Le ruote panoramiche di grandi dimensioni sono strutture molto complesse che richiedono molta attenzione durante la progettazione e costruzione.
 
I DETTAGLI PROGETTUALI CHE INCIDONO SULLA SICUREZZA DI GRANDI STRUTTURE
by Enrico Fabbri
 
È opinione comune che la progettazione e la costruzione di una ruota panoramica sia abbastanza semplice. Quest’opinione può essere parzialmente vera quando si tratta di costruire una ruota panoramica di piccole dimensioni ma non lo è assolutamente quando invece si parla di ruote di grandi dimensioni. In quest’articolo vedremo quali sono i punti critici importanti che devono essere considerati nelle ruote panoramiche di grandi dimensioni di tipo fisso, cioè fissate al suolo con fondazioni in cemento.
 
LE FORZE IN GIOCO
Diversamente da molte altre attrazioni, le ruote panoramiche possono essere soggette a sovraccarichi importanti dovuti all’azione del vento e dei terremoti. Questi agenti esterni diventano importanti in virtù della grande superficie esposta al vento e della grande massa della struttura rotante, per quanto riguarda invece l’azione del terremoto. Nella maggior parte dei casi il dimensionamento della struttura dipende da questi fattori e non invece dal calcolo della resistenza a fatica della struttura durante il funzionamento ordinario.

Un bravo progettista dovrà quindi calcolare nel modo appropriato l’azione del vento e del terremoto e progettare tutti i dettagli strutturali idonei a distribuire queste forze sino alle fondazioni dell’attrazione. L’immagine a sinistra illustra un esempio di come una forza agente alla sommità determini uno stress all’intera struttura rappresentata dai vari colori. Provate ora ad immaginare le forze di vento intenso, o di terremoto, che agiscono sull’intera struttura rotante di una ruota panoramica, spingendo su di essa e su tutte le sue componenti.

Queste forze si scaricano quindi sull’asse principale e vanno quindi a gravare sulle colonne che sostengono la ruota panoramica. L’acquirente di una ruota panoramica di grandi dimensioni si aspetta, come è logico, che possa essere utilizzata per più decenni (grosso modo 3) senza manutenzioni straordinarie alla struttura.

Sappiamo bene che i costi d’installazione sono importanti e quindi è fondamentale che il progetto della struttura e il calcolo strutturale siano molto accurati: se, per esempio dopo 10 anni, ci fossero importanti difetti che obbligassero allo smontaggio, questo per l’operatore sarebbe un disastro economico.

Quindi valutare accuratamente le procedure di costruzione del costruttore e valutare l’esperienza specifica dello studio d’ingegneria che eseguirà il calcolo strutturale, è il primo passo per avere un’attrazione resistente e affidabile nel tempo. In particolare, i progettisti del costruttore e lo studio d’ingegneria che esegue il calcolo strutturale devono usare software avanzati che permettano loro di capire di rinforzare la struttura solo dove è necessario e non di più, ottenendo una struttura resistente e leggera, e allo stesso tempo una struttura snella e quindi bella alla vista. Se la posizione di una ruota è tra palazzi molto alti che possono creare turbolenze e mulinelli, si arriverà anche a simulare l’azione del vento con software speciali oppure con modellini da immettere nella galleria del vento.
 
FONDAZIONI
Le fondazioni sono un elemento altrettanto impor- tante a cui spesso non si dà la dovuta importanza. Ho già trattato in un precedente articolo (v. G&PI febbraio 2016) l’importanza della progettazione delle fon- dazioni di un’attrazione, per cui vi rimando ad esso per approfondimenti. In questo caso però, assume un’importanza ancora maggiore il collegamento delle colonne della ruota panoramica alle fondazioni in cemento. Solitamente questo collegamento si esegue con delle piastre di fondazione che vengono annegate nella fondazione in cemento tramite dei tiranti.

Sulla parte alta di queste piastre vengono poi fissate le colonne, e qui iniziano i problemi. Alcuni costruttori saldano le colonne direttamente in opera su queste piastre, altri usano delle flange con bulloni ed altri ancora usano dei tiranti provvisti di viti di regolazione. Tutti i sistemi possono essere idonei a raggiungere lo scopo, precisando però che è opportuno: che ogni saldatura e tirante siano sempre visibili anche dopo il montaggio dell’attrazione per poter effettuare controlli periodici; che ogni saldatura sia eseguita a regola d’arte ed ispezionata con controlli non distruttivi; che esista un sistema per livellare la struttura della ruota per compensare gli errori di livello delle fondazioni in cemento (che ci sono sempre); che l’ente certificatore che ispeziona la ruota panoramica includa anche la certificazione dei sistemi di ancoraggio della stessa al suolo.

Altro aspetto importante è che, durante un terremoto, le fondazioni potrebbero spostarsi una relativamente alle altre, determinando degli sforzi ulteriori sulla struttura; occorre quindi che le fondazioni siano legate fra di loro in modo opportuno.
 
 
COLONNE
Le colonne di una ruota panoramica rappresentano una parte relativamente semplice sotto il profilo della costruzione; solitamente sono tubolari in acciaio con sezione rotonda per esigenze di estetica. Più una ruota è grande e più queste colonne devono essere di grande diametro, sino a doverle richiedere appositamente su misura. I vari componenti delle colonne vengono assemblati tramite collegamenti a vite e qui va ricordato che è sempre preferibile usare un numero elevato di viti piccole piuttosto che poche viti grandi.

Più una vite è grande e più è difficile stringerla alla giusta tensione e quindi anche fare le verifiche periodiche. Acquistano invece particolare importanza tutti gli accessori che vengono fissati alle colonne, tipo le scale per la manutenzione e le piattaforme di manutenzione che portano al gruppo trasmissione. Questi accessori sono indispensabili e vanno progettati tenendo conto delle leggi locali e non solo delle norme generali della EN-13814 in quanto una struttura di questo tipo è più simile ad un edificio che ad una attrazione da luna park. Infatti, in alcuni casi vanno previste luci di emergenza, sistemi antiincendio e scritte relative alla sicurezza degli operatori della manutenzione.
 
ASSE
L’asse è l’elemento più importante di una ruota panoramica poiché supporta l’intera struttura della parte rotante. Qualsiasi problema importante all’asse può determinare lo smontaggio, quindi lo smontaggio di tutta l’attrazione con danni economici enormi. Anche in questo caso ricordo che è vincente un buon progettista del costruttore con un ottimo studio d’ingegneria per raggiungere gli obbiettivi di durata del progetto.

Le prime scelte riguardano il sistema da usare per la rotazione della ruota. Di solito si usano dei cuscinetti di base (ralle), ma più una ruota diventa grande e più questi devono essere di grande diametro e molto resistenti. Per progetti particolari potrebbero non essere facilmente identificabili cuscinetti di base standard, potrebbero quindi essere richieste delle esecuzioni speciali con conseguenti tempi di consegna che si allungano. Soprattutto quando le forze del vento o del terremoto sono molto grandi, può risultare più idoneo l’uso di grandi bronzine al posto dei cuscinetti di base.

Queste, infatti, offrono una superficie di appoggio molto più ampia dei cuscinetti di base e quindi una durata maggiore nel tempo. La scelta della qualità dei prodotti e della durata prevista nel tempo sono importanti poiché non sarà mai possibile smontarli per fare della manutenzione. La progettazione della struttura dell’asse deve essere eseguita tenendo conto di poter facilmente ispezionare periodicamente sia la struttura che le saldature, tutte le spine, viti e coppiglie di sicurezza. Tutti i componenti dell’albero dovrebbero quindi essere progettati e calcolati tenendo conto di una durata di vita superiore a quanto previsto dalle norme EN-13814 oppure ISO-17842.

 

BRACCI E ROTAIA
Sebbene bracci e rotaia siano parti abbastanza semplici da eseguire in fase di produzione, rappresentano un elemento sensibile. Gli elementi più importanti che spesso vengono trascurati sono i sistemi di fissaggio dei tiranti che legano i bracci tra loro. In una ruota di grandi dimensioni ci sono notevoli forze dovute al vento (come già scritto nella prima parte dell’articolo), le quali creano piccoli spostamenti ripetuti (vibrazioni) che incidono sulla resistenza nel tempo di questi componenti.

È bene quindi sovradimensionare nel modo opportuno questi particolari, progettarli in modo che le forze possano trasmettersi adeguatamente e porre la massima attenzione alla realizzazione delle saldature.
In tutta la struttura dei bracci non si devono lasciare parti che possono raccogliere l’acqua per non favorire la formazione di ruggine nel tempo. Questi aspetti diventano importanti soprattutto nei sistemi di fissaggio dei tiranti e dell’illuminazione.
 
GLI OGGETTI CHE POSSONO CADERE
La prima preoccupazione di qualsiasi operatore di ruote panoramiche è prevenire la caduta di oggetti che possano ferire gli operatori, i passeggeri o il pubblico astante. Quest’aspetto ha una grande importanza sia durante la fase di montaggio che in quelle di utilizzo e manutenzione.
Tutti i componenti che vengono smontati per qualsiasi motivo devono essere muniti di anelli e di catene che ne consentano il fissaggio e ne impediscano la caduta; non solo piastre e coperchi ma anche spine e viti di qualsiasi dimensione. Non va mai dimenticato, infatti, che anche un piccolo oggetto che cade da una grande altezza può incidere sulla sicurezza.
Questo vale anche e soprattutto per i sistemi di fissaggio dei sistemi d’illuminazione. Poiché l’illuminazione è solitamente fissata alla parte rotante della ruota, è chiaro che viene anch’essa sollecitata nel tempo e le coppiglie di sicurezza si possono rompere determinando un rischio elevato di caduta di oggetti. Sappiamo che ci sono stati casi in cui sistemi d’illuminazione si sono staccati dal braccio causando gravi lesioni a persone. Per questo motivo, anche se le norme EN-13814 non lo prevedono esplicitamente, un’analisi dei rischi accurata deve porre attenzione a questi aspetti determinando le soluzioni più idonee.
I sistemi di fissaggio devono quindi essere doppi e indipendenti, in modo da prevenire che la rottura di un componente possa mettere a rischio la sicurezza generale.
 
VETTURE
Le vetture sono un componente importante per la sicurezza. Iniziamo quindi dall’esaminare il sistema di fissaggio delle vetture alla rotaia. Quello più comune prevede un albero che sostiene la vettura, il quale nella parte alta è collegato alle due rotaie della parte rotante. La progettazione di quest’albero è molto importante e deve essere eseguita in modo da non presentare particolari intagli strutturali e inviti alla rottura; le lavorazioni necessarie per il fissaggio dei cuscinetti non devono ridurre troppo la sezione resistente e non devono renderla fragile con lavorazioni meccaniche inopportune.
Non si sono presentati molti incidenti relativamente a questa tipologia di componenti (io ne ricordo solo uno in Argentina); tuttavia i nuovi criteri di progettazione, adottati per ora solo da pochissimi costruttori, consigliano di aggiungere delle piastre di sostegno d’emergenza che consentano di sostenere l’albero delle vetture anche in caso di rottura del giunto supporto principale. Si tratta di un’idea molto semplice ma efficace e che oltretutto incide molto poco sui costi di produzione complessivi.
Passiamo ora alle porte di accesso alla vettura o cabina passeggeri. Queste dovrebbero sempre aprirsi verso l’interno, oppure essere costruite in modo da non poter mai interferire con qualsiasi parte della struttura rotante della ruota, sia quando sono aperte che durante il loro movimento di apertura e chiusura. Quando le porte sono chiuse, non devono poter essere aperte dai passeggeri ed i loro sistemi di chiusura devono essere doppi (ridondanti).

Un guasto a uno dei componenti dei sistemi di chiusura non deve determinare l’apertura della porta. Per le ruote di grandi dimensioni è anche bene assicurarsi che qualsiasi sportello apribile della vettura, se esiste, sia di piccole dimensioni e non raggiungibile da bambini, in modo da prevenire che possano essere gettati dal finestrino oggetti che, cadendo, potrebbero arrecare lesioni a persone. Nelle ruote che superano i 100 metri, in alcune nazioni viene anche richiesta la presenza nella vettura di un defibrillatore per situazioni di arresto cardiaco di un passeggero, visto che il tempo necessario per l’evacuazione potrebbe superare i 30 minuti.
 
STAZIONE
Anche la progettazione della pedana di stazione è un elemento degno di nota. Quando una vettura arriva in stazione e si ferma, si crea uno spazio tra la vettura stessa e il marciapiede della stazione.

Se questo è troppo grande, si potrebbe generare un pericolo di caduta nel momento di salita/discesa dei passeggeri, dato che potrebbero mettere un piede tra la vettura ed il marciapiede. La progettazione dello spazio libero tra questi due elementi è sempre fonte di grandissima discussione tra i costruttori e i certificatori nel rispetto delle leggi locali.
Un altro elemento di rischio è poi lo spazio che esiste tra le vetture: un potenziale passeggero potrebbe inavvertitamente sbagliare la vettura e cadere dal marciapiedi. Per questo motivo, sotto alla zona di azione delle vetture vanno previste delle reti anticaduta.
 
SISTEMA DI TRASMISSIONE
Analizziamo ora invece qualcosa che il pubblico non vede, ma che è comunque molto importante: il sistema di trasmissione e tutti gli impianti elettrici necessari per la rotazione di una ruota panoramica.
 Ogni ruota ha più motori che servono a muovere la struttura rotante; essi sono normalmente installati ai due lati della struttura. Il numero totale dei gruppi motoriduttori da installare deve essere tale da mantenere il sistema funzionante anche qualora uno o due di essi si guastino. Devono inoltre essere facilmente ispezionabili tramite piattaforme di manutenzione e devono consentire di essere scollegati dal sistema in pochi minuti.
Ricordo che qualche anno fa un’importante ruota panoramica in Asia ebbe un grosso incendio al quadro elettrico principale che determinò un arresto di emergenza piuttosto lungo. Da quell’incidente in poi, tutti noi sappiamo che nelle grandi ruote è preferibile che i quadri elettrici di comando siano due e indipendenti, in modo tale che uno possa funzionare perfettamente anche in caso d’incendio dell’altro. In aggiunta, tutti i quadri elettrici principali devono essere muniti di sensori di temperatura, sensori di fumo e sistemi di anti-incendio efficaci.
 
SISTEMI DI EVACUAZIONE
Quando qualcosa non funziona nel modo previsto, si attivano gli allarmi della ruota e quindi deve iniziare una procedura di evacuazione dei passeggeri. A seconda del livello di gravità del guasto occorre prevedere delle appropriate procedure di evacuazione. Nelle ruote di grandi dimensioni la cosa acquista una grande importanza.
Per semplicità, suddivido queste procedure in
*     Ordinarie
*     Straordinarie
*     Estreme.
L’attrazione deve avere un numero di sensori sufficienti per identificare il corretto funzionamento dei componenti critici per la sicurezza. Con il termine ‘procedure di evacuazione ordinarie’ s’intendono quelle relative a guasti che non sono particolarmente importanti. In questa categoria rientrano anche quei guasti che sono statisticamente ripetitivi.

Un comunissimo black-out è il guasto più ricorrente nelle grandi attrazioni di questo tipo, con un’incidenza che credo possa superare il 30-40% di tutti i guasti (i sistemi elettronici, infatti, rilevano anche le interruzioni brevissime di alimentazione). Altri guasti tipici possono essere quello a un solo gruppo di trasmissione o quello al sistema elettronico che lo alimenta. In questi casi, il sistema di gestione deve consentire l’arresto graduale in sicurezza dell’attrazione, quindi la verifica di quanto successo e la rapida accensione in modalità provvisoria necessaria per evacuare i passeggeri.
Per ‘procedure di evacuazione straordinarie’ s’intendono quelle relative a guasti importanti che generalmente non si possono risolvere con l’intervento di un manutentore specializzato. L’attrazione si ferma sempre in sicurezza, ma per poterla riavviare anche in modalità provvisoria serve che un tecnico intervenga determinando un prolungato stop della giostra. In questa categoria rientrano, di solito, guasti multipli a gruppi di trasmissione oppure guasti al quadro elettrico che coinvolgono più di un gruppo di alimentazione. Per questi motivi è in genere raccomandabile che ogni gruppo di trasmissione abbia il proprio sistema di alimentazione e controllo separato dagli altri. In questo caso l’attrazione ripartirà in modalità provvisoria, anche se spesso ad una velocità inferiore al solito.
Con il termine ‘procedure di evacuazione estreme’ s’intendono quelle che scattano quando il guasto/i guasti compromettono del tutto l’utilizzo dell’attrazione anche in modalità provvisoria. Per le ruote panoramiche di piccole dimensioni il sistema di evacuazione ultimativo è più semplice e sfrutta il peso dei passeggeri che spinge per gravità la parte più pesante verso il basso. All’aumentare dell’altezza dell’attrazione, gli attriti del sistema impediscono la rotazione della struttura per portare le vetture con i passeggeri verso il basso, quindi occorre studiare un altro sistema per evacuare i passeggeri.
Se quindi siete su una ruota panoramica alta 150 metri, ferma, ed i sistemi di trasmissione non sono utilizzabili, come farete a scendere? Ve lo siete mai chiesti? Ebbene, esiste una risposta. I bracci della parte rotante devono prevedere delle scale, passaggi e ganci di sicurezza per consentire ad un arrampicatore professionale di poter raggiungere una qualsiasi delle vetture; deve anche esserci un sistema manuale di apertura d’emergenza delle porte che consenta l’accesso all’interno delle vetture.

A questo punto, un po’ come accade quando una funivia di montagna si arresta, i passeggeri saranno imbracati con delle cinture di sicurezza e un sistema di carrucole controllato manualmente da esperti consentirà di far scendere i passeggeri fino ad una posizione di sicurezza a livello inferiore. Il sistema richiederà ovviamente molto tempo, ma ad oggi non c’è alternativa, non essendo presente sul mercato nessun altro sistema valido.

CONCLUSIONE
Spero di avere dato prova delle tante problematiche legate alla progettazione, calcolo e realizzazione di una ruota panoramica di grandi dimensioni. Se però qualcuno non fosse ancora convinto, desidero ricordargli che una famosa ruota installata in Australia, progettata in Giappone e costruita in Cina, con un’altezza di 100 metri, è stata smontata dopo solo 2 mesi per gravi problemi alle saldature. È stata quindi riprogettata e ricostruita per la seconda volta. Anche la seconda volta si sono constatati gravi problemi strutturali che hanno comportato la demolizione dell’attrazione.

È andata bene solo la terza volta, dopo anni; oggi quella ruota è pienamente funzionante anche se però in vendita per scarso afflusso di pubblico.
Se questo non bastasse, segnalo il caso di un’altra importante ruota panoramica attualmente in costruzione nei paesi arabi. I lavori d’installazione sono fermi da un anno e sembra che ci siano gravi problemi di progettazione che potrebbero comportare la demolizione di quanto fatto sino a oggi.
Il segreto per la realizzazione di progetti complessi è avere un buon team di professionisti specializzati ed assicurarsi che chi acquisterà l’attrazione possa organizzare un team di manutenzione attento e preparato.

 

 

 

Scritto da Enrico Fabbri enrico@fabbrirides.com
Articolo originariamente pubblicato nella rivista Games Industry (Italia)
Data originale: Marzo 2017

#20
 

---

Liberatoria – Dichiarazione di Rinuncia:
Il presente documento non costituisce alcun tipo di consulenza di natura tecnica, normativa o ispettiva. RidesZone consiglia i propri utenti di valutare il materiale pubblicato in maniera indipendente con l’aiuto di un consulente professionista in modo da valutare le possibili conseguenze legali, normative, civili e penali.  Sebbene le informazioni e i dati qui pubblicati siano ottenuti da fonti che sono ritenute affidabili, RidesZone non fornisce nessuna garanzia circa la loro accuratezza e completezza.  RidesZone non accetta nessuna responsabilità per possibili danni risultanti dall’uso, uso scorretto o non uso, di alcun tipo di informazione contenuta in questo post.  L’utente, scaricando/aprendo il documento allegato, accetta sotto la propria responsabilità tutti i termini e le condizioni scritte qui sopra.

Questo testo è stato tradotto con Google Translator, quindi potrebbe contenere errori, fare riferimento alla versione inglese in caso di dubbio.