Introduzione e rassegna delle macchine per costruzione e manutenzione stradale

Le macchine per costruzioni stradali sono tra le attrezzature essenziali utilizzate nell'edilizia e nello sviluppo delle infrastrutture. Facilitano scavo, livellamento, compattazione e movimentazione dei materiali e svolgono quindi un ruolo importante nei progetti di ingegneria civile.

Macchine per costruzioni stradali: trasporto del calcestruzzo

Nel trasporto del calcestruzzo è importante mantenerne l'uniformità durante il tragitto ed evitare variazioni significative dello slump, cioè mantenere approssimativamente costante il rapporto acqua-cemento. Questa sezione descrive brevemente dumper e autobetoniere come attrezzature per il trasporto del calcestruzzo.

Macchine per costruzioni stradali: dumper

Il dumper è un piccolo veicolo da trasporto adatto all'impiego all'interno del cantiere. Secondo la fonte è più appropriato quando la distanza di trasporto è inferiore a 1 chilometro. Durante il trasporto si deve evitare che le vibrazioni vengano trasmesse al calcestruzzo e il calcestruzzo preparato deve essere utilizzato entro un massimo di 45 minuti.

Macchine per costruzioni stradali: autobetoniera

Un autocarro per il trasporto del calcestruzzo con tamburo rotante è noto come autobetoniera. Viene utilizzato per trasportare rapidamente il calcestruzzo dall'impianto di betonaggio al punto di posa e può essere impiegato anche su distanze maggiori. La fonte indica una velocità del tamburo da 4 a 12 giri al minuto e afferma che la linea di mandata della pompa per calcestruzzo dovrebbe essere composta da sezioni lunghe non più di 3 metri ciascuna. Con un'autobetoniera, il calcestruzzo preparato deve essere utilizzato entro un massimo di 90 minuti. Durante lo scarico non devono essere aggiunti acqua, cemento o altri materiali, perché ciò può ridurre la resistenza del calcestruzzo; le eventuali correzioni devono invece essere effettuate nel progetto della miscela e nell'impianto di betonaggio.

Macchine per costruzioni stradali: produzione e miscelazione del calcestruzzo

Il requisito fondamentale nella produzione del calcestruzzo è che la miscela sia omogenea e uniforme nell'aspetto e che le superfici degli aggregati siano completamente rivestite di pasta cementizia.

Fasi della produzione meccanizzata del calcestruzzo:

Misurare sabbia, aggregati e cemento / caricarli nel tamburo o nella tramoggia / miscelare a secco / aggiungere acqua / miscelare nuovamente / trasportare al punto di utilizzo / scaricare il calcestruzzo. Questa sezione descrive brevemente betoniere e impianti di betonaggio come attrezzature di miscelazione.

Macchine per costruzioni stradali: betoniera

Una betoniera viene utilizzata per produrre quantità relativamente piccole di calcestruzzo. La fonte descrive capacità comuni di circa 250-750 litri e considera questo metodo adatto quando sia il volume complessivo del progetto sia il volume giornaliero di getto sono moderati, intorno a 25-30 m³ al giorno. Poiché i materiali possono essere misurati volumetricamente dagli operatori, sono possibili errori di dosaggio e la resistenza del calcestruzzo può variare tra i lotti; è quindi necessario un controllo accurato.

Macchine per costruzioni stradali: impianto di betonaggio

L'impianto di betonaggio è il cuore di una stazione di produzione del calcestruzzo. Pompe e sistemi di trasporto alimentano il cemento dai silos e gli aggregati dai cumuli alla betoniera nelle proporzioni stabilite, mentre una pompa fornisce una quantità controllata d'acqua. I materiali vengono miscelati e scaricati in un'autobetoniera. La capacità dell'impianto è comunemente espressa in funzione del volume della betoniera. La fonte cita come comuni in Iran betoniere da 0,5, 0,75 e 1 m³ e capacità produttive di circa 40-120 m³/h per fabbisogni giornalieri maggiori. Poiché il processo centralizzato è automatizzato, il calcestruzzo prodotto nello stesso giorno o in giorni differenti dovrebbe presentare minori variazioni. I materiali vengono caricati nei sistemi di pesatura, le proporzioni sono controllate dalla sala di comando secondo il mix design, gli aggregati vengono convogliati alla betoniera e vengono aggiunte quantità controllate di acqua e cemento prima dello scarico del calcestruzzo finito.

Macchine per costruzioni stradali: posa e scarico del calcestruzzo

Durante la posa è importante che la miscela trasportata entri nella cassaforma senza segregazione. Poiché la caduta libera può separare le particelle di aggregato, deve essere ridotta al minimo. Il calcestruzzo può essere posato con scivoli, pompe, benne e gru, sistemi rotaia-vagone o nastri trasportatori. Questa sezione tratta brevemente pompe per calcestruzzo fisse e mobili e gru come attrezzature di posa.

Le pompe per calcestruzzo sono disponibili in due forme principali:

1) pompe fisse o a terra; 2) pompe mobili o con braccio. Le pompe sono adatte al getto a quote elevate. La fonte considera pompabile un calcestruzzo con circa 300-350 kg/m³ di cemento, raccomanda additivi aeranti e afferma che non dovrebbero essere usati acceleranti. Uno slump di circa 5-15 cm viene indicato come adatto. Il pompaggio deposita il calcestruzzo direttamente nel punto di utilizzo, riducendo la necessità di altri mezzi di trasporto ed essendo particolarmente utile dove l'accesso è difficile o limitato. Può ridurre gli sprechi di materiale e il fabbisogno di manodopera. Molte pompe possono, secondo quanto riportato, portare il calcestruzzo a circa 25 m di altezza e 60 m in orizzontale, mentre le pompe ad alta pressione possono superare questi valori. Il calcestruzzo moderno viene spesso pompato attraverso tubazioni di mandata per lunghe distanze e in punti difficilmente raggiungibili con altri metodi. Un sistema tipico comprende tramoggia, tubazioni di mandata e pompa. Molte pompe ad azione diretta utilizzano un pistone orizzontale e valvole semirotative progettate per il passaggio di aggregati grossi. Il calcestruzzo entra nella pompa per gravità e per l'aspirazione indotta dal pistone; l'azione alternata delle valvole lo immette quindi nella tubazione e la mantiene piena. La fonte afferma che si possono ottenere portate fino a circa 60 m³/h con tubi fino a 220 mm di diametro.

Macchine per costruzioni stradali: gru

Una gru è composta da cabina dell'operatore, lungo braccio reticolare e meccanismo di sollevamento ed è generalmente impiegata per sollevare e spostare oggetti pesanti. All'estremità del braccio possono essere installate diverse attrezzature per altri utilizzi. Le gru possono essere meccaniche o idrauliche, sebbene le macchine moderne siano prevalentemente idrauliche.

Macchine per costruzioni stradali: compattatori

I compattatori vengono utilizzati per preparare i sottofondi e compattare piccole aree. La fonte indica forze di compattazione di circa 1,5-3 tonnellate a seconda del tipo di macchina. Sono prodotti in diverse configurazioni, tra cui a piastra e su molle, con motori a benzina o diesel. Vengono usati per compattare canali e trincee scavati nelle strade e per preparare le superfici prima della posa finale dell'asfalto. La fonte discute inoltre i compressori per la perforazione delle superfici e osserva che i compressori d'aria vengono utilizzati nelle perforazioni su larga scala di pozzi convenzionali e nell'esplorazione offshore, normalmente con alimentazione diesel.

Macchine per costruzioni stradali: grader

Il grader viene utilizzato per realizzare pendenze, sagomare rilevati e scarpate di scavo, livellare le superfici di movimento terra, scavare fossi e miscelare e distribuire materiali bituminosi e terreno. Può anche funzionare da spazzaneve ed essere utilizzato per pulizia del cantiere e rimozione degli strati superficiali deboli. Un uso preciso del grader può ridurre significativamente i costi di progetto. Lo spostamento del terreno dalle zone più alte a quelle più basse con il grader viene spesso chiamato bilanciamento, mentre la sagomatura e regolazione finale di ogni strato stradale viene definita finitura o livellamento finale.

Macchine per costruzioni stradali: bulldozer

Il bulldozer è adatto al livellamento dei cantieri, alla costruzione stradale e alla regolarizzazione di terreni irregolari. Distribuisce terreno lungo il corpo stradale e riempie le depressioni, taglia il terreno per la costruzione della strada, rimuove terreno vegetale o depositi minerali e può contribuire alla realizzazione di opere di drenaggio. La fonte lo descrive come particolarmente utile per tagli laterali su pendii montani e per rompere terreno duro o roccioso senza esplosivi. Indica che la macchina può lavorare su pendenze fino al 100%, cioè circa 45 gradi.I bulldozer gommati vengono usati su terreno duro e medio, mentre quelli cingolati sono preferiti su terreno soffice o sabbioso. I bulldozer hanno numerosi impieghi, tra cui rimozione di vegetazione e ceppi, apertura di prime piste di accesso in terreni montuosi e rocciosi, spinta di grandi volumi di terra, assistenza agli scraper, distribuzione del riporto, formazione di cumuli accanto ai canali scavati, rimozione di detriti di costruzione, manutenzione di strade provvisorie in terra e pulizia delle cave. Un bulldozer utilizza una lama anteriore azionata meccanicamente o idraulicamente, sollevabile e abbassabile. La fonte distingue il bulldozer convenzionale con lama fissa dall'angle dozer, la cui lama può essere inclinata per spingere materiale sia in avanti sia lateralmente. La rotazione della lama dell'angle dozer nel piano verticale è indicata in circa 30-40 gradi. I bulldozer possono inoltre avere un ripper posteriore per rompere terreno duro. I bulldozer gommati articolati vengono talvolta chiamati macchine articolate o a perno centrale; lo snodo migliora la manovrabilità. La maggior parte dei bulldozer convenzionali è cingolata e può anche trainare altre attrezzature come gli scraper.

Macchine per costruzioni stradali: autocarro ribaltabile

Un autocarro ribaltabile è adatto al trasporto di materiali da costruzione e blocchi. La fonte indica capacità di circa 4-40 m³ e descrive questi autocarri come una soluzione efficace per il trasporto di materiali nei grandi cantieri.

Autocarro

Sebbene i materiali terrosi possano essere spostati anche con scraper, nastri trasportatori o treni, gli autocarri sono il metodo più comune. La velocità relativamente elevata su strade adatte e la grande capacità possono ridurre il costo unitario di trasporto. Le flotte sono inoltre flessibili, poiché il numero di veicoli assegnati a un progetto può essere aumentato o ridotto in base alla produzione richiesta. La fonte divide gli autocarri in rigidi convenzionali e articolati. I rigidi comprendono modelli stradali e fuoristrada; questi ultimi possono raggiungere dimensioni e capacità di diverse centinaia di tonnellate, con cassoni ribaltabili particolarmente comuni. Gli autocarri ribaltabili sono molto flessibili nel trasporto di materiali, soprattutto i modelli stradali che possono spostarsi facilmente tra i progetti. Possono essere diesel o benzina, con uno o più assi motori e con due o tre assi. Gli articolati sono composti da un'unità motore/potenza e da un cassone collegati mediante uno snodo e sono veicoli specializzati per il trasporto di materiali terrosi.

Pala caricatrice:

La pala caricatrice è una delle macchine più versatili impiegate nell'edilizia e nelle opere civili. Prodotta in molte dimensioni, può svolgere numerosi lavori grazie a mobilità, flessibilità e benne e accessori intercambiabili. Le applicazioni tipiche includono costruzione di rilevati, scavo di seminterrati, reinterro di trincee, posa di terreno intorno a tubazioni interrate, carico di autocarri, trasporto del calcestruzzo alle casseforme e sollevamento e movimentazione di materiali da costruzione. Gli accessori possono trasformarla in macchina per sgombero neve, scavo di trincee, movimentazione e posa di tubi, sollevamento o lavoro tipo carrello elevatore. Le pale sono ampiamente impiegate per muovere materiale sfuso, caricare autocarri e scavare. Le pale gommate sono generalmente usate su terreno duro e medio, mentre quelle cingolate sono preferite su terreno soffice e sabbioso.

Tipi di pale caricatrici:

– Pale gommate:

Le pale gommate sono prodotte in dimensioni da piccole a molto grandi. I grandi pneumatici offrono elevata mobilità e velocità esercitando una pressione relativamente bassa sul terreno, regolabile in parte variando la pressione degli pneumatici. Le rocce appuntite possono danneggiare gli pneumatici e le pale gommate possono essere difficili da usare su terreno bagnato o fangoso. Possono essere utilizzate catene di protezione sia per ridurre i danni sia per aumentare la trazione; pneumatici moderni con battistrada pesante possono migliorare il lavoro nelle zone rocciose. Le pale possono avere telai rigidi o articolati. I telai articolati, particolarmente diffusi sulle pale più grandi, collegano le sezioni posteriore e anteriore tramite uno snodo e offrono manovrabilità migliore e raggio di sterzata minore rispetto ai telai rigidi. Le pale moderne utilizzano sistemi idraulici ed elettrici di sterzo e controllo per migliorare comfort e prestazioni dell'operatore. Le pale rigide convenzionali sterzano tramite le ruote, mentre quelle articolate usano cilindri idraulici sullo snodo.

– Pale cingolate:

Le pale cingolate svolgono funzioni simili a quelle gommate, ma la minore pressione al suolo consente di operare su terreni che potrebbero non sostenere le pale gommate. L'elevata trazione permette un uso efficace della potenza del motore durante lo scavo e i cingoli eliminano il rischio di tagli degli pneumatici su rocce appuntite. La fonte afferma che le pale cingolate possono lavorare su pendenze laterali fino a circa il 35%, rispetto al 15% delle gommate, e salire pendenze fino a circa il 60%, rispetto a circa il 30% delle macchine gommate. La velocità di trasferimento è però molto inferiore, quindi l'efficienza diminuisce quando le distanze di trasporto e ritorno sono lunghe.

– Terna

Una terna è essenzialmente una piccola pala con un attacco escavatore posteriore ed è utilizzata per lavori leggeri. Le sue caratteristiche combinano quelle di pale ed escavatori. Poiché svolge due funzioni, è ampiamente usata nei progetti più piccoli, specialmente per lo scavo di trincee. La forza di scavo dell'escavatore posteriore varia con la geometria del braccio, l'angolo del terreno e il raggio di lavoro; i costruttori forniscono diagrammi prestazionali per le diverse configurazioni.

Scraper

Lo scraper carica, trasporta e scarica materiale terroso su distanze medie o relativamente lunghe senza richiedere macchine separate per carico e trasporto. Ha tre sezioni principali: la vasca o comparto di carico, il portello anteriore o apron e la parete espulsore posteriore. La vasca aperta ha normalmente un tagliente sostituibile sul bordo anteriore inferiore; durante il carico questo penetra e taglia il terreno, dirigendolo nella vasca. La vasca può essere sollevata e abbassata. Negli elevating scraper, un elevatore sostituisce o integra l'apron anteriore convenzionale. L'espulsore posteriore si muove avanti e indietro per spingere fuori il materiale durante lo scarico. Gli scraper possono essere semoventi o trainati, anche se quelli non motorizzati sono oggi meno comuni. Molti sono unità monoasse il cui carico verticale e bilanciamento sono sostenuti dal trattore di traino. I trattori possono essere gommati o cingolati. Altre configurazioni combinano trattore monoasse e scraper in un tractor-scraper integrato. Gli scraper a due assi possono essere trainati da trattori cingolati. La fonte osserva che le configurazioni trainate da trattore cingolato sono oggi relativamente rare.

Trattore

Il trattore è una delle macchine più importanti nella costruzione di strade ed edifici e ha molte applicazioni. La sua funzione principale è spingere o trainare carichi. Possono essere montati numerosi accessori, tra cui attrezzature di scavo, ripper, lame bulldozer, posatubi con braccio laterale, lame angolabili e scavatori di fossi. I trattori possono inoltre trainare scraper, carri e altre attrezzature. Sono generalmente alimentati da motori diesel, spesso turbocompressi, e sono disponibili con trasmissioni convenzionali o automatiche.

Tipi di trattori:

A) Trattori cingolati: sono prodotti in molte dimensioni e normalmente classificati in base a dimensioni, peso e potenza. Il peso della macchina è importante perché lo sforzo massimo di trazione è limitato dal prodotto tra peso e coefficiente di aderenza al suolo, indipendentemente dalla potenza disponibile. I cingoli consentono di lavorare su terreni con capacità portante relativamente bassa offrendo una buona trazione. B) Trattori gommati: sono progettati per offrire maggiore velocità di trasferimento nel traino o nella spinta di scraper e in lavori simili. Sono disponibili in configurazioni a due o quattro ruote. Un trattore a due ruote normalmente deve lavorare con un'altra macchina, come uno scraper, per mantenere la stabilità. I tipi a quattro ruote possono avere uno o due assi motori. La vulnerabilità degli pneumatici su terreno roccioso appuntito può limitarne l'impiego, anche se possono essere montate catene protettive per ridurre i danni e migliorare la trazione.

Escavatori:

 Gli escavatori sono stati tra le prime moderne macchine da costruzione utilizzate per il movimento terra. Servono principalmente a scavare il terreno e caricarlo su autocarri, rimorchi o trasportatori. Le macchine più potenti possono scavare quasi tutti i tipi di terreno, eccetto roccia compatta, senza preventiva frantumazione. Un escavatore ha tre sezioni fondamentali: sottocarro, struttura superiore rotante e attrezzatura frontale. I sottocarri sono generalmente cingolati o gommati. Il cingolato offre piattaforma stabile, buona mobilità nel sito di scavo e bassa pressione al suolo grazie alla grande area di contatto, risultando adatto ai terreni soffici; i cingoli forniscono inoltre trazione aggiuntiva quando esiste rischio di slittamento. Lo svantaggio è la bassa velocità di trasferimento. I sottocarri gommati viaggiano più rapidamente e possono essere più utili nei lavori piccoli con frequenti spostamenti su superfici solide. La fonte distingue escavatori gommati semoventi da escavatori montati su telaio di autocarro e indica velocità massime approssimative di 50 e 80 km/h rispettivamente.

Tipi di escavatori:

A) Escavatore a retro: noto anche con diversi nomi locali, può essere meccanico o idraulico ed è adatto allo scavo. B) Escavatore a funi: struttura superiore rotante montata su sottocarro mobile con attrezzatura di scavo frontale; la fonte descrive varianti meccaniche e idrauliche. C) Dragline: è composto da cabina operatore, braccio, benna trascinata e funi per il controllo delle varie sezioni. Può scavare molto sopra o sotto il proprio livello di appoggio ed è usato su molti tipi di terreno. Il lungo braccio è utile per scavo e scarico e un ciclo di lavoro breve è uno dei vantaggi. D) Gru: composta da cabina operatore, lungo braccio reticolare e meccanismo di sollevamento, viene normalmente usata per sollevare e spostare oggetti pesanti. Al braccio possono essere collegati accessori diversi per altri usi. Le gru possono essere meccaniche o idrauliche, con queste ultime oggi più comuni.

Circuito idraulico di un veicolo cingolato con attacco martello idraulico