MACCHINE & ATTREZZATURE
2
Pali vibrati
in opera
FEDERICA DELUCCHI
1
vvicinandosi lungo la Transpolesana, nei pressi di Rovigo, alla zona
artigianale-industriale di Loreo appare, altissima sopra l’orizzonte,
una gru che indica la presenza di un cantiere
di grandi proporzioni. Avvicinandosi si vede
che la gru regge un carico sospeso rosso, un
vibroinfissore PTC, che a sua volta sostiene
A
un palo di notevoli dimensioni, sia come diametro, ma soprattutto come lunghezza: infatti è oltre 20 metri. Appena il tempo, pochi minuti, per scendere dalla strada provinciale
verso il cntiere e il palo “non c’è più”: in quei
pochi minuti è stato completamente infisso
nel terreno e ora emerge solo la sua testa ad
imbuto alla quale si avvicina il braccio di una
Macchine e servizi per
lavori nel sottosuolo
Tecnodrill commercializza e noleggia macchine e attrezzature per lavori nel sottosuolo
Tecnodrill inoltre dispone di personale tecnico con esperienza e conoscenza pluriennale,
effettua interventi con personale proprio, entro 24 ore dalla richiesta,
dispone a magazzino dei ricambi necessari alla continuità del lavoro delle macchine fornite,
fornisce ricambi originali e garantiti, redige programmi di manutenzione.
Teccnodrill dispone di un ampio parco macchine e attrezzature da noleggiare.
• Vibroinfissori idraulici ad alta frequenza per escavatori idraulici
5 modelli con forza centrifuga da 7 a 50 ton
• Vibroinfissori idraulici ad alta frequenza con momento variabile per escavatori idraulici
2 modelli con forza centrifuga da 47 e 89 ton
• Vibroinfissori idraulici a frequenza standard
12 modelli con forza centrifuga da 28 a 510 ton
per palancole, camicie, cassoni, pali vibrati in opera
• Vibroinfissori idraulici ad alta frequenza con momento variabile
14 modelli con forza centrifuga da 47 a 332 ton
approvati per lavori di infissione in aree che non devono essere disturbate da vibrazioni
• Aspiratori per polveri ed inclinometri
Per la perforazione manuale o meccanizzata in sottosuolo e a cielo aperto
• Lampade a casco e portatili a norme minerarie
• Picchi per frese stradali e galleria
• Punte per martelli fondo foro
• Impugnature, aste , manicotti di perforazione
• Polimeri per diaframmi, pali, pozzi
‘‘
La tecnologia innovativa del palo chiuso
con calcestruzzo vibrato in opera realizzata
con vibroinfissore idraulico a
frequenza standard PTC 100 HD
COSTRUZIONI 6/2001
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’’
Lavori Speciali
La scheda del cantiere
Area
Intervento
Committente
Progetto edilizio
Direzione Lavori Edili
Progetto delle strutture
di palificazione
Responsabile tecnico
Capo cantiere
Macchine e attrezzature
3
Aia, zona artigianale consorziale nei comune di Loreo
e Adria, realizzazione di un lotto di capannoni ad uso
industriale-chimico
Opere si sottofondazione e palificazione del terreno
per 12 nuovi insediamenti
SSI, Servizi per l’impresa, Colafonda, Loreo (RO)
Ing. Giorgio Berganton, Adria (RO)
Ing. Giorgio Berganton
Lavori Speciali srl (PD)
Ing. Mario Berlanda e Ing. Daniel Andreolli
Geom. Antonio Fabbro
• Vibroinfissore PTC 100 HD
• Escavatore Liebherr HS 853 HD, da 90 tonnellate,
con braccio da 64 m (montato per questo cantiere 32 m)
con 4 argani di sollevamento, (utilizzati in questo caso
solo 2 argani, uno per il vibratore e uno per il sollevamento
delle armature metalliche)
pompa per calcestruzzo per riempirlo.
Si tratta di un sito nel quale si sta realizzando
un’imponente opera di palificazione per fondazioni per un insediamento industriale.
Il cantiere prevede la costruzione di 12 platee
armate su un’area di otto ettari, all’interno
della zona industriale Aia. L’area industriale
ha carattere produttivo, con fabbriche e
aziende specializzate nel settore chimico.
In costruzione nella zona anche un autodromo, che sarà l’unico in Veneto.
Si costruiranno inoltre alcune strutture di servizio alle industrie già esistenti nella zona. Sono previsti un grosso depuratore e delle centrali pilota di teleriscaldamento per le industrie dell’area, già in espansione produttiva da
alcuni anni. La ferrovia per questo motivo è
stata appena modificata e ampliata per servire meglio la zona.
Per questo cantiere al fine di risolvere un problema di palificazione che riguarda gli insediamenti nuovi è stata interpellata la ditta Lavori speciali di Padova. Il terreno infatti in
questa zona è particolarmente cedevole, perché di natura torbosa e non ha portanza per i
primi metri. La torba “respira”, come si dice
in gergo, cioè si rigonfia in presenza di acqua
e si ritira nuovamente quando si asciuga. L’escursione può essere anche notevole, tale da
danneggiare le strutture insediate. La scelta
del progettista, confermata dagli ingegneri di
Lavori Speciali, è stata pertanto quella di palificare sia le strutture portanti, sia la pavimentazione, in modo da non avere problemi
di calo del terreno. Il progetto prevede per
l’insediamento delle 12 unità produttive, l’infissione di circa 2000 pali.
Tecnologia del palo chiuso
Il palo chiuso viene utilizzato principalmente
nelle zone soggette ad alluvioni, nelle pianure costituite di argille molli o sabbie non costipate.
Si usa molto, e la tecnologia è già consolidata da una decina di anni, nel milanese e nell’area del Polesine, nel resto d’Italia il palo
chiuso è ancora poco utilizzato.
E’ una lavorazione senza asporto di terreno,
per cui ha dei vantaggi per l’economia del
cantiere rispetto ai problemi di smaltimento
dei materiali scavati (bentonite) e assistenza
per questo necesaria in cantiere. A parità di
diametro con un palo trivellato il palo chiuso
infisso e vibrato in opera, ha una portata notevolmente superiore, ma le prestazioni sono
eccezionali soprattutto in termini di velocità di
cantiere. La produzione giornaliera può arrivare fino ai 500-800 metri di palo; cosa che
non è possibile con nessuna altra metodolo1 Il vibroinfissore PTC e l’escavatore Liebherr
al lavoro nel cantiere di Loreo
2 Il vibroinfissore, composto dal casco
(zavorra), dalla cassa vibrante e dalle pinze
3 Estrazione completa del palo di 20 m di
altezza
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MACCHINE & ATTREZZATURE
gia di trivellazione. Si tratta di un palo imbattibile per prestazioni e per costi, specie su terreni molli e per lunghezze elevate. E’ da escludere al contrario l’impiego in ghiaie o sabbie
molto costipate o argille compatte dove resta
preferibile utilizzare la tecnologia scavata e
trivellata. Una volta infisso il palo si è già creato da sé lo spazio nel terreno, nel quale si po1
2
3
sa la rete di armatura e si getta il calcestruzzo. Una volta armato in opera il palo, viene sfilata la camicia in ferro (il palo con la valvola
sulla punta e una specie imbuto con il bordo
che può essere agganciato dalla pinza idraulica), estraendola la valvola sul fondo, che durante l’infissione resta chiusa, si apre per
semplice gravità e permette al palo di essere
rimosso. Una volta estratta la camicia il palo
è finito.
Sono passati all’incirca 12-15 minuti dall’inizio del lavoro: 4-5 minuti per l’infissione del
palo chiuso col vibratore, 6-8 minuti per la
posa dell’armatura in ferro che era già pronta
in cantiere e il pompaggio del calcestruzzo, e
i rimanenti 3-4 minuti per l’estrazione della
camicia in ferro, di nuovo agganciata con le
pinze del vibratore e sollevata con la gru.
Mentre viene estratta la camicia, viene anche
vibrato in opera il calcestruzzo, aumentando
così la resistenza del palo.
Questa tecnologia di consolidamento del terreno per mezzo di infissione del palo chiuso,
richiede l’utilizzo di macchinari speciali, di potenza molto superiore rispetto alla infissione
di pali del medesimo diametro e lunghezza,
ma “perforati”, cioè infissi con la tradizionale
tecnica di perforazione con asporto e smaltimento del materiale cavato.
Protagonista assoluto in cantiere è il PTC
100 HD. Così si chiama il modello di vibroinfissore scelto dagli ingegneri per eseguire questo lavoro ed è il più grande in assoluto che opera in Italia attualmente per
questo tipo di opere.
Le macchine di questo modello operative in
Italia oggi sono due, entrambe della Casa
francese, entrambe distribuite da Tecnodrill di
Milano, società che commercializza e noleggia macchine, attrezzature e servizi per la
preforazione, trivellazione e infissione. Fino
ad alcuni anni fa, cioè prima della diffusione
della tecnologia del palo chiuso, macchine di
queste proporzioni, e di questa potenza, afferma Renato Casiraghi di Tecnodrill, erano
destinate esclusivamente ai mercati asiatici,
mentre le esigenze di fondazione dei nostri
terreni non richiedevano tali potenze. Queste
macchine infatti sono in grado di infiggere camicie aperte (per la tecnologia tradizionale
della perforazione) fino a 2000-2500 mm di
diametro. Con l’adozione del palo chiuso e
l’esigenza di aumentare il diametro del palo
chiuso si rendono necessarie macchine più
potenti per le fondazioni italiane. Questo modello è in grado di infiggere, in un terreno dalle caratteristiche medie, pali chiusi fino a 700
mm di diametro .
Vibratore idraulico PTC 100 HD
Il vibratore idraulico è costituito da due parti
principali: quella superiore, detta casco che
rappresenta la zavorra della macchina e quella inferiore, la cassa vibrante, che è la parte
operativa. Nella cassa vibrante trovano collocazione delle masse eccentriche collegate fra
loro con degli ingranaggi che vengono movimentate, nel modello PTC 100 HD, da due
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4
motori idraulici. Le masse eccentriche sono
accoppiate a due a due e ruotano con la medesima velocità angolare in direzioni opposte, generando forze centrifughe. Girando gli
eccentrici annullano la vibrazione in senso
orizzontale (le componenti orizzontali delle
forze generate, essendo uguali e contrarie si
annullano a vicenda) e la esprimono in senso verticale (unidirezionale), verso l’alto e
verso il basso.
La vibrazione che viene trasmessa al tubo da
infiggere fa si che il terreno venga praticamente “sciolto” nella zona sollecitata. Ciò
provoca lo scollamento del terreno adiacente
e facilita l’infissione/estrazione del palo.
Essendo gli eccentrici a bagno d’olio ed essendo questo tipo di lavoro piuttosto gravoso per la macchina (il vibratore viene impiegato continuamente; infigge ed estrae per di-
verse giornate) il vibratore potrebbe surriscaldarsi e per questo sulla
sua sommità viene aggiunto un radiatore supplementare che serve a
raffreddare l’olio idraulico che è
nella cassa vibrante. Questo stesso
olio, prima di arrivare nel radiatore
viene fatto circolare indietro fino alla centralina, dalla centralina viene
riportato su verso il radiatore. Il registro di percorrenza più lungo favorisce il raffreddamento dell’olio.
Dentro c’è un Cat
La potenza ai motori idraulici viene
data dalla centralina posizionata
sulla parte posteriore della gru. La
centralina del PTC 100 HD è equipaggiata di un motore Caterpillar,
diesel da 800 cavalli, oltre alle
pompe idrauliche, per fornire la
potenza necessaria al vibratore
che lavora a 385 atmosfere di
pressione e a 800 litri al minuto di
portata. Il controllo del vibratore
spetta al tecnico che guida l’escavatore, il quale è dotato di una pulsantiera elettrica a distanza che
comanda il motore diesel, le pompe e il vibratore stesso e inoltre,
l’apertura e la chiusura delle pinze
idrauliche. Le pinze sono state disegnate e prodotte da Tecnodrill in
collaborazione con gli ingegneri di
Lavori Speciali in modo da soddisfare le esigenze richieste dal cantiere e cioè adattarsi perfettamente alla presa, cioè alla forma specifica della testa ad imbuto del palo utilizzato come camicia per l’infissione. Le pinze sono leggermente curve per seguire il raggio
di curvatura dell’oggetto da afferrare e garantire così una presa
perfetta e sicura .
5
Vibroinfissore a frequenza standard PTC 100HD
Potenza vibratore
Momento eccentrico
Frequenza max 23/1400 Hz-giri/min
Forza centrifuga mass
Capacità di trazione max
Massa vibrante
Peso totale senza pinze
Lunghezza/larghezza/altezza senza pinze
451/613 kW/cv
120 m.kg
2.630 kN
1.200 kN
8150 Kg
13.250 Kg
2.300 / 1.505 / 3.000 mm
Centralina 800
Motore
Potenza intermittente motore
Velocità di rotazione
Portata olio max
Pressione di esercizio
Capacità olio
Capacità carburante
Lunghezza/larghezza/ltezza
Peso senza carburante
CAT 3412 DITT
503/684 kW/cv
2.300giri/min
815 l/mn
385 bar
820 l
1.100 l
5.000 / 2.040 / 2.275 mm
9.500 Kg
Tubi idraulici
Lunghezza standard
Peso
45 m
1.030 Kg
Pinze
Per tubi,cassoni
Peso
Duplex 2x150 t
3.100 Kg
Sicurezza ed ecologia
Oggi i cantieri devono garantire
agli operatori il lavoro in sicurezza
e le norme da rispettare sono tante, tantissime e sempre più restrittive. Non solo il cantiere deve essere dotato di un progetto di sicurezza, ma le macchine stesse oggi
rispettano e soddisfano degli
standard molto severi. Sicurezza
ed ecologia sono gli aspetti su cui
si deve puntare le per l’evoluzione
delle macchine. L’evoluzione tecnologica di tutte le macchine da
1 La centralina 800 del vibroinfissore contiene
il rumore al di sotto degli 75 dB
2 Pannello di comando e accessibilità della
centralina
3 Dentro c’è un Cat 3412 DITT che fornisce
385 bar di pressione di esercizio
4 Renato Casiraghi e Mario Berlanda in
cantiere
5 Particolare delle pinze idrauliche disegnate
“su misura” per adattarsi alla testa del palo
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MACCHINE & ATTREZZATURE
cantiere infatti ha raggiunto livelli prestazionali molto elevati in termini di potenza e rendimento. Di pari passo deve andare l’evoluzione della sicurezza per l’operatore e per
l’ambiente.
Il vibratore PTC 100 HD lavora in sicurezza
tramite diversi sistemi.
La capacità di serraggio delle pinze, secondo
le norme internazionali, deve essere del 20%
superiore alla forza centrifuga del vibratore,
in questo caso devono raggiungere le 385 atmosfere di pressione.
Le pinze idrauliche, tramite le quali il vibratore “afferra”, solleva e lascia andare la testa del
palo sono dotate di un sistema di sicurezza
che impedisce al vibratore di entrare in funzione se la pressione che le chiude non raggiunge le 385 atmosfere ognuna (cioè ognuna delle due pinze potrebbe stringere 150
tonnellate). Sempre per garantire la sicurezza
in cantiere, se si dovesse accidentalmente tagliare uno dei tubi idraulici che alimentano le
pinze, le valvole di sicurezza garantiscono comunque la chiusura delle pinze. Per quanto riguarda l’inquinamento acustico PTC ha messo a punto una centralina insonorizzata secondo le norme CE, che trasmette una rumorosità che è intorno ai 75 dB, cioè quasi non
si sente funzionare. Per quanto concerne le
emissioni essa ha certificazione EPA per le
particelle di scarico.
Il cantiere Aia di Loreo
In questa zona del Polesine, per più di 10 m il
terreno è inconsistente e soggetto a subsidenza. La natura del terreno, studiata tramite
attente indagini geologiche e stratigrafiche,
risulta torbosa per almeno 9 mt di profondità.
Ai fini della portanza bisogna trascurare del
tutto questi primi metri che non danno alcun
contributo. Se capita un importante un abbassamento di falda, resta in piedi il plinto su
pali, ma si abbassa il pavimento fra i plinti.
Per questo motivo Lavori Speciali ha deciso
di palificare l’intera superficie. Il primo lotto
progettato prevede la costruzione di 2 capannoni, ognuno dei quali ha superficie di circa
500 m2. L’insediamento definitivo sarà di 1215 capannoni circa su un’area di otto ettari.
Ogni plinto di fondazione sarà appoggiato su
quattro pali.
I pali che vengono infissi nel terreno in questo cantiere sono di due tipi, più precisamente di due lunghezze diverse, da 11 metri e da
20 metri, a seconda della portanza richiesta
dal progetto e di conseguenza dello strato di
sottosuolo che devono raggiungere
Due tipologie di carichi, due tipologie di pali
utilizzati nello stesso cantiere:
• pali da 11 m per 35 t di portanza
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1
• pali da 21,5 per 65-70 t di portanza
Il palo vibrato, senza asporto di terreno, a parità di diametro rispetto al trivellato porta di
più. Inoltre compattando il terreno, lo bonifica. Il diametro dei pali è di 350 mm, il reticolo di infissione 2x2 metri.
Il palo viene infisso perfettamente verticale, a
dispetto della sua notevole lunghezza. Il vibratore, essendo “appeso” al braccio della
gru, cioè essendo un carico sospeso, una volta solidale con il palo-chiuso da infiggere per
mezzo delle le pinze idrauliche, si comporta
staticamente come un carico di punta e sarà
dunque perfettamente verticale. La velocità di
infissione varia a seconda della diversa resistenza incontrata durante la penetrazione nel
terreno (diversi strati e gradi di compattezza).
L’infissione, potrebbe essere ulteriormente
ravvicinata, fino alla distanza di tre volte il diametro del palo infisso. I fori vengono realizzati secondo una maglia regolare e non sono
eseguiti ravvicinati uno al successivo, ma in
maniera sparsa per distribuire in modo equilibrato la compattazione del terreno che essi
provocano intorno a sé.
Quando la vibrazione trasmessa al terreno si
avverte più distintamente e più forte, significa che il palo ha raggiunto lo strato più compatto, un terreno più duro dove si andrà ad
appoggiare. Su uno strato “buono” di arenaria o quasi roccia, compatta e dura, è sufficiente che il palo, oltre 20 m di lunghezza, di
2
infigga per circa 0,50 cm; se si trattasse invece uno strato non sufficientemente solido né
troppo compatto, l’appoggio sarà dato da 23 metri di infissione nello strato raggiunto. In
questo cantiere il palo deve superare uno
strato piuttosto molle all’inizio, poi uno strato abbastanza compatto alla profondità di circa 10-12 metri, non sufficiente però per la
portanza richiesta di 65-70 tonnellate, quindi
superato questo banco deve raggiungere il
successivo per trovare l’appoggio compatto e
solido alla profondità di circa 22 metri. In questo banco sottostante il palo viene infisso circa 2 metri. La macchina attraversa con grande facilità il primo banco costituito da limi
sabbiosi anche piuttosto compatti, fino a 60
Kg/cm2.
I problemi “tecnici” di questi terreni con poca
portanza, non si riferiscono solo all’utilizzo finale, ma coinvolgono ovviamente anche le fasi precedenti di lavorazione del cantiere. Man
mano l’infissione dei pali equilibratamente
procede, subito il terreno acquista portanza,
ma durante le prime fasi di apertura dei lavori, la movimentazione stessa di macchinari
così pesanti, come l'escavatore cingolato
Liebherr è un’operazione da progettare attentamente. E’ stato realizzato il consolidamento
preliminare di una strada mediana, compattando con ghiaia il terreno per un’altezza di 50
cm, per raggiungere il centro del cantiere. Da
qui il braccio della gru raggiunge ogni punto
3
del cantiere, spostandosi solo lungo la fascia
centrale consolidata. Per le stesse ragioni
l’autobetoniera non può avvicinarsi alle teste
ad imbuto dei pali infissi per rifornirli direttamente di calcestruzzo, perché in questi terreni sprofonderebbe. E’ stato necessario utilizzare una pompa per calcestruzzo con braccio
di 20 metri. I pali al di sotto di questa fascia
centrale ovviamente sono stati i primi ad essere realizzati, iniziando dal fondo e venendo
avanti fino a quando l’escavatore è riuscito a
girare e appoggiarsi sui pali appena realizzati. Già il giorno successivo all’infissione l’escavatore può percorrere l’area sulla quale ha
lavorato, perché il solo peso (1.000 quintali!)
ben distribuito sulla superficie ampia dei cingoli non danneggia il palo. L’auto betoniera
invece va tenuta rigorosamente al di fuori dell’area di lavoro.
Il calcestruzzo utilizzato è di tipo RCk 250 S 3.
La resistenza a 28 giorni cioè deve essere minimo 250 Kg/cm2. Il cemento è Portland 325,
il diametro massimo degli inerti è 30 mm.
Trivellato, prefabbricato o infisso?
La tecnologia del palo chiuso, innovativa per
tutti gli aspetti menzionati è destinata a soppiantare la tecnologia tradizionale del palo trivellato nei casi come il Polesine e generalmente in Pianura dove il terreno è “morbido”, terreni limosi, sabbiosi, torbosi poco
compatti. I limiti di questa tecnologia sono
1 Infissione nel terreno del palo chiuso (20 m)
2 Le pinze lasciano andare il palo ormai
interamente infisso nel terreno e il vibratore
viene sollevato
4
invece i terreni argillosi molto compatti e
quelli ghiaiosi. Gli argomenti che sono a favore di questa nuova tecnologia sono numerosissimi:
• il palo chiuso, non prevedendo asportazione di terreno, compatta automaticamente il
suolo nello spazio tra un’infissione e l’altra.
• la portanza del palo non è basata solo sull’appoggio, ma anche sull’attrito laterale del
palo (aumentando l’attrito laterale, aumenta il
grado di compattazione).
• non c’è materiale di risulta da smaltire
• il numero di operai necessari in cantiere è di
soli 2 uomini
• i costi per metro lineare di palo infisso sono
competitivi
• rapporto qualità prezzo del palo è vantaggioso
• la velocità di lavoro è elevata: 600/800 m lineari di palo infissi al giorno (l’esecuzione
materiale dell’infissione è di 4÷6 pali all’ora)
• materiali utilizzati: 1mc cls al m lineare di palo chiuso e 6÷12 Kg ferro al m
A fronte di questo resta tuttavia l’impegno finanziario che comporta l’acquisto delle macchine, del vibroinfissore e della gru.
La produttività del cantiere però è tale da
rendere vantaggiosa la scelta e ammortizzare i costi delle due macchine.
Come abbiamo detto il rapporto qualità
prezzo di questo palo è molto buono, e lo
rende un’alternativa valida sia al palo trivel3 Posa della gabbia di armatura
4 Riempimento con la pompa di calcestruzzo
5 Estrazione della camicia e vibrazione del
palo con vibroinfissore
6 Il lavoro finito
5
6
lato, sia a quello prefabbricato. Il prefabbricato ha delle prestazioni qualitative superiori, ma il costo è molto superiore, soprattutto se la lunghezza è notevole come in questo
caso. Si pensi solo al trasporto e alla movimentazione di prefabbricati della lunghezza
di 20 metri o più.
Per la classe di portata dalle 20 alle 70-100
tonnellate i pali chiusi sono pali imbattibili
come caratteristiche. Oltre, ove cioè siano
richieste portate maggiori e occorrano diametri maggiori, il trivellato ancora resta
competitivo.
■
(Si ringraziano per le informazioni e per la
collaborazione Renato Casiraghi di Tecnodrill
e Mario Berlanda di Lavori Speciali)
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