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Gru (macchina)

Una gru (anche güinche , 1 ​guinche , 2​ o titán ) 3​ è una macchina progettata per sollevare e distribuire carichi e materiali da costruzione nello spazio sospesi a un gancio. La gru è una delle prime macchine esistenti al mondo. Come regola generale, si tratta di dispositivi dotati di pulegge scanalate, contrappesi, meccanismi semplici , ecc., per creare un vantaggio meccanico e poter spostare grandi carichi.

Le prime gru furono create nell'antica Grecia , azionate da uomini o animali. Queste gru venivano utilizzate principalmente per la costruzione di edifici alti. Successivamente furono sviluppate gru più grandi utilizzando pulegge per consentire il sollevamento di pesi maggiori. Nell'Alto Medioevo venivano utilizzati nei porti e nei cantieri navali per lo stivaggio e la costruzione delle navi. Alcuni di essi furono costruiti ancorati a torri di pietra per fornire ulteriore stabilità. Le prime gru furono costruite in legno, ma dall'arrivo della rivoluzione industriale i materiali più utilizzati sono la ghisa e l'acciaio .

La prima energia meccanica fu fornita dai motori a vapore nel XVIII secolo . Le gru moderne utilizzano generalmente motori a combustione interna o motori elettrici e sistemi idraulici per fornire forze molto maggiori, sebbene le gru manuali siano ancora utilizzate per piccoli lavori o dove la potenza è antieconomica.

Esistono molti tipi diversi di gru, ciascuno adattato ad uno scopo specifico. Le dimensioni spaziano dalle più piccole gru a bandiera, utilizzate all'interno delle officine, alle gru a torre , utilizzate per costruire edifici alti, alle gru galleggianti, utilizzate per costruire piattaforme petrolifere e per il salvataggio di navi incagliate.

Esistono anche macchine che non corrispondono esattamente alla definizione di gru, ma sono generalmente conosciute come tali.

Storia
La gru è l'“evoluzione” del puntello di carico che, fin dall'antichità, è stato utilizzato per svolgere diversi compiti. Sebbene la sua fondazione sia stata proposta da Blaise Pascal in epoca barocca , esistono documenti antichi 4 in cui è testimoniato l'uso di macchine simili a gru da parte dei Sumeri e dei Caldei , trasmettendo questa conoscenza agli Egizi . 5 ​6

Le gru nell'antica Grecia
Le prime tracce dell'uso delle gru compaiono nell'antica Grecia intorno al VI secolo a.C. C. Sono segni fatti con tenaglie di ferro sui blocchi di pietra dei templi. Il loro scopo di elevazione è evidente in questi segni (tagli distintivi del 515 aC circa) 7 poiché sono realizzati nel baricentro o in coppie equidistanti da un punto sul baricentro dei blocchi. 8

L'introduzione dell'argano e della puleggia portò presto a un'ampia sostituzione delle rampe come mezzo principale di movimento verticale. Per i successivi duecento anni, gli edifici greci contemplarono la movimentazione di pesi più leggeri, poiché la nuova tecnica di sollevamento consentiva il caricamento di molte pietre più piccole poiché era più pratica di poche pietre più grandi. In contrasto con il periodo arcaico e la sua tendenza verso blocchi di dimensioni sempre maggiori, i templi greci di età classica come il Partenone offrivano invariabilmente blocchi di pietra che potevano essere utilizzati per trasportare non meno di 15-20 tonnellate. Inoltre, venne praticamente abbandonata la pratica di erigere grandi colonne monolitiche e di utilizzare poi più ruote per comporre la colonna. 9

Sebbene le circostanze esatte del passaggio dalla tecnologia della rampa a quella della gru rimangano poco chiare, è stato affermato che le instabili condizioni sociali e politiche della Grecia hanno reso l'uso di piccole attrezzature più conveniente per i professionisti dell'edilizia rispetto a quelli convenzionali per i lavori inesperti, rendendo preferibile la gru alla polis greca rispetto alla rampa ad alta intensità di manodopera, questa era stata la norma nelle società autocratiche di Egitto e Assiria.

La prima testimonianza letteraria inequivocabile a sostegno dell'esistenza del sistema composto da carrucole appare negli esercizi meccanici (Mech. 18, 853a32-853b13) attribuiti ad Aristotele (384-322), ma forse elaborati in epoca leggermente successiva. 10 Intorno allo stesso secolo, le dimensioni dei blocchi nei templi greci cominciarono nuovamente ad assomigliare ai loro precursori arcaici, indicando che un modo per utilizzare pulegge composite più sofisticate doveva essere stato trovato in opere greche più avanzate a quel tempo.

Gru dell'antica Roma

Ricostruzione di un paranco romano alto 10,4 m a Bonn, Germania.
Il periodo di massimo splendore della gru nell'antichità arrivò prima dell'Impero Romano, quando aumentarono i lavori di costruzione di edifici che raggiunsero dimensioni enormi. I romani adottarono la gru greca e la svilupparono.

La gru romana più semplice, la Trispastos, consisteva in una forca a trave singola, un argano, una fune e un blocco contenente tre carrucole. Avendo quindi un vantaggio meccanico di 3:1, è stato calcolato che un solo uomo che lavora con l'argano potrebbe sollevare 150 chilogrammi (3 pulegge × 50 kg = 150 kg), assumendo che 50 chilogrammi rappresentino lo sforzo massimo che un uomo può esercitare per un periodo più lungo. I tipi più pesanti di gru offrivano cinque pulegge (Pentaspastos) o, nel caso più grande, un sistema di pulegge tre per cinque (Polyspastos) con due, tre o quattro alberi, a seconda del carico massimo. Il Polyspastos, se azionato da quattro uomini su entrambi i lati dell'argano, poteva sollevare fino a 3000 kg (3 funi × 5 pulegge × 4 uomini × 50 kg = 3000 kg ). Nel caso in cui l'argano fosse sostituito da un gancio, il carico massimo sarebbe addirittura raddoppiato fino a 6.000 kg con solo la metà dell'attrezzatura, poiché il gancio possiede un vantaggio meccanico molto maggiore grazie al suo diametro maggiore. Ciò significava che, rispetto alla costruzione delle piramidi egiziane, dove erano necessari circa 50 uomini per spostare un blocco di pietra di 2,5 tonnellate lungo la rampa (50 kg a persona), la capacità di sollevamento del Polyspastos romano risultava essere 60 volte superiore (3000 kg a persona).

Tuttavia gli edifici romani presentano numerosi blocchi di pietra molto più pesanti di quelli. Guidati da Polispasto indicano che la capacità di sollevamento totale dei romani era ben oltre quella di una singola gru. Nel tempio di Giove a Baalbek i blocchi pesano fino a 60 t ciascuno, e i blocchi delle cornici angolari anche oltre 100 t , tutti sollevati fino a 19 m dal suolo. A Roma, il capitello della Colonna Traiana pesa 53,3 tonnellate e dovette essere sollevato fino a 34 m di altezza.

Si presume che gli ingegneri romani riuscissero a sollevare questi pesi straordinari in due modi: in primo luogo, come suggerito da Erone, fu installata una torre di sollevamento disposta a forma di quadrilatero con i lati paralleli, non dissimile da una torre; , ma con la colonna al centro della struttura. In secondo luogo, una molteplicità di argani erano posizionati sul terreno attorno alla torre, quindi, sebbene avesse un rapporto di leva inferiore rispetto ai collegamenti, gli argani potevano essere installati in numero maggiore e azionati da più uomini (e da animali). Questo uso di argani multipli fu descritto anche da Ammiano Marcellino (17.4.15) rispetto all'innalzamento dell'obelisco Lateranense nel Circo Massimo (ca. 357 d.C.). La capacità di sollevamento massima di un singolo argano può essere stabilita dal numero di fori di ferro nel monolite. Nel caso dei blocchi dell'architrave di Baalbek, che pesano tra le 55 e le 60 t, otto fori suggeriscono un peso di 7,5 t a causa del ferro nelle guarnizioni, che si trova nell'argano. Sollevare pesi così pesanti in un'azione concertata ha richiesto un grande coordinamento tra i gruppi di lavoro che applicavano la potenza agli argani.

Gru medievali

Ricostruzione moderna della gru a portale medievale nel porto di Bruges.
La gru di accoppiamento fu reintrodotta su larga scala dopo che la tecnologia era caduta in disuso nell'Europa occidentale in seguito alla caduta dell'Impero Romano d'Occidente. Il riferimento più prossimo ad un attracco ricompare nella letteratura archiviata in Francia intorno al 1225, seguito da un dipinto miniato in un manoscritto probabilmente anch'esso di origine francese datato 1240. Nella navigazione, le applicazioni più vicine delle gru portuali sono documentate per Utrecht nel 1244, Anversa nel 1263, Bruges nel 1288 e Amburgo nel 1291, mentre in Inghilterra l'accoppiamento non è documentato prima del 1331.

In generale, il trasporto verticale era più sicuro ed economico effettuato con le gru rispetto ad altri metodi comuni all'epoca. Aree di porti, miniere e, soprattutto, edifici in cui la gru di attracco ha svolto un ruolo importante nella costruzione di alte cattedrali gotiche. Tuttavia, fonti archivistiche e illustrate dell'epoca suggeriscono che le macchine furono reintrodotte come attacchi o carriole, per non sostituire completamente metodi di lavoro più dipendenti come scale, abbeveratoi e barelle. Una cosa importante da ricordare è che vecchi e nuovi macchinari continuavano a coesistere nei cantieri medievali e nei porti.

Applicazioni e tipologie di gru
Il movimento di una gru.

Vecchie gru portuali esposte nel Museo del Mare della Galizia a Vigo .

Gru Fairbairn . (1875) Manchester . Situato nel porto di Siviglia .
Sono molto comuni nei cantieri edili , nei porti , negli impianti industriali e in altri luoghi dove è necessario spostare carichi. Esiste un'ampia varietà di gru, progettate in base all'azione che dovranno svolgere. Generalmente la prima classificazione effettuata si riferisce alle gru mobili e fisse:

Cellulari
Possono essere dei seguenti tipi:

Su catene o bruchi.
Su ruote o camion.
Autogru, di grandi dimensioni e comodamente posizionate su veicoli speciali.
Autogru con gru .
Gru a torre mobile. 11
Fisso
Cambiano la mobilità fornita dalla gru mobile con la capacità di sostenere carichi maggiori e raggiungere altezze maggiori, aumentando la stabilità. 12​ Questa tipologia è caratterizzata dall'essere ancorata al terreno (o almeno alla sua struttura principale) durante il periodo di utilizzo. Nonostante ciò, alcuni possono essere montati e smontati sul posto di lavoro.

Carriponte o gru a cavalletto , utilizzati nella cantieristica navale e nei padiglioni industriali.
Derrick Crane
Fiocchi, solitamente posizionati nella zona di carico dei camion.
Gru per carrello elevatore , carrello elevatore o carrello elevatore .
Tipo di gru Descrizione Immagine
gru a torre La gru a torre è una moderna gru bilanciata. Questo rimane attaccato al terreno (o a qualche struttura attaccata). A causa della portata e dell'altezza che possono sviluppare, sono ampiamente utilizzati nella costruzione di strutture alte. La trave reticolare orizzontale è chiamata braccio mentre il pilastro verticale è chiamato torre . Alla fine della torre c'è la corona dove ruota la penna. Il braccio è dotato di contrappesi a un'estremità per generare equilibrio ed è inoltre caricato sulla fondazione per ottenere il momento di bloccaggio necessario per il funzionamento. Per il corretto funzionamento della gru devono essere presenti regolatori di coppia, distanza, ecc. in modo da non sottoporre la gru a sollecitazioni maggiori del necessario. I segnalatori o la comunicazione radio possono essere utilizzati per guidare la gru.
Il controllo può essere effettuato da terra o da una cabina situata in cima alla torre. Il gruista deve essere una persona qualificata e responsabile poiché un uso improprio della gru può causare incidenti molto gravi.

L'assemblaggio della gru viene solitamente effettuato con una gru mobile.


Gru auto-dispiegante Sono gru in grado di smontarsi senza bisogno di un'altra gru per il montaggio. Sono più veloci e più costose delle gru a torre e la loro portata può essere più limitata rispetto alle gru a torre.
Gru telescopica Una gru telescopica 13​ è composta da numerosi tubi che si trovano uno dentro l'altro. Un sistema idraulico o altro meccanismo estende o ritrae il sistema alla lunghezza desiderata. Questi tipi di sistemi vengono utilizzati nelle operazioni di salvataggio, nei sistemi sulle navi... Il sistema compatto rende la gru telescopica facilmente adattabile alle applicazioni mobili. Non tutte le gru telescopiche sono fisse, esistono anche quelle mobili.
Gru o Transtainer orzanti È una gru molto utilizzata nei porti per il trasporto e lo stivaggio di container.
gru a torre mobile È una gru a torre montata su un telaio di gru semovente. In pochi minuti avrai la gru a torre montata ovunque senza bisogno di ancoraggi. Questo tipo di gru consente di risparmiare sui costi di tutti i servizi. E' dotato di ascensore/cabina che l'operatore regola in base alle sue esigenze. 14
Osservazioni
Gli operatori delle gru sono molto ben pagati per la grande responsabilità che gravano sulle loro mani, non solo per il pericolo che comporta il sollevamento di carichi pesanti su persone e merci, ma anche per l'elevato costo delle macchine e dei carichi con cui lavorano.

Uno dei problemi principali di una gru, oltre a sollevare grandi quantità di peso, risiede nel mantenere l'equilibrio . In molte occasioni l'unico sostegno della gru risiede nel suo basamento, con il quale, attraverso vari accorgimenti, si sposta il baricentro della macchina ed il peso da essa sostenuto. Una gru può essere idraulica, il che ne facilita l'utilizzo poiché è molto pratica. 1








La gru Fairbairn fu costruita dalla società William Fairbairn & Sons , acquisita dalla Junta de Obras del Puerto de Sevilla , intorno al 1875.



La sua potenza era di 40 t e aveva cinque marce. Il suo peso di 60 t. Due uomini lo hanno fatto manovrare entro un raggio d'azione di 9,50 m . La sua rotazione, azionata dalla nota coda, veniva effettuata da un unico operatore. Il brevetto di questa gru risale al 1850 ad opera degli stabilimenti Fairbairn, con sede a Manchester ( Inghilterra ), che brevettarono anche la macchina rivettatrice con cui venne costruito il ponte tubolare e giocarono un ruolo importante nella Seconda Rivoluzione Industriale in Inghilterra.


Come riportato nel Rapporto della Giunta del Porto di Siviglia (1874-1875). Quella conosciuta come la "gru del molo di New York" fu una richiesta rivolta alla Direzione dei Lavori Portuali dalla Compagnia Ferroviaria di Córdoba, dagli armatori di Siviglia e dai signori Portilla e White, proprietari di una grande fonderia. Una volta regolata la potenza in base alle caldaie utilizzate nei piroscafi dell'epoca, la sua costruzione fu commissionata alla rispettabile William Fairbairn & Sons Company and Factory di Manchester . L'acquisto della gru dalla fabbrica è costato 45.486,25 pesetas . Il suo importo più le spese doganali, trasporto, fondazioni, montaggio, ecc. Rappresentava un importo di 106.053,94 pesetas. 1

All'epoca era la gru più potente della Spagna , fu montata sulla banchina del sale , vicino al Ponte di Triana e nel 1904 fu spostata sulla banchina New York del porto di Siviglia , dove rimase fino al 2005, anche se come mero elemento decorativo fin dall'inizio della costruzione del Ponte Remedios nel 1956. Dal 2005 si trova in un'area fuori servizio come oggetto museale del patrimonio storico del porto.