Terre e rocce da scavo: la sicurezza nei cantieri

Molte opere di ingegneria civile e industriale prevedono lavori di scavo e movimentazione di terre e rocce da scavo, come attività preliminari o come parti integranti della realizzazione delle opere stesse. Nella maggior parte dei casi, gli eventi infortunistici sono causati da procedimenti e/o comportamenti improntati alla scarsa o superficiale attenzione. Spesso vi sono responsabilità progettuali, ma anche di carattere economico-finanziario, quando, il ribasso d’asta provoca tagli a discapito della sicurezza, realizzative, nonché di verifica e di controllo.

Terre e rocce da scavo: le caratteristiche

Per definire le caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni attraverso parametri geotecnici esistono varie classificazioni tecnico-scientifiche riconosciute da decenni a livello internazionale.

Rocce coerenti. Trattasi di materiali tenaci ed a comportamento lapideo, massicci o in strati, che hanno elevata coesione (compresa tra 5 e 10 MPa) e pertanto notevole resistenza meccanica.   Gli elementi costituenti possono essere più o meno cementati tra loro ed il materiale, se isolato in campioni, conserva le medesime caratteristiche chimiche, fisiche e geometriche, anche dopo prolungata immersione in acqua.

Rocce semicoerenti. Comprendono litologie ad preponderante presenza di minerali del gruppo dei fillosilicati, quali le marne, oppure caratterizzate da un elevato grado di suddivisione dovuto a fratturazione per domini di elementi strutturali sovrapposti, originatisi a seguito di complesse vicissitudini geologiche subite nel tempo dai materiali stessi.

Rocce pseudocoerenti. Sono composte in prevalenza da argilla, detriti in matrice argillosa o sottili strati lapidei alternati con argilla; se asciutti, si comportano da semicoerenti, ma arrivano fino allo stato liquido, man mano che aumenta il loro contenuto in acqua.

Terre a comportamento granulare. Nell’ambito di questa ulteriore categoria sono classificabili le sabbie ed i materiali clastici fino alle ghiaie, contraddistinti da reazioni agli sforzi di taglio imputabili essenzialmente alla resistenza per attrito interno, ossia alle forze di attrito che si generano in corrispondenza delle superfici di contatto tra i granuli.

Terre a comportamento coesivo. Le terre a forte componente argillosa sono invece dette a comportamento coesivo, analogamente alle rocce pseudocoerenti, poiché le loro caratteristiche meccaniche sono essenzialmente condizionate dalla coesione esistente fra le particelle di natura argillosa. Le forze in gioco sono dovute all’attrazione elettrostatica tra gli elementi lamellari costituenti il materiale argilloso.

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La meccanica dei terreni

La capacità della parete di scavo di autosostenersi in assenza di opere di stabilizzazione deve essere valutata in sede progettuale in modo rigoroso; è necessario quindi effettuare tutte le indagini preliminari di natura geologica e geotecnica e le relative elaborazioni. Infatti, è possibile dare allo scavo un’inclinazione di sicurezza, tale per cui essa risulti stabile nel breve periodo e non vi sia pericolo di crollo. Detta inclinazione di sicurezza è determinata dalle caratteristiche della parete di scavo; tra quelle di maggiore interesse vanno ricordate:

• le condizioni geologiche (presenza di discontinuità quali, ad esempio, fratture e/o intercalazioni di livelli litologicamente differenti) e idrogeologiche (eventuale presenza e condizioni di circolazione delle acque sotterranee);
• le caratteristiche geometriche (altezza);
• le caratteristiche geomeccaniche della roccia (angolo di attrito interno, coesione);
• le condizioni al contorno dello scavo (presenza di sovraccarichi in prossimità della parete di scavo, quali costruzioni, edifici, ecc.).

Salvo l’importanza di una attenta valutazione in sede progettuale, in via del tutto orientativa, è possibile ottenere una indicazione dell’ordine di grandezza dell’angolo di sicurezza attraverso alcuni diagrammi speditivi.

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Opere di sostegno

In generale, occorre prima verificare se necessitano opere di sostegno. Quando si effettua uno sbancamento di larghezza superiore rispetto all’altezza, in materiali a comportamento granulare, il sistema di protezione è necessario solo se l’inclinazione della parete dello scavo è maggiore dell’angolo di attrito interno del terreno o se si supera l’altezza critica (in materiali coesivi). Nel caso di scavi a sezione obbligata, in cui la profondità è maggiore della larghezza, occorre necessariamente armare lo scavo per evitare crolli e franamenti delle pareti.

Consigli di lettura su terre e rocce da scavo

Terre e rocce da scavo

Dopo il successo riscosso dalle precedenti edizioni, questo manuale vuole confermarsi quale principale riferimento tecnico nel panorama editoriale nel campo delle terre e rocce da scavo. Il testo non solo espone le procedure dettate dal nuovissimo regolamento in materia (decreto del Presidente della Repubblica n. 120 del 13 giugno 2017), ma fornisce ul- teriori elementi di conoscenza sull’intera filiera di settore: macchine per il movimento terra, pianificazione degli scavi, recuperi ambientali di aree estrattive e caratteristiche prestazionali dei materiali da scavo per l’utilizzo nelle opere edili e civili. Il manuale è arricchito anche dalla modulistica di riferimento e dalla principale normativa pertinente in campo ambientale, con commenti originali e aggiornati alla luce delle considerazioni e delle riflessioni che muovono dalla lettura delle nuove norme. Il testo si propone come utile strumento operativo per il consulente ambientale, il tecnico dell’edilizia e delle opere civili, le imprese di smaltimento nonché per gli organi e gli enti di controllo.   Roberto Pizzi, Geologo, Master in ingegneria ed economia dell’ambiente e del territorio e in ingegneria dell’impresa, vanta una qualificata esperienza nel campo delle tematiche ambientali. Componente di numerose commissioni e comitati tecnico scientifici di livello nazionale nonché autore di pubblicazioni e articoli sulla gestione dei rifiuti, si è occupato tra l’altro di emergenze ambientali e bonifiche di siti inquinati, in particolare di quelle in Campania e nel Lazio, della gestione delle macerie e delle terre e rocce da scavo del post sisma aquilano del 2009 e di recuperi ambientali di cave attive e dismesse. È co-inventore di un innovativo sistema per il disin- quinamento multimateriale in ambiente acquatico, brevettato anche a livello internazionale. www.trsconsultants.net  / info@trsconsultants.net

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Le armature

Quando la collocazione dello scavo o la sua profondità non consentono di realizzare le pareti secondo l’angolo d’attrito interno del terreno, o si supera l’altezza critica caratteristica del materiale, è necessario armare lo scavo. L’armatura deve essere tale da resistere alle sollecitazioni indotte da:

• pressione del terreno;
• strutture adiacenti;
• carichi addizionali e vibrazioni (attrezzature, traffico veicolare, materiale di stoccaggio, ecc.).

Le strutture di sostegno devono essere installate a diretto contatto con la parete dello scavo e, ove necessario, deve essere inserito del materiale di rincalzo tra la stessa parete dello scavo e l’armatura di sostegno, per garantire la continuità del contrasto. Le armature dello scavo possono essere realizzate con elementi in legno o in metallo. Se si utilizzano puntelli di acciaio disposti perpendicolarmente ai montanti o ai pannelli in legno, occorre sempre verificare la compatibilità del carico trasmesso dall’acciaio al legno stesso.

Nella predisposizione degli elementi delle armature in legno occorre seguire precisi metodi per la scelta delle loro caratteristiche geometriche, nonché opportune procedure, al fine di rendere sicure le opere di contrasto. A questo proposito esistono apposite tabelle tecniche, riferite alle condizioni e al tipo di terreno nonché alla profondità e larghezza dello scavo, che forniscono le dimensioni di traverse, montanti, puntoni, tavole in legno.

La scelta del tipo di armatura da disporre nello scavo e del materiale da utilizzare dipende sostanzialmente dalla natura del terreno, dal contesto ambientale e dal tipo di scavo da eseguire. L’armatura deve comunque rispettare sempre le seguenti tre condizioni:

1. essere realizzata in modo da evitare il rischio di seppellimento:

• in un terreno incoerente la procedura dovrà consentire di disporre armature parziali tali da permettere di raggiungere in sicurezza la profondità richiesta nel terreno;
• in un terreno dotato di coesione, in cui lo scavo può essere realizzato in un solo colpo fino alla profondità desiderata, la procedura dovrà prevedere la collocazione di una gabbia di protezione prima che i lavoratori addetti accedano allo scavo.

2. essere sufficientemente resistente da opporsi, senza deformarsi o rompersi, alla pressione esercitata dal terreno sulle pareti dello scavo.

3. essere realizzata in modo da poter sopportare, senza deformarsi, anche carichi asimmetrici del terreno.

Il rispetto di queste condizioni è finalizzato a rendere tutti gli elementi dell’armatura un modulo unitario simile a una gabbia di sicurezza. Si devono comunque evitare tutte quelle procedure non sicure, allorché la pressione del terreno che si sviluppa in direzione diversa rispetto ai puntoni può provocare pericolosi franamenti.

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Tipologie di armatura

In presenza di un terreno di sufficiente coesione, in cui non è possibile realizzare lo scavo per tutta la profondità richiesta, si può effettuare lo scavo stesso fino a 150 cm e dopo aver disposto una prima armatura, si può procedere ad un’altra fase di scavo e così via.

Quando il terreno ha una buona coesione, la realizzazione delle strutture di sostegno è abbastanza semplice e non richiede materiali ed attrezzature particolari. In questo caso basta posizionare i pannelli di legno, di altezza leggermente superiore alla profondità dello scavo, contro le pareti dello scavo e fissarli con puntoni di legno provvisori per consentire agli operai di scendere nella trincea e disporre gli elementi di contrasto definitivo in acciaio.

Un’evoluzione della stessa procedura consiste nell’utilizzare da subito puntoni idraulici di metallo che si possono collocare dall’esterno con una pompa che agisce sugli stessi fino a mettere in contrasto i pannelli con le pareti dello scavo. Un altro tipo di struttura di contrasto utilizzata è quella che fa uso di teli con barre di fibra di vetro. Il peso trascurabile del telo facilita il trasporto e la messa in opera, con costi sicuramente inferiori. Questo tipo di armatura è adatto per scavi non molto profondi (2 m – 2,5 m massimo) e per terreni di buona coesione; non può essere utilizzata per scavi di larghezza inferiore a cm 80 in quanto limita lo spazio libero nella trincea.

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Armatura di scavi in terreni coesivi

Quando l’armatura di sostegno è in fase di realizzazione, la benna dell’escavatore deve essere collocata nello scavo in modo da costituire una protezione addizionale in caso di frana del terreno. Durante il montaggio dell’armatura deve essere disponibile una scala, per accedere e uscire dallo scavo, a una distanza non superiore a 3 metri dalla zona di lavoro.

L’armatura deve essere realizzata dall’alto verso il basso: i primi puntoni vanno collocati ad una profondità di cm 50 dalla superficie del terreno e i successivi secondo lo schema predisposto in fase di progettazione dell’armatura.

La corretta installazione del 1° e del 2° puntone a contrasto dei montanti verticali rappresenta un momento importante ai fini della stabilizzazione delle pareti dello scavo. Quando tra armature e terreno si utilizzano elementi di legno o di acciaio, il puntone non deve essere direttamente installato sull’elemento orizzontale, ma collocato sul montante verticale che lo sostiene.

Dopo aver installato almeno due puntoni sulla coppia di montanti verticali, si può procedere alla sistemazione del puntone posto in basso. È importante ricordare che questa armatura di contrasto necessita di almeno due puntoni per ogni coppia di montanti verticali. Quanto descritto va seguito per ogni set di armatura, per garantire la sicurezza di chi lavora nello scavo.

Armatura di scavi in terreni granulari

Quando il terreno non rende possibile nemmeno uno scavo di profondità minima, oppure quando si deve operare in siti urbani e occorre evitare qualsiasi depressione del terreno, è necessario rispettare rigorosamente le seguenti modalità: dopo aver scavato per circa 150 centimetri si infiggono nel terreno le due pareti verticali aventi una leggera inclinazione.

Quindi si dispongono i puntoni di contrasto e si realizza un successivo scavo installando un secondo blocco di armatura, con pareti aventi la stessa inclinazione di quelle superiori e cosi via. La procedura descritta consente di raggiungere anche notevoli profondità in terreni senza alcuna coesione. Va ricordato che questo tipo di armatura non è facile da eseguire a regola d’arte: richiede, infatti, attrezzature specifiche e mano d’opera molto qualificata.

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Rimozione dell’armatura

Per la rimozione dell’armatura occorre procedere dal basso verso l’alto, avendo particolare cura nel proteggere sempre il lavoratore che si trova dentro lo scavo. Se al momento del disarmo si avverte che l’armatura è sottoposta a pressione perché il terreno ha subito dei movimenti, occorre riempire la trincea con il terreno prima di rimuovere puntoni e montanti.

Quando è possibile, l’armatura deve essere rimossa dagli stessi operai che l’hanno installata, in quanto meglio di altri possono verificare la presenza di potenziali condizioni di rischio dovute all’eventuale eterogeneità di assetto dei terreni a tergo delle strutture.

Messa in opera dopo lo scavo

Questa tecnica può essere utilizzata solo in terreni dotati di buona coesione. Gli elementi dell’armatura sono solitamente realizzati con pannelli metallici e in legno o con telai multipli in acciaio

A) Pannelli metallici. I cassoni comprendono due pannelli metallici laterali tenuti insieme da due puntoni d’acciaio. I pannelli, costituiti da profilati metallici saldati insieme per tutta la loro lunghezza, sono rinforzati da un montante verticale centrale su cui sono fissati i puntoni. La base dei pannelli è appuntita per consentire una più facile penetrazione nel terreno. I puntoni, in numero minimo di due, sono realizzati a vite e consentono di regolare e di inclinare il cassone in modo da facilitare la sua messa in opera.

Un altro tipo di cassone utilizzato è quello dotato di quattro puntoni disposti due alla volta alle estremità dei pannelli. Con lo stesso principio costruttivo, esistono diverse categorie di cassoni aventi una diversa robustezza, a seconda dei carichi e delle spinte che dovranno sopportare. In ciascuno di essi, elementi particolari consentono di adattare esattamente le dimensioni dei cassoni a quelle della trincea da armare.

Nei terreni coesivi è possibile realizzare lo scavo fino alla profondità definitiva e collocare quindi i cassoni sul fondo dello scavo. Il numero dei cassoni da utilizzare contemporaneamente dipende dalla lunghezza degli elementi di canalizzazione da mettere in opera. Per consentire agli operai di collocare in sicurezza la canalizzazione, è necessario utilizzare simultaneamente tre elementi di tre metri di lunghezza.

Per canalizzazioni corte (da 2 a 3 metri) sono sufficienti solo due elementi di cassoni. Conviene sempre utilizzare cassoni di un’altezza leggermente superiore alla profondità dello scavo. Quando non si può armare lo scavo per tutta la sua altezza è preferibile collocare i cassoni nella parte superiore dello scavo e lasciare non armato il fondo, il cui franamento è molto improbabile, a meno che non ci si trovi in presenza di argille molli o terreni similari.

B) Elementi in legno. Gli elementi in legno si utilizzano solitamente per lavori di scavo di piccole dimensioni. L’impiego del legno consente di costruire direttamente l’armatura di sostegno a seconda dell’altezza dello scavo e di disporre i successivi puntoni a vite secondo le dimensioni della stessa armatura. L’armatura così realizzata è subito disponibile per la messa in opera.

C) Telai in acciaio. Se lo scavo è realizzato in un terreno in cui la decompressione può procurare collassi ed improvvisi smottamenti, per effettuare lavori di piccola durata si possono utilizzare telai mobili realizzabili direttamente dall’impresa che effettua i lavori. Queste strutture, con ossatura metallica e pareti realizzate con montanti, devono avere una sufficiente resistenza ai carichi dinamici e dissimmetrici che si presentano in caso di frana.