FDA profondi, CSP di grande diametro e Ring Vibrator - Tecnica e job site reports

Liebherr LRB 355, stazza, potenza e controllo ai limiti del raggiungibile

 

La presente memoria ha lo scopo di illustrare le caratteristiche più salienti di una nuova attrezzatura in grado di realizzare perforazioni nel campo delle fondazioni speciali sfruttando particolari tecnologie operative.
Chi ha progettato e costruito questa macchina, oramai prodotta in vari esemplari, è la Liebherr di Nenzing in Austria (LWN), Società diventata leader mondiale in questo settore. La LRB 355 è una attrezzatura di nuova concezione che include novità tecniche e dimensionali uniche (Fig. 1).
Nella configurazione standard, può eseguire pali in battuta unica in modalità CSP (pali secanti tubati) a 23 m di profondità, F 900 mm, oppure pali FDA a 33 m di profondità (single pass). Il peso operativo è di ca. 128 ton. Tale parametro ha la sua importanza poiché la stabilità dell’intero gruppo di lavoro presenta uno stretto legame con la stazza dell’attrezzatura e di tutti i suoi componenti => maggior peso, maggior rigidità, minori vibrazioni e di conseguenza minori deviazioni e rischi di interferenza con i pali attigui soprattutto se utilizzata in lavorazione CSP-FoW (oltre minori possibili rotture per fatica).

Potenza motore, 600 – 750 kW
La potenza motore, 600 – 750 kW, è un dato che lega chiaramente tutte le funzioni idrauliche del mezzo; avere maggior potenza significa non solo essere più veloci in tutte le funzioni ma anche possedere maggior riserva in situazioni potenzialmente critiche cioè, ad esempio, a profondità elevate (in doppia testa o FDA), con forti attriti laterali (caso potenziale nei materiali a matrice sabbiosa), con colonne di perforazioni pesanti e cariche di materiale. Inoltre, la maggior potenza può venire sfruttata per lavorazioni differenti tipo il “ring vibrator” o varianti progettuali in corso d’opera quali diametri o profondità di perforazione maggiori. LWN ha sviluppato motori a basso consumo, integrati tramite l’elettronica con l’impianto idraulico (di costruzione interna, per cui anch’esso progettato “ad hoc”), sfruttando un innovativo concetto chiamato ECO-Mode in grado di limitare i consumi di gasolio; in sintesi, trattasi di un motore di nuova generazione ed un sistema elettronico che ottimizza o disconnette tutti i servizi idraulici quando non impiegati. Inoltre, grazie alla termoregolazione automatica (che permette di lavorare in qualsiasi clima) si contribuisce a ridurre il consumo di carburante. Si ritiene di poter affermare che i consumi orari della combinazione Liebherr (motore, idraulica ed elettronica) siano più bassi almeno del 20% come incidenza di costo per metro lineare di palo eseguito rispetto a qualsiasi altra combinazione concorrente. Anche per le emissioni acustiche è stato sviluppato un particolare sistema chiamato ECO.SILENT-Mode; è una funzione che quando attivata dall’operatore limita il numero di giri del motore e della ventola di raffreddamento, garantendo una riduzione significativa di dB, intervenendo marginalmente sulle prestazioni di erogazione di potenza. Tale funzione ha la sua elevata importanza soprattutto in lavorazioni urbane.

Geometria della cinematica del mast
Liebherr ha progettato una robusta cinematica con un pantografo ad H (Fig. 2), disegnata “ad hoc”, che garantisce un paio di indubbi vantaggi quali la rigidità del sistema in qualsiasi posizione di lavoro e la possibilità di avere un movimento relativo asse-ralla/asse-palo > 1 m, permettendo di raggiungere posizioni di lavoro maggiormente lontane dall’asse ralla stesso e gestire i casing senza spostare la macchina. La cinematica ad H è quindi particolarmente vantaggiosa, soprattutto in lavori metropolitani (ad esempio rispetto ad una a V). 

Sistemi elettronici nella perforazione standard

Sistemi elettronici molto affidabili sono installati sulla macchina; in generale prende il nome di LiTronic. Presenta la funzione di controllare, comandare e restituire un numero impressionante di dati, coinvolgendo l’operatore in un lavoro non più manuale ma di controllo “logico”, dovendo ora lavorare con altre funzionalità quali la regolazione percentuale della spinta dell’argano pull down, l’inclinazione del mast e del sottocarro, la regolazione della velocità di perforazione ed avanzamento, l’assistenza alla trivellazione ed al getto. Esistono poi protocolli di registrazione, dal nome PDE Process Data Recording, in grado di registrare, processare ed inviare agli uffici di cantiere o alla casa madre tutte le informazioni operative (LiDAT) quali (Fig. 3):
- acquisizione dei dati della macchina;
- trasmissione degli stessi via GPRS o tramite supporto;
- generazione di report operativi;
- generazione di rapporti funzionali del mezzo;
- programmazione e gestione delle macchine e dei cantieri;
- allerta sul malfunzionamento della macchina;   
- assistenza manutentiva remota con i centri di assistenza;
- gestione della ricambistica;
- ....

Perforazione CSP-FoW sulla LRB 355
La LRB 355 opera con una semplice filosofia: sfrutta la potenza motore che la macchina eroga per generare potenza idraulica in grado di far funzionare direttamente 2 teste di rotazione (fisicamente accoppiate ma totalmente indipendenti dal punto di vista idraulico), sistema DBA  300:
1. Rotary sull’elica: 150 kNm di coppia;
2. Rotary sul casing: 300 kNm di coppia;
avendo pertanto a disposizione ben 450 kNm di coppia totale alla velocità massima.
ll sistema, inoltre, presenta altri vantaggi quali:
a. compatto in geometria (per cui è una testa FoW, per gli scavi “Front of the Wall”, tipici delle zone urbane in adiacenza ad edifici o strutture esistenti);
b. integrato in tutti i suoi componenti;
c. di facile e rapido montaggio;
d. di facile manutenzione.
Per la discesa del materiale di scavo, l’attrezzatura prevede, in versione standard, una tubazione concentrica ai casing, costruita con un tubo commerciale in PVC spiralato ed armato, di idonea larghezza (Fig. 4). Un sistema automatico aziona l’argano che governa la discesa e la salita della tubazione stessa in funzione delle fasi di lavoro. Sistema molto semplice, di facile manutenzione e di limitato costo per la sua eventuale sostituzione (per usura, può succedere).

Confronto tra il sistema FoW ed il convertitore di coppia
Il convertitore di coppia o moltiplicatore, per cui una “marcia” meccanica => riduttore convertitore planetario a ruote dentate collegato tra la rotary ed il rivestimento in grado di aumentare la torsione sul rivestimento stesso a scapito della sua velocità, è una tecnologia presente sul mercato atta ad eseguire pali tubati in single pass che genera alcune limitazioni. In situazioni particolarmente gravose (materiali molto resistenti) il sistema FoW, a 2 teste di rotazione distinte, lavora invece sul principio della velocità di taglio e della possibilità di esprime sempre il massimo della coppia, avendo a disposizione 2 circuiti idraulici indipendenti ed esuberanza di potenza.
Il moltiplicatore - convertitore di coppia genera perdite di efficienza come ogni organo meccanico inserito tra il motore endotermico e la macchina utilizzatrice finale. Trattasi di perdite dentro al planetario (per frizione) ed al secondo giunto cardanico di connessione (per “giochi”) che possono essere stimate in un ordine di grandezza che va dal 5 al 10% (non poco!). Un fattore che abbiamo già menzionato, che risulta essere un ulteriore importante vantaggio del sistema FoW-DBA, è il fatto che si possa controllare individualmente la velocità di entrambe le rotary. Modulando gli rpm relativi (tra elica e casing) è possibile ottimizzare la produzione in funzione della tipologia del materiale da scavare aumentandola anche del 20%. Ad esempio:
- se il materiale sale con facilità è possibile rallentare l’elica e sfruttare maggior potenza / velocità sul casing;
- se il materiale è tenace si può accelerare la rotazione dell’elica senza perdere troppa potenza sul casing.
Nel caso del convertitore di coppia, a parità di classe, esso genera circa dal 30% al 40% in meno di Potenza e Coppia e può perforare unicamente con un rapporto costante di velocità tra l’elica ed il casing. In Figura 5 si può osservare il sistema nel suo insieme.

FDA, Full Displacement Auger, ovvero palo a compattazione completa
Il Full Displacement Auger (FDA) rappresenta l’ottimizzazione del principio del “palo a spostamento laterale” e può considerarsi anche la migliore (e più economica) alternativa ai classici pali trivellati o ai pali CFA - Continuos Flight Auger.
Si sfrutta un apposito utensile, che può presentare differenti diametri, il quale viene inserito nel terreno per rotazione e spinto da un’asta montata su di un mast (Fig. 6). L’elemento sottostante di perforazione e quello superiore di compattazione possono essere di lunghezze diverse per meglio adattare l’utensile stesso alle condizioni del terreno; conseguentemente la lunghezza può variare da un minimo di ca. 1 m ad un massimo di ca. 10 m. I diametri possono essere differenti; da 360 a 620 mm sono quelli standard ma si può arrivare sino agli 800 mm. L’asta kelly per l’utensile “Lost Bit” presenta invece un diametro molto più grande di quella dell’utensile standard; è progettata per permettere, oltre al getto del calcestruzzo a gravità, anche l’inserimento delle gabbie dell’armatura in fondo al palo. Le superfici interne sono di conseguenza completamente lisce (Fig. 7). 
I vantaggi della tecnologia lost bit su quella standard sono la facile installazione dell’armatura di qualsiasi forma ed anche a grande profondità sempre centrata nel palo, procedura del getto facilitata e alta produttività. Peraltro, le controindicazioni sono i costi della “punta a perdere” e la maggiore coppia e spinta necessarie per infiggere l’utensile.
La tipica procedura di esecuzione è la seguente:
1. Posizionamento dell’attrezzatura da perforazione.
2. Inizio scavo con l’utensile in rotazione continua ed avanzamento (Fig. 8). Il suolo viene così fluidificato dall’elica rotante e costipato all’intorno del foro dall’apposito “displacement body” (corpo dislocante).
3. Una volta raggiunta la profondità finale, l’utensile viene estratto e, contemporaneamente, il calcestruzzo viene pompato  attraverso l’interno delle aste cave, per poi uscire fuori dall’apposito ugello posto in prossimità della punta.
4. Ad utensile estratto si installa, se richiesto, la gabbia di rinforzo nel calcestruzzo (Fig. 9), eventualmente tramite l’ausilio di un apposito vibratore, o si introducono  armature di differente geometria (tubi o profilati in acciaio).
Nel caso di utilizzo della punta a perdere la fase di posa dell’armatura avviene prima del getto, calandola all’interno della zona anulare cava dell’asta di perforazione. Si procede poi con il getto consequenziale all’estrazione dell’utensile.
Sia in perforazione che in estrazione e durante la fase di getto la macchina è in grado di gestire tutte le procedure in modalità praticamente automatica (Fig. 10).
In fase di perforazione il LiTronic (sistema installato sulla LRB 355) controlla principalmente:
- velocità di discesa - spinta in discesa - velocità di rotazione delle teste rotary - coppie - passo.
Mentre in fase di estrazione:
- pressione del calcestruzzo - portata del calcestruzzo - velocità di estrazione - velocità di rotazione delle rotary.
Il sistema misura e memorizza tutti i valori e parametri del processo produttivo, potendo definire vari indici quali il coefficienti di portata del palo tramite la loro interpolazione (valore l).
I vantaggi nell’utilizzo della tecnologia FDA, quando confrontati con le tecnologie classiche, possono venire sinteticamente descritti come di seguito riportato:
• Elevata capacità portante tramite un notevole addensamento del suolo stesso con conseguente incremento dell’attrito laterale.
• Processo di installazione senza vibrazioni.
• Minima quantità di materiale di risulta dovuta allo scavo (Fig. 11), raffrontandolo ad esempio ad una perforazione in CFA, Figura 12.


L'articolo è stato pubblicato a pag 73 del n.626/2016 di Quarry and Construction...continua a leggere

Share