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Attacco puntuale alle piccole sezioni

La realizzazione di gallerie a sezione ridotta con mezzi meccanici necessita di soluzioni che coniughino una notevole capacità di scavo con dimensioni adeguate alle specifiche di progetto. La fresa ad attacco puntuale GTF 600 RC offre entrambi i vantaggi e si pone come valida soluzione per questo genere di applicazioni

La costruzione di gallerie a sezione ridotta (by-pass di tunnel, discenderie, canali adduttori, linee ferroviarie monobinario, ecc.) presenta sempre problemi di scavo e di smarino.

Per quanto riguarda lo scavo, in particolar modo, se da un lato le piccole sezioni richiedono l’impiego di macchine e attrezzature commisurate alla geometria di progetto, dall’altro, a fronte di materiali di particolare durezza (resistenza a compressione uniassiale > 45 MPa) o ammassi poco fratturati (RQD > 65%), le loro dimensioni e potenze portano a produzioni molto modeste che compromettono la tempistica imposta dal Committente.

La classica soluzione dell’escavatore accoppiato al martello demolitore comporta infatti potenze non adeguate alla durezza e alla fratturazione dell’ammasso e quindi conduce inevitabilmente ad uno scavo e ad un avanzamento (cioè il prodotto di scavo, smarino e consolidamento), non adeguati alle reali esigenze di avanzamento.

  • Gallerie
    1 gr
    1. La GTF 600 RC è una fresa ad attacco puntuale pensata per l’impiego in gallerie con larghezza minima di 4 m

L’ostacolo può essere naturalmente aggirato con il sistema tradizionale (esplosivo), ma quando questa tecnica non può essere adottata per via della prossimità con i centri abitati, o perché comunque non si possono produrre vibrazioni eccessive, il problema del raggiungimento di produzioni adeguate si ripresenta tal quale.

Possibili soluzioni alternative possono essere ovviamente individuate nell’impiego della testa fresante accoppiata con l’escavatore, o nella fresa ad attacco puntuale, entrambi molto efficaci, anche quando l’ammasso è caratterizzato da rocce molto fratturate o materiale sciolto, condizione in cui il martello non rende al massimo delle sue potenzialità.

Tuttavia, nel primo caso la sezione obbliga comunque all’utilizzo di escavatori di dimensioni relativamente ridotte, quindi caratterizzati da una scarsa portata idraulica che penalizza il rendimento delle attrezzature.

Nel secondo, invece, le frese ad attacco puntuale oggi disponibili sul mercato hanno un’architettura e dimensioni inadatte a gallerie di 4 o 5 m di larghezza o con tracciati caratterizzati da tratti curvilinei con raggi contenuti.

Essendo poi dotate di motori elettrici, queste macchine richiedono un’organizzazione del cantiere che preveda una linea dedicata, così da alimentare in modo adeguato la macchina (solitamente tra 1.000 e 1.200 Volt).

Questo aspetto, oltre ad altre considerazioni d’ordine logistico, richiede quindi un piano di sicurezza mirato che tenga conto della presenza di una linea ad alto voltaggio nel cantiere.

Un’ulteriore alternativa è ovviamente rappresentata dall’impiego della TBM scudata e non (Tunnel Boring Machine o fresa a tutta sezione), che offre indubbiamente dei vantaggi, sia dal punto della produttività, in quanto garantisce avanzamenti giornalieri notevoli, sia da quello della sicurezza, considerazione sempre importante per le gallerie a sezione ridotta (il Personale opera infatti sempre in posizione protetta).

Questa soluzione potrebbe però risultare poco vantaggiosa se adottata per una galleria di piccola sezione che abbia una lunghezza inferiore ai 200 m. La necessità di tempi lunghi per l’assemblaggio e di ampi spazi esterni per l’allestimento della macchina, così come gli alti costi di noleggio, sono infatti elementi che devono essere attentamente valutati per individuare un rapporto ottimale costi-benefici.

Un progetto mirato

Pur essendo una tipologia che, a ragione, potrebbe essere considerata “di nicchia” rispetto alle gallerie a grande sezione, quella delle piccole gallerie, a parità di caratteristiche dell’ammasso, presenta, in sostanza, le medesime problematiche di scavo.

Come però già sottolineato, le gallerie di questo tipo sono caratterizzate da ulteriori difficoltà connesse alle geometrie ridotte, all’esecuzione delle operazioni di smarino, alla sicurezza, e a tutta la logistica di cantiere.

Il tema è stato quindi oggetto di un attento studio da parte di Grotti Srl, Azienda nota per aver già progettato e costruito alcune macchine che consentono la scarifica meccanica dello strato corticale ammalorato del cls delle gallerie e di altri manufatti, con elevati livelli di produttività e precisione. Il risultato di questo processo è la GTF 600 RC, una fresa ad attacco puntuale pensata per l’impiego in gallerie con larghezza minima di 4 m. 

Pensata per le piccole gallerie

La progettazione di una macchina di questo tipo impone che siano tenute in adeguata considerazione le notevoli sollecitazionicui sono costantemente soggetti i vari organi che la compongono e la stessa struttura.

In particolare la gravosità dell’applicazione investe il motore termico e l’impianto idraulico, che sono inevitabilmente soggetti a picchi di pressione e a temperature di lavoro estreme.

L’idea, che ha portato all’elaborazione del progetto, era dunque quella di poter disporre di un motore termico di grande potenza e di un sistema idraulico in grado di affrontare le situazioni di lavoro più estreme, ma di inserirli in una struttura che permettesse di scavare gallerie a sezione ridotta anche di lunghezza contenuta, così da consentire una buona manovrabilità in spazi relativamente confinati.

  • Modularità
    4A gr
    4A. Grazie alla sua modularità, la GTF 600 RC può operare anche senza il nastro posteriore di carico, così da consentire la massima flessibilità operativa
  • TBM
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    4B. Grazie alla sua modularità, la GTF 600 RC può operare anche senza il nastro posteriore di carico, così da consentire la massima flessibilità operativa

L’architettura della macchina doveva inoltre consentire una certa modularità, in modo da permettere l’eventuale adattamento a quelle condizioni operative che richiedono una configurazione minima di lavoro (rimozione del sistema frontale di raccolta del materiale e del nastro posteriore di carico).

Molta attenzione è stata inoltre posta nell’individuazione di componenti elettronici affidabili e nella loro capacità di controllare le varie funzioni idrauliche, cosi da proporzionare potenza e precisione di movimenti e la velocità di rotazione della testa fresante.

È stato inoltre utilizzato, potenziandolo, un sistema di raffreddamento e di pulizia del radiatore già adottato con successo sulle macchine da scarifica, così da porre il motore termico nelle condizioni di affrontare le più avverse condizioni ambientali di polvere e temperatura.

Oltre a queste caratteristiche essenziali per la migliore produttività e affidabilità, anche nelle più difficili applicazioni, i Progettisti di Grotti hanno sviluppato e brevettato un sofisticato software che, controllando tutte le funzioni idrauliche della macchina, ne permette il perfetto controllo e monitoraggio.

Grande attenzione è stata infine posta nella messa a punto del complesso ed efficace sistema di abbattimento delle polveri, che rappresentano sempre un aspetto critico del lavoro di scavo, specie in presenza di rocce poco fratturate, o con determinate caratteristiche di composizione, quali ad esempio gli ammassi di origine sedimentaria.

Un’innovativa fresa ad attacco puntuale

Il risultato di queste complesse considerazioni progettuali è una macchina che per dimensioni (lunghezza con il nastro di 15 m, larghezza 3,40, peso 43,5 t in ordine di lavoro) la notevole potenza idraulica (540 l a 400 bar con 480 cavalli idraulici) e la robustezza strutturale è in grado di affrontare ammassi rocciosi con valori di resistenza a compressione uniassiale fino a 120 MPa.

  • Testa fresante
    5 gr
    5. La combinazione della testa fresante Simex TF 3000 e della notevole potenza idraulica della macchina consente di scavare in ammassi rocciosi caratterizzati da resistenza a compressione uniassiale fino a 180 MPa
  • ammassi rocciosi
    6 gr
    6. Nella configurazione con nastro, la macchina può caricare mezzi d’opera di vario tipo

Come però dimostrato in diverse situazioni, la GTF 600 RC rimane comunque sufficientemente produttiva anche con ammassi che presentano valori di resistenza a compressione uniassiale intorno ai 180 MPa con un RQD < 50%.

La macchina è inoltre radiocomandata e videoassistita e può quindi essere completamente controllata a distanza da una speciale cabina pressurizzata mobile di controllo che non espone l’operatore alle polveri e a tutti gli altri rischi tipici del fronte scavo.

Quando le condizioni lo consentono, o per particolari operazioni, la GTF 600 RC può inoltre essere radiocontrollata direttamente dall’operatore senza l’impiego dei sistemi remoti di video assistenza.

Tutte queste caratteristiche si uniscono ad una notevole rapidità dei movimenti e della traslazione della macchina e vanno quindi a beneficio della sua produttività.  

L’esperienza conferma le aspettative

Così ha commentato Piero Grotti, Direttore Tecnico del ramo di Azienda “Macchine Speciali” e di quello “Macchine e Attrezzature Speciali” di Grotti Srl: “La GTF 600 RC ha per noi rappresentato una vera sfida da un punto vista progettuale, della scelta dei componenti, della costruzione, così come delle fasi di test e di messa a punto.

Sebbene esistessero sul mercato frese ad attacco puntuale di altri Produttori, le particolari esigenze cui volevamo dare una risposta imponevano un nuovo approccio da tutti i punti di vista.

  • Materiali
    7 gr
    7. La fresa ad attacco puntuale consente di ottenere una buona produzione anche con ammassi caratterizzati dalla presenza di materiali sciolti

Nonostante la macchina abbia dato ottimi risultati da un punto di vista della produzione in tutte le situazioni operative fino ad oggi incontrate, le esperienze sul campo hanno messo in luce aspetti che, se affinati, potrebbero diminuire i cicli di manutenzioni programmate, un aspetto critico comune a tutte le frese ad attacco puntuale. Ora che la macchina è rientrata, dopo aver portato a termine con successo un altro scavo, stiamo proprio lavorando su questo tema.

Vogliamo inoltre rendere la GTF 600 RC di ancor più facile utilizzo per l’operatore e puntiamo molto su questo aspetto, perché ci consentirà di formare il Personale anche non specializzato con un corso di breve durata, offrendo così all’Impresa che la noleggia un vantaggio che si traduce in una ancora maggiore redditività.

Le richieste e l’interesse che ci giungono, anche dall’estero, non ci fanno escludere la costruzione di un secondo esemplare, ma per il momento non abbiamo definito i tempi della sua realizzazione”.

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