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Il tunnelling diventa 4.0 Il tunnelling è da sempre uno degli ambiti operativi

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di Roberto Negri

OttObre 2020

Il tunnelling diventa 4.0

È UN JUMBO EPIROC XE3 C

IL PROTAGONISTA DEL CANTIERE DELLA NUOVA CIRCONVALLAZIONE DI CASTELBELLO E COLSANO

SULLA SS38 DELLO STELVIO.

GUIDATO DA TECNOLOGIE INTELLIGENTI, CHE PORTANO LE PERFORAZIONI IN GALLERIA IN UNA NUOVA DIMENSIONE PIÙ SICURA, EFFICIENTE E PRODUTTIVA

I

l tunnelling è da sempre uno degli ambiti operativi più complessi, e in cui anche la meccanizzazione delle lavorazioni deve affrontare una serie di problematiche decisamente più impegnative rispetto al resto del mondo construction. Qui, oltre a produttività e affidabilità, precisione, sicurezza, capacità di affrontare con la necessaria reattività condizioni operative mutevoli rappresentano esigenze non negozabili. Ne abbiamo avuto un efficace esempio durante la nostra visita al cantiere della nuova circonvallazione di Castelbello e Colsano, sulla SS38 dello Stelvio, il cui tracciato si svolge quasi interamente in galleria, dove è al momento al lavoro un jumbo Epiroc XE3 C, ultima generazione delle macchine per il tunnelling proposte dal costruttore svedese.

Il progetto

La statale della Val Venosta è un tratto della strada statale SS 38 (Bormio – Merano) parte integrante di una rete stradale interregionale verso l’Austria, in Svizzera ed attraverso il Passo dello Stelvio nell’a- rea Lombardia – Milano, che assolve a una funzione estremamente importante sia per l’economia locale che per il turismo. L’aumento del traffico in Val Venosta comporta però, in particolare negli attraversamenti degli abitati, un forte impatto ambientale in termini di rumore e inquinamento e un notevole rischio pericolo di incidenti. La nuova circonvallazione di Castelbello e Colsano, situata tra il km 176,50 e il km 179,40 del- la SS38 ha lo scopo di sgravare dal traffico gli abitati di Castelbello e Colsano e soprattutto di svolgere una funzione efficace per il traffico locale e regionale. La lunghezza complessiva del nuovo tracciato da allac- ciamento ad allacciamento alla strada esistente è di 3.363 metri, di cui 2.498 metri della nuova galleria, la seconda più lunga dell’Alto Adige. La sua realizza- zione presenta notevoli complessità esecutive dovute alla particolare geologia dell’area, costituita preva- lentemente da paragneiss, micascisti e ortogneiss e caratterizzata da un ammasso roccioso molto disin- tegrato e fratturato la cui matrice è composta da sab- bie, limi e ghiaie, caratteristiche che hanno imposto

l’adozione di idonee tecniche di scavo. Dal punto di vista impiantistico, per la galleria è stato sviluppato un sistema di ventilazione con impianto di estrazione fumi della capacità di scarico di 180 m3/s, aspirati da 23 valvole di scarico telecomandate, installate nel soffitto del tunnel e disposte sopra lo spazio di transi- to e da due ventilatori assiali funzionanti in parallelo.

Tutte le attrezzature di galleria saranno realizzate con adeguata resistenza al fuoco: gli elementi costruttivi portanti saranno dimensionati per resistere ad una temperatura di almeno 400 °C per 90 minuti, e il cal- cestruzzo del rivestimento interno della galleria sarà miscelato con fibre in polipropilene. In ogni direzione di marcia è prevista ogni 1.000 metri una piazzola di sosta di 45 metri di lunghezza per un totale di quattro, disposte in modo sfalsato nelle due direzioni di marcia in modo da consentire l’accesso alle gallerie di fuga direttamente da una piazzola di sosta o da quella sul lato opposto. Sono previste inoltre quattro gallerie di fuga pedonali ad una distanza di meno di 500 me- tri. La sagoma prevista per ogni galleria di fuga è di 2,25 x 2,50 metri, in modo da permettere il passaggio pedonale in entrambe le direzioni. Tutte le gallerie di fuga sono separate dalla galleria principale median- te un filtro a doppia paratia. Nella configurazione architettonica dei nuovi portali di galleria e nell’inse- rimento paesaggistico del nuovo tracciato si è posta particolare attenzione al rispetto ed al mantenimento della qualità del paesaggio esistente. I nuovi portali di galleria saranno ispirati ai muri in pietra terrazzati delle zone vicine, in modo da riprendere e riprodurre nel loro linguaggio formale le caratteristiche locali. I portali si presenteranno come travi orizzontali mu- rate, sottolineando l’andamento orizzontale dei muri in pietra e creando in questo modo un interessante equilibrio tra il paesaggio esistente e il nuovo.

Carri di perforazione

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ciazione temporanea d’imprese formata da E.MA.PRI.

CE di Possagno (Treviso) e Passeierbau di San Marti- no in Passiria, il protagonista è il carro di perforazione Epiroc XE3 C con perforatrici COP 1838, idoneo alla perforazione di gallerie di media - grande sezione fino a 206 m² con un’altezza fino a 13,30 m ed equipag- giato con il meglio delle tecnologie per la perforazione elettro-idraulica oggi disponibili sul mercato. L’allesti- mento della macchina presente in cantiere, in parti- colare, prevede un carro di base DC150 equipaggiato con bracci idraulici BUT 45 L, slitte di perforazione BMH serie 6000 e perforatrici COP 1838 alimentate da un Power pack elettroidraulico RCS, carpenteria a pantografo per sostegno bracci e cabina FOPS inso- norizzata; cuore della macchina e artefice delle sue eccellenti prestazioni in termini di precisione e pro- duttività è il sistema di controllo elettronico integrato ABC (Advanced Boom Control system), completo di ABC Boltview che permette la bullonatura semi com- puterizzata.

La qualità costruttiva della macchina si rivela fin dal carro base, dotato di trazione sulle quattro ruote tra-

di 180kW a 2.300 giri/minuto e una coppia massima di ben 1.000 Nm a 1.450 giri. Componentistica di ec- cellenza anche per gli assali, un Dana 37R 116 all’an- teriore e un Dana 213 al posteriore oscillante trasver- salmente di ± 7° con bloccaggio del differenziale per limitare lo slittamento. Ottima la manovrabilità grazie allo sterzo idrostatico sull’articolazione di +/- 33°, che limita il raggio di curvatura esterno a 11.900 mm.

L’Epiroc Boomer XE3 C monta la nuova generazione di bracci a sezione rettangolare BUT 45, che offrono una serie di importanti vantaggi operativi. Grazie a questa tipologia di braccio, infatti, i tempi di posizionamento per l’esecuzione della perforazione sono ridotti del 50% rispetto alle versioni precedenti, minimizzando i tempi di movimentazione del braccio stesso e della slitta nonché la precisione del posizionemnto. Questo miglioramento si traduce in una drastica riduzione dei tempi di non produttività, e quindi in un’ottimizza- zione della capacità produttiva. I bracci sono inoltre dotati di un doppio sistema di rotazione che permette la massima manovrabilità della slitta, ad esempio nel- la fase di perforazione per realizzare la bullonatura.

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La nuova geometria rettangolare della sezione nasce invece dall’esigenza di dover assicurare la dovuta stabilità alle sempre più potenti perforatrici per rag- giungere larghezze di oltre 18 m e altezze di oltre 13 m. La sezione rettangolare, in particolare, garantisce una maggiore rigidità del braccio dimezzandone le flessioni dovute alle sollecitazioni: la rigidità verticale è pari a cinque volte quella della versione precedente, la rigidità orizzontale è stata incrementata di 2,7 volte mentre la resistenza alle torsioni risulta di tre volte su-

E.MA.PRI.CE: costruttori si nasce

“Un’azienda che sa costruire bene trasforma progetti complessi in autentici capolavori”, così recita l’incipit della presentazione aziendale di E.MA.PRI.CE , azienda che fa parte del Gruppo Daniele.

Fin dai primi anni ’50 la famiglia Daniele è presente nel settore dei trasporti, avendo costituito con Settentrionale Trasporti spa la quale rappresenta oggi un autentico punto di riferimento, in Italia e nel mondo, nel trasporto dei rifiuti e delle merci pericolose. Parallelamente è stata fondata E.MA.PRI.CE spa che vanta un’esperienza nelle costruzioni di oltre 40 anni.

Il Gruppo Daniele, inoltre, interessato da sempre alla questione ambientale, si vede impegnato

con Graneco Rubber srl nella recupero e riutilizzo degli pneumatici esausti (PFU) su tutto il territorio nazionale. Con la trasformazione degli pneumatici fuori uso. In oltre quarant’anni di storia, grazie ad una crescita continua e costante, l’azienda si è trasformata da piccola impresa edile in un Gruppo che opera a tutto campo nel settore delle costruzioni, con cantieri in tutto il territorio nazionale ed estero.

La pluriennale esperienza acquisita nel settore le hanno permesso di diventare un partner efficiente ma soprattutto affidabile nel settore dell’edilizia civile, dei restauri, delle infrastrutture e delle pavimentazioni speciali nonché nel campo delle opere d’arte del sottosuolo.

Il volume di attività di E.MA.PRI.CE si sviluppa fondamentalmente in appalti pubblici e privati, ambito operativo, quest’ultimo, nel quale la competizione è determinata soprattutto dall’efficienza dell’organizzazione e dall’ottimizzazione dei costi. L’impresa vanta un’attestazione SOA con iscrizione a 20 categorie di cui 8 per importi illimitati. L’impresa possiede inoltre tre importanti certificazioni del sistema di qualità: Aziendale - UNI EN ISO 9001; Ambientale - UNI EN ISO 14001; Sicurezza - OHSAS 18001.

E.MA.PRI.CE opera in prima linea nel settore delle opere pubbliche in forza anche dell’attestazione di qualificazione CQOP SOA. Inoltre ha scelto di essere socia del Green Building Council Italia.

periore. Ciò ha contribuito inoltre a ridurre al minimo le deviazioni dei fori dovute a fenomeni di instabilità e oscillazione dei bracci.

Altro pezzo forte della macchina è la slitta idraulica di avanzamento BMH Serie 6000, costruita in lega spe- ciale di alluminio in modo da associare alla leggerezza una robusta rigidità flessionale e indeformabilità agli urti. Il particolare profilo permette di alloggiare in zona protetta dagli urti il cilindro di avanzamento idraulico, che tramite un rinvio a carrucole delle funi di acciaio

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Planimetria della nuova tangenziale Castelbello – Colsano

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assolve alle funzioni di avanzamento del trattenitore intermedio, della culla perforatrice e del tenditubi.

Particolare cura è stata posta al disegno della culla perforatrice che scorre sulla slitta per mezzo di patti- ni sintetici intercambiabili, i quali a loro volta striscia- no su una rotaia in acciaio intercambiabile, fissata a molla sul profilato in alluminio, evitando in tal modo le usure per attrito e di conseguenza una maggiore durata dell’insieme slitta – culla - perforatrice.

L’alimentazione del sistema idraulico è affidata a un gruppo di potenza che pilota tutti i cilindri di movi- mentazione, i bracci, le slitte nonché le perforatrici ed è costituito da un doppio gruppo pompante, cia- scuno composto da due pompe a pistoni assiali a portata variabile per percussione e movimentazione e da una pompa ad ingranaggi a portata fissa per la rotazione. La regolazione della portata avviene con continuità modificando l’angolo d’inclinazione del corpo pompa. La variabilità della portata consente di mandare solo l’olio necessario alla perforatrice che, sentendo la roccia, richiede al sistema elettroidrau- lico solo l’energia strettamente necessaria senza al- cuna dissipazione. Le pompe funzionano automati- camente a vuoto all’avviamento per ridurre al minimo l’assorbimento di punta. Il sistema di controllo ECS (Electric Control System) assicura un funzionamento ottimale per sfruttare al massimo le caratteristiche delle perforatrici COP 1838 grazie al sistema RPCF (Rotation Percussion Controlled Feed force), che

controlla costantemente i parametri di percussione, spinta e rotazione adattandoli alle effettive condizioni della roccia che il bit incontra. La centralina è com- pleta di quadro elettrico rispondente alle normative per l’uso di energia elettrica in sottosuolo, pannelli comandi bracci di perforazione e perforatrice, com- pressore GAR 5 a vite con portata di 26 I/s a 9 bar con serbatoio da 80 litri per la pulizia e lubrificazione del manicotto porta impugnatura della perforatrice, serbatoi olio con indicatore di basso livello e di tem- peratura olio, filtri per filtrazione olio a 20 micron e scambiatore di calore olio-acqua in acciaio inox. La cabina FOPS insonorizzata, dotata di ampie finestra- ture per offrire all’operatore una visibilità ottimale su tutto il fronte dove operano i bracci, è dotata di ampie portiere laterali che consentono un facile accesso e una sicura via di fuga in case di pericolo, e adotta una posizione di guida trasversale per favorire una buona visibilità nei due sensi di marcia. Dotata di ulteriore un pannello di comando per un secondo operatore, può

di medio - grande sezione

Esecuzione dei fori di volat L’esecuzione delle perforazioni è guidata dal sistema di controllo computerizzato A.B.C. Total (Advanced Boom Control system), che provvede allo spostamento della slitta di perforazione da foro a foro secondo una sequenza prestabilita

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essere sollevata idraulicamente di 1.100 mm per mi- gliorare la visibilità dell’operatore durante tutte le fasi di perforazione della volata o della chiodatura.

Il cervello della Epiroc XE3 C è il sofisticato sistema di controllo computerizzato A.B.C. Total (Advanced Boom Control system), basato su un complesso har- dware - software di tunnelling guidance, che trami- te il computer di bordo e i sensori su bracci e slitta consente il controllo della posizione dei bracci nello spazio. Il computer di bordo provvede in particolare allo spostamento della slitta di perforazione da foro a foro secondo una sequenza prestabilita.

Ad ogni posizionamento, dopo aver raggiunto il giusto contatto con la roccia, inizia la sequenza di perfora- zione controllandone costantemente l’andamento e modificando i parametri di pressione di spinta, rota- zione e percussione in relazione alla roccia incontra- ta; a completamento del foro, dopo un soffio di spurgo aggiuntivo, estrae l’asta dal foro eseguito e sposta la slitta sul foro successivo per continuare la sequen- za di perforazione. Tutti i parametri di perforazione,

compresa la posizione nello spazio dei fori e l’esito della perforazione, sono a disposizione per analisi e controlli. L’operatore può seguire i movimenti sul mo- nitor e intervenire in ogni momento, passando così a un controllo semiautomatico delle operazioni.

Un apposito software denominato Underground Ma- nager sovrintende al controllo di tutte le operazioni di perforazione; fasi come l’intesto o l’attraversamento di faglie e zone franose sono assistite da un sistema elettronico che assicura l’attraversamento di ogni tipo di roccia con la massima velocità che la stessa consente, senza rischi di incaglio della batteria; nei casi più difficili, un sistema anti - incaglio inverte tem- poraneamente il moto della perforatrice. Il sistema computerizzato di bordo è inoltre preposto all’auto- diagnosi per la ricerca dei possibili guasti, facilitando la manutenzione e riducendo i tempi d’intervento.

Durante la perforazione possono essere visualizzati su uno schermo in cabina parametri come velocità di perforazione, profondità di foro, pressioni di percus- sione, rotazione e spinta, posizione e direzione della slitta relativa alla volata e alla direzione di riferimento, schema di volata di riferimento.

II sistema statistico registra dati come tempo di fun- zionamento delle pompe di percussione, rotazione e posizionamento, tempo totale di perforazione per braccio; relativamente alla volata e alla bullonatura, foro eseguito, non eseguito, numero totale dei fori di volta, posizione dei fori, numero dei fori ancora da eseguire, tempo d’inizio perforazione, tempo trascor- so dall’inizio perforazione, tempo medio di perfora- zione degli ultimi 20 fori. Tutti gli eventi intervenuti durante la perforazione sono registrati e trasferiti ad un server per mezzo di infrastrutture Wi-Fi per una successiva elaborazione.

Preparazione della volata Inserimento delle cariche

di esplosivo

Il fronte di scavo dopo la volata

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