ESCAVATRICI, MACCHINE
ESCAVATRICI, MACCHINE
. Nelle opere dell'ingegneria civile per cui si renda necessaria la rimozione di grandi masse di terreno, come la costruzione di strade e ferrovie, la fondazione di dighe, l'apertura di canali, la fondazione di edifici importanti ecc. e nelle opere dell'ingegneria marittima e fluviale che comportano ingente lavoro di scavo come la costruzione e la manutenzione dei porti, dock, la manutenzione e la regolazione di fiumi e canali ecc., si ricorre all'impiego delle macchine escavatrici che rispetto al lavoro dell'uomo offrono il vantaggio di un maggior raggio di scavo e di una maggiore potenza, cosicché permettono di operare con grande risparmio di spesa e di tempo. Tali macchine si suddividono in due principali categorie: gli escavatori, impiegati per lo scavo in terreni asciutti, e le draghe, impiegate negli scavi subacquei.
Escavatori. - In linea generale un escavatore (fr. excavateur; sp. excavador; ted. Exkavator; ingl. excavator) è costituito da una incastellatura, mobile su cingoli o su rotaie, che porta la cabina di manovra, con il motore e i comandi, e l'apparecchio escavatore. La marcia su rotaie è usata per gli escavatori più pesanti; in tal caso man mano che l'escavatore avanza è necessario spostare i binarî o a mezzo di uomini o, più economicamente, con macchine speciali. La marcia su cingoli presenta vantaggi non indifferenti sulla precedente: permette l'eliminazione del binario, e quindi del lavoro necessario al suo spostamento, e una rapida dislocazione anche su terreno difficile.
Per l'azionamento si usano motori a vapore, elettrici o endotermici. Il motore endotermico ha rispetto al motore a vapore il vantaggio di una pronta messa in funzionamento, indipendenza dell'approvvigionamento d'acqua, nessuna perdita negl'intervalli di riposo; rispetto al motore elettrico presenta il vantaggio della indipendenza dalla fornitura di corrente e quindi gli è preferibile ogni qual volta si rendano necessarî continui cambiamenti di località. D'altra parte anche l'azionamento elettrico offre i suoi vantaggi: peso minimo, marcia tranquilla, regolarità di funzionamento, assenza di gas di scarico, ecc.; il motore endotermico ancora non può avviarsi sotto carico, né invertire il senso di marcia, per cui si rende necessaria l'applicazione di un innesto a frizione con invertitore del moto o di un gruppo di pulegge fissa-folle. Sono anche usati gli azionamenti Diesel-elettrico e Diesel-pneumatico che riuniscono i vantaggi principali del motore endotermico con quelli del motore elettrico e rispettivamente del motore a vapore.
L'escavatore a benna mordente è costituito da un telaio mobile per lo più su cingoli, sul quale è appoggiata una piattaforma con dispositivo tale che le permette di compiere un intero giro intorno al proprio asse verticale. Sulla piattaforma trovano posto la cabina per il motore e gli organi di manovra e, nella parte anteriore, una trave simile a quella di una gru, sorretta da cavi di contravventamento. All'estremità della trave è sospesa una benna a mezzo di una fune che, avvolgendosi o svolgendosi su un verricello posto sulla piattaforma e comandato dal motore, permette di sollevare o abbassare sino all'altezza voluta la benna stessa. Questa è composta di due mascelle di acciaio, coi bordi rinforzati e muniti di denti di acciaio speciale, imperniate a un telaio tenuto dalla fune di sospensione e a un secondo telaio mobile rispetto al primo e comandato nei suoi spostamenti relativi da una fune di manovra; la capacità di una benna può variare dai 0,5 mc. ai 2 mc. Per eseguire le operazioni di scavo si abbassa la benna aperta sino a che essa si posi sul terreno, dove, a causa del peso proprio, affonda i bordi. Allora, agendo sulla fune di manovra, si chiudono le mascelle; queste, di conseguenza, mordono il terreno e la benna si riempie. Si solleva la benna e si fa ruotare tutta la piattaforma. Quando la benna si viene a trovare sul luogo di scarico, se ne aprono le mascelle e si lascia cadere il materiale contenuto in essa. La piattaforma ruota allora in senso inverso e torna nella sua prima posizione; quindi si ripetono le operazioni. Questo tipo di escavatore si può usare solo in terreni poco compatti, come sabbia, argilla, ecc., o in presenza di acqua, e conviene per pozzi, fondazioni, ecc. Si usa anche per rimuovere materiale alla rinfusa.
L'escavatore a benna trascinata ha struttura simile al precedente ma ha per utensile di scavo una benna parallelepipeda, aperta in due lati, sospesa all'estremità della trave mediante il cavo di sollevamento. Essa è ancora collegata a un cavo di trascinamento che va ad avvolgersi su un verricello posto sulla piattaforma. La benna è lanciata sul terreno in cui si vuole operare lo scavo e, mediante il cavo di trascinamento, viene tirata, radente al suolo, verso l'incastellatura della macchina; per effetto del proprio peso essa raschia il terreno e si riempie. Allora si fa rotare tutta l'incastellatura e, quando è giunta sul luogo di scarico, si rovescia la benna.
Questo escavatore è adatto solo per terreni leggieri e per lo scavo di fossi e in genere per tutti i lavori sotto al suo piano di posa; ha portata molto limitata e, per aumentarne la mobilità, viene montato su cingoli.
Lo stesso procedimento è impiegato negli escavatori a fune portante e benna trascinata, che però hanno portata molto maggiore; essi possono operare per un raggio sino a 400 m. e per profondità di scavo fino a 30 m. Una torre di legno o di acciaio, posta su solide fondazioni e assicurata con cavi di ancoraggio, si eleva per un'altezza che può raggiungere i 40 m. Presso la base di essa sono posti il motore e i tamburi su cui si avvolgono i cavi operatori. Alla cima della torre è attaccato un paranco la cui fune viene comandata dal posto di manovra e che sostiene il capo di un robusto cavo aereo che corre sopra la zona in cui deve essere operato lo scavo; questo cavo è sostenuto alla seconda estremità da una puleggia portata da una bassa torre ed è ancorato fortemente al terreno. Un carrello che porta la benna e il meccanismo per il rovesciamento di questa è guidato sul cavo aereo a mezzo di una fune di trazione, comandata anch'essa dal posto di manovra. Il modo di operare è il seguente: si lascia scorrere il carrello della benna per azione della gravità lungo il cavo aereo sino a raggiungere il punto da cui si vuole iniziare lo scavo, allora si molla la fune di tensione in modo che il cavo aereo si abbassi e la benna vada ad affondarsi nel terreno. L'operatore quindi tira la fune di trazione sino a che la benna, raschiando il terreno, si riempie; poi tira contemporaneamente il cavo di tensione e quello di trazione in modo che la benna viene innalzata e trasportata verso la torre. Quando la benna è giunta vicino a questa, per mezzo di una disposizione speciale delle funi di sospensione si rovescia e si scarica. La potenzialità di tali impianti può variare da un minimo di 10 mc. all'ora a un massimo di 100 mc. all'ora a seconda della lunghezza e profondità dello scavo e della natura del terreno. Possono aversi anche impianti di tipo mobile, con la torre scorrevole su binario o equipaggiata con trattrice stradale. La torre può allora mancare di cavi di contravventamento ed essere munita di contrappesi che equilibrano la tensione del cavo aereo.
L'escavatore a cucchiaio è anch'esso costituito, come i tipi a benna, con piattaforma girevole e una trave da gru nella parte anteriore di essa. A differenza dei tipi suddetti esso porta, articolato a un certo punto della trave, un braccio alla cui estremità è fissato il cucchiaio, utensile di scavo. Il braccio è articolato alla trave mediante un dispositivo a dentiera che gli permette spostamenti di avanzamento; esso può inoltre compiere rotazioni nel suo piano verticale. Il cucchiaio è di costruzione solida e resistente; esso è fatto di acciaio speciale e ha il bordo anteriore rinforzato da una piastra di protezione in acciaio duro e armato di denti che vengono a formare una specie di pettine, adatto a rompere i terreni compatti. Nella sua parte posteriore il cucchiaio è chiuso da uno sportello, girevole intorno al suo bordo superiore e che si può aprire agendo su una fune. La sua capacità può essere molto diversa da escavatore a escavatore, a seconda delle esigenze a cui si deve soddisfare; piccoli escavatori, usati per i lavori leggieri, come gli scavi per fondazioni di fabbricati, hanno cucchiai da o,5 a 1 mc., mentre i più grandi escavatori usati nei lavori di maggiore entità, come nei lavori di miniera, hanno cucchiai di capacità fino a 15 mc. L'escavatore a cucchiaio lavora al disopra del suo piano di posa: esso si dispone in modo che il bordo attivo del cucchiaio sia premuto contro la scarpata da sterrare e, mediante la fune di sollevamento, si fa compiere al braccio portacucchiaio una rotazione verso l'alto: in tale movimento il cucchiaio morde il terreno e si riempie. Nei tipi più perfetti il riempimento è quasi completo e il rendimento volumetrico può valutarsi a circa il 90÷95%. Si fa poi rotare tutta l'incastellatura sino a che il cucchiaio venga a trovarsi sopra i vagonetti destinati allo scarico; quindi, agendo su apposita fune, si apre lo sportello del cucchiaio e si lascia cadere il materiale nei vagonetti. Chiuso lo sportello, si riporta l'incastellatura nella posizione primitiva, si abbassa il braccio portacucchiaio e lo si fa avanzare fino a premere nuovamente il terreno; poi si ripetono le operazioni dette. L'escavatore a cucchiaio è conveniente per terreni di qualsiasi natura e per lavori di sterro d'ogni tipo (attacco laterale, frontale e in cunetta). La sua velocità di lavoro, dipendente dalla natura del terreno, dall'abilità di manovra, dalla regolarità e celerità dello scarico, ecc., può variare di molto; molto varia può quindi essere la sua potenzialità: nelle migliori condizioni possono raggiungersi i 500 mc. all'ora. Questi grandi escavatori possono avere un raggio d'azione sino a 34 m. e lavorare a un'altezza di scavo fino a 28 m. sul piano di posa.
Un escavatore a cucchiaio può facilmente trasformarsi in escavatore a cucchiaio rovescio per eseguire scavi di sezione molto ristretta, come per fondazioni, fosse per posa di tubazioni, ecc.: in tal caso esso lavora inferiormente al suo piano di posa; in escavatore a pala a ramazzo, utile per lavori stradali, come livellamenti, formazione del piano stradale, ecc.: esso scava allo stesso livello e leggermente al disotto del piano di posa; in escavatore a benna mordente, a benna trascinata e ancora in una gru e in un battipali.
L'escavatore a tazze porta in un fianco dell'incastellatura una trave elinda, articolata normalmente in tre punti e sospesa a capre fisse sull'incastellatura; dall'altro fianco della piattaforma il peso dell'elinda può essere equilibrato con contrappesi mobili. L'elinda porta ai capi due tamburi su cui è avvolta una catena; a questa catena sono fissate le tazze escavatrici. Per tutta la lunghezza dell'elinda la catena è sostenuta da un conveniente numero di rulli. Il tamburo superiore è azionato dal motore e trasmette il movimento alla catena delle tazze. Queste possono percorrere, movendosi sempre in un piano verticale, sia una linea retta, orizzontale o inclinata, sia una linea spezzata. Quando l'escavatore lavora le secchie del ramo inferiore affondano i bordi nel terreno per effetto del peso proprio e dell'elinda e, raschiandolo nel loro movimento, si riempiono. Giunte al tamburo motore, rovesciano il materiale che contengono in una tramoggia, sotto cui passano i vagonetti che debbono trasportare il materiale allo scarico; in essi si lascia cadere il materiale aprendo lo sportello a ventola della tramoggia. Sotto la tramoggia possono anche disporsi vagli per escludere le pietre o per separare sabbia, ghiaia, ecc. Per piccole distanze, non oltre i 40 m., può operarsi lo scarico, anziché con treni di vagonetti, mediante nastro trasportatore che, partendo dal fianco della piattaforma opposto a quello da cui parte l'elinda serve anche da contrappeso. Per materiali fangosi si usa anche lo scarico su doccioni. Gli escavatori a tazze hanno il vantaggio di dare scarpate nette e possono raggiungere prestazioni molto grandi, anche sopra i 1000 mc. all'ora. Essi possono venire usati solo per terreni leggieri e puri.
Gli escavatori di fossi hanno anche essi per organo di scavo una catena di tazze portata da un telaio montato su cingoli. Le tazze sono in lamiera di acciaio con labbro dentato ricambiabile e sono fissate alla catena in modo che si possa regolare la loro inclinazione. L'estremità dell'elinda è munita di eliche a pale d'acciaio che spingono il materiale verso le tazze. Essi servono per scavare fossi stretti e profondi (60÷110 cm. di larghezza; profondità fino a 8 m.) in terreni di qualsiasi natura. La loro potenzialità può raggiungere i 150 mc. all'ora. Il materiale scavato viene scaricato nei carri destinati al trasporto a mezzo di una tramoggia o di un nastro trasportatore.
Draghe. - Una draga (fr. drague; sp. draga; ted. Bagger; ingl. dredger) è nelle sue linee generali costituita da un galleggiante, di forma adatta per conseguire la massima stabilità durante le operazioni di scavo, su cui sono posti l'apparato dragante e l'apparato motore che, con opportuni innesti, può servire tanto alla propulsione del galleggiante quanto all'azionamento dell'apparato dragante. Il motore può essere a vapore, elettrico o Diesel-elettrico.
Le draghe possono classificarsi sotto differenti punti di vista: così si distinguono draghe marine e draghe fluviali a seconda che esse siano destinate a lavori rispettivamente marittimi o fluviali; differiscono tra loro per l'equipaggiamento, dovendo le prime resistere alla violenza delle onde ed esser capaci di effettuare talvolta lunghe traversate per raggiungere il luogo di lavoro. Le draghe marine sono perciò simili a navi, mentre le fluviali hanno forma di zatteroni. Si possono ancora distinguere draghe portatrici e draghe non portatrici: le prime accumulano in compartimenti del galleggiante i materiali dragati per poi trasportarli esse stesse allo scarico; le seconde, contemporaneamente al lavoro di scavo, scaricano il materiale, man mano che viene dragato, in barconi che vengono poi rimorchiati al luogo di scarico dove si vuotano aprendo sportelli o valvole di fondo; altri mezzi di scarico dalle draghe sono i doccioni inclinati, i trasportatori a nastro, le dilavatrici. In questo ultimo caso il materiale di scavo, misto ad acqua addizionale, viene spinto con una pompa attraverso una condotta galleggiante, la cui lunghezza può talvolta raggiungere valore considerevole, sino ai 2500 m.
Ma, con classificazione analoga a quella già usata per gli escavatori, possiamo distinguere: draghe a benna, a cucchiaio, a tazze, aspiranti.
Le draghe a benna, simili per disposizione e metodo di lavoro agli analoghi escavatori, si usano in caso di spazio molto ristretto, per lavori di sgombro, per scavi disposti lungo i muri di sponda, per profondità notevolmente variabili; hanno bassa potenzialità, non oltre i 50 mc. all'ora, e dànno uno scavo irregolare. Durante il lavoro si ancora il galleggiante con due ancore anteriori e due posteriori.
Le draghe a cucchiaio, simili anch'esse agli analoghi escavatori, possono lavorare su qualsiasi fondo, anche sui più duri e pesanti. Esse sono largamente usate in America. Nel canale di Panamá sono usate per la manutenzione tre draghe con cucchiaio da 15 metri cubi: una di queste macchine può scavare sino a 1000 mc. all'ora,cioè 25 tonn. per minuto. Le draghe a cucchiaio possono lavorare sino a profondità di 15 m.; durante il lavoro lo scafo viene sostenuto con ancoraggi.
Nelle draghe a tazze l'elinda, a differenza che negli escavatori, non ha snodi; essa è imperniata orizzontalmente alla sommità dell'incastellatura, passa attraverso un'apposita apertura del galleggiante e poggia l'estremità sul fondo da scavare. Essa può esser posta a prua o a poppa o nel centro del galleggiante; nei primi due casi la prua o la poppa presenta un taglio per permetterle il passaggio, nel terzo caso essa attraversa un pozzo aperto nel centro del galleggiante. Quando l'elinda è a prua o nel centro del galleggiante, essa è rivolta verso la parte anteriore della draga; quando è situata a poppa, è diretta verso la parte posteriore. A seconda della profondità che si deve raggiungere, l'elinda assume un'inclinazione variabile, ma che non conviene sia troppo grande per potere smorzare le oscillazioni che le possono venir impresse dalle onde: in genere l'inclinazione è limitata a 45° per le draghe fluviali e a 30° per le marine. Le tazze hanno capacità variabile da draga a draga, dai 15 ai 1000 litri e talvolta 1500 litri; sono di costruzione molto robusta in lamiera o in acciaio fuso o con struttura mista, rinforzate verso i bordi e talvolta provvedute di denti per penetrare materiali duri. La catena delle tazze è mossa dal tamburo superiore, azionato dal motore; per evitare che si trasmettano al motore bruschi arresti o sovraccarichi, la trasmissione tra motore e tamburo deve essere elastica. Le draghe a tazze sono usate per sabbie o ghiaie e possono essere fornite di un apparecchio di lavaggio e di un separatore per il trattamento dei materiali dragati. La loro potenzialità può superare i 900 e talvolta i 1100 mc. all'ora. Queste draghe effettuano il loro lavoro contro corrente, ormeggiate mediante un lungo cavo a un'ancora di prua, e ad ancore laterali: manovrando i cavi d'ormeggio laterali, esse si spostano per tutta la larghezza del taglio, oscillando intorno all'ancora di prua, e asportano una striscia di terreno; si ala il cavo di prua e si ripetono quindi le operazioni.
Le draghe aspiranti portano una tubazione la cui bocca va a poggiare sul fondo delle acque e può raggiungere profondità anche di 30 m.; una pompa centrifuga aspira attraverso essa i materiali misti ad acque. La miscela viene convogliata m compartimenti del galleggiante o spinta sino al luogo di scarico attraverso una condotta galleggiante. Esse rappresentano il sistema più economico per i lavori in sabbia, ghiaia, fango e in genere materiali fluidi. I terreni fluidi vengono senz'altro aspirati attraverso la bocca imbutiforme della tubazione. Per terreni più compatti, come terra argillosa o torbosa, la bocca aspirante si munisce di un disintegratore a coltelli elicoidali, che, messo in rotazione, disgrega i materiali e ne rende possibile l'aspirazione. Le draghe aspiranti hanno potenzialità molto grande, superiore a tutti gli altri tipi di draghe, che può giungere sino a 6500 mc. all'ora. Per esempio, una draga Bucyrus, del tipo aspirante, ha una tubazione da 76,2 cm. di diametro con pompa azionata con motore Diesel da 3000 HP; è munita di un disintegratore a coltelli azionato da un motore Diesel da 650 HP.
Draghe per lo sfruttamento dei depositi alluvionali. - Sono usate per estrarre dal fondo delle acque i depositi alluvionali che contengono minerali di platino, oro e stagno. Il tipo di draga più adatto per tale scopo è quello a tazze. Una catena di tazze dai 70 ai 550 litri di capacità deposita il materiale scavato in una tramoggia che lo distribuisce a un vaglio a tamburo rotante; in questo il materiale viene lavato e classificato, le ghiaie e le sabbie più grosse sono scartate e le più fine, che contengono i minerali, passano attraverso i fori del vaglio ad apposite tavole dove il minerale si deposita. Un trasportatore a nastro riceve i materiali di scarico dal vaglio e li scarica da poppa. Una pompa fornisce l'acqua necessaria per il trattamento del materiale.
Le draghe aspiranti non sono convenienti per depositi di oro o platino, perché esse tendono a raccogliere le particelle più leggiere, lasciando che le particelle di minerali, più pesanti, rimangano depositate nel fondo; ma esperimenti eseguiti in depositi di stagno hanno dato risultati molto soddisfacenti, essendo il peso specifico di questo minerale considerevolmente inferiore a quello del platino e dell'oro.
V. tavv. XXXV e XXXVI.