Cantieri 2.0: tecnologie per lo scavo

03/06/2016 - Il processo di meccanizzazione e informatizzazione che ha interessato il cantiere nell’ultimo periodo ha consentito di organizzare tutte le attività del cantiere in modo tale da ridurre la fatica umana e velocizzare la realizzazione di un'opera edile.
 
L’organizzazione del cantiere è un’operazione molto complessa che richiede la pianificazione e la programmazione del lavoro: scegliere l'area per lo scavo, predisporre le infrastrutture necessarie (recinzioni, alloggi- uffici, collegamenti alla viabilità esterna, ecc.), preparare il collegamento ai vari impianti (idrico ed elettrico) e scegliere ed organizzare le attrezzature necessarie.
 
In questo focus si approfondiranno le operazioni di cantiere dedicate alle attività di scavo che possono essere legate ad opere di fondazione, costruzioni di servizi interrati relativi ad acqua, gas, telecomunicazioni ed energia elettrica o costruzioni stradali e ferroviarie.
 

Scavi e fondazioni: la normativa

Le operazioni di scavo e fondazioni sono normate dal titolo IV del Dlgs. 81/2008 (da art. 118 a art. 121), dal DM 11 marzo 1988 con relativa Circolare del Ministero dei lavori Pubblici 30483/1988 e dalle Linee Guida ISPESL per l’esecuzione in sicurezza delle attività di scavo.
 
Le disposizioni di legge hanno lo scopo di fornire i criteri di esecuzione e le misure di sicurezza da adottare per lo svolgimento delle attività di scavo.
 
Le normative italiane ed europee disciplinano anche tutte le “macchine” che si utilizzano in un cantiere; tra le normative di riferimento troviamo la Direttiva CEE 42/2006 e Dlgs 17/2010, che ha abrogato il DPR 459/1996 (vecchia Direttiva macchine), in cui si definiscono le caratteristiche di ogni macchina immessa nel mercato europea (Marcatura CE, dichiarazione di conformità CE e manuale di uso e manutenzione). 
 

Scavi in cantiere: le operazioni preliminari  

Quando si deve realizzare un opera la prima cosa da fare è intraprendere delle indagini preliminari che comprendono la relazione geologica e la verifica sui terreni.
 

Strumentazioni per indagini geognostiche

Le indagini geognostiche hanno lo scopo di fornire i dati e le informazioni necessarie per la caratterizzazione geotecnica dei terreni e delle rocce, così da fornire un'adeguata valutazione dei parametri geotecnici da impiegare nei calcoli di progetto.
 
Fanno parte delle attività di indagine geognostica:
- Prove geotecniche in situ ( prove per determinare il grado di addensamento dei terreni, prove di permeabilità etc.);
- Prelievi di terreno con sonde e campionatori, in cui la ricostruzione della situazione geologica avviene attraverso l’esame del carotaggio continuo.
 
Tra gli strumenti che permettono di valutare le caratteristiche del terreno soprattutto dal punto di vista sismico, c’è METODO NAKAMURA, HVSR, H/V di M.A.E che permette di valutare gli eventuali effetti sismici sul terreno attraverso rapporti spettrali H/V sulle vibrazioni.
 

Tra gli strumenti per le indagini in situ c’è Earth Resistivity Meter 16GL-N di PASI che permette di scaricare i dati via USB e ne consente una rapida elaborazione con il software di interpretazione.
 

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Strumentazioni geotecniche

Tra gli strumenti per il controllo dei terreni ci sono le Indagini geognostiche di G.E.R. che servono ad accertare l’incidenza di possibili cedimenti differenziali e a valutare eventuali interventi di consolidamento.
 

Un altro esempio è il Penetrometro tubolare di NOVATEST che viene usato per classificare i campioni di suolo secondo la rispettiva resistenza a compressione.

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Cantieri 2.0: i software per scavi e fondazioni

Dopo aver fatto le analisi sui terreni è importante rielaborare i dati alla luce di software specifici e capaci di tradurre le informazioni in risultati pratici.
 

Software per Geotecnica e fondazioni

Per l’elaborazione di prove geotecniche, penetrometriche si può utilizzare FLAC e FLAC3D di HARPACEAS un programma per effettuare calcoli per fondazioni, cedimenti, capacità portanti, pendii, paratie, gallerie, filtrazioni, consolidazione e studio dei fenomeni di creep e termici.
 

Per la rielaborazione delle prove penetrometriche c’è anche IS GEOSTRATI di CDM DOLMEN un software per l’interpretazione numerica e la rappresentazione grafica dei risultati delle prove S.P.T. (Standard Penetration Test), D.P. (Dynamic Probing) e C.P.T. (Cone Penetration Test) eseguite in sito.


Tra i programmi per la Verifica stabilità pendii c’è ASPEN di NEWSOFT che fa l'analisi di stabilità di pendii secondo i metodi classici dell’equilibrio limite e consente una definizione accurata del profilo campagna, della stratigrafia interna e del regime idrostatico prodotto da falde freatiche o in pressione.
 

Infine per il calcolo delle strutture verticali di sostegno del terreno, di tenuta idraulica, di fondazione profonda o mista si può optare per i software di Calcolo paratie.
 
Un esempio è PAC di AZTEC INFORMATICA capace di elaborare: diagrammi delle sollecitazioni, diagrammi delle pressioni, deformata della paratia, superficie di scorrimento con fattore di sicurezza minimo, progetto armature e Relazione di Calcolo.
 

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Scavi in cantiere: le operazioni da seguire

Per realizzare uno scavo, dopo aver valutato le indagini preliminari (relazione geologica, verifica di stabilità dei fronti ec), si effettua uno sbancamento (o scavo a cielo aperto); quest’operazione può avvenire in maniera manuale o attraverso l'impiego di escavatori meccanici.
 
In base alla tipologia di opere da eseguire, si individuano le seguenti tecnologie di realizzazione dello scavo:
- utilizzo dello scavo manuale, la cui esecuzione deve essere ricondotta ad interventi di estensione limitata;
- utilizzo di macchine movimento terra per l’effettuazione di scavi tradizionali a cielo aperto;
- utilizzo di tecnologie alternative allo scavo tradizionale a cielo aperto, denominate “NO DIG” utilizzate soprattutto per l’esecuzione di opere di posa e sostituzione di reti di servizio (acquedotti, gasdotti, fognature, reti elettriche, reti di telecomunicazioni).
 

Macchine da cantiere

Le macchine da cantiere per il movimento terra sono utilizzate per lavori di scavo, carico, trasporto, spianamento di materiali (roccia, sabbia, terra, ecc.) nella fase iniziale di costruzione.
 
Esistono vari tipi di macchinari a seconda della funzione che svolgono:
- macchina adibita esclusivamente alla movimentazione del materiale (apripista o bulldozer, motorgrader, scraper);
- macchina per il caricamento del materiale e da scavo (caricatore, escavatore, terne, miniescavatore, minipala);
- macchina per il trasporto materiale (dumper, autocarro, autoarticolato).
 
Le macchine da scavo sono mezzi meccanici la cui struttura di base, realizzata su cingoli o ruote, possiede a corredo gli utensili di scavo che permettono di eseguire lavori specifici diversi. Gli escavatori effettuano principalmente lavori combinati di scavo e di caricamento; servono infatti per rimuovere il terreno e scaricarlo sui mezzi di trasporto senza cambiare posizione, grazie alla piattaforma girevole per 360°.
 
Le Macchine per cave e miniere, perforatrici sono generalmente costituite da un cilindro entro cui scorre un pistone azionato da aria compressa, che batte ritmicamente sull'estremità di un'asta metallica munita all'estremità di una testa di perforazione (tagliente).
 
Un esempio è il Perno Nelson Antiabrasione VS utilizzato come supporto sulle superfici di oggetti sottoposti ad un grande carico di impatto durante la messa in opera (per esempio escavatori, pale, piastre) nel campo siderurgico. I perni offrono le massime prestazioni e sono costituiti da materiale altamente resistente all'abrasione.
 

Le Pale e terne sono particolari tipi di macchine, dotate anteriormente di benna con lama tagliente, che svolgono funzioni di scavo e trasporto per brevi distanze. Le terne sono macchine per movimento terra con la presenza combinata di pala sulla parte anteriore e braccio escavatore sul lato posteriore.
 
Tra queste macchine c’è TX2500 di HINOWA, una macchina solida, potente e velocissima, adatta a qualsiasi terreno e capacità di carico di 2500 Kg con un efficace sistema idraulico di rotazione 180° e di ribaltamento del cassone.
 

Alle pale e terne si possono aggiungere degli Accessori per macchine da cantiere per espletare meglio particolari funzioni. Ad esempio per la selezione del materiale naturale in cave e cantieri di grandi dimensioni si può optare per la BENNA VAGLIANTE MB-LS220 di MB progettata per pale e terne, che consente di abbattere fino al 60% dei tempi di frantumazione e permette di recuperare il materiale adatto al tipo di lavorazione desiderata e di gestirlo nei migliori dei modi.
 

Un altro esempio è offerto da 3D BLADE di TOPCON POSITIONING ITALY una livellatrice automatica per minipala che si può installare su minipale cingolate e gommata di tutte le marche.
 

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Scavo da cantiere: opere provvisionali per la sicurezza

Nella realizzazione di uno scavo, quando la parete del fronte di attacco supera l'altezza di m 1,50, la normativa (art. 118 del Dlg 81/2008) vieta il sistema di scavo manuale per scalzamento alla base e conseguente franamento della parete. Inoltre il sistema di protezione è previsto solo se l’inclinazione della parete dello scavo è maggiore dell’angolo di attrito interno del terreno, o se si supera l’altezza critica in materiali coesivi.
 
Nel caso di scavi a sezione obbligata, in cui la profondità è maggiore della larghezza, o nei casi in cui la particolare natura del terreno (per causa di piogge, di infiltrazione, di gelo o disgelo) può provocare frane o scoscendimenti, occorre necessariamente armare lo scavo per evitare crolli e franamenti delle pareti.
 
I sistemi provvisionali di sostegno e di protezione devono garantire la resistenza alla sollecitazioni provocate da:
- pressione del terreno;
- strutture adiacenti lo scavo;
- carichi addizionali e vibrazioni (materiale in deposito, traffico di automezzi, ecc.).
 
Le strutture di sostegno devono essere installate a contatto diretto con la superficie di scavo e lo spazio tra l’armatura e la parete del terreno deve essere riempito con materiale di rincalzo tale da garantire il contrasto.
 
La scelta del tipo di armatura e del materiale da utilizzare dipende principalmente:
 - dalla natura del terreno;
- dal contesto ambientale;
- dal tipologia di scavo da eseguire.
 
L'armatura deve comunque essere realizzata in modo da evitare il rischio di seppellimento ed in modo tale che sia sufficientemente resistente da opporsi, senza deformarsi o rompersi, alla pressione esercitata dal terreno sulle pareti dello scavo.
 

Blindaggi per scavi e canalizzazioni

Il blindaggio per scavi è un sistema per il contenimento di scavi in trincea che garantisce il sostegno delle pareti dello scavo.
 
I sistemi di sostegno e contrasto devono essere installati secondo le istruzioni fornite dal fabbricante e vengono messi in opera a seconda della tipologia che può essere con cassoni o per infissione.
 
L’installazione di sistemi di blindaggio con cassoni avviene per 1) metodo di “taglio e spinta verso il basso” di sistemi con bordi di taglio, 2) metodo di “posa”.
 
Nel metodo di “taglio e spinta verso il basso” il cassone è installato mentre si scava, spingendo ciascun pannello verso il basso utilizzando la benna dell’escavatore: i pannelli sono così spinti alternativamente su ogni montante angolare.
 

Fonte: Pilosio, Italia (rielaborazione Ispesl)

Nel metodo di “posa” si esegue prima lo scavo delle dimensioni in pianta del cassone e poi lo si posa verticalmente nello scavo.

Fonte: Pilosio, Italia (rielaborazione Ispesl)

Tra i sistemi di posa c’è BOX SICURO di PILOSIO un blindaggio leggero indicato per lavori in trincea con terreni di buona consistenza che garantisce la massima sicurezza nei lavori in trincea fino a un massimo di 320 cm di profondità.
 

Un altro esempio è offerto dal Sistema GD 600 di CONDOR, un sistema di blindaggio a guida doppia autoaffondante per la protezione di scavi e canalizzazioni fino a 6,00 m di profondità e 5,00 m di larghezza.
 

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Puntelli

La protezione dello scavo a cielo aperto, in presenza di pareti verticali, deve essere effettuata con sistemi di armatura e di puntellazione con elementi di sostegno realizzati in legno o in acciaio.
 
Tra i puntelli in acciaio c’è PERI SB utilizzabili fino ad un'altezza di 8,75 m e adatti anche alla realizzazione di pareti in calcestruzzo.
 

Un altro esempio è il Sistema di Puntellazione Doka un sistema universale per altezze sino a 12,8 m.
 

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PERI
Faresin Building
Condor