Pale meccaniche o caricatrici

ORGANIZZAZIONE DEL CANTIERE
Macchine movimento terra
Scavi
ing. Fulvio Re Cecconi
Macchine movimento terra
ing. Fulvio
Re Cecconi
Macchine movimento terra
Sintesi delle funzioni delle principali macchine per i
movimenti di terra
Funzione
ing. Fulvio
Re Cecconi
Macchine
Rottura del terreno
Rippers
Scavo e carico
Escavatore
Pale meccaniche
Trasporto
Autocarro
Dumper
Scavo e trasporto
Apripista (dozer)
Scavo, trasporto, carico e scarico
Ruspa (scraper)
Livellamento
Livellatrice (grader)
Costipamento
Rullo gommato
Rullo liscio
Rullo dinamico
Rullo a piedi costipanti
Escavatore
ing. Fulvio
Re Cecconi
Utilizzato per tutte le operazioni che richiedono rimozione
di porzioni di terreno non particolarmente coerente, tale da
consentirne una relativamente facile frantumazione.
La resa è legata principalmente alla dimensione della benna.
La sostituzione della benna con strumenti differenti li rende
idonei ad un utilizzo differente dal semplice scavo.
Tre grandi categorie differenti principalmente per la
mobilità
• Cingolati
• Gommati
• Su appoggi snodati
Escavatori cingolati
• 
• 
ing. Fulvio
Re Cecconi
Necessitano di trasporto;
Maggiore carico o sforzo di
penetrazione nel terreno
Ovviamente variano per
dimensione
Escavatori gommati
•  capacità di carico limitata
•  buona velocità di spostamento
ing. Fulvio
Re Cecconi
Escavatori su appoggi snodati
ing. Fulvio
Re Cecconi
•  Posizionamento
ottimale in situazioni
di terreno molto
inclinato
•  Bassa mobilità
•  Usi specialistici
Escavatore
Tipi di benna
ing. Fulvio
Re Cecconi
Le tipologie più comuni di benna sono:
•  benna diritta, utilizzata in condizioni normali e adatta per
i lavori al di sopra del piano di appoggio per terre non
molto compatte, ovvero per il caricamento di materiale
sciolto;
•  benna rovescia, adatta per i lavori al di sotto del piano di
appoggio, quali il taglio delle trincee e la
regolarizzazione delle scarpate;
•  Benna mordente, adatta per lo scavo di pozzi o per scavi
ad elevata profondità;
•  benna trascinata, adatta per operazioni di dragaggio
Terminali per usi speciali
ing. Fulvio
Re Cecconi
Terminali per usi speciali
ing. Fulvio
Re Cecconi
Terminali per usi speciali
ing. Fulvio
Re Cecconi
Terminali per usi speciali
•  barra a dischi per taglio di
rami e legna
ing. Fulvio
Re Cecconi
•  rotofresa per pulizia fondo
fossi
Terminali per usi speciali
ing. Fulvio
Re Cecconi
•  Benna falciante per sfalcio
di erbe acquatiche
direttamente nell’alveo del
fosso o canale, con la
possibilità di raccogliere
nello stesso momento le
erbe tagliate
•  Testa trinciante
Terminali per usi speciali
•  cesoie idrauliche per taglio di tronchi e alberi
ing. Fulvio
Re Cecconi
Produttività di un escavatore
ing. Fulvio
Re Cecconi
Dove:
-  V volume al colmo della benna
(m3)
-  r coefficiente di riempimento
-  s coefficienti di rigonfiamento del
terreno
-  Tc tempo medio di ciclo
-  f coefficiente di rendimento del
cantiere
-  α coefficiente per rotazione della torretta differente da 90°
-  β coefficiente di comparazione benna, diversa da quella dritta da
impiegarsi nel caso in cui i tempi di ciclo non siano stati computati
sullo specifico escavatore;
-  γ coefficiente di profondità di scavo, diversa da quella ottimale
Produttività di un escavatore
ing. Fulvio
Re Cecconi
Classe escavatore [t]
15
25
35
56
Tempo medio di ciclo Tc [sec]
15
17
20
23
Angolo di rotazione
45°
60°
75°
90°
120°
150°
180°
α
1.26
1.16
1.07
1.0
0.88
0.79
0.71
Tipo di terreno
Fattore s
Roccia fratturata
1.5 – 2.0
Ghiaia
1.0 – 1.1
Argilla
1.25 – 1.4
Sabbia
1.0 – 1.3
Terreno vegetale
1.1 – 1.3
Produttività di un escavatore
Tipo di terreno
ing. Fulvio
Re Cecconi
Fattore r
Terreno vegetale e sabbia argillosa
100 – 110%
Sabbia ed inerti
95 – 110%
Argilla dura
80 – 90%
Roccia molto fratturata
60 – 75%
Roccia poco fratturata
40 – 60%
Tipo di benna
Fattore β
Escavatore a benna dritta
1.0
Escavatore a benna rovesciata
0.8
Escavatore a benna mordente
0.4
Escavatore a benna trascinata
0.75
Pale meccaniche o caricatrici
ing. Fulvio
Re Cecconi
Macchina per la movimentazione di materiale sciolto,
specialmente terra, adatta a spostarlo e caricarlo su
autocarro.
Possono essere montate su cingoli o ruote gommate ed
hanno anteriormente un telaio elevatore al quale è
incernierata una benna con lama tagliente che, per mezzo di
bielle, può essere sollevata ed abbassata, effettuando così il
carico e lo scarico del materiale e, talvolta, anche lo scavo
del terreno da asportare
Pale meccaniche o caricatrici
Portata della benna in funzione del terreno
ing. Fulvio
Re Cecconi
Pale meccaniche o caricatrici
ing. Fulvio
Re Cecconi
Principali tipologie:
•  pale con carico e scarico frontale: il telaio contenente la
pala nel suo movimento di carico e scarico non può
compiere più di ¼ di giro;
•  pale con carico anteriore e scarico posteriore: la
differenza con la precedente è che il telaio che contiene
la pala può compiere oltre mezzo giro completo;
•  pale con scarico laterale: il prelevamento ed il
sollevamento del materiale avvengono con il telaio in
posizione frontale, mentre lo scarico può avvenire
lateralmente.
Possono essere cingolate o gommate
Pale meccaniche o caricatrici
Attrezzi speciali
ing. Fulvio
Re Cecconi
Pale meccaniche o caricatrici
Fasi di lavoro
ing. Fulvio
Re Cecconi
Le fasi di lavoro per tutti e tre i tipi di macchine si
possono così raggruppare:
•  carico della benna;
•  arretramento della pala ed avvicinamento dell’autocarro;
•  scarico della benna della pala sull’autocarro;
•  ritorno alla posizione di partenza.
Il rendimento delle pale è influenzato dall’altitudine del
cantiere rispetto al livello del mare, dal peso e, quindi,
dalla velocità della macchina carica, dalla resistenza di
avanzamento in funzione del tipo di terreno, dalla pressione
dei pneumatici, dagli attriti del motore.
Pale meccaniche o caricatrici
Produttività
ing. Fulvio
Re Cecconi
Il ciclo di lavoro delle pale caricatrici è composto da 5
fasi:
1.  Carico (Td);
2.  2. manovra a pieno carico (Tm);
3.  3. trasporto a pieno carico (Tt1);
4.  4. scarico (Ts);
5.  5. ritorno a vuoto (Tt2).
TC = Td + Tm + Tt1 + Tt2 + Ts
Td è funzione del materiale e della capacità della benna
Tm è funzione del tipo di macchina e del numero di manovre in relazione
alla tecnica di lavoro
Tt1 e Tt2 sono funzione del peso e della potenza della macchina, della
pendenza longitudinale, delle condizioni della pista e della distanza di
trasporto
Ts è influenzato dalle dimensioni della zona di scarico.
Pale meccaniche o caricatrici
Produttività
Tb = Td + Tm + Ts
Ciclo Base:
0.45÷0.55 minuti, per le pale gommate
0.25÷0.35 minuti, per le pale cingolate
ing. Fulvio
Re Cecconi
Pale meccaniche o caricatrici
Produttività
ing. Fulvio
Re Cecconi
δ Fattore correttivo per tenere conto
del ciclo reale (tempo di ciclo
teorico/tempo di ciclo reale);
Pale meccaniche o caricatrici
Produttività
Tipo di materiale
ing. Fulvio
Re Cecconi
Fattore di riempimento r
Miscele di aggregati umidi
95 – 100%
Aggregati uniformi
Dmax < 3mm
3 < Dmax < 9mm
12 < Dmax < 20mm
Dmax > 24mm
95 – 110%
90 – 110%
90 – 110%
90 – 110%
Rocce fratturate
Buona frantumazione
Media frantumazione
Scadente frantumazione
80 – 95%
75 – 90%
60 – 75%
Miscele di roccia e terra
100 – 120%
Terra umida
100 – 120%
Terra, trovanti e vegetazione
80 – 100%
Materiali cementati
85 – 100%
Pale meccaniche o caricatrici
Schema di funzionamento di una pala caricatrice a carico anteriore e
scarico posteriore
ing. Fulvio
Re Cecconi
Terna
ing. Fulvio
Re Cecconi
Pala gommata dotata di un braccio escavatore sul retro.
•  Dimensioni piccole o mediopiccole, adatta solo a certi
tipi di cantiere/lavori.
•  Attrezzabile analogamente a escavatore o pala
caricatrice.
Apripista (dozer)
ing. Fulvio
Re Cecconi
•  L’apripista è un trattore, cingolato o gommato, dotato
anteriormente di una lama metallica, di sezione concava, col bordo
inferiore tagliente e con funzione di apertura piste, stesa e
livellamento.
•  Mediante la lama anteriore l’apripista scava il materiale ed è in
grado di spostarlo, per una distanza massima di circa 100 metri,
mediante azione di spinta. La lama ha il taglio a coltello e la sua
particolare sagomatura aumenta il rendimento dello scavo. Il
trattore trasmette alla lama l’azione di spinta mediante due robusti
bracci che, in posizione di riposo, la tengono sollevata.
•  Gli apripista gommati sono adatti per terreni sciolti, mentre i
cingolati, di maggior potenza e più utilizzati, sono adatti a terreni
più consistenti.
Apripista (dozer)
ing. Fulvio
Re Cecconi
A seconda dell’inclinazione che può assumere la lama si distinguono:
•  bull-dozer, con lama perpendicolare alla direzione del moto. Sono
i più impiegati, servono per apertura di tracce stradali e per
operazioni di livellamento;
•  angle-dozer, con lama che può ruotare (30°) attorno ad un asse
verticale. Per la possibilità di spostare lateralmente il terreno sono
adatti alla realizzazione di sezioni a mezza costa;
•  tilt-dozer, con lama che può ruotare intorno (15°) ad un asse
orizzontale. Sono adoperati per la realizzazione di piani inclinati.
Apripista
ing. Fulvio
Re Cecconi
Ilciclo di lavoro degli apripista è composto da 5 fasi:
1.  scavo e trasporto,
2.  ammasso del terreno,
3.  cambio di direzione,
4.  ritorno a vuoto,
5.  cambio di direzione abbassamento lama,
Il tempo di ciclo sarà pertanto dato da:
TC = (Lc / v1) + (Lp / v2) + [(Lc + Lp)/ v3] + To + Tm + 2 Tp
Dove:
v3pc t
empo
T
L
lunghezza
velocità
necessario
delditratto
ritorno
per che
i cambi
a vuoto
si percorre
di(1.1
direzione
÷in2.2
posizione
m/sec),
alla finedi
del
taglio
solo
tratto
trasporto;
(6di
÷ 15
scavo
m);
e
Vo21 trasporto
T
velocità
tempo
durante
e prima
necessario
lo
il
ditrasporto
scavo,
riprendere
per abbassare
funzione
(0.9
la posizione
÷ 1.0
della
la m/sec)
lama
profondità
di(1lavoro
la÷ velocità
2 sec),
di
(≈10s
scavo
durante
perh,ciscun
delle
il
Tm cambio)
trasporto
caratteristiche
tempo
(0.9
necessario
÷della
1.0 m/sec)
lama,
per idella
cambi
densità
di velocità
del terreno
(4 ÷ 5esec),
della potenza della
macchina (di massima pari a 0.4 ÷ 0.5 m/sec), Ruspa
ing. Fulvio
Re Cecconi
•  Macchina costituita da due elementi principali: il trattore, parte
anteriore del veicolo comprendente cabina motore e trasmissione,
e lo scraper, parte posteriore comprendente cassone e
collegamento (detto collo di cigno).
•  Svolge la funzione di scavo, trasporto e stesa del materiale ed è
adatta per terreni di scarsa consistenza e grossi volumi da trattare.
Il suo utilizzo è particolarmente indicato per distanze di trasporto
variabili tra i 100 e i 3'000 metri.
•  Lo scavo del terreno e il riempimento del cassone avvengono
durante il movimento della macchina per l’azione della lama che
affonda nel terreno e, per la sua inclinazione, consente al materiale
scavato di salire nel cassone. A riempimento avvenuto la lama
viene sollevata in modo che, funzionando da fondo del cassone, ne
provochi la chiusura.
Produttività delle ruspe
ing. Fulvio
Re Cecconi
Livellatrici
Grader
ing. Fulvio
Re Cecconi
Costituita da una lama portata da un telaio a ponte,
poggiante anteriormente su di un asse a ruote direttrici e
posteriormente su uno o due assi motori. La lama, sistemata
al centro del telaio, può ruotare attorno ad un asse verticale
di 360°
Utilizzata per:
•  Asportazione dello strato superficiale di terra vegetale;
•  Spostamento laterale del terreno mosso dalle
scarificatici(rippers);
•  Stesa e livellamento del terreno;
•  Profilatura scarpate;
•  Scavo di fossi.
Macchine costipanti
ing. Fulvio
Re Cecconi
•  L’azione di costipamento consiste nell’aumentare la densità del
materiale (sciolto o legato) con riduzione dei vuoti ed espulsione di
gas ed aria.
•  Le macchine costipanti forniscono l’energia necessaria
all’addensamento esplicando azione di pressione, urto, vibrazione e
manipolazione (terreni coesivi)
•  L’energia costipante può
essere fornita mediante
azione statica, dovuta al peso
proprio del mezzo, o
dinamica, ossia azione di urto
e vibrazione impressa dal
peso proprio del mezzo
associato ad un eccentrico. A
seconda del prevalere di una
delle due tipologie di azione i
rulli si distinguono in statici e
dinamici.
Macchine costipanti
Campi di utilizzo
ROCCE
SABBIA
100%
SABBIA/ARGILLA
50%
ing. Fulvio
Re Cecconi
ARGILLA
100%
Costipatori a zoccoli
Costipatori con pneumatici
Rulli vibranti lisci o con risalti
Rulli con risalti ad alta velocità
Rulli costipanti con piedi o risalti
Macchine costipatrici
Produttività
Pteorica
ing. Fulvio
Re Cecconi
€
L
B
s
f
v
p
3600
= (L − B)⋅ v⋅ s⋅
p
Preale = Pteorica ⋅ f
larghezza del rullo [m];
larghezza della fascia di sovrapposizione [m];
è lo spessore del
€ tratto costipato [m];
è il coefficiente di rendimento;
è la velocità di lavoro del rullo (m/sec);
è il numero delle passate necessarie.
Dumper
ing. Fulvio
Re Cecconi
Calcolo volumi di scavo
ing. Fulvio
Re Cecconi
Il volume di scavo può essere calcolato come:
1.  Volume nella sua posizione originale Vb [bank]
2.  Volume dopo che è stato smosso dalla sua
configurazione iniziale Vl [loose]
3.  Volume compattato Vc [compacted]
Meno frequente è l’utilizzo di:
1.  Volume smosso e successivamente assestato da eventi
atmosferici [Vass]
V
l
Vass
Vc
Vb
Calcolo dei volumi di scavo
Il rapporto tra i volumi è, ovviamente, legato alle differenti densità
A grandi linee si possono assumere i seguenti valori:
ing. Fulvio
Re Cecconi
Tipo di terreno
Vb
Vl
Vc
Terreno sabbioso
1
1.05
1.04
Terreno di medio
impasto
1
1.20
1.10
Terreno argilloso
1
1.40
1.20
Rocce non
compatte
1
1.40
1.20
Rocce compatte,
dure
1
1.65
1.30