Ing. Martin Kottek PROGETTO PILOTA FIRESTORM TECNOLOGIE DI SPARGIMENTO ALTERNATIVE PER LE AUTOSTRADE AUSTRIACHE

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1 Ing. Martin Kottek PROGETTO PILOTA FIRESTORM TECNOLOGIE DI SPARGIMENTO ALTERNATIVE PER LE AUTOSTRADE AUSTRIACHE Meeting AGRISTRADE VIENNA 30 Novembre 2012

2 Progetto pilota Firestorm Tecnologie di spargimento alternative per le autostrade austriache. Asfinag è responsabile in Austria per la costruzione, l esercizio, il pedaggio e la manutenzione della principale rete stradale. Secondo il nostro principio affidabilità su tutte le strade siamo costantemente impegnati a garantire elevati standard di viabilità per i nostri clienti. Accanto alle sfide pianificabili con esattezza come la costruzione di una nuova autostrada, la programmata manutenzione di una tratta o il pedaggio, poniamo particolare attenzione agli eventi non pianificabili quali ad esempio una particolare sfida rappresentata dal mantenimento della fruibilità stradale. Fra questi annoveriamo la viabilità invernale, poiché non abbiamo nessun potere per influire sugli eventi meteorologici e dobbiamo ciò nonostante reagire con flessibilità. Asfinag pertanto si sforza di ricercare nuove o a noi sconosciute tecnologie e valutare l applicabilità delle stesse per i propri scopi. La A21 è un tratto autostradale di 28 km di lunghezza i cui concetti progettuali risalgono all epoca della seconda guerra mondiale. Si era allora dell avviso che una metropoli come Vienna necessitasse di una via di accesso bella ed interessante dal punto di vista paesaggistico. A ciò si prestava l itinerario che taglia trasversalmente la foresta viennese, che doveva aprire in maniera grandiosa, dopo l ultimo tratto in salita sul Gießhübel, la vista sulla città situata 200 metri più a valle. La costruzione della tratta iniziò solamente anni dopo l idea originaria, con insignificanti discostamenti da essa. L ultimazione dell autostrada e la sua ininterrotta percorribilità, avvenne nel Dopo l ultimazione dell autostrada A21 si è potuto velocemente constatare che il tracciato ricco di curve e non ultimo per le numerose salite, con pendenze come sulla A13 Brennerautobahn (fino al 5,2%), rappresentava una sfida particolare sia per gli automobilisti come pure per il servizio di viabilità invernale. Per questo è sembrato ovvio impiegare il Firestorm su questa tratta alquanto impegnativa. tratti in pendenza dell autostrada A21 2

3 Il Firestorm ha risvegliato in noi un grande interesse, poiché questa tipologia di trattamento della strada in inverno, fino ad oggi non era ancora stata utilizzata in Austria. Abbiamo pertanto deciso di noleggiare questo macchinario, testarlo e verificare unitamente alla università tecnica di Vienna (UT Vienna) il suo possibile impiego in Austria. Come tracciato, per i test di prova, la citata A21. Le esperienze che abbiamo pertanto effettuato la scorsa stagione invernale, sono state unite alle conclusioni della ricerca della UT Vienna e raggruppate in una relazione. Questa riporta i risultati relativi alla verifica del sistema Firestorm in relazione ai dati emersi dai progetti di ricerca precedentemente eseguiti, quali ottimizzazione della distribuzione di sale umidificato e Safecote 1 e aderenza. I risultati comprendono le cognizioni derivate dall uso pratico del Firestorm, le differenze emerse in termini di aderenza, l apporto di calore, lo scioglimento degli strati nevosi e il potere fondente. Inoltre sono state studiate accuratamente le dispersioni della soluzione salina all atto dello spargimento, confrontate con quelle del sale umidificato e sono stati valutati, dal punto di vista economico, i possibili campi di impiego del Firestorm. Una valutazione complessiva definitiva, a causa della molteplicità dei fattori di influenza e di possibili scenari di viabilità invernale, non è ancora possibile dopo una sola stagione invernale. Sulla base delle verifiche eseguite si possono però riassumere le seguenti conclusioni. Compiti e obiettivi. Con precedenti progetti di ricerca realizzati dalla UT Vienna assieme ad ASFINAG, è stato valutato l impiego di diverse soluzioni saline comparato a quello del sale umidificato, in considerazione delle ripercussioni sull aderenza e sull effetto fondente ma anche sull ecologia ed effetti sull ambiente. Un dato essenziale emerso dai progetti di ricerca, era la limitata efficacia dei fondenti salini alle basse temperature. A causa dei crescenti livelli di aspettativa riguardo alla manutenzione invernale sulla rete autostradale e a scorrimento veloce in Austria (cfr. linee guida RVS ), ASFINAG si premura di impiegare gli ultimi ritrovati tecnici. Per fare ciò è necessario analizzare le nuove tecnologie sotto l aspetto del loro potenziale teorico e pratico e di valutare la redditività di un loro possibile impiego. Firestorm pronto all uso ripreso con telecamera termica. 1 Miscela di soluzione di CaCl 2 e melassa 3

4 La liquoerogatrice automatica Firestorm rappresenta una di queste tecnologie con notevole potenziale. Rispetto agli spargitori tradizionali per la distribuzione a freddo di sale umidificato attraverso un piatto rotante di spargimento, il sistema Firestorm presenta una barra erogatrice che permette l aspersione ad alta pressione su strada di una soluzione calda di cloruro di calcio alla concentrazione di circa il 30% ed alla temperatura di circa 60 C. Il riscaldamento della soluzione è conseguent e alla reazione chimica prodotta con la dissoluzione in acqua del cloruro di calcio, in pellet o granulare, che avviene all interno della cisterna. Un prototipo di questo macchinario è stato noleggiato da ASFINAG a partire dall autunno 2011 per l esecuzione dei test e posizionato presso il centro di manutenzione autostradale di Alland. La A21 è stata scelta volutamente per le sue già citate peculiarità. I compiti della UT Vienna - Istituto per le Scienze dei Trasporti, risiedevano nell esaminare il potenziale del sistema Firestorm e di valutarlo sulla base dei risultati dei progetti di ricerca già disponibili. L obiettivo consisteva nel confrontare l impiego del tradizionale metodo di distribuzione di sale umidificato FS30, ovvero di NaCl secco umidificato con 30% di soluzione salina, con lo spargimento di soluzione pura, ovvero soluzione calda di CaCl 2. In particolare si doveva valutare l azione fondente della soluzione calda di CaCl 2 e la dispersione di fondente nel caso di utilizzo, appunto, della soluzione pura. Inoltre erano da individuare, sulla scorta di estese misurazioni, le variazioni di aderenza sul piano viabile a seguito di aspersione di maggiori quantità di soluzione salina come pure possibili miglioramenti della rimozione meccanica grazie all effetto taglio portato dalla distribuzione ad alta pressione della soluzione. Il Firestorm nell utilizzo pratico Impiego flessibile e scarramento L attuale fissaggio del Firestorm richiede tempo per il suo montaggio-smontaggio; al momento è necessario circa un giorno di lavoro di più persone, durante il quale il relativo automezzo rimane fermo. Un possibile miglioramento potrebbe essere il montaggio del Firestorm su telaio standard traslabile, come avviene con i tradizionali spargitori. Esso può essere carrato agevolmente senza bisogno di personale aggiuntivo, con il sistema di trazione con gancio. Montaggio semplice degli spargitori con gancio di trazione. 4

5 La durata dell installazione sul mezzo si ridurrebbe così a pochi minuti. La possibilità di disporre di questa variante è stata discussa con Agristrade. Sono allo studio infatti le proposte per la relativa soluzione. Carico dei fondenti. All atto del caricamento, il Firestorm deve essere riempito con la necessaria quantità di acqua (circa 7 mc) ed in seguito viene caricato il cloruro di calcio granulare attraverso un oblò posto nella parte superiore della cisterna. Allo scopo vengono utilizzati Big Bags della capacità di kg cadauno. Per il caricamento completo del Firestorm con serbatoio da 9 mc, sono necessari 3 Big Bags. Le polveri di CaCl 2 prodotte, potrebbero irritare pelle e mucose. Grazie ad un sistema di caricamento chiuso o altri accorgimenti si possono agevolmente evitare questi effetti. Per le nostre prove, si è volutamente rinunciato all allestimento di un sistema di carico adeguato allo scopo, non ultimo per non incorrere in costi aggiuntivi inutili, dotando al contempo il personale addetto con gli idonei dispositivi di protezione. Affidabilità e disponibilità durante l utilizzo. Durante le prove, si sono verificate inizialmente anomalie che ritardavano la messa in funzione del Firestorm. Essenzialmente ciò è da ricondurre a due componenti responsabili per tali anomalie. Un sensore difettoso per la misurazione del contenuto nella cisterna, che causava segnalazioni inesatte relativamente a cisterna vuota o soluzione non eseguita e di conseguenza comportava l interruzione dello spargimento. Esso era soggetto a falsi contatti o non era stato fissato correttamente al serbatoio e pertanto provocava occasionalmente interruzioni durante l uso. Inoltre il sensore è posizionato nella parte inferiore centrale del serbatoio, non agevolmente raggiungibile e pertanto il dispendio per controlli e riparazioni risulta maggiore. La seconda causa di interruzioni impreviste risiedeva nel motore esterno del Firestorm che presentava problemi di avviamento a freddo e che si spegneva occasionalmente prima di arrivare a temperatura. Un avviamento attraverso il comando in cabina non veniva più concesso a causa del sovraccarico delle protezioni. L unica possibilità di messa in funzione era pertanto l avviamento manuale nella parte posteriore dell automezzo, che comportava tuttavia solamente insignificanti ritardi nell impiego. Una possibilità per evitare questo punto debole, potrebbe essere l utilizzo del sistema idraulico dell automezzo, come avviene per gli spargitori attualmente impiegati, per azionare la pompa idraulicamente. Il costo per il conseguente adattamento del Firestorm, come pure per l impiego di questa soluzione tecnica sulle prossime macchine è in fase e di studio presso Agristrade. Bisogna sottolineare peraltro che il Firestorm è dotato di un sistema di tele assistenza. I tecnici della ditta produttrice si possono collegare da remoto al sistema di comando ed identificare immediatamente i disturbi. Per le anomalie di funzionamento riscontrate si è pertanto sempre potuto disporre, nonostante la grande distanza dalla casa produttrice, dell assistenza tecnica qualificata in tempo reale per la rimozione istantanea delle stesse. Produzione di vapore. Con l impiego del Firestorm si forma regolarmente ed in particolare a basse temperature e con le grammature più alte, vapore acqueo che può portare ad una localizzata riduzione 5

6 della visibilità. Mentre l automezzo, grazie alla sua mole, verniciatura e luci di segnalazione, rimane sempre visibile, la lama applicata lateralmente non è praticamente riconoscibile dagli automezzi che seguono. La lama laterale è in dotazione sulle autostrade austriache nella maggioranza delle regioni, in modo da rendere possibile, con il servizio combinato di rimozione-spargimento del sale, una sufficiente larghezza di lavoro e copertura. Gli ugelli laterali per la distribuzione, rispettivamente a destra e sinistra del mezzo, sono stati individuati quale causa principale della produzione di vapore acqueo. Formazione di vapore acqueo Con l impiego degli ugelli posti nella parte centrale posteriore della cisterna spargitrice, la formazione di vapore è notevolmente inferiore e localizzata nella zona prossima al mezzo e la visibilità della lama laterale è considerevolmente migliorata. L erogazione della soluzione calda attraverso le lance laterali comporta generalmente un effetto minore, poiché la pressione elevata viene a mancare. In caso di distribuzione preventiva di soluzione fredda attraverso le lance laterali, non si ha invece alcuna formazione di vapore o si verifica in forma ridottissima. L impiego della lama laterale e delle lance erogatrici laterali di cui è dotato attualmente il Firestorm è da consigliare, per motivi di sicurezza, solamente per la corsia d emergenza. Analisi del Firestorm Misurazione dell aderenza. Non sono state registrate differenze rilevanti in merito all aderenza, confrontando, con test di spargimento su strada comparabili, la tradizionale distribuzione di sale umidificato FS30 con soluzione di CaCl 2 erogata dal Firestorm. Entrambi i metodi producevano dopo lo spargimento una insignificante riduzione dell attrito, che dopo breve tempo ritornava ai livelli abituali. Questa insignificante e temporalmente limitata riduzione dell aderenza, conseguente alla distribuzione dei fondenti salini, è sostanzialmente nota è deve essere messa in conto per poter ottenere di contro una sede stradale con una più elevata e duratura aderenza a seguito dell azione fondente dei cloruri. 6

7 I test di confronto fra lo spargimento tradizionale di sale umidificato FS30 e la distribuzione di soluzione di Cacl 2 con il Firestorm, eseguiti su un piazzale autostradale preparato con neve pressata e successivamente passato con lama, mostrano già otticamente un ottima azione penetrante della soluzione erogata ad alta pressione con Firestorm in confronto alla tradizionale erogazione con piatto spargitore rotante. Sul tratto di prova si è così potuto attestare il conseguente maggiore aumento dell aderenza rispetto a quello ottenuto con i mezzi di distribuzione tradizionali (erogazione con piatto spargitore rotante). Complessivamente l aderenza su strada innevata, si muove secondo le aspettative in entrambi i casi su standard più bassi. Potere fondente L energia termica disponibile e la conseguente azione fondente ottenuta con la soluzione prodotta dal Firestorm, viene utilizzata nei primi 5 minuti del processo di fusione. La quantità di ghiaccio sciolta durante questi primi minuti, con la soluzione calda rispetto a qualsiasi soluzione fredda di pari concentrazione è notevolmente superiore. Azione fondente dietro al Firestorm Azione fondente dopo 5 minuti di attesa In relazione alle esigue quantità di soluzione distribuite non si verifica alcuna variazione della temperatura circostante e pertanto dopo tempi molto più lunghi le quantità di ghiaccio sciolte con soluzione calda e fredda tendono ad equipararsi. Dal punto di vista pratico è tuttavia di grande rilevanza, che solamente nel primo periodo prossimo alla distribuzione, la prevalente quantità di sale è presente sulla carreggiata stradale e subito dopo pochi passaggi di veicoli stimato in un lasso di tempo di circa 10 minuti, a causa dell allontanamento prodotto meccanicamente dal traffico, rimane fruibile solamente una quantità residua di fondente di circa il 40%. Riscaldamento della carreggiata stradale. Con misurazioni sulla carreggiata stradale si è potuto verificare un incremento, limitato nel tempo, della temperatura fino a di 15 C. Su carregg iata ricoperta di neve le variazioni di temperature si sono dimostrate trascurabili, poiché il calore è stato immediatamente usufruito per lo scioglimento della neve e/o ghiaccio. Questo corrisponde con i risultati delle prove di laboratorio relative al potere fondente. L impiego di soluzione calda è pertanto vantaggioso in ogni caso con strada innevata, mentre per i trattamenti preventivi il 7

8 vantaggio della maggior efficacia dovuta al calore della soluzione, viene vanificato in breve tempo. Distribuzione di soluzione calda di CaCl 2 (termocamera) Riscaldamento della superficie stradale Misurazione delle quantità residue di sale Le quantità di sale rimosse da carreggiate asciutte o umide sono notevolmente inferiori, soprattutto nel periodo iniziale, in caso di distribuzione di soluzione salina rispetto alla tradizionale erogazione di sale umidificato. Con la distribuzione del sale umidificato si verifica un allontanamento del sale stesso dalla carreggiata, già al passaggio dei primi veicoli, nonostante l apporto di liquido alla parte granulare secca. Questo effetto non è stato riscontrato con l aspersione di soluzione salina. Con strada bagnata, sia il fondente contenuto nella soluzione come pure il sale umidificato, scorrono rapidamente al di fuori della carreggiata stradale per l effetto delle precipitazioni. Dopo circa passaggi veicolari la differenza della quantità residue di sale per entrambe le metodologie di distribuzione (soluzione o sale umidificato) sono scese a livelli che, basati sulle rilevazioni attuali, non rivestono più alcuna rilevanza pratica. All atto pratico, per gli interventi preventivi nelle ore mattutine, a causa della minor dispersione di fondente e del traffico esiguo ed in caso di pericolo di gelate, potrebbe essere più indicata la distribuzione di soluzione salina rispetto al sale umidificato FS30. Dato però che i vantaggi legati alla temperatura della soluzione calda vengono persi in caso di trattamento preventivo e non hanno pertanto alcun ruolo, la distribuzione preventiva con soluzione di CaCl 2, anche a causa degli attuali costi maggiori, non è fondata. Per impiegare in maniera tecnicamente ed economicamente efficiente il sistema Firestorm sono necessarie una serie di situazioni meteorologiche e condizioni stradali. Siccome il numero di giorni in cui si presentano situazioni di strada innevata, in occasione dei quali il Firestorm evidenzia vantaggi, è limitato, si sta pensando ad una metodologia di prova con l impiego del Firestorm per la distribuzione di soluzioni di NaCl, unitamente alla misurazione delle quantità residue su strada, per valutare i relativi vantaggi e possibilità di impiego a costi ridotti. Costi benefici I costi legati alla distribuzione di soluzione calda di CaCl 2 sono superiori ai costi relativi alla tradizionale distribuzione di sale umidificato FS30, ma evidenziano di contro, anche con 8

9 neve e ghiaccio sul piano stradale, una migliore azione fondente e un accelerato processo di rottura del manto nevoso sotto azione del traffico, immediatamente dopo lo spargimento. Dal punto di vista tecnico l impiego del Firestorm evidenzia in queste situazioni di emergenza notevoli vantaggi. I maggiori costi, derivanti in questi casi dal maggior costo del prodotto fondente, sono comparativamente esigui. Una acquisizione del Firestorm solamente sotto questi punti di vista è tuttavia limitatamente economico. L impiego del Firestorm per i trattamenti preventivi con soluzione di CaCl 2 è in linea di massima anti-economico, poiché la soluzione calda, a causa del suo rapido raffreddamento non usufruisce di questo rilevante vantaggio e il CaCl 2 costa il triplo rispetto al NaCl. Tuttavia la distribuzione di soluzione salina ha dimostrato vantaggi per quanto concerne le quantità residue di sale su strada. Sulla base degli esempi riportati è emerso che l impiego di soluzioni di NaCl per trattamenti preventivi è vantaggioso, se la soluzione viene approntata autonomamente presso il centro di manutenzione. Esperienze pratiche con la distribuzione di soluzione non sono attualmente disponibili in Austria ed sono allo studio pertanto come passo successivo, una serie di relative prove con misurazioni delle quantità residue, sia con il Firestorm ed eventualmente anche con un cisterna tradizionale. Un grande risparmio potenziale, secondo gli attuali prezzi del CaCl 2 granulare e della soluzione salina preconfezionata, viene offerta dalla possibilità di preparare autonomamente la soluzione di CaCl 2 con il Firestorm o con una stazione di produzione fissa rispetto all acquisizione sul mercato di soluzione tal quale. E alla verifica di ASFINAG se le esistenti infrastrutture invernali si prestano a ciò e quali sono i costi per attrezzarsi allo scopo. Conclusione Riassumendo il Firestorm evidenzia vantaggi grazie alla possibilità di preparare la soluzione direttamente sul mezzo come pure per la penetrazione e la più veloce azione fondente della soluzione calda, in particolare con carreggiata ricoperta da strato di neve pressato dagli autoveicoli. Gli svantaggi peraltro insignificanti, sono dovuti a piccoli difetti tecnici di gioventù che hanno portato a piccole mancanze operative e di sicurezza nell uso del mezzo, che sono comunque da rimuovere prima di una possibile acquisizione della macchina da parte nostra. Dal punto di vista economico, l impiego di soluzione di CaCl 2 è rappresentabile solamente in situazioni invernali estreme. I vantaggi relativi alla distribuzione di soluzione per i trattamenti preventivi e contro i fenomeni gelivi, grazie alla minore rimozione del sale dalla strada, si evidenziano economicamente in maniera più evidente con l impiego di soluzione di NaCl. Ottimale sarebbe pertanto un mezzo economico, agevole da scarrare, munito di sistema di dissoluzione e distribuzione della soluzione di NaCl per i trattamenti preventivi ed in caso di strada con neve compressa ed a basse temperature per la distribuzione della soluzione calda di CaCl 2. La possibilità di produrre anche soluzioni di cloruro di sodio con il Firestorm è già stata confermata da Agristrade. In questo caso è consigliabile l uso di sale fino che è completamente solubile in acqua. Le relative prove sono pertanto allo studio. Firestorm è in tutto e per tutto, nelle situazioni testate finora, un eccellente mezzo di emergenza per situazioni meteorologiche avverse e situazioni estreme in zone esposte. 9