo alla resina e alla roccia.

Probabilmente però, piuttosto che l’adesione della resina al chiodo, è più critica quella della resina alla roccia. Infatti nei pochi casi di chiodi fuoriusciti, principalmente il cedimento è stato localizzato lì (anche se trattandosi di solito di resina poliestere si spera sia un discorso ormai superato).

Una curiosità: negli ultimi anni, in campo edile, sono entrate in commercio delle accoppiate resine – barre a profilo multiconico che promettono un risparmio di tempo (e quindi del costo della manodopera) rendendo non più necessaria la pulizia del foro. Oltre al secondario aspetto economico rispetto all’incolumità delle persone, è un discorso che può valere soltanto in edilizia, sia perché queste barre lavorano solo a trazione e taglio, sia perché il cemento polverizzato può avere una parziale nuova reazione di presa grazie all’umidità atmosferica e all’acqua prodotta dalla policondensazione di certe resine; al contrario la roccia polverizzata può produrre solo fanghiglia. Quindi i fori nella roccia vanno sempre puliti per bene con scovolino e getto d’aria.

L’importanza della pulizia del foro è tale che, sempre in edilizia nel caso di fissaggio di normali barre ad aderenza migliorata nel calcestruzzo, alcuni produttori di resina prescrivono dopo la foratura 2 soffiaggi ad aria compressa a almeno 6 bar, pulizia con spazzole metalliche e altri 2 soffiaggi. Questo in caso di foratura tradizionale, in caso di foratura con attrezzi diamantati invece è previsto un lavaggio con acqua finché questa non risulti chiara, 2 spazzolate, altro lavaggio, 2 getti di aria compressa, altre 2 spazzolate, altri 2 getti di aria a 6 bar! Sempre nel caso di utilizzo di attrezzi diamantati, per i fori grossi in più è consigliato in precedenza un trattamento meccanico per irruvidire le pareti del foro…. verrebbe quasi la voglia di consigliare di non utilizzare punte troppo affilate!

Chi chioda su rocce tenere già lo fa, perché altrimenti rischia di bucare troppo velocemente, di far fori troppo profondi e di lasciare la punta “impastata” nel foro.

Ma su rocce compatte c’è già il problema della lentezza di avanzamento, che certe volte costringe a cambiare punta a metà lunghezza del foro per il surriscaldamento della stessa e il rischio di bruciarla… con quello che costano le punte buone!

Dato che le prove di laboratorio sulle resine non sono sufficienti per descrivere tutto quello che può accadere a un chiodo, è necessario analizzare tutti i possibili meccanismi di collasso dell’insieme roccia-resina-chiodo sottoposto ai carichi nelle varie direzioni (sforzo normale, taglio, flessione, torsione), valutare quali possano essere i punti deboli e individuare gli accorgimenti per minimizzarli.

Innanzitutto bisogna fare una premessa sul materiale base: in laboratorio si usa un provino di calcestruzzo di classe medio-bassa (di solito C20/25). Nella realtà graniti, serpentini, quarziti, diaspri sono 4-6 volte più resistenti, i calcari compatti circa 3-4 volte, il tenero calcare finalese e le arenarie forse 2 volte, certi calcari bianchi e gessosi oppure giallastri e sabbiosi chissà.

In questi ultimi casi e in generale con le rocce tenere è meglio usare chiodi più lunghi.

La regola di mettere i chiodi lontani dai bordi vale sempre e comunque, anche perché i meccanismi di rottura che comportano un collasso della roccia sono da evitare assolutamente: d’accordo che se salta un chiodo ce ne è uno più in basso, ma il pezzo di roccia che può rimanere attaccato a chiodo e rinvio è un proiettile filoguidato puntato al corpo, accelerato dall’elasticità della corda!

Passo dunque a descrivere le varie azioni sui chiodi, tenendo conto che tutte le altre direzioni di carico possono essere scomposte nelle direzioni principali.

Sforzo normale – Con le forze di estrazione del chiodo, cioè con le cadute su un chiodo infisso verticalmente sotto un tetto, può uscire un cono di roccia, può sfilarsi il cilindro di resina dalla roccia (o il chiodo dalla resina), ci può essere una combinazione di tutto questo, oppure può cedere il metallo del chiodo.

Schema dei meccanismi di collasso dal sito Würth:

Se cede il metallo vuol dire che l’insieme roccia-resina-chiodo ha lavorato al massimo delle sue possibilità: è una situazione irreale perché l’acciaio dei chiodi omologati, assialmente, regge molto di più della massima forza d’arresto che può imprimere una corda dinamica, a meno che il metallo non abbia ceduto troppo presto a causa di cricche o corrosioni… ma questo è un altro discorso (come è un altro discorso la rottura del chiodo in seguito all’utilizzo di corde statiche: per qualcuno sarebbe giusta selezione naturale).

In caso di sfilamento del chiodo dalla resina o del cilindro di resina dalla roccia, vuol dire che c’è stato un problema con la resina: o di scelta, o di posa in opera o più probabilmente aveva già ceduto a torsione.

Se esce il cono di roccia vuol dire che il chiodo era troppo corto o che non andava messo lì perché la roccia aveva problemi.

Curiosità: quest’ultimo tipo di collasso è usato in edilizia per la prova di pull-out, cioè un test poco invasivo utile per valutare la qualità di calcestruzzo già in opera; si infigge un tassello resinato e lo si estrae con un martinetto idraulico applicato su un anello di contrasto. Misurando la forza necessaria a spaccare il calcestruzzo si può risalire alle sue caratteristiche di resistenza.

Questo tipo di utilizzo fa capire che le resine sono ben più resistenti dei calcestruzzi ordinari!

Taglio – E’ lo sforzo generato da una caduta su un chiodo infisso orizzontalmente su un tratto di roccia verticale. Il collasso può avvenire nel metallo oppure nella roccia per vicinanza di un bordo oppure per pryout (o scalzamento).

Il tassello, a taglio puro, è molto difficile che si rompa (la resistenza a taglio di un bullone è superiore a quella a sforzo normale). Nella realtà il problema può essere la flessione generata dal taglio: se ne parlerà al prossimo punto.

Interessante è la seguente immagine (dal sito Hilti):

E’ riferita a ancoranti meccanici, ma vale anche per i chimici. Nella prima parte rappresenta l’ovvio motivo per cui non vanno messi i chiodi sopra un bordo o una fessura (ma anche a lato). La seconda parte illustra la rottura per pryout e merita più di un approfondimento.

Ruotata in verticale mostra un fenomeno all’apparenza curioso:

la rottura per una combinazione di tensioni tangenziali e trazione della roccia sopra il chiodo. La roccia al di sotto del chiodo ha all’incirca le stesse tensioni tangenziali, ma è compressa, e la maggior parte delle rocce (non così tanto come il calcestruzzo) è più resistente a compressione che a trazione.

Questo meccanismo di rottura, oltre a indicare di non mettere chiodi neanche sotto a bordi, fessure o buchi, spiega uno dei motivi per cui è bene che i chiodi siano leggermente inclinati verso il basso (di solito si suggerisce una inclinazione di 5÷15°): allungando la linea teorica di frattura della roccia se ne aumenta la resistenza.

(un altro motivo è che il baricentro dello scalatore, una volta che ha oltrepassato il chiodo si trova sempre oltre la verticale del chiodo e quindi in caso di caduta, la direzione del carico non è solo verticale, ma c’è anche una componente normale: inclinando un po’ il chiodo lo si fa lavorare meno a estrazione e più a taglio, direzione per la quale l’acciaio è più resistente, e anche la resina risulta meno sollecitata)

In realtà la rottura per pryout è favorita da chiodi corti e molto rigidi, tipo questi un tempo molto diffusi, anche in versione con piastrina artigianale:

Infatti i bulloni da carpenteria metallica sono molto più rigidi dei normali chiodi: la testa esagonale viene forgiata con presse da decine di tonnellate; si ha una ricristallizzazione del metallo e un notevole incrudimento ….. come può ben confermare chiunque abbia provato a toglierli e ne abbia trovato uno che girasse a vuoto! A differenza delle barre filettate dei fix questi non si rompono a martellate, e anche tagliarli con uno scalpello non è così semplice.

Flessione – E’ una flessione secondaria, dovuta all’eccentricità del taglio rispetto al punto di ancoraggio. E’ sempre presente, ma il chiodo lavora in modo molto diverso a seconda di quanto è infisso: se l’anello del chiodo è abbastanza incassato nella roccia (oltre a diminuire parecchio il valore della flessione perché minore è l’eccentricità), la testa del fittone è in grado di scaricare la compressione sulla roccia e far lavorare solo a trazione il gambo del chiodo.

Al contrario, tutta la flessione andrà a gravare unicamente sul gambo e sulla resina, con quella che viene chiamata un “parzializzazione della sezione”: il lembo superiore fortemente teso e il lembo inferiore fortemente compresso (oltretutto nei punti dove certi chiodi hanno una saldatura).

In pratica si va a perdere proprio il punto di forza dei resinati, cioè la distribuzione uniforme delle tensioni. A confronto lavora meglio un fix, perché distribuisce la compressione sulla roccia tramite la parte inferiore della piastrina.

Il disegno seguente illustra bene la situazione:

(per semplicità ho disegnato il chiodo orizzontale invece che lievemente inclinato)

Nel primo caso le tensioni massime sono estremamente maggiori!

Oltretutto se la testa del chiodo non è bene a contatto con la roccia, con le impercettibili oscillazioni elastiche dell’acciaio, si va progressivamente a sgretolare o distaccare dal chiodo il colletto di resina, partendo dall’esterno e andando verso l’interno con velocità crescente, perché mano a mano che si consuma la resina, aumenta l’eccentricità e di conseguenza anche la flessione.

Si capisce perciò come sia fondamentale realizzare lo scasso per alloggiare parte della testa del chiodo: un chiodo che muove anche solo leggermente è destinato a muovere sempre di più!

Torsione – Come ben sanno i chiodatori, l’unico modo per togliere un resinato senza utilizzare martinetti idraulici o il flessibile, è farlo prima girare con una sbarra o un piede di porco, cioè far cedere la resina a torsione, e poi sfilarlo.

Nelle falesie i casi di chiodi fuoriusciti sono pochissimi, quelli che hanno cominciato a girare sono decisamente di più.

Si ha torsione sui chiodi in seguito al ribaltamento del moschettone del rinvio durante la caduta. L’entità della torsione è molto variabile e poco prevedibile: può essere nulla come può essere ingente, dipende dalla direzione della caduta, dalla forma del moschettone (giustamente non simmetrica per motivi di resistenza dello stesso), da eventuali effetti leva del moschettone sulla roccia, ecc…

Un modo per minimizzarla è orientare gli occhielli in direzione più verticale possibile. Chi chioda lavora sempre in posizione scomoda e può non avere la giusta percezione della verticalità, può però aiutarsi chiedendo un’opinione a chi sta con i piedi per terra.

Per diminuire la possibilità di scherzi strani dei moschettoni è buona regola lisciare bene la resina in eccesso che esce dal foro, in modo che non crei impedimento alle rotazioni dei rinvii.

Ragionando sulla resistenza a torsione dell’insieme roccia-resina-chiodo ci sono un po’ di cose da dire.

C’è una resistenza di forma, dovuta sia alla porzione dell’occhiello del chiodo infisso nella roccia e affogato nella resina, sia all’eventuale superficie piatta inclinata della punta del chiodo, e c’è una resistenza di aderenza (è la parte principale) dovuta allo scambio di tensioni tra chiodo, resina e roccia lungo il gambo del chiodo.

La resistenza del solo chiodo dipende unicamente dal suo diametro e dalla classe dell’acciaio.

La roccia, a meno che non si sfarini, non dà grossi problemi.

L’aderenza tra chiodo e resina e tra resina e roccia dipende da tanti fattori: lavorazione superficiale del chiodo, pulizia del foro, presenza di umidità, rugosità della roccia e principalmente qualità della resina.

Un aspetto a parte è la resistenza a torsione del solo anello di resina e di come possa essere influenzata dai difetti di posa in opera. In laboratorio si forano i provini con trapani a colonna e il chiodo è sempre ben dritto al centro della resina perché infisso in verticale; in parete non è facile né fare fori precisi lavorando appesi a una corda, né mettere i chiodi in asse col buco, quando il buco è il più delle volte inclinato.

Nella meccanica dei solidi, per comprendere più facilmente l’andamento delle tensioni tangenziali dovute alla torsione, si ricorre alla cosiddetta “analogia idrodinamica”, cioè si assimila il flusso delle tensioni allo scorrere di un liquido in un canale avente la stessa forma della sezione in esame.

Se il canale non è a larghezza costante, nei punti dove è più stretto il liquido deve accelerare.

Allo stesso modo, se il chiodo non è al centro (caso b) ci sono dei picchi di tensione nel punto dove l’anello di resina è più sottile.

Si può arrivare al caso limite (c) in cui l’anello di resina è interrotto e quindi il flusso delle tensioni non è più concorde. In questo caso la resistenza è molto inferiore! Scendendo nei dettagli la resistenza sarebbe data dall’integrale delle tensioni massime sopportabili dalla resina, ma nei casi (a) e (b) l’integrale si calcola su tutta la sezione del foro (chiodo compreso), nel caso (c) solo sulla sezione della resina.

Per fare un esempio intuitivo, la differenza di resistenza a torsione è simile a quella enorme che c’è tra un tubo e un profilo a C di pari dimensione! (un po’ meno perché il confinamento dato dalla roccia fa sì che la resina non si possa instabilizzare come un profilo aperto)

Per ridurre gli effetti del caso (b) e rendere più improbabile il caso (c), è bene che non si scenda sotto i 2mm nella differenza tra il diametro del foro e quello del chiodo: forare da 9 per chiodi da 8 o forare da 11 per chiodi da 10 vuol dire risparmiare un po’ di resina, ma anche avere solo un velo di mezzo millimetro di resina attorno al chiodo. In questo caso sbagliare anche solo di 3÷4 decimi di millimetro il centramento del chiodo vuol dire avere grossi picchi di tensione e di conseguenza un possibile cedimento a torsione della resina.

Un problema analogo al caso (c) si può avere nell’eventualità che rimanga intrappolata una bolla d’aria all’interno della resina, magari in seguito a una troppo veloce estrazione del beccuccio durante l’iniezione. Per fortuna i chiodatori se ne accorgono al momento dell’inserimento del chiodo: al contrario della resina, l’aria è comprimibile; quindi se si sente una forza elastica che tende a respingere il chiodo vuol dire che c’è una bolla.

In conclusione abbiamo visto che la forza di adesione delle resine epossidiche è molto superiore, inoltre espellono l’umidità (in realtà funzionano anche in presenza d’acqua, ma non è un invito a usarle con i fori bagnati!) e si ritirano pochissimo. Sono quelle da usare in rocce problematiche, troppo permeabili o con superfici del foro troppo lisce.

Le resine in vinilestere e le epossiacriliche sono un valido compromesso nel caso la roccia non presenti particolari criticità e si utilizzino chiodi di buona fattura e dimensione; magari con i chiodi più sottili, da 8 mm, che hanno una minore superficie di contatto, è forse consigliabile una resina epossidica.

Al contrario il poliestere patisce l’umidità, è meno resistente agli agenti chimici ed atmosferici, si microfessura (quindi non garantisce neanche la tenuta stagna del foro, è un problema in rocce porose o in generale per via del gelo) e diminuisce di volume durante la presa, quindi potrebbe staccarsi localmente dalla roccia. In più abbiamo già visto che la sua resistenza è meno della metà delle epossidiche, aggiungiamoci anche che le resine in poliestere sono classificate dagli stessi produttori come ancoranti medi e non ancoranti pesanti, in conclusione il poliestere è una resina da non utilizzare più.

E’ vero che è stato largamente utilizzato finora e che ci sono chiodi infissi da decenni che non danno alcun segno di cedimento (probabilmente perché chiodi artigianali di diametro più grosso e in roccia più granulosa), però alla luce di quello che è successo in certe falesie, con decine di chiodi che girano e la necessità di richiodare tutte le vie, direi che il risparmio immediato di qualche decina di euro per falesia non vale né il rischio che qualcuno si faccia male, né quello di dover rifare il lavoro daccapo; oltretutto quando si richioda bisogna forare a una certa distanza dal foro precedente e la posizione di certi chiodi potrebbe risultare non più ottimale.

A proposito di richiodature (spesso necessarie per le vecchie vie a spit), insieme all’oggettiva difficoltà di posizionare correttamente i chiodi su rocce molto articolate e alle sempre possibili distrazioni anche da parte dei chiodatori più esperti e scrupolosi, sono una delle cause per cui ci possa essere qualche chiodo che porti il moschettone inferiore del rinvio a sbattere o a far leva sulla roccia; d’accordo che per i climber attenti al look portarsi dietro un bel set di rinvii colorati e tutti uguali “fa figo”, ma averne un paio di lunghezza diversa è molto più saggio!

Per curiosità, come riconoscere che resina è stata utilizzata nella falesia dove si sta arrampicando?

Basta controllare quella che fuoriesce di fianco al chiodo: in generale se grattandola con l’unghia sfarina un poco, allora è sicuramente poliestere, se la superficie è granulosa ma ben compatta è vinilestere o epossiacrilica, se invece la superficie è molto liscia e inscalfibile è epossidica pura.

Se non si riesce a capirlo perché non si vede la resina ….. andate a scalare da un’altra parte!

Nota importante: le affermazioni precedenti sulle resine in poliestere erano rivolte ai chiodatori o a chi voglia cominciare ad attrezzare itinerari di scalata …. non vorrei alimentare psicosi da poliestere negli arrampicatori!

Tenete presente che il problema è noto già da qualche anno e laddove è presente questa resina, c’è stato il tempo di controllare gli ancoraggi ed eventualmente intervenire o come minimo segnalare i problemi.

Inoltre su tratti verticali o anche leggermente strapiombanti i chiodi sollecitati prevalentemente a taglio probabilmente starebbero su anche solo per attrito…

A proposito di chi voglia cominciare l’attività di chiodatore, un consiglio: un minimo di teoria è necessaria, ma la pratica e la “gavetta” sono più importanti. Quindi cominciate aiutando persone già esperte in modo da imparare le regole di sicurezza durante i lavori, la miriade di trucchetti che ottimizzano l’organizzazione del “cantiere” e tutti gli aspetti geologici, ambientali e legali che possano influenzare la scelta di attrezzare o no un nuovo settore.

Se invece volete aggiungere nuovi itinerari a settori già esistenti, rispettate le vie presenti e non usate materiali di qualità inferiore a quelli già in loco.

Improvvisarsi chiodatori vuol dire correre rischi per se stessi e farli correre a chi ripeterà gli itinerari; oltre alle questioni di coscienza, per ora non c’è ancora stata responsabilità penale del chiodatore in caso di incidente, evitiamo che possa succedere in futuro! Anche perché c’è la possibilità che alla prima sentenza di condanna, interi settori vengano schiodati….

Invece, in tema di psicosi, attualmente quella più in voga pare quella di chiodi inox che in ambiente marino si sarebbero rivelati non proprio inox …. almeno è di conforto che la ridondanza delle protezioni sia una delle prime cose che vengono insegnate nei corsi!

Alla fine di questo articolo (sicuramente incompleto: ad esempio manca tutto il discorso sulle corrosioni), spero innanzitutto di non aver scritto troppe sciocchezze, di non aver annoiato troppo chi ha letto cose risapute, di aver tolto qualche dubbio a chi ne aveva e di aver risposto a un po’ di domande dei falesisti curiosi: meglio che nella stesura ci abbia perso un po’ di tempo io, piuttosto che un chiodatore ….. lasciamoli lavorare in pace (beh “lavorare”…. di norma il lavoro sarebbe retribuito….) e creare nuove occasioni di divertimento!

P.S.: l’autore di questo scritto, ritenendosi una ronchia, preferisce rimanere anonimo per non far la figura del “climber da tastiera”

Nota di Arrampicate.itIl nostro sito non pubblica articoli o informazioni in forma anonima, in questo caso ci è sembrato doveroso pubblicare ugualmente questo importante articolo anche se l’autore, che ben conosciamo, per l’estrema modestia non vuole firmarsi, ovviamente non siamo d’accordo con la scelta e stiamo cercando di fargli cambiare idea.

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