Considerazioni sulle tecnologie trenchless

Introduzione
Nell'ambito della realizzazione di condotte per il trasporto di fluidi, l'attraversamento di ostacoli naturali (corsi d'acqua, dossi e pendii rocciosi) ed artificiali (ferrovie, strade ed autostrade) ha sempre rappresentato un problema sia a livello progettuale che costruttivo.
L'esigenza di un più accurato rispetto ambientale nelle zone interessate da condotte in costruzione, ha accentuato le difficoltà insite in dette problematiche, spingendo verso l'adozione di metodologie trenchless innovative che, limitando l'uso di scavi a cielo aperto, hanno un impatto paesaggistico ed ambientale certamente più ridotto rispetto alle tecniche di costruzione tradizionali.
Va detto anche che tra le tecniche tradizionalmente usate ve ne sono alcune che prevedono il passaggio di ostacoli con tubazioni in sotterraneo senza l'apertura di scavi per tutta la lunghezza da oltrepassare; le suddette tecniche, in gran parte, non prevedono però un sistema di controllo direzionale e non sono perciò adottabili su lunghezze rilevanti ed in terreni ad elevata disomogeneità.
Nella tabella sotto riportata vengono elencate le tecniche per l'attraversamento di ostacoli naturali con sistemi di scavo in sotterraneo disponibili sul mercato.
Le "metodologie trenchless "Tradizionali" sono quasi esclusivamente senza il controllo direzionale, sono più semplici da utilizzare ma meno precise, in quanto non provviste di automatismi che consentano di modificare il tracciato di perforazione. Di recente però, anche nell'ambito delle tecnologie che normalmente non impiegano il controllo direzionale, ci sono stati passi avanti, prevedendone l'impiego e, per alcune metodologie, si stanno sviluppando adeguati sistemi di controllo direzionale anche per queste metodologie, ampliandone quindi il campo di applicazione.
Al contrario, per le "metodologie trenchless Innovative (o di nuova generazione)" sono provviste del controllo direzionale ad eccezione. fra queste solo la metodologia del Raise Borer non prevede di norma il controllo direzionale mentre, tutte le altre metodologie, lo prevedono e quindi garantiscono in fase esecutiva una maggior precisione nel rispetto del progetto.
Di seguito andiamo a descrivere le principali tecnologie trenchless tradizionali reperibili sul mercato. Diamo inoltre alcune indicazioni sulla progettazione di un attraversamento e le voci di costo.


Progettazione di un attraversamento
La tecnologia trenchless deve essere presa in considerazione sia nella fase di valutazione sia in quella progettuale, se apporta benefici al progetto. Introdurre il metodo trenchless come alternativa allo scavo a cielo aperto non è la procedura giusta per la progettazione di un attraversamento, che invece deve essere considerato con un approccio ingegneristico, dal momento che offre vantaggi ed ha i suoi limiti.
Le esperienze acquisite di progettazione e di lavori devono essere utilizzate in maniera intelligente ed appropriata.
La riuscita di un attraversamento dipende, in primo luogo, da un'adeguata acquisizione di elementi che permettano di esprimere un giudizio complessivo sull'area e sui litotipi che costituiscono il terreno, in rapporto alla condotta da posare.
I tecnici che si accingono a valutare la fattibilità di un attraversamento o a progettarne l'esecuzione, devono sempre tener presente l'esistenza di una vasta gamma di tecnologie trenchless in continua evoluzione e di macchinari sempre più potenti che possono portare in breve tempo al superamento dei limiti operativi attuali. È pertanto essenziale che in fase di fattibilità, prima di emettere giudizi negativi, vengano assunte le opportune informazioni.
Nella seguente tabella viene riportata un'ipotesi di possibile schema di lavoro da seguire nella progettazione di un attraversamento.


Raffronto sulla formazione del costo fra le diverse metodologie realizzative
Importante nella scelta della soluzione tecnica è l'analisi "Costi - Efficacia" e lo Studio di Impatto Ambientale (SIA). La prima permette di selezionare il progetto, che a parità di efficacia (cioè di risultati ottenuti), minimizza i costi; la seconda valuta la compatibilità del progetto sulla base della stima degli effetti negativi o positivi con le condizioni ambientali del sito.
Il SIA introduce criteri di scelta basati sulla stima degli effetti ambientali (anche non economicamente quantificabili). I criteri di paragone saranno gli effetti che ognuna delle azioni progettuali provoca sull'ambiente, anche in considerazione delle possibilità di adottare, in corso d'opera, delle misure di mitigazione che possono diminuire gli impatti negativi.
Sono aspetti che condizionano notevolmente la scelta del metodo di attraversamento e come tali richiedono un attento esame di comparazione tra le varie soluzioni d'intervento; altro fattore vincolante sulla scelta del metodo è l'ottenimento dei permessi pubblici e/o privati.


Metodologie Trenchless Senza Controllo Direzionale
Di seguito vengono brevemente trattate le tecnologie trenchless tradizionalmente adottate per la posa di condotte che, per la gran parte, non utilizzano il controllo direzionale in fase di perforazione. Per tali realizzazioni la condotta è generalmente in acciaio, in PEAD o in PVC e di norma viene utilizzata come tubo di rivestimento o casing.
Alcune di queste tecniche sono di utilizzo comune già da moltissimi anni, mentre altre di introduzione più recente, si sono rapidamente diffuse in quanto di semplice applicazione.
Anche in questo settore, lo sviluppo delle tecniche da parte dei maggiori costruttori delle macchine, sta introducendo il controllo direzionale, rivalutandone di fatto il campo di impiego.
Le più comuni tecniche oggigiorno utilizzate sono:
1. Spingitubo;
2. Spingitubo con unità di perforazione;
3. Battipalo - spingitubo a percussione;
4. Talpa a percussione;
5. Trivella spingitubo guidata.
Un'ulteriore suddivisione viene fatta in funzione della metodologia di scavo:

• La prima, la seconda e la quinta sono con asportazione di terreno;
• La terza e la quarta sono senza asportazione del terreno ma con spostamento e compattazione dello stesso.

Si rileva inoltre che, ad esclusione della "talpa a percussione", le altre tecniche prevedono la messa in opera del tubo, generalmente un casing, direttamente in fase di perforazione.
I principali limiti di tali metodologie sono:

• limitate lunghezze di perforazione;
• perforazione solo rettilinea, sulla base della direzione pre-impostata e senza possibilità di modificare la direzione in avanzamento;
• impossibilità di deviare eventuali ostacoli;
• difficoltà ad operare sotto falda (generalmente sconsigliata in presenza di terreni permeabili).

Campi di applicazione
A prescindere dalle caratteristiche geologiche dei terreni da attraversare, la metodologia può essere impiegata per la posa di condotte e cavi in numerosi campi di applicazione, quali:

• realizzazione di condotti fognari;
• realizzazione di cunicoli di servizio (di diametro e lunghezza contenuti);
• attraversamento in subalveo di corsi d'acqua di dimensioni e battente idrico limitati;
• attraversamento di ostacoli artificiali (autostrade e strade, ferrovie, fabbricati, aree urbane, piazzali, ecc.);
• sottopasso di aree di particolare pregio ambientale e/o archeologico.

La limitata capacità operativa delle singole tecniche condiziona fortemente il loro utilizzo in terreni geologicamente complessi, in presenza di falda idrica, per attraversamenti di lunghezza considerevole e quando sia necessario garantire la precisione del punto di uscita/arrivo dell'attraversamento e la regolarità dell'asse di perforazione.
Lo sviluppo delle tecnologie trenchless senza controllo direzionale si focalizza principalmente sulle nuove applicazioni che ne consentono la guida in fase di perforazione. A seguire se ne riporta una breve descrizione.


Trivella spingitubo guidata
Da alcuni anni, sempre più spesso, le principali aziende che producono attrezzature di perforazione, si sono rivolte alle spingitubo con un approccio più tecnologico al fine di migliorarne la precisione e, nel contempo, aumentare il campo di applicazione e le lunghezze realizzabili delle perforazioni.
Le aziende costruttrici si sono orientate su due differenti metodi di miglioramento della metodologia di perforazione e della relativa direzionalità della stessa, quali:
a. Il primo approccio è stato quello di modificare le attrezzature di spinta e l'attrezzatura di perforazione, prendendo spunto dal sistema microtunnel, anche se estremamente semplificato; garantisce lo stesso risultato e consente quindi la spinta e la posa di una condotta in acciaio. Di seguito un esempio di spingitubo guidato.  
b. Il secondo metodo è quello di effettuare un foro pilota direzionato, mediante un'asta di perforazione di piccolo diametro, spinta nel sottosuolo dalla spingitubo e provvista di un sofisticato sistema di guida e controllo. Con capacità di guida fino ad oltre 150 m di distanza (a seconda dei sistemi utilizzati). Come prima fase viene effettuata una preforazione pilota sull'asse di progetto, esclusivamente rettilinea, con un'asta pilota di piccolo diametro, simile a quelle usate per la T.O.C.. Eventuali limitate correzioni direzionali possono essere effettuate grazie al perforatore munito di scarpa direzionale.
La seconda fase prevede la spinta con perforazione e posa della tubazione finale e/o del casing da utilizzare come tubo di protezione. La perforazione avviene come di consueto per le spingitubo, per mezzo di una stazione di spinta (a spinta idraulica) e coclea per lo smarino. La spinta segue l'asta pilota, presente nel foro (che le fa da guida) in modo concentrico. In casi particolari, in presenza di grandi diametri di condotta da posare, può essere necessario effettuare una fase intermedia (fra la prima e la seconda) con la quale sostituire l'asta pilota di piccolo diametro con un'asta pilota di diametro maggiore e più idonea a fare da guida per la condotta finale.
Entrambe le metodologie sopra riportate, con i giusti utensili di perforazione, sono utilizzabili anche in terreni rocciosi. Questi metodi consentono perforazioni e posa di condotte in estrema sicurezza e precisione esecutiva. È pertanto auspicabile una diffusione delle relative attrezzature presso le aziende specialistiche che, allo stato attuale, difficilmente le prendono in considerazione, preferendo l'impiego delle vecchie attrezzature assolutamente imprecise e non direzionabili.