suolo suolo & sottosuolo & I.CO.P. Spa sceglie Bauer Un cantiere ad alta tecnologia Alberto Dalle Coste* Luca Grillo** Massimiliano Bringiotti*** I.CO.P. Spa opera da oltre trent anni nel settore delle costruzioni stradali, delle fondazioni L impresa e delle opere speciali. Oggi l azienda, direttamente o tramite le imprese appartenenti al Gruppo I.CO.P. Spa, è in grado di fornire una serie completa di lavori specialistici in molteplici settori: ponti, viadotti, sottopassi, esecuzione di pali, diaframmi, micropali, tiranti, colonne consolidate, lavori marittimi, in qualsiasi tipo di terreno e struttura. In generale, dunque, la società di Basiliano (UD) offre una vasta gamma di tecniche e tecnologie all avanguardia per operare efficacemente nel campo delle opere specialistiche. Nello specifico, in questa sede, descriveremo i lavori di sistemazione dell incrocio semaforico tra la strada statale 13 (tangenziale ovest di Udine) e la strada provinciale 89 in località Basaldella, avviati ad agosto 2010. Detta opera prevede la realizzazione di un sottopasso lungo la direzione nord sud della tangenziale, proprio in corrispondenza dell incrocio semaforico esistente, fonte di notevoli e quotidiani rallentamenti ed ingorghi. L elevato traffico veicolare, particolarmente intenso nelle prime ore del mattino e della serata, è complicato dalle molteplici manovre di svolta consentite L esecuzione di paratie di pali secanti con una perforatrice Bauer RTG RG 25S si è dimostrata una scelta vincente per qualità esecutiva e produttività * Ing., Bauer Macchine Italia Srl ** Ing., I.Co.P. Spa *** Ing., GeoTunnel Srl quarry & construction 63
Planimetria intervento in corrispondenza dell incrocio semaforico oggetto d intervento. La soluzione proposta prevede la realizzazione di un sottopasso lungo la direzione nord sud della tangenziale e delle conseguenti modifiche della viabilità circostante. Al fine di permettere la realizzazione dell opera riducendo al minimo l impatto sul traffico veicolare si è previsto di eseguire lo scavo del sottopasso in due tappe: corsia est e completamento in opera della relativa porzione di impalcato sovrastante e corsia ovest, a seguito dell apertura al traffico del già realizzato tratto est. Caratteristiche dell intervento Per sostenere il terreno posto in adiacenza al sottopasso ed alle rampe di accesso ed uscita, di lunghezza pari ad oltre 300 metri, si è prevista la realizzazione di due file parallele di pali trivellati di diametro 880 mm e profondità variabili da 4,5 a 15,5 metri. Seguendo la direttrice nord sud, il lato est è composto da circa 400 pali secanti di interasse 80 cm, mentre il lato ovest del sottopasso è costituito da 330 pali accostati, interasse 1 metro, sempre 880 mm di diametro. I pali accostati sono da intendersi provvisori ; svolgono la loro funzione di sostegno temporaneo della prima metà dell impalcato e dell adiacente corsia ovest della tangenziale. Completata la prima parte del sottopasso e terminata la funzione di momentaneo contenimento ed appoggio dell impalcato, essi verranno demoliti, al fine di consentire il completamento dell opera e l apertura della seconda metà della carreggiata. Prospetti armatura pali da 16 m - apertura e chiusura interlock Sovrapposizione Schema pali 2 D 2 1 2 1 chord Corda Paratia di pali secanti 1 = Primari Primary (femmine) (female) piles 2 = Secondari Secondary (maschi) (male) piles D = Diametro Pile diameter Interasse centres 64 quarry & construction
suolo & sottosuolo Per garantire un adeguata ripartizione dei carichi e delle spinte delle terre la sommità dei pali è stata adeguatamente ammorsata entro una trave in C.A. che svolge pure la funzione di appoggio dell impalcato. I pali secanti I pali secanti sono utilizzati per la costruzione di diaframmi o più in generale per la formazione di strutture di sostegno e consistono in una serie di pali di grande diametro eseguiti con svariate metodologie il cui interasse è minore del diametro. Tutte le metodologie di costruzione dei pali secanti prevedono l esecuzione di una serie di pali primari o femmine e la chiusura della struttura tramite l esecuzione dei pali secondari o maschi. Vantaggi dei pali secanti I vantaggi dell applicazione dei pali secanti sono i seguenti: possono essere costruiti su tutti i tipi di terreno; il loro utilizzo risulta particolarmente interessante nei terreni più duri o dove è difficile sorreggere lo scavo come ad esempio i terreni di riempimento o riporto di scarsa qualità o sciolti oppure in presenza di trovanti o di formazioni particolarmente dure; i pali secondari di chiusura sono eseguiti quando i primari hanno raggiunto una certa consistenza, quindi in grado di evitare cedimenti nel caso in cui ci si trovi nelle vicinanze di edifici esistenti. L utilizzo di tubi di rivestimento (necessari nell esecuzione dei pali secanti) riduce al minimo il rischio di cedimenti anche durante l esecuzione dei pali primari; l assenza di fanghi di perforazione permette di annullare tutti i rischi ad essi connessi, come la perdita dei fanghi stessi, la necessità di provvedere ad impianti di miscelazione e dissabbiamento, il problema dell inquinamento, la palabilità del materiale scavato, nonché la trasportabilità dello stesso; la perforazione riduce notevolmente le vibrazioni rispetto all infissione di palancole e all uso di benne kelly o sospese Dime per la costruzione dei muretti guida Muretti guida a Basaldella per diaframmi, spesso utilizzate in accoppiamento con argani a caduta libera per poter scalpellare rilasciando la benna; i pali secanti possono essere eseguiti inclinati rispetto alla verticale, permettendo flessibilità progettuale e consentendo di scostarsi da strutture o sottopassaggi; l uso dei tubi di rivestimento, di inerzia strutturale, consente di eseguire pali perfettamente allineati con scostamenti trascurabili dalla verticale; in aree urbane o più in generale dove i cantieri sono ristretti possono essere utilizzate macchine compatte in grado di scavare a ridosso di altre costruzioni; il fabbisogno di calcestruzzo non si scosta molto dal valore teorico calcolato (circa 3-4% in più), non si verificano sbulbature ed il getto è protetto dal rivestimento. Esecuzione dei pali secanti L esecuzione dei pali secanti si svolge nei seguenti passaggi. 1.Preparazione del terreno Il terreno su cui si esegue questa lavorazione non deve avere inclinazioni superiori ai 3 ed è necessario stabilizzare il terreno adeguatamente, considerando gli enormi sforzi di tiro e pesi operativi delle macchine. 2. Costruzione dei muretti guida I muretti guida sono costruiti per garantire l allineamento dei pali, identificare con precisione l asse di perforazione ed agevolare il mantenimento della verticalità. Nel cantiere di Basaldella sono state costruite dime mobili per il getto dei muretti guida. La struttura a binario permette di variare il diametro e l interasse. Nel caso di Basaldella il diametro è stato fissato a 880 mm e l interasse a 800 mm. 3. Esecuzione dei pali primari I pali primari possono essere eseguiti anche con tecniche tradizionali come il CFA (Continuos Flight Auger) o come pali trivellati non rivestiti. Nonostante ciò, tendenzialmente nei cantieri di pali secanti si usa eseguire i pali primari con la stessa tecnica con cui si eseguono i secondari (con rivestimento), per mantenere maggior verticalità e per evitare l adozione di attrezzature diverse. 4. Esecuzione dei pali secondari Ogni palo secondario è eseguito tra due pali primari dopo un certo periodo di maturazione del calcestruzzo, dipendente dalla sua composizione e dalla temperatura. La resistenza del calcestruzzo deve essere sufficientemente alta da evitare quarry & construction 65
Scarpa per rivestimento rotture del primario e contemporaneamente così bassa da permettere il taglio dei due pali primari. Il taglio dei primari è eseguito tramite l uso delle scarpe per rivestimenti. Le scarpe, oltre che essere aggressive e montare buoni inserti di taglio, devono fornire un sovrataglio che riduca per quanto possibile l attrito con i due pali primari contigui. Nell esecuzione di pali secanti è consentito armare sia i primari che i secondari. In questo caso è necessario prevedere delle gabbie a sezione rettangolare per i primari, mentre i secondari possono es- Pianta pali - dettaglio Stratigrafia sere armati con tradizionali gabbie circolari. L utilizzo delle gabbie rettangolari nei pali primari in ogni caso è rischioso; durante l operazione di estrazione degli utensili è possibile che la gabbia ruoti su se stessa, posizionandosi sulla parte del palo che sarà secata dal secondario. In questo caso è inevitabile il taglio dell armatura del primario. Per abbassare questo rischio si adottano dei distanziatori che, seppur non impedento la rotazione, quantomeno guidano la gabbia in fase di infissione. Caratteristiche geotecniche del terreno L aspetto più delicato dell esecuzione della palificata è stato certamente quello legato alla natura dei terreni interessati dall intervento ed al loro attraversamento. Il terreno si presenta macroscopicamente omogeneo, prevalentemente costituito da ghiaie in matrice sabbiosa, ed in assenza di falda. Nella realtà l ammasso ghiaioso comprende alternanze di strati conglomerati e materiale incoerente, con Pianta pali - apertura Pianta pali - chiusura 66 quarry & construction
presenza massiccia di trovanti di dimensioni medie compresa tra 20 e 35 cm, in taluni casi comunque fino ad oltre 60 cm. Da un punto di vista geologico ghiaie e trovanti sono costituiti da calcari e dolomie di origine morenica con resistenze comprese tra 80 e 100 MPa. Modalità d intervento A fronte della particolare natura dei terreni interessati dall intervento e della necessità di operare in maniera efficiente, con rese elevate ed in sicurezza, vista la vicinanza con il tratto attivo al traffico della tangenziale ovest di Udine, si è indirizzata la scelta verso l esecuzione di pali trivellati DN 880 mm ad elica continua rivestita. La tecnica, di recente sviluppo, unisce i vantaggi della velocità di perforazione tipica dei pali CFA (Continuous Flight Auger) con la sicurezza, stabilità di scavo e possibilità di esecuzione di pali secanti, tipica delle perforazioni rivestite. Il tutto, abbinato ad un attenta scelta della punta di scavo (punta da roccia dura, non progressiva), al fine di ottenere un utensile con elevata capacità perforante in grado di attraversare i trovanti, anche di DOSAGGIO DEI COMPONENTI PER CALCESTRUZZI A PRESTAZIONE GARANTITA (UNI 11104 UNI EN 206-1) CLASSE DI RESISTENZA 30 CLASSE DI CONSISTENZA SCC CLASSE DI ESPOSIZIONE CODICE MIX-DESIGN DENOMINAZIONE AGGREGATI XC2 30SCC2 COMPOSIZIONE DELLA MISCELA curva Sabbia 0/5 70 [%] 1210 [Kg/m 3 ] Ghiaietto 5/12 30 [%] 520 [Kg/m 3 ] -- [%] [Kg/m 3 ] -- [%] [Kg/m 3 ] -- [%] [Kg/m 3 ] -- [%] [Kg/m 3 ] Dosaggio totale aggregato 1730 [Kg/m 3 ] Dosaggio cemento 32,5R II/A-LL Cementizillo suolo & sottosuolo 320 [Kg/m 3 ] Dosaggio additivo Glen 26 SCC 5,0 [l/m 3 ] Dosaggio additivo Glen Stream 2,00 [l/m 3 ] Aggiunte PFA 210 [Kg] Acqua (efficace) 190 [l/m 3 ] Rapporto A/(C+KxPFA) 0,56 - Aria inglobata -- 10 Lt/m 3 Consistenza (slump flow) 720 [mm] Massa volumica UNI EN 12350-6 2455 [Kg/m 3 ] K = coefficiente di attività delle PFA con cem. di classe 32,5R = 0,2 in conformità alla norma UNI EN 206-1 e UNI 11104 Quantità di PFA considerata per il calcolo di A/C = 100 Kg in accordo alla UNI EN 206-1. notevoli dimensioni, in tutta sicurezza. La sonda perforatrice, tipo Bauer RTG 25S ha consentito l esecuzione di tutti pali accostati posti a ridosso della recinzione che separa il cantiere dalla viabilità limitrofa (metodo front of wall ), nonostante il fluire continuo del traffico veicolare. La perforatrice, grazie al dispositivo a secchioni telescopici di scarico del materiale, è infatti in grado di convogliare il terreno scavato direttamente all esterno, ed al piede della sonda stessa, senza il rischio di fuoriuscite o cadute dall alto dei detriti. Nella prima parte della trivellazione, fino a circa 8 metri di profondità dal piano dei cingoli, il terreno si raccoglie nell intercapedine tra l elica e le camicie di rivestimento e solo oltre questo tratto comincia a tracimare dalla sommità entro i convogliatori telescopici fino al piede della trivella. Giunti a fondo scavo la successiva fase di risalita si caratterizza per il getto del calcestruzzo ed il riempimento del cavo. La gestione della risalita avviene in maniera automatica grazie alla presenza di sensori di pressione e volumetrici: tali dispositivi valutano in tempo reale che il flusso del calcestruzzo dalla pompa entro l asta cava di rotazione dell elica si mantenga maggiore od uguale a quello necessario e sufficiente a riempire completamente il palo, rallentando od accelerando la risalita dell elica e del rivestimento in funzione delle condizioni geotecniche dei terreni attraversati (vuoti, terreni compressibili, elevata permeabilità, ecc.). quarry & construction 67
Particolarmente importante è stata la scelta del calcestruzzo da impiegare: oltre all estrema fluidità, necessaria al pompaggio entro le tubazioni d adduzione e, soprattutto, attraverso l elica, il conglomerato cementizio deve garantire la possibilità di un veloce e continuo inserimento della gabbia d armatura al termine della fase di getto del palo, evitando il più possibile l impiego di vibratori, che prolungherebbero inutilmente la fase realizzativa della palificata. Il calcestruzzo ideale per pali CFA rivestiti è sicuramente quello noto come SCC (Self Compacting Concrete) calcestruzzo autolivellante, confezionato con inerti di granulometria non superiore a 12 mm e privo, sostanzialmente, di slump. L estrema fluidità ed il ridotto attrito tra l inerte e la gabbia d armatura hanno permesso nella quasi totalità dei casi l inserimento delle gabbie nel getto fresco di calcestruzzo fino alla quota di 16,5 metri, senza impiego di vibratori e per solo peso proprio. Le elevate prestazioni dell attrezzatura, nonostante la presenza di trovanti rocciosi, hanno consentito di ottenere produzioni medie di circa 120 metri per giorno lavorativo con picco di 285 metri. Paratia eseguita con CFA e con doppia testa Macchine e tecniche per l esecuzione dei pali secanti Le perforatrici tradizionali L esecuzione dei pali secanti può essere eseguita con l uso di macchine perforatrici tradizionali per pali di grande diametro rivestiti, eseguiti con asta kelly ad incastro. In questo caso la procedura di esecuzione del palo è tradizionale. Questa tecnica, per quanto precisa ed affidabile che sia, risulta lenta e costosa. Offre il vantaggio di poter eseguire pali secanti fino a profondità notevoli (40-50 m) ma nel caso in cui le profondità siano ridotte (fino a circa 22-23 m) è preferibile utilizzare tecniche diverse, derivate dal CFA. Perforatrici per l esecuzione di CCFA (Cased Continuous Flight Auger) o perforatrici doppia testa La tecnica di perforazione CFA è ormai nota universalmente. Il suo utilizzo, spinto principalmente dal basso costo di esecuzione, spesso è adottato in condizioni poco idonee, in presenza di terreni troppo sciolti o troppo resistenti o dove si devono raggiungere degli standard di qualità che il CFA non potrà mai garantire. Anche nella costruzione di pali secanti si è abusato della tecnica CFA, con risultati totalmente insoddisfacenti, dovuti principalmente all assenza di un tubo camicia di rivestimento. La foto in alto rappresenta chiaramente il risultato a cui si giunge con la pretesa di utilizzare il CFA per eseguire pali secanti ed i risultati raggiunti utilizzando nello stesso cantiere un sistema doppia testa. I problemi del CFA non rivestito non si presentano però solo nell esecuzione dei pali secanti. Nonostante i progressi nel controllo del getto, la tecnologia CFA spesso mostra (quando si possono mettere alla luce i pali eseguiti) i suoi limiti. Adottando delle tecniche derivate dal CFA, ma con l utilizzo del tubo camicia di rivestimento, è possibile eseguire pali secanti in modo decisamente più conveniente e con qualità eccellente. Il principio di funzionamento delle macchine a doppia testa si basa sulla rotazione inversa tra l elica continua all interno (in senso orario) ed il rivesti- 1 2 3 4 5 6 7 8 Perforazione rivestita tradizionale 1: Posizionamento del primo tubo di rivestimento 2: Rotoinfissione del primo tubo di rivestimento 3: Scavo all interno del tubo 4: Installazione dei successivi tubi di rivestimento 5: Perforazione fino alla profondità finale 6: Installazione della gabbia di rinforzo 7: Fase di getto 8: Estrazione dei tubi di rivestimento 68 quarry & construction
suolo & sottosuolo Ulteriori problemi del CFA: taglio del palo dovuto ad un errato pompaggio del calcestruzzo nella fase di getto sbulbatura dovuta ad un scavernamento nella fase di estrazione dell elica moltiplicatore di coppia collegato alla rotary ed in grado di trasmettere il moto rotazionale, invertendone il senso e dimezzandone la velocità (raddoppiando la coppia). Questa tecnologia ha permesso di eseguire lavori in doppia testa anche ad imprese non disposte a modificare a fondo mento esterno (in senso antiorario). Questo movimento relativo favorisce la risalita del materiale scavato lungo l elica, fino ad essere scaricato lateralmente in corrispondenza delle rotary. Le macchine per CCFA o macchine a doppia testa si possono dividere in: macchine perforatrici con due rotary separate; macchine ad una rotary con moltiplicatore di coppia BTM; macchine a doppia testa di tipo FoW (Front of Wall). Analizziamo i tre tipi di applicazioni focalizzando poi l attenzione sulla macchina utilizzata nel cantiere di Basaldella. Perforazione doppia testa I sistemi a due rotary separate Le macchine a due rotary indipendenti sono particolarmente complesse da gestire, sia dal punto di vista operativo, sia per quanto riguarda il montaggio. Una macchina a doppia testa separata può richiedere parecchi giorni se non settimane per la messa a punto. L idraulica è molto più complicata, il numero di manichette cresce molto, le modifiche strutturali alla macchina sono notevoli, il peso operativo aumenta molto senza apportare vantaggi significativi. I sistemi a moltiplicatore di coppia BTM Per evitare un istallazione idraulica supplementare, sono stati messi a punto dei sistemi denominati BTM (Bauer Torque Multiplier), che prevedono l utilizzo di un Schema di un doppia testa con rotary indipendenti KDK 275 KDK 280D Schlittenhub / Stroke of sledge 16525 mm Macchina doppia testa con rotary indipendenti quarry & construction 69
Schema di un sistema a doppia testa con moltiplicatore di coppia BTM bozzello di tiro girevole valvola d aria rotary standard dispositivo di movimento relativo giunto cardanico (per i rivestimenti) connessione dell elica moltiplicatore di coppia dati della macchina Macchina doppia testa con moltiplicatore BTM la macchina assicurando affidabilità, bassi costi di manutenzione e semplicità d uso, oltre che rapidissimi tempi di mobilizzazione. L uso del sistema BTM ha inoltre il vantaggio di poter concentrare tutta la potenza idraulica della macchina su una sola rotary, e variando la posizione longitudinale relativa tra elica e rivestimento non appena sia necessario un maggiore momento torcente sull uno o l altro utensile. Perforatrice: RG 25S, #186, DKS 150/300 con sistema brevettato di tramogge Potenza: 570 kw Coppia sull elica: 150 knm Coppia sui casing: 300 knm Forza di tiro totale: 800 kn (2 *200 kn + 2 *200 kn) Peso in esercizio: ca. 140 t Pompa calcestruzzo: MECBO P6.80, max. 80 m 3 /h Attrezzatura varia: Miniescavatore 5 t, escavatore da 20 t Utensili: Rivestimenti a doppia parete Bauer Ø880 mm, L= 17,50 m con elica Bauer Ø770 mm con starter a doppio invito Il DKS 150-300 Schema del sistema FoW Doppia testa FoW: il sistema utilizzato a Basaldella Quando gli spazi sono limitati e specialmente quando è necessario costruire una paratia di pali secanti a ridosso di un edificio, il sistema ideale è denominato FoW (Front of Wall); messo a punto negli ultimi anni da Bauer, il sistema FoW è stato perfezionato e potenziato fino ad offrire prestazioni eccellenti con 70 quarry & construction
suolo & sottosuolo ingombri ridotti, mobilizzazioni rapidissime e flessibilità d uso eccezionale. Il FoW è costituito da una doppia rotary integrata in un unico corpo, montata su una slitta unica e di pesi ed ingombri bassissimi in relazione alle potenzialità. L ultima nata tra le rotary FoW è la DKS 150/300 (DKS dal tedesco Doppel Kopf System Sistema a doppia testa), avente coppia torcente 150 knm e 300 knm rispettivamente sull elica e sui rivestimenti. Le coppie espresse sono reali, espresse sul rivestimento come si è potuto chiaramente evidenziare nel corso delle lavorazioni nel cantiere. La notevole potenza idraulica della macchina base RG 25S della RTG (marchio Schema delle tramogge Bauer che produce macchine universali battipalo) permette di mantenere elevata la velocità di rotazione dell elica e dei rivestimenti senza rinunciare alla coppia necessaria a disgregare il terreno e ad infiggere i casing. Uno dei vantaggi principali della macchina Ad 1 metro dall autostrada Schema RG 25S RG 25S con DKS 150-300 è stato quello di permettere l esecuzione dei pali lungo l autostrada. Ciò è stato possibile grazie alla grande flessibilità dei movimenti della macchina ed alla possibilità di perforare con tutti gli angoli di rotazione del sopracarro (anche a fianco dei cingoli). A tale scopo si è inoltre dimostrato particolarmente efficiente ed efficace il sistema Bauer brevettato di scarico del materiale tramite le tramogge mobili montate direttamente sulla macchina. La peculiarità di tale sistema è di convogliare il materiale scaricato dalla doppia testa all interno di tramogge in grado di garantire sicurezza nel cantiere e fornendo la possibilità di scaricare il mate- quarry & construction 71
B-Tronic in perforazione B-Tronic in estrazione-getto riale direttamente su un mezzo per il suo trasporto. Il sistema inoltre è in grado di essere movimentato verso l esterno tramite un cilindro idraulico in modo da poter sfruttare tutta la corsa del mast senza che le tramogge siano di intralcio. Il sistema si è rilevato fondamentale per i pali secanti lato autostrada, che altrimenti si sarebbero dovuti eseguire con tecnologie tradizionali di perforazione con notevole dispendio di risorse. Uno dei grandi vantaggi della tecnologia doppia testa è che il getto del calcestruzzo viene eseguito con un sistema di risalita completamente automatico che consente la stesa velocità di getto del CFA ma con la qualità e la precisione di un palo rivestito. L automatismo della macchina può essere impostato sia in perforazione che in estrazione assicurando la massima qualità finale del prodotto. n 72 quarry & construction