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In occasione del convegno Ricerca e Innovazione per lo sviluppo di opere di ingegneria in sotterraneo, L’Ing. S. Barrasso (Deputy Plant Manager del Consorzio Hirpinia AV) e il Dott. S. Lupi (co-fondatore di AB Tunnelling srl) hanno descritto un interessante caso di studio, lo scavo della galleria Rocchetta, mostrando come la sinergia tra impresa e fornitori abbia trasformato un potenziale stallo tecnologico in un successo produttivo.
Il lotto Apice-Irpinia, primo lotto funzionale del raddoppio della tratta Apice-Orsara, rappresenta uno degli snodi cruciali per il raddoppio ferroviario della linea AV/AC Napoli-Bari. Il lotto ha una lunghezza complessiva di 18km e prevede la realizzazione di 3 gallerie in scavo meccanizzato. Tra le opere più imponenti spicca la galleria Rocchetta: con i suoi 6.5 km di lunghezza e un diametro di scavo di 12.2 metri, è la più estesa del lotto. Gli aspetti più interessanti di questo scavo, tuttavia, non sono legati alle dimensioni ma alle particolarità delle formazioni geologiche attraversate.
La Formazione della Baronia
Lo scavo, eseguito mediante una TBM (Tunnel Boring Machine), ha intercettato la cosiddetta “Formazione della Baronia”. Nei primi 1300 metri, la galleria attraversa il litotipo BNA3, composto da arenarie e sabbie a grana media e fine, leggermente cementate e con discreta presenza di trovanti. Successivamente, si rinviene il litotipo BNA2, costituito da marne e argille marnose di colore grigiastro fortemente cementate.
L’abrasività di questi materiali ha reso necessari una serie di studi sperimentali, sia in fase preliminare sia in fase di scavo. In particolare, sono stati prelevati 3 campioni nel litotipo BNA3: due direttamente sul fronte di scavo durante i fermi manutentivi e il terzo mediante un carotaggio. Sono state quindi eseguite analisi mineralogiche quantitative e prove di abrasività (prova Cerchar e prova LCPC) che hanno mostrato un alto contenuto in quarzo, fino a quasi il 60%, e confermato quantitativamente indici di abrasività medio-alti.
Problematiche di cantiere: costi e fermi macchina
Le problematiche sono emerse rapidamente, durante lo scavo della prima tratta. Ogni 15 giorni di scavo, la TBM necessitava mediamente di 9 giorni di fermo per manutenzione. L’incidenza economica dei soli cutter superava i 7 €/m³, con una produzione che faticava a raggiungere gli 8 metri al giorno.
Le immagini mostrate durante il convegno hanno permesso di osservare l’entità dei danni: aldilà della normale abrasione, degli utensili erano tranciati a metà e in alcuni punti si erano verificati fenomeni di usura secondaria, dove l’abrasione arrivava a intaccare la carpenteria stessa della testa fresante, costringendo i tecnici a delicati e lunghi interventi di saldatura direttamente sul fronte di scavo.
Ottimizzazione del design
La soluzione è arrivata attraverso la radicale ottimizzazione dei parametri operativi di scavo (parametri macchina e parametri di condizionamento), la riconfigurazione della testa fresante (equipaggiamento misto tools e cutter) e la modifica del design degli utensili. Relativamente a quest’ultimo punto, il Dott. Lupi ha illustrato alcuni meccanismi di base del fenomeno dell’usura e il lavoro di ricerca effettuato sugli utensili per raggiungere una soluzione.
Le azioni correttive sono state operate su due fronti: da un lato la riprogettazione del profilo degli utensili e dall’altro il miglioramento dell’acciaio impiegato. Per quanto riguarda il profilo, il passaggio fondamentale è stato l’abbandono della cuspide piatta a favore di un profilo lievemente appuntito. Quest’ultimo, infatti, permette ai detriti di defluire immediatamente verso l’esterno, riducendo drasticamente il tempo di permanenza della polvere abrasiva sulla faccia dell’utensile. Per quanto attiene invece l’acciaio degli utensili, la soluzione ha previsto l’affinamento del grano cristallino e l’introduzione di leghe arricchite con alte percentuali di vanadio e cromo per ottenere carburi particolarmente resistenti all’abrasione.
Effetti delle modifiche
Complessivamente, l’adozione delle modifiche appena descritte ha permesso di ottenere un miglioramento radicale in termini di produttività. La velocità di avanzamento è aumentata di oltre il 50%, passando da 7.8 m/giorno a 12.6 m/giorno, i giorni consecutivi di scavo tra un fermo manutentivo e l’altro sono raddoppiati, da 15 a 30, e il costo dei cutter è crollato da 7 €/m3 a 1 €/m3.
I relatori hanno infine concluso l’intervento sottolineando che gli ottimi risultati raggiunti nel caso della Galleria Rocchetta sono stati possibili solamente grazie alla sinergia, alla condivisione di dati, e in generale alla fiducia reciproca tra impresa e fornitore.