Bauer - Recenti cantieri innovativi in Italia Bauer

Bauer - Recenti cantieri innovativi in Italia

Bauer Maschinen GmbH RECENTI CANTIERI INNOVATIVI IN ITALIA Dr. Ing. Ak. Massimiliano Bringiotti - Bauer Italia WWW . BAUER . DE - INFO . GEOTUNNEL. IT

La breve esposizione di seguito riportata persegue lo scopo di illustrare in maniera sintetica quanto di innovativo, nel campo delle attrezzature e metodologie operative inerenti ai lavori di geotecnica, è stato ideato e realizzato dalla Bauer Maschinen GmbH ed applicato con successo in Italia. Cercheremo pertanto di affidarci maggiormente ad una esposizione fotografica relativa a cantieri recentemente già eseguiti o in fase di realizzazione in Italia, cercando di sintetizzare i principi tecnologici ed i vantaggi pratici, sia inerenti agli Utilizzatori di tali metodologie operative che per i Clienti finali. Tale articolo rappresenta lo stato dell’arte a settembre del 2006. I temi trattati saranno: 1) Pali in roccia; 2) Pali intubati e sistemi di gestione delle camicie di rivestimento; 3) Infissione di palancole; 4) Paratie realizzate mediante idrofrese; 5) Impianti di stoccaggio e trattamento dei fluidi di perforazioni; 6) Soil mixing singolo (SSM); 7) Pali a spostamento laterale (FDP); 8) Cutter soil mix (CSM)

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1. Pali in roccia Per quanto riguarda la tecnologia realizzativa dei pali in roccia si possono fare solo pochi commenti; il successo di tale lavorazione è rappresentato da una stretta simbiosi tra: 1) una macchina progettata per gestire una elevata coppia torcente alla testa di rotazione, 2) un’asta kelly in grado di trasferire tale momento senza creare dispersioni energetiche, 3) degli utensili di scavo efficienti, resistenti e durevoli ed ... 4) un buon operatore. Quanto sopra può sembrare banale ad una prima analisi, ma non lo è, soprattutto a causa di un problema culturale dovuto principalmente al fatto che i ns. terreni vengono normalmente ritenuti “facili da scavare”. Ma cosa può succedere quando le condizioni di lavoro incominciano a cambiare o sono per natura “estreme”? Riportiamo il primo esempio illustrando in Fig. 1 una macchina da pali della classe BG28 V in piena produzione nel cantiere di Rio Bombaso (UD); l’Impresa esecutrice è la Icop S.p.A.. Figura 1 In Fig. 2 viene illustrato un campione di materiale carotato Rio Bombaso, nel sito in oggetto, avente resistenza dell’ordine dei 1.000 2 realizzazione di kg/cm . pali in roccia Per la cronaca, la Bauer ha costruito per la Icop, montando(Icop) lo sulla stessa BG28, un sistema braccio estensibile + rotary (KLEMM) che permette di eseguire colonne jet grouFigura 2 ting da 42 metri di profondità in una sola discesa; probaCarote da 100 MPa bilmente è la prima realizzazione di tale tipo al mondo (la Cantiere Impresa Geologia Resistenza Diametro pali Profondità Attrezzatura Incamiciatura Intestazione in roccia Produzione media

Rio Bombaso - Passo Pramollo (UD) Icop S.p.A. Ghiaie, ciottoli e massi ciclopici calcarei Sino a 100 MPa 1.200 mm 14 m Bauer BG28 V 6m 1,5 m medi 4 pali/giorno

Attrezzatura Peso in ordine di servizio Coppia alla rotary Velocità di rotazione Tiro argano principale in I° Motore

Bauer BG28 V 100 ton 280 kNm 35 rpm 320 kN CAT C10 BS 80 B 310 kW 354 kW 71 metri 2.100 mm CFA FDP FdW SMW CSM Idrofresa

Potenza Profondità max di perforazione Diametro max di perforazione Altri utilizzi possibili Tutte le tecnologie elencate e tutte le funzioni della macchina vengono controllate e memorizzate dal sistema elettronico B-Tronic

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macchina è alta 50,90 m!). Tale sistema viene impiegato sul progetto della metropolita di Roma, linea B1. Tornando alle macchine da pali, le aste utilizzate su tali attrezzature sono del tipo ad incastro meccanico interbloccante Bauer BK; vengono realizzate con tubi in acciaio speciale calibrato e sono in grado di trasferire efficientemente coppia (standard sino a 480 kNm) e spinta/tiro dalla rotary agli utensili di scavo; le aste standard raggiungono i 100 m di profondità, ma sono stati superati i 150 m in alcune speciali applicazioni di tipo minerario (ad es. ricerche profonde diamantifere). Per quanto riguarda le attrezzature di scavo (bucket, trivelle e carotieri), i rivestimenti (a singola e doppia parete) e le relative giunzioni, le scarpe di taglio e gli utensili di usura, vengono progettati e costruiti al fine di ottimizzare le performance di perforazione. L’obiettivo progettuale di tali attrezzature è sempre legato, pertanto, ad una elevata efficienza di taglio e raccolta del materiale scavato, garantendo il massimo trasferimento delle forze generate


Cantiere Impresa Geologia Resistenza Diametro pali Profondità Quantità Attrezzatura Incamiciatura Produzione media

IV corsia BG-MI TPM S.r.l. - Bertella S.r.l. Conglomerato cementato Sino a 60 Mpa 1.200 mm 25 m 20.000 m Bauer MBG24 10 m 6 pali/giorno

Attrezzatura Peso in ordine di servizio Coppia alla rotary Velocità di rotazione Tiro argano principale in I° Motore Potenza Profondità max di perforazione Diametro max di perforazione

Bauer MBG24 56 ton 240 kNm 28 rpm 210 kN CAT 3126B 210 kW 50 metri 1.900 mm

dalla macchina all’utensile. La tecnologia dei materiali e lo studio delle geometrie e dei profili di taglio rappresentano una scienza, per la quale Bauer ha investito parecchie risorse in un ufficio tecnico dedicato, composto da ben 5 tra Ingegneri e Specialisti! In Fig. 3 riportiamo una simpatica foto relativa ad una delle due Bauer MBG24 che stanno attualmente lavorando per la realizzazione della quarta corsia autostradale BergamoMilano; le imprese esecutrici sono Bertella S.r.l. (sponsor dello Spezia Calcio, che ha voluto così evidenziare la promozione in serie B di quest’anno!) e TPM S.r.l. di Roma. I materiali sono costituiti da una coltre superficiale relativamente tenera e, successivamente, un passaggio in conglomerati estremamente resistenti (8-10 metri), denominati localmente “ceppo”. Tale attrezzatura è una macchina “semplice”, progettata specificatamente per generare una elevata coppia torcente alla testa di rotazione pur avendo ingombri e pesi di trasporto limitati; è ideale per ottenere produzioni significative specificatamente nel campo della perforazione per pali di tutte le tipologie.

Figura 3 IV corsia BG-MI (Bertella & TPM)

do a superare i 400 kNm), al fine di gestire gli elevati sforzi e pesi in gioco (senza l’aiuto di una morsa). Per la cronaca tale attrezzatura verrà in seguito utilizzata come idrofresa, sempre sullo stesso progetto e dalla stessa Impresa, per la realizzazione di 3 gallerie artificiali (zona Barberino del Mugello). A tema gestione dei rivestimenti è interessante illustrare quanto è stato ultimamente sviluppato in Germania; la Bauer, infatti, ha realizzato un sistema automatico di ag- Figura 4 gancio delle camicie di rivestimento che può venire utiliz- Variante di Valico (BTP)

2. Pali intubati e sistemi di gestione delle camicie di rivestimento In Fig. 4 è visibile una BG28 che è stata utilizzata dalla Baldassini Tognozzi Pontello S.p.A. sul progetto della Variante di Valico (Firenze - Scandicci). La macchina è attrezzata per lavorare con 25 metri di camicie del diametro 1.200 mm; la rotary è stata modificata inserendo un moltiplicatore di coppia, raddoppiando in pratica il momento trasmissibile sui rivestimenti (arrivan-

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Figura 5 Sistema automatico di aggancio dei rivestimenti

zato su tutte le macchine. Il sistema è in grado di aumentare la sicurezza e la produttività nell’esecuzione di pali incamiciati, eliminando i pericoli e le perdite di tempo causate dalle fasi di aggancio manuale dei rivestimenti. Facendo riferimento alla Fig. 5, il processo di serraggio del tubo è il seguente: un disco orizzontale (1) ruota solidale al trascinatore dei rivestimenti (2) e viene frenato tramite una coppia di idonei cilindri (3). A causa di un movimento relativo tra il trascinatore e la piastra di frenatura, una serie di aste di serraggio (4), solidali al trascinatore, si inseriscono in opportune sedi (5); in questa fase le aste vengo spinte verso il basso e, tramite un cinematismo, i perni orizzontali di aggancio (6) vanno ad inserirsi nelle sedi ricavate nei tubi di rivestimento. Lo sgancio del tubo avviene ruotando in senso antiorario l’intero sistema; opportune molle precaricate (7) permettono pertanto lo sgancio e lo sfilamento del perno dal rivestimento. Utilizzando tale sistema si possono evitare tutte quelle operazioni di connessione dei rivestimenti al trascinatore che avvengono manualmente, con l’Addetto in posizione di lavoro posto al di sotto delle attrezzature (rotary, trascinatore, tubo, ...), ove anche il pericolo di rilascio di materiale può essere elevato. Un Piano di Sicurezza “attento” dovrebbe prevedere o l’utilizzo di sistemi come quello appena descritto, oppure l’obbligo di compiere tali operazioni in sicurezza utilizzando, ad esempio, una idonea piattaforma.

3. Infissione di palancole Attualmente l’infissione e l’estrazione di profili metallici di varie tipologie (palancole, tubi, ...) viene principalmente eseguita applicando alla sommità di tali profili pinze di differenti tipologie, in funzione dei sistemi adottati, della natura del terreno e della profondità di lavoro; tali attrezzature sfruttano il metodo della vibroinfissione per la trasmissione degli impulsi meccanici in fase di infissione ed il metodo della trazione meccanica durante la fase di estrazione.

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Alcuni dei problemi legati all’utilizzo delle macchine convenzionali sono però: • Elevati pesi ed ingombri delle attrezzature di sostegno dei vibratori, che normalmente sono grossi escavatori cingolati a braccio tralicciato e fune. • Difficoltà e costi di movimentazione. • Assenza di una riserva di potenza nel caso di lavorazioni in terreni non perfettamente omogenei ed idonei (presenza di trovanti o ciottolame). • Problematiche legate al fatto che normalmente tali vibratori vengono azionati da un generatore elettrico o diesel separato dalla attrezzatura di sostegno dello stesso. • Elevate vibrazioni nell’intorno del lavoro. • Elevata rumorosità. Bauer ha ingegnerizzato e costruito una attrezzatura polivalente che può venire espressamente dedicata per tale lavoro, si tratta della classe RTG. Le caratteristiche particolari di questa linea di macchine sono il mast telescopico ed un motore di alta potenza, necessario per il funzionamento del vibratore. Descrivendo, ad esempio, il modello chiamato 16T, la caratteristica principale sta nel fatto di avere un mast telescopico (per cui anche retrattile in fase di trasporto) che presenta una altezza pari a 20 m ed una profondità utile di lavoro di 16 m; si può affermare che, visto le applicazione che si possono sviluppare con tale attrezzatura, essa rappresenta una delle macchine più compatte nella sua classe in quanto a peso e performance raggiungibili. Dati generali di riferimento sono: • Larghezza carro 3.000 mm estensibile a 4.200 mm • Altezza in fase di trasporto: 3.250 mm • Peso: 44 ton • Lunghezza cingoli: 5.000 mm • Pattini da 700 mm • Motore CAT C16 da 470 kW (!!) • Pompe idrauliche: 2x350, 1x200, 1x85, 1x4, 1x26 ed 1x18 l/min • Presenza di argano ausiliario Tale attrezzatura può essere equipaggiata indifferentemente con: 1. Una rotary singola (ad esempio per soil mixing o pali trivellati sino a Φ 1.200 mm) con una coppia da 55 kNm a 350 bar. 2. Una rotary a doppia rotazione con una coppia 42/62 kNm a 350 bar. 3. Un set di 3 rotary per SMW, quella centrale da 24 kNm e le due laterali da 10 kNm. 4. Un vibratore per palancole singole, da 2.400 rpm, 1.000 kN di forza centrifuga, 0-16 kgm di momento eccentrico e 370 kW di potenza idraulica assorbita per il suo funzionamento. 5. Un vibratore triplo per l’infissione contemporanea di 3 palancole. 6. Un battipalo idraulico atto, ad esempio, ad infiggere, in zone marine, pali in legno, ... ed anche una attrezzatura per CSM (si veda in seguito)!


E’ interessante notare come sia stato pensato e costruito l’impianto di movimentazione del vibratore sul mast, che ha lo scopo, ad esempio nel caso delle palancole, di infiggerle sia per vibrazione che per spinta idraulica, azione che viene svolta brillantemente da un sistema cilindropuleggia-fune, senza generazione di vibrazioni indotte sulla macchina, aggiungendo una forza supplementare di 140 kN. La forza di estrazione, oltre a quella centrifuga del vibratore, è di 200 kN. Anche per merito dell’ottima stabilità del mezzo si garantisce lo sfruttamento intero della elevata potenza installata sul mast, con evidenti minori costi di manutenzione dell’intero impianto se paragonati ai classici sistemi di infissione. L’effetto di vibrazione viene generato direttamente dall’impianto idraulico installato a bordo macchina e ciò, lo abbiamo già commentato, rappresenta un notevole vantaggio sia per praticità che per affidabilità dell’intera attrezzatura; il sistema è chiaramente completato da un idoneo impianto integrato di raffreddamento e lubrificazione del vibratore. Interessante è anche stato lo studio sui cinematismi del braccio, che gli permettono di estendersi a sbalzo, inclinarsi e ruotare per poter agevolmente raggiungere differenti posizioni di lavoro, mantenendo il mezzo in posizione fissa; infatti, una delle caratteristiche più apprezzate di tale attrezzatura è la sua agilità di movimentazione, anche e soprattutto dovuta al fatto che il funzionamento del vibratore è totalmente idraulico e la potenza per il suo funzionamento viene generata in toto dall’impianto installato a bordo del carro cingolato. Anche in questo caso il sistema computerizzato B-Tronic, di controllo, comando e registrazione dei dati operativi trova il suo posto a bordo macchina.

profondità di 18 m). Le palancole infisse al momento dell’osservazioni erano del tipo Trefil Arbed, Pu 22+1, trapezoidali, base maggiore 60 cm, base minore 40 cm, altezza 30 cm. Durante una ora standard di lavoro si sono misurati i seguenti tempi: Dalle 9,32 alle 10,34 sono state infisse 6 palancole della lunghezza di 14 metri => che equivale a 6 x 14 x 0,6 = 50 Palancola n° 1 2 3 4 5 6 7

Inizio 9,39 9,5 9,59 10,11 10,22 10,30

Fine 9,32 9,44 9,54 10,03 10,15 10,25 10,34

Figura 6 RTG 18 Fos sur Mer (Pizzarotti)

3.1 Il Cantiere di Pizzarotti Di seguito presenteremo un sintetico “job report” relativo ad un lavoro di infissione palancole attualmente in fase di realizzazione a Fos in Francia (50 km ad ovest di Marsiglia). L’Impresa appaltatrice è la Pizzarotti S.p.A. di Parma (Fig. 6). La macchina utilizzata è una Bauer RG 18; è in grado di infiggere palancole sino ad una profondità di 18 m. Le palancole vengono direzionate, la discesa avviene per vibrazione e spinta idraulica, il processo è controllato dal sistema B-Tronic e tutte le informazioni (pressioni, portate, deviazioni, ...) vengono registrate e restituite su supporto informatico e cartaceo (possono anche venire inviate via modem direttamente in ufficio). La macchina è stata provvista anche di testa rotary per effettuare, nel caso di necessità, prefori di alleggerimento. L’utilizzo di tale testa era stato previsto poiché, dal punto di vista geologico, si erano riscontrate bancate di sabbia addensata di particolare resistenza; in corso d’opera la potenza della macchina è stata tale da non necessitare l’uso dei prefori. E’ stata comunque utilizzata per eseguire micropali di 18 m di profondità per l’ancoraggio del tappo di fondo (vibrando camice di 500 mm di diametro alla

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mq/ora di produzione media. Il giorno prima erano state infisse 36 palancole di analoghe dimensioni su di un turno di 8 ore; è da tenere conto che lo spazio è ristretto e le perdite di tempo per manovre e posizionamento delle palanFigura 7 cole ha una certa incidenB-Tronic in za in tale situazione opeversione palancole rativa. Ben organizzati ed in uno spazio di lavoro aperto, 400 mq/ turno di media sono facilmente ottenibili! La deviazione media è stata < 0,5 cm; tutti i dati sono stati registrati (Fig. 7) e stampati. La precisione di infissione è abbastanza importante, in questo caso, poichè tale struttura, in parte definitiva, dovrà ricevere, una volta scavato all’interno della realizzanda “scatola sommersa”, uno spingitubo del diametro di ca. 3 metri. Il cantiere, che prevede principalmente la realizzazione di una nuova unità produttiva annessa ad una già grande raffineria, è tutt’ora in fase di esecuzione, essendo presente realmente un elevato quantitativo di palancole da infiggere (permanenti) ed estrarre (provvisorie).

4. Paratie realizzate mediante idrofrese Nessun altra innovazione metodologica è stata in grado di cambiare in tale maniera i procedimenti costruttivi di paratie da quando negli anni ’80 ha incominciato a svilupparFigura 8 si la tecnologica dell’idrofresa. BG40 BC32 Metro L’applicazione di tale metodologia per la costruzione di B1 (Icotekne) paratie profonde offre elevati vantaggi rispetto all’utilizzo

di tecniche convenzionali, quali le benne mordenti (kelly grab), soprattutto in termini di economia, produzione, accuratezza, flessibilità, impatto ambientale e sicurezza. L’idrofresa rimuove in maniera continua il materiale dal fondo dello scavo riducendolo in una pezzatura pompabile, mescolandolo con la sospensione bentonitica presente nello scavo. Il fango, caricato di particelle solide di materiale, viene pompato all’unità di dissabbiamento dove viene pulito e rinviato nello scavo. Il processo dell’installazione dei rinforzi in acciaio e del riempimento con calcestruzzi o materiali analoghi è simile alle tecnologie di scavo con benna mordente. Questa metodologia operativa è stata ampiamente descritta in articoli precedentemente pubblicati (si rimanda alla bibliografia); in tale paragrafo presenteremo molto sommariamente solo alcuni recenti cantieri svolti in Italia. In Fig. 8 si può vedere l’idrofresa della Icotekne al lavoro nella realizzanda stazione Annibaliano per il progetto della linea B1 della metropolitana di Roma. La fresa è assemblata su di una macchina da pali Bauer BG40; la profondità di lavoro è pari a 48 metri, con spessori da 800 e 1.000 mm. In Fig. 9 possiamo notare la fase di scavo del pozzo di Savona, compiuto dalla CIPA S.p.A.. Il lavoro di perforazione per la realizzazione delle paratie è stato eseguito dalla stessa Impresa che sta lavorando alla Stazione Annibaliano, con la differenza che lo scavo di tale pozzo ha previsto, essendo quest’ultimo inserito in una banchina a mare, il taglio di massi anche ciclopici, ad elevata profondità ed in presenza di abbondante acqua marina. Si può notare come il pozzo scavato sia a completa tenuta idraulica. In Fig. 10 possiamo vedere una analoga attrezzatura durante lo scavo del pozzo di ventilazione per il progetto della linea metropolitana genovese. In questo caso è interessante segnalare che il lavoro è stato eseguito, dalla SGF S.p.A., in un’area di cantiere estremamente ristretta ed Attrezzatura Peso in ordine di servizio Coppia alla rotary (nel caso montata) Velocità di rotazione Cilindro di push/pull (versione pali) Motore Potenza Profondità max di perforazione - pali Diametro max di perforazione Altri utilizzi possibili Tutte le tecnologie elencate e tutte le funzioni della macchina vengono controllate e memorizzate dal sistema elettronico B-Tronic Tipologia fresa Coppia Larghezza pannello Lunghezza pannello Peso

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Bauer BG40 140 ton 390 kNm Sino a 62 rpm 460 kN CAT C15 420 kW 80 metri 3.000 mm CFA FDP FdW SMW CSM Idrofresa BC32 2x81 kNm 640-1.500 mm 2.800-3.200 mm 30 ton


all’interno di un secolare parco pubblico. All’interno della struttura dell’idrofresa è installato uno speciale inclinometro in grado di misurare la deviazione verticale dell’idrofresa su entrambi i piani. La deviazione viene indicata sul monitor di controllo, installato in cabina, in maniera continua, fornendo dati in distanze ed angolazioni; se l’idrofresa devia dal suo asse verticale, la sua posizione può essere regolata con l’ausilio di idonee piastre idrauliche di guida. A Genova, tecnicamente è anche di interesse segnalare il fatto che la sovrapposizione dei pannelli è stata solo di 5 cm, su di una profondità pari a 48 metri (in argille marnose); il lavoro è stato eseguito perfettamente grazie soprattutto all’aiuto del sistema di controllo e correzione delle deviazioni B-Tronic (5 cm di sovrapposizione su 48 metri sono veramente pochi)!.

5. Impianti di stoccaggio e trattamento dei fluidi di perforazione Il fango bentonitico, carico del materiale di risulta, proveniente dallo scavo, è normalmente inviato all’unità di dissabbiamento ove tutte le particelle solide vengono rimosse e la bentonite così ripulita può essere rimessa in circolo. Nel caso di scavo mediante idrofresa, tale impianto è un componente fondamentale dell’intero processo tecnologico. Portata e capacità di dissabbiamento devono essere dimensionate in accordo al materiale da scavare ed alla macchina specificatamente utilizzata. La Bauer ha sviluppato una tecnologia espressamente dedicata per mescolare e rigenerare i fanghi, che comprende unità meccaniche diverse tra di loro interconnesse, quali vagli, cicloni, pompe, tavole a scosse, flocculatori e separatori centrifughi. Anche per il trattamento di tale tema rimandiamo alla bibliografia; però, quanto vi è di nuovo è ciò che è stato prima sperimentato con l’Impresa Quadrio Curzio S.p.A. a Milano (per la realizzazione di numerosi parcheggi interrati nel down town milanese con idrofresa) e poi ingegne-

rizzato più massivamente con la Astaldi S.p.A. a Torino, per il realizzando lavoro del nuovo Passante Ferroviario. In pratica si tratta di un nuovo sistema estremamente compatto, che si sviluppa prettamente in verticale sfruttando silos al posto di vasche e “recycling containers”, in grado di gestire elevati quantitativi di fluidi di perforazione in limitati spazi, ottimizzando sia il processo, diventato ormai praticamente “industriale”, che i costi. Tali serbatoi hanno le seguenti peculiarità: - Sono impilabili telescopicamente (vantaggio in fase di movimentazione). - Occupano in pianta almeno un 1/3 dello spazio, a parità di volume trattato, rispetto ai classici sistemi a vasconi. - I collegamenti vengono effettuati con tubazioni ed idonee valvole di by-pass, in modo da renderne molto flessibile l’utilizzo. - E’ presente un sistema di fluidificazione mediante aria compressa, evitando l’utilizzo di onerosi agitatori meccanici. - Il materiale di risulta vene pompato ed eventualmente trattato; l’economia, anche in questo caso, può essere notevole

Figura 9 Scavo pozzo Savona (Cipa) Figura 10 Metro Genova (SGF)

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Figura 11 (evitando peraltro l’assai oneroso impiego di botti spurgo). Passante di Torino In Fig. 11 si può notare una panoramica recente del cantiere; (Astaldi) difficilmente, però, si riesce a realizzare che sono ben 4 le idrofrese Bauer che stanno lavorando contemporaneamente!

6. Soil mixing singolo (SSM) Nel 1962 Norman Liver brevettò una tecnica di miscelazione del suolo, basata su di una trivella ad elica, metodologia che viene definita “soil mixing”, che divenne la base per la tecnologia corrente in tutto il mondo. Il metodo di miscelazione profonda (DMM: Deep Mixing Method), come è conosciuto oggi, è una tecnica di trattamento del suolo finalizzata a migliorarne le caratteristiche, miscelando lo stesso insieme ad un legante e/o ad altri materiali che vengono aggiunti come fanghi od asciutti. Tipicamente uno o più alberi cavi rotanti, connessi ad uno speciale utensile di taglio, vengono assemblati verticalmente sul braccio principale del carro cingolato ed introdotti nel terreno per mezzo di teste rotanti guidate idrauli-

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camente od elettricamente. L’albero sopra l’utensile può essere ulteriormente equipaggiato con elementi di eliche discontinui o con pale mescolatrici. Il legante viene iniettato attraverso l’albero cavo per mezzo di ugelli di scarico localizzati vicino all’utensile, dove viene mescolato con il terreno formando quindi colonne di materiale trattato. Il diametro di ogni colonna può essere compreso tra 0,6 e 1,5 m e può estendersi sino a 40 m di profondità. Tali strutture possono essere costruite singole, contigue, secanti od in qualunque altra tipologia si ritenga opportuna, sia su terra ferma che in mare. La geometria che viene scelta è dettata dallo scopo che il metodo DMM deve raggiungere. I principali gruppi di applicazioni sono: • Muri di ritenuta idraulica. • Muri di sostegno per scavi. • Trattamento di grossi quantitativi di terreno. • Riduzione del fenomeno della liquefazione del terreno, rafforzamento in situ, pali, muri a gravità. • Soluzioni ecologicamente compatibili.


6.1 Il Cantiere SIF Una interessante esperienza attualmente in fase di esecuzione è rappresentata dal consolidamento di una estesa zona di terreno argilloso che corre parallelamente all’autostrada di Roma-Fiumicino. Il progetto prevede un trattamento monocolonnare (SSM) massivo, lungo chilometri, finalizzato a stabilizzare il futuro piano di posa di una nuova carreggiata stradale; l’Impresa esecutrice è la SIF S.p.A.. Il materiale da trattare è rappresentato da argille e limi, aventi le classiche caratteristiche di quelle zone. In questo caso è stata utilizzata una perforatrice idraulica Bauer, classe BG 18H (Fig. 12), provvista di una prolunga kelly ed attrezzata di una rotary avente una coppia di 180 kN a 55 rpm. Dovendo essere la fase di iniezione perfettamente monitorata, anche all’interno di tale macchina è stato previsto un sistema di controllo e comando computerizzato BTronic, interattivo con l’operatore mediante una consolle a “touch-screen”. Tramite tale avanzato sistema è stato possibile restituire al Cliente (Todini S.p.A.) un dettagliato “report” di ogni palo miscelato eseguito, con i dati relativi ai quantitativi di miscela utilizzata, le pressioni di iniezione, le velocità e la coppia di perforazione e di risalita, le inclinazioni, ecc.. Attualmente è in fase di consegna anche una BG20 atta allo svolgimento dello stesso lavoro; una seconda BG20 sta attualmente lavorando a Civitavecchia in versione pali.

6.2 Il Cantiere Trevi Un’altra interessante esperienza è stata fatta a Padova con l’Impresa Trevi S.p.A., impegnata in un lungo lavoro di consolidamento dei terreni di appoggio di una nuova linea ferroviaria, in affiancamento a quella esistente, facente parte del progetto Alta Velocità Padova-Venezia Concettualmente parlando, in sintesi, il lavoro ha previsto l’esecuzione di una serie di pali in SSM lungo l’intero tracciato: • secondo una maglia a quinconce ad elementi singoli, • con spaziatura 2,6/3,0 m, • diametro 800 mm e • profondità pari a 10 e 15 metri. Il materiale da trattare è rappresentato da argille e limi, aventi le classiche caratteristiche di quelle zone. In questo caso sono state utilizzate n° 2 perforatori idraulici Bauer, sempre della classe BG 18. In linea alla macchina di perforazione, corredata di misuratori di pressione e di flusso della sospensione cementizia iniettata, è stato previsto un opportuno impianto MAT di iniezione composto principalmente da: • Silos cemento. • Coclea di scarico. • Mixer automatizzato. • Agitatori. • Pompa di iniezione.

E’ interessante notare che l’intero sistema viene radioco- Figura 12 mandato direttamente dall’operatore che lavora all’inter- Autostrada RomaFiumicino (SIF) no della cabina della BG 18. A causa delle oggettive difficoltà di miscelazione delle argille, in quanto il grosso problema era rappresentato dalla formazione di un cilindro di materiale attorno all’elica che di fatto impediva una corretta procedura di miscelazione cemento-suolo, l’utensile standard ad elica è stato modificato opportunamente mediante: • l’inserimento in testa di una coclea di perforazione corta, • l’asportazione di alcune spire al fine di ridurne la superficie attiva e • l’aggiunta di piastre inclinate di taglio e miscelazione aventi un profilo molto affilato (Fig. 13). Tale modifica ha fornito risultati apprezzabili; le colonne da 10 metri di profondità hanno avuto un tempo medio reale di perforazione e miscelazione di 20-25 minuti, approssimabile a 30 minuti per tenere conto dei tempi di riposizionamento. I risultati tecnici di resistenza sono stati quelli attesi ...

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avanzamento. Il suolo viene così reso “sciolto” dall’elica rotante e premuto all’intorno del foro dall’apposito “displacement body”. 3. Attraverso una kelly bar si può estendere lo scavo ad elevate profondità. 4. Quando si è raggiunta la profondità finale l’utensile viene estratto ed il calcestruzzo è pompato veicolando all’interno delle aste forate. 5. Si installa, se richiesto, la gabbia di rinforzo nel calcestruzzo (eventualmente con l’aiuto di un apposito vibratore) o si introducono per gravità idonei profilati in acciaio.

7.1 Vantaggi

Figura 13 Utensile SSM modificato, Padova (Trevi)

7. Pali a spostamento laterale (FDP) Il Full Displacement Pile (FDP) è una metodologia di consolidamento del terreno sviluppata da Bauer in alternativa ad i classici pali trivellati o CFA. In sostanza si sfrutta un apposito utensile (Fig. 14), che può presentare differenti diametri (il più frequente è di 600 mm), il quale viene inserito nel terreno per rotazione e spinta. Una classica procedura di esecuzione è la seguente: 1. Posizionamento dell’attrezzatura da perforazione. Figura 14 L’utensile di 2. Inizio scavo con l’utensile in rotazione continua ed perforazione

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I vantaggi nell’utilizzo di tale tecnologia sono principalmente: • Elevata capacità portante. • La redistribuzione del suolo nell’intorno dello scavo crea un notevole addensamento del suolo stesso. • L’area di carico (dovuta al volume del suolo addensato) viene incrementata di circa il 30%. • L’attrito laterale del palo acquisisce un incremento del 30% e quella alla base tra il 50 ed il 70% (in relazione al diametro nominale del palo). • Processo di installazione senza vibrazioni. • L’utilizzo di un utensile di questo tipo unito alla tecnica di perforazione a rotazione garantisce l’assenza di vibrazioni od urti verso le strutture adiacenti il sito di lavoro. • Nessuna quantità di materiale di risulta dovuta allo scavo. • Il terreno viene totalmente costipato all’intorno del palo. • L’evitare di asportare materiale dal terreno è ideale, ad esempio, per i lavori in aree contaminate. • Comunque, nessun onere di carico e trasporto del materiale di scavo. Generalmente parlando sappiamo che la produzione dipende principalmente dai seguenti fattori: • Diametro del palo • Coppia e forza premente • Densità del terreno • Capacita di costipamento del suolo • Capacità di pompaggio di cls da parte della pompa Per cui, in condizioni favorevoli di utilizzo, cioè in terreni aventi caratteristiche idonee a venire addensati, i ridotti costi di produzione sono generati dalla combinazione dei seguenti fattori: • Il consumo di calcestruzzo è considerevolmente minore rispetto alle altre tecniche che utilizzano utensili a rotazione con asportazione di materiale. • La combinazione dell’alta velocità di perforazione, il breve tempo di getto del cls ed i brevi tempi di movimentazione (dovuti all’assenza di materiale di risulta), elevano notevolmente la produzione giornaliera rispetto ai convenzionali metodi di perforazione. • L’alta produzione ed il minimo equipaggiamento e personale addetto ne abbassano i costi al metro lineare. • Il basso costo per tonnellata di carico applicato (dovuto


Figura 15 CFA Standard, materiale di risulta

all’incremento della capacità portante come risultato della ridistribuzione e compattazione del suolo). Nel caso di terreni aventi caratteristiche quali: • suolo denso ma non coesivo (sabbia, ghiaia), • suolo fortemente coesivo (argilla, argilla limosa) e • roccia degradata o fratturata. tale tecnica può venire utilizzata anche nel caso ci si debba “ancorare” (cioè il palo non lavora solo per attrito) ad un substrato più resistente; infatti, la conformazione dell’utensile è tale da essere in grado di scavare in questo materiale e portarlo frantumato verso gli strati superiori.

7.2 Controllo di qualità Chiaramente tutti i materiali ed i parametri in gioco dovranno essere testati in rispetto delle norme vigenti e delle caratteristiche del sito ma, durante la fase di scavo saranno visibili sul display della macchina e registrati dal sistema B-Tronic tutti i dati necessari alle verifiche di qualità, quali: • Profondità. • Coppia e forza di spinta. • Velocità di penetrazione. • Deviazione. • Pressione del cls e volume. Genericamente parlando, la conoscenza dei risultati delle prove di carico statiche (portate fino al carico limite) sono

alla base di un’ottima progettazione; tali informazioni dovrebbero essere conosciute per gestire i calcoli e prima di iniziare la costruzione dei pali operativi (come metodo di controllo si possono eseguire ulteriori prove di carico su questi ultimi). Per quanto riguarda la progettazione della capacità portante, ricordiamo sinteticamente che la massima capacità portante di un palo è limitata dalla: • capacità di carico interna (stress sulla sezione di cls) e • capacità di carico esterna (trasferimento del carico dal palo al suolo, dalla superficie esterna e dalla base fondo foro del palo). La capacità di carico interna dipende dalla tipologia di cls (materiali di cui è composto, mix design, norme vigenti nel paese dove si esegue l’opera), mentre la capacità di carico esterna dipende dalle tecniche in uso, funzione della esperienza del Progettista e delle normative in uso nel paese di ubicazione del sito (in Germania il metodo di calcolo è in accordo con DIN 4014).

7.3 La prima referenza in Italia All’atto dello scrivere tale articolo il Cantiere è appena iniziato, ma qualche dato comparativo è già facilmente mostrabile. Stiamo parlando del progetto TAV, nodo di Modena, lotto gestito dalla Pizzarotti & C. S.p.A., ove l’Impresa Ariola S.r.l.

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se (sistemi di scavo per paratie); nel 2004 vince il premio internazionale per l’innovazione al Bauma di Monaco per il CSM singolo e nel 2005 lo vince al Samoter di Verona per il CSM Quattro.

Figura 16 FDP Bauer, materiale di risulta ... - stesso sito e profondità della Fig. 13 (Ariola)

ha brillantemente proposto e sperimentato il FDP a 30 metri di profondità. Tale sistema è stato installato su di una Bauer BG24. La tecnologia in uso durante le prove comparative era un classico CFA a 30 m di profondità, diametro 500 mm, colonne ad interasse ca. 2 m, in argilla. In Fig. 15 è visibile il materiale di risulta del CFA, mentre in Fig. 16 si può vedere a quanto ammonta nel caso del FDP. E’ chiaro che il terreno è stato compattato senza praticamente asportazione dello stesso, provocando il costipamento laterale delle pareti del foro, con i seguenti vantaggi comparativi, rispetto alla tecnologia CFA, riscontrati in cantiere: - maggior capacità portante a parità di profondità (FDP vs. CFA), - minor sfrido in cemento (FDP vs. CFA), - minor materiale di risulta da smaltire (FDP vs. CFA) e, non da sottovalutare, - maggior velocità di esecuzione a parità di profondità e diametro (FDP vs. CFA). Una colonna in FDP, 30 metri di profondità, 500 mm di diametro, viene realizzata in un tempo medio di 14 minuti. Il Cantiere è attualmente in fase di realizzazione ...

8. Cutter soil mix (CSM) In bibliografia sono riportati numerosi articoli che fanno riferimento a tale innovativa tecnologia che vede l’Italia oramai leader al mondo solo dopo il Giappone; procederemo comunque a sintetizzare alcuni concetti fondamentali inerenti tale nuovo sistema ... riportando alcuni esempi delle più recenti realizzazioni. Nel 2003 la Bauer ha sviluppato la tecnica CSM utilizzando la sua esperienza nella costruzione e nell’uso delle idrofre-

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In generale, la tecnica CSM differisce dalla tradizionale DMM in quanto fa uso di due set di ruote fresanti che girano su di un asse orizzontale per produrre pannelli rettangolari, piuttosto che uno o più alberi verticali rotanti che producono colonne circolari. Due sistemi di trasmissione sono connessi ad uno speciale supporto il quale a sua volta viene collegato e connesso ad una prolunga “kelly” oppure ad un sistema di sospensione a funi (Fig. 17). Nel caso del kelly esso viene montato sul mast principale della macchina di scavo per mezzo di due slitte che guidano ed estraggono l’utensile e, se necessario, lo ruotano. Durante la procedura di discesa delle teste fresanti, il terreno viene frantumato e disgregato; in questa fase un agente fluidificante, o il legante stesso, è iniettato nell’area compresa tra le teste stesse. Nella fase di estrazione le teste fresanti ruotano in maniera tale da mescolare il legante con il terreno e formare un pannello rettangolare. I parametri delle macchine che sono state progettate e costruite sono: • Lunghezza del pannello: 2.200, 2400 e 2.800 mm • Larghezza del pannello: da 500 mm a 1.500 mm • Massima profondità raggiunta con una singola kelly bar: 30 m • Massima profondità raggiunta con una kelly bar telescopico: 40 m • Massima profondità raggiunta con il sistema sospeso: 60 m

8.1 I pannelli rettangolari I pannelli rettangolari, quando comparati con una serie di pali contigui o secanti, offrono un buon numero di vantaggi: strutturalmente, se noi raffrontiamo le proprietà di un pannello di forma rettangolare con quello costituito da una serie di colonne contigue o secanti di diametro equivalente allo spessore del muro, constatiamo che la forma rettangolare è molto più efficiente; le aree di suolo trattato in compressione e tensione sono più grandi ed il braccio di leva dei pannelli rettangolari è maggiore: questo implica un più elevato momento resistente. Quando consideriamo un muro di colonne secanti, i diametri delle stesse devono essere più grandi che lo spessore del pannello rettangolare, al fine di produrre una sezione di larghezza equivalente. Questo significa che quando usiamo la tecnica CSM tratteremo una quantità minore di terreno per ottenere lo stesso effetto; chiaramente questo significa risparmiare energia e materiale. Quando viene richiesta una resistenza addizionale al momento flettente, il muro in CSM può essere rinforzato efficacemente attraverso l’inserimento di travi ad H, tubi in acciaio o di gabbie; la forma rettangolare del pannello


Figura 17 Treporti, Venezia (Dolomiti Rocce)

permette di ottimizzare la progettazione della struttura in acciaio da inserire nel pannello stesso (Fig. 18). Se progettiamo dei pannelli da utilizzarsi come schermi di ritenuta, il singolo pannello in CSM è continuo per 2.200 mm (2.400/2.800 mm) della sua lunghezza, mentre un muro equivalente di pali secanti presenta per lo meno tre giunzioni (Fig. 19). Ovviamente il rischio di perdite attraverso un pannello costruito con la tecnica CSM risulta essere notevolmente minore.

Ci sono un numero di vantaggi che il metodo CSM e le macchine impiegate per attuarlo offrono quando comparate con le tradizionali eliche o pale rotanti: • Le uniche parti in movimento con il metodo CSM sono le ruote fresanti, il che significa che all’interno della trasmissione possiamo installare strumentazioni che ci forniscono informazioni in tempo reale in merito alla situazione a quota di scavo; queste informazioni sono verticalità, deviazioni, eccessiva pressione interstiziale

Figura 18 Vittorio Veneto, fase di inserimento delle putrelle in acciaio Figura 19 Schermi di tenuta

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Figura 20 Borgo Vercelli nel suolo, ecc.. (Vipp) • Variando la velocità relativa delle ruote si possono facilmente correggere eventuali deviazioni dei panelli. Figura 21 Ferrovia AV • Inoltre, siccome il kelly bar non ruota, non c’è consumo Padova-Mestre di energia come nel tradizionale metodo DMM, che pre(Matarrese) senta anche l’inconveniente di generare una notevole frizione tra l’albero dell’elica ed il suolo trattato. Come nell’utilizzo delle colonne circolari, i pannelli rettanFigura 22 golari possono essere singoli, contigui, secanti oppure Ospedale Alba- presentare una struttura articolata. Bra (Sicos)

8.2 Alcuni Cantieri Per la difesa completa di tutti gli abitanti della laguna di Venezia (zona Treporti) dalle acque alte di qualunque livello, è stato elaborato un sistema integrato di opere che prevede dighe mobili, schiere di paratoie da realizzare alle tre bocche di porto, in grado di isolare la laguna dal mare durante gli eventi di alta marea superiore ad una quota programmata. Il sistema a sospensione di cui a Fig. 17 è in fase di utilizzo massivo in tale progetto; le profondità di lavoro superano i 20 metri. Per chi potesse pensare che tale sistema può essere idoneo solo in materiali sabbiosi, rispondiamo con la Fig. 20; tale Cantiere è stato eseguito dalla Vipp S.p.A.. Il progetto ha previsto la costruzione di svariati pozzi (atti ad “ospitare” le pile di fondazione di un viadotto stradale) in adiacenza ed anche in alveo al fiume Sesia. La pezzatura media del ciottolame era più che decimetrica; la tecnologia del CSM è stata utilizzata in tale situazione a causa delle insormontabili problematiche riscontrate utilizzando il jet grouting (principalmente per l’impossibilità di creare le colonne intersecanti perimetrali a causa delle deviazioni delle aste di perforazione). Per la cronaca la Vipp sta utilizzando tale tecnologia anche nelle calcareniti di Priolo (Catania); il progetto in questo caso prevede la cinturazione di un sito inquinato. Entro la fine dell’anno in quel cantiere lavoreranno ben 3 attrezzature CSM! Oltre alle profondità elevate il CSM può venire utilizzato anche per lunghi sbarramenti; cio è successo nel Cantiere AV Padova-Mestre, ove l’Impresa Matarrese S.p.A. ha realizzato un setto impermeabile di anticontaminazione lungo ben 5 km, ad una profondità media di 3 metri (Fig. 21).

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Figura 23 Stazione AV Bologna (Astaldi)

In estate è partito un nuovo Cantiere a Verduno, finalizzato alla stabilizzazione di una collina ove il nuovo ospedale di Alba-Bra verrà realizzato; l’Impresa è la Sicos S.p.A. ed il progetto prevede ben 1.200 barrette in CSM con profondità media di 10 m (Fig. 22). Stiamo tutti aspettando la partenza dei lavori di CSM per la costruenda Stazione AV di Bologna; l’Impresa Astaldi S.p.A. ha già realizzato la campagna di prove (Fig. 23).

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viario di Torino, II° parte, Quarry & Construction, Edizioni PEI, Parma, giugno 2002 Bringiotti M., Guida al Tunnelling: l’Evoluzione e la sfida, Edizioni PEI, Parma, 2003 Bringiotti M., Bottero D., Consolidamenti & Fondazioni, Edizioni PEI, Parma, 2003 Bringiotti M., Dal Cutter Soil Mix al Triple Auger, I° parte, Quarry & Construction, Edizioni PEI, Parma, settembre 2004 Bringiotti M., Dal Cutter Soil Mix al Triple Auger, II° parte, Quarry & Construction, Edizioni PEI, Parma, dicembre 2004 Fiorotto R., Stötzer E., Schöpf M., C.S.M. An innovation in Soil Mixing for creating Cut-off and Retaining walls, Bauer, Schrobenhausen, Giugno 2004. Bringiotti M., CSM - Cutter Soil Mixing, Gallerie e Grandi Opere Sotterranee, SIG, Patron Editore, gennaio 2005 Fiorotto R., Bringiotti M., CSM, Convegno Società Italiana Gallerie Samoter 2005, SIG, 5/5/2005 Bringiotti M., CLS, Edizioni PEI, Parma, 2005

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