TECNOLOGIE DI POSA TUBAZIONI A BASSO IMPATTO AMBIENTALE

La sempre maggiore specializzazione dei lavori svolti nel settore delle opere a basso impatto ambientale, impone una costante ricerca volta ad uno sviluppo in cui l’innovazione rappresenta l’elemento fondante del ciclo vitale e produttivo dell’impresa stessa.
A partire da questa considerazione  si ritiene imprescindibile per la propria crescita e per lo sviluppo dell’intero settore no-dig di elevare a rango di ricerca scientifica il know-how e l’esperienza maturata sul campo nel corso di quasi un decennio di lavoro.

È indubbio che gli ambiti di studio e di ricerca potrebbero essere molteplici, ma, senz’altro, gli aspetti di maggiore significatività sono riferibili ai settori legati all’interazione ed alle ricadute che le opere realizzabili con le tecnologie no-dig hanno con il campo:
1. geotecnico: da ricondursi essenzialmente all’interazione tra la scelta dei macchinari e degli equipaggiamenti necessari per la realizzazione di una perforazione e la posa di una tubazione a spinta con le caratteristiche geotecniche dei terreni attraversati, da concretizzarsi con la definizione di un modello geotecnico di riferimento;
2. strutturale e tecnologico: in relazione ai materiali di realizzazione dei tubi da spinta che, oltre a garantire elevati standard prestazionali in termini di resistenza allo stato di sollecitazione imposto, richiedono un miglioramento in termini di durabilità e resistenza all’azione degli agenti aggressivi interni ed esterni, rendendosi, altresì, opportuno anche un approfondimento, in termini di concept progettuale, delle giunzioni delle tubazioni, di specifico rilievo sia per la tenuta ma soprattutto, nel caso di specie, per la conservazione della precisione della posa;
3. ambientale: le tecnologie no-dig consentono di escludere il ricorso agli scavi tradizionali con conseguente beneficio in termini di riduzione di consumo di materiali vergini per i ripristini, consumo di territorio per lo smaltimento dei materiali di risulta, di emissioni inquinanti in atmosfera, essenzialmente riconducibili ai mezzi di movimento terra ed alle attività di trasporto in andata (approvvigionamento materiali) e ritorno (smaltimenti) dal cantiere, ed, ancora, di costi sociali, non risultando, però, disponibile un approccio scientifico ai fini della stima, anche mediante un’analisi parametrica, dei benefici conseguibili dall’applicazione delle tecnologie no-dig rispetto alle tecniche di posa tradizionale. Ulteriore momento di approfondimento, nello specifico settore dell’ingegneria ambientale, è da riportarsi al recupero delle acque di processo di perforazione, coniugando in un’unica soluzione, secondo un approccio metodologico e procedurale supportato da validate ipotesi e modelli scientifici, sia il risparmio di risorsa (acqua e bentonite) che la minimizzazione della produzione di rifiuti da smaltire (fanghi di perforazione).
In vero, ad oggi, il livello di conoscenza nei diversi ambiti è estremamente elevato dal punto di vista pratico e dell’esperienza maturata sul campo, ma risulta spesso frammentario e privo di un approccio metodologico e scientifico adeguato. Si ritiene, pertanto, opportuno analizzare, per ciascun ambito di interesse, il livello di conoscenza disponibile e gli strumenti applicati in campo operativo in modo da definire gli obiettivi di studio e di ricerca individuando, ove e per quanto possibile in questa sede, anche il percorso scientifico adottabile.

1. Ambito Geotecnico.
In termini geotecnici, ai fini della realizzazione di un’opera con tecnologia no-dig, i principali aspetti considerati come derivanti dall’interazione con i terreni attraversati durante la posa delle tubazioni sono riconducibili a:
a) calcolo delle forze di spinta necessarie alla posa (infissione) delle tubazioni nel sottosuolo;
b) scelta e dimensionamento degli utensili di scavo;
c) scelta e definizione delle miscele di additivi da utilizzare durante la posa delle tubazioni per migliorare le caratteristiche dei terreni in sito.
In effetti, però, l’approccio ordinariamente utilizzato è del tipo sostanzialmente empirico, mirato ad individuare valori ammissibili dei parametri che governano la perforazione, senza disporre di un modello geotecnico complessivo in grado di definire e caratterizzare l’interazione tra le macchine e gli utensili di infissione, la tubazione installata ed i terreni attraversati. Infatti la determinazione delle forze di spinta, che rappresentano, senza dubbio, il principale fattore che influenza il dimensionamento delle opere necessarie per la realizzazione di un’opera con tecnologia trenchless, è ricondotta, oltre che ad esperienze pregresse riferite a casistiche similari, alla valutazione dell’interazione tra la tubazione ed il mezzo da attraversare (terreno) in funzione dell’angolo di attrito e della coesione del terreno, definendo, al variare della profondità, la tensione tangenziale media sulla superficie laterale della tubazione e, conseguentemente, la forza di spinta da applicare per il superamento della resistenza attritiva.
Allo stato attuale gli studi nel settore delle tecnologie no-dig sono piuttosto carenti, potendosi riportare, al massimo, alle prassi di riferimento, pubblicate nel Febbraio 2017, riconducibili alle UNI/PdR 26.2:2017: tecnologia di realizzazione delle infrastrutture a basso impatto ambientale – posa di tubazioni a spinta mediante perforazioni orizzontali. In effetti, però, il documento fornisce la descrizione delle pratiche attuabili per la posa in opera di tubazioni a spinta mediante sistemi di perforazione orizzontali, risultando finalizzata a dare indicazioni per una corretta scelta dei sistemi di posa in funzione delle caratteristiche delle tubazioni da installare e delle caratteristiche ambientali e geologiche in cui si deve operare.
Nello specifico documento sono individuate le linee guida relativamente alle verifiche da eseguirsi per una corretta progettazione di un’opera che preveda la posa di tubazioni a spinta, operando secondo il seguente schema:

1. verifica statica delle condotte utilizzate, con particolare riguardo a:
1.a) stabilità strutturale per sollecitazioni derivanti da azioni permanenti e azioni dinamiche:
 condotte a prevalente comportamento rigido: verifica allo stato limite a rottura;
 condotte a prevalente comportamento deformabile: verifica allo stato limite di esercizio (deformazione) e verifica allo stato limite a rottura;
 condotte a sezione composta (calcestruzzo armato): verifica allo stato limite di fessurazione e verifica allo stato limite a rottura.
1.b) stabilità strutturale per sollecitazioni derivanti dalle fasi di spinta:
 verifica dello stato di sollecitazione a compressione in relazione alla forza di spinta determinata come:
Sa = Σ (Fatt + Fp)
Fatt: resistenza all’avanzamento sviluppata dall’attrito terreno in corrispondenza della superficie laterale del tubo, tale da impegnare la sezione piena della tubazione;
Fp = (Ptls+ Psl): resistenza sviluppata sul fronte di perforazione, in tal caso la verifica dello stato di sollecitazione a compressione deve essere eseguita sulla sezione parzializzata derivante dalla spinta eccentrica nella direzione di avanzamento;
2. verifica strutturale dei pozzi o camere di spinta in base alle forze ed all’interazione con il terreno circostante, in termini di:
– stabilità strutturale per sollecitazioni derivanti dalla spinta del terreno (spinta attiva sulle pareti dell’opera d’arte);
– stabilità strutturale per sollecitazioni derivanti dal contrasto della spinta di infissione dei tubi;
– stabilità di posizione dell’opera d’arte per forze derivanti dal contrasto della spinta di infissione dei tubi (è, al riguardo, particolarmente rilevante il calcolo dei cedimenti del terreno, in condizioni di spinta passiva, al fine di verificare la congruenza con la precisione della spinta);
– verifica alla sotto spinta della falda, eventualmente presente, nella fase transitoria del cantiere e nella fase di esercizio ad impianto avviato.
Trattandosi di una pubblicazione a carattere generale non risultano, in alcun modo, approfonditi i modelli ed i metodi calcolo, demandando al progettista dell’opera che, conseguentemente, deve riferirsi, a valutazioni parametriche delle azioni di spinta (metodo empirico) da cui discendono le successive fasi di verifica sviluppabili, invece, mediante l’implementazione dei noti modelli generali forniti dalla geotecnica e dalla scienza delle costruzioni.
Risulta, pertanto, necessario definire, con il dovuto rigore scientifico, un modello ed una metodologia di calcolo che consenta di determinare i principali paramenti (forze di spinta) che condizionano il dimensionamento e la verifica delle strutture e dei manufatti necessari alla realizzazione di un’opera con l’utilizzo di tecniche no-dig, superando in ciò l’attuale ricorso a formulazioni pratiche che, spesso, non sono in grado di fornire una interpretazione univoca e coerente dei fenomeni in studio.

2. Ambito Strutturale e Tecnologico.
Nell’ambito della realizzazione di un’opera con sistemi no-dig un aspetto di prioritario rilievo è rappresentato dalla scelta del materiale da utilizzare per le tubazioni ed i requisiti strutturali, tecnologici e di durabilità che queste ultime devono possedere. In particolare le tubazioni adatte a sopportare i carichi derivanti dall’azione di spinta in fase di posa sono riportabili ai seguenti materiali:
1. acciaio: utilizzato spesso nei piccoli attraversamenti come tubo guaina, si presta allo scopo grazie alle sue caratteristiche di resistenza che consentono di ridurne gli spessori a vantaggio della sezione di scavo, i limiti di impiego sono evidentemente riportabili al degrado del materiale nel tempo dovuto alla corrosione (il rivestimento esterno si deteriorerebbe durante l’infissione nel terreno e, dunque, l’unica forma di protezione dalla corrosione è costituto dalla protezione catodica con conseguenti costi di esercizio) e, soprattutto per i diametri maggiori, alla rilevante onerosità in termini economici in considerazione delle giunzioni da eseguirsi in opera mediante saldatura;
2. grés: è un materiale particolarmente adatto alla posa a spinta, godendo, oltretutto, di notevoli pregi in termini di durabilità ed inattaccabilità’ da parte di agenti esterni, il progresso tecnologico nel settore ha reso disponibili tubazioni sempre più performanti e dagli standard qualitativi elevati sia per ciò che concerne il manufatto stesso sia per quanto riguarda il sistema di giunzione tra i tubi che rappresenta un aspetto di fondamentale importanza per la posa a spinta (deviazioni angolari), l’aspetto limitante per tali tubazioni è ascrivibile, però, alla ridotta gamma commerciale dei diametri disponibili.
3. vetroresina: negli ultimi anni sul mercato sono stati presentati tubi in materiale composito con caratteristiche meccaniche adeguate a sostenere i carichi derivanti dalle spinte, ma spesso per poter garantire le specifiche richieste del settore presentano costi di realizzazione estremamente elevati e, pertanto, poco utilizzabili;
4. calcestruzzo armato: tali tubazioni hanno il vantaggio di poter essere prodotte in maniera abbastanza flessibile adattandosi alle esigenze esecutive, presentano giunzioni oramai adeguate (ma, probabilmente, sovradimensionate), ed, in rapporto ad altri materiali, costituiscono una valida alternativa sotto il profilo economico, l’aspetto limitante di tale soluzione è costituivo evidentemente dalla durabilità del materiale in condizioni di esercizio aggressive sia per i liquidi convogliati (acque cariche) che per l’ambiente esterno (terreni aggressivi).
Resta evidente, pertanto, che le tubazioni in calcestruzzo armato, pur rappresentando una soluzione economicamente vantaggiosa per contenere i costi generali di un lavoro da eseguirsi con tecnologia trenhcless, trovano difficoltà di impiego in concomitanza di ambienti aggressivi. Risulterebbe particolarmente interessante approfondire la possibilità di impiego di cementi specifici (ad esempio resistenti ai solfati) per il confezionamento dei calcestruzzi oppure l’introduzione di soluzioni di armature innovative (ad esempio barre in fibra di vetro) o, ancora, l’impiego di fibre strutturali sintetiche, in modo da garantire, al tempo stesso, la conferma dei requisiti di resistenza strutturale ed il miglioramento della durabilità delle specifiche tubazioni, conservando sempre la competitività in termini economici. Tale momento di approfondimento scientifico, a carattere strutturale e tecnologico, potrebbe essere accompagnato da uno studio specifico (modellazione) relativamente al livello di sollecitazione a cui è sottoposta, durante le fasi di spinta, la giunzione delle stesse tubazioni, in modo da poter consentire la ridefinizione del concept del giunto tipo, oggi probabilmente sovradimensionato (per difetto di conoscenza) rispetto alle effettive esigenze, e, quindi, conseguire una economicità di produzione tale da compensare eventuali maggiori costi da ascriversi al necessario miglioramento dei requisiti di durabilità di cui sopra.
3. Settore Ambientale.
Un potenziale ancora inespresso per l’impiego delle tecnologie no-dig è la sostanziale riduzione dell’impatto ambientale nella realizzazione di talune infrastrutture, da riguardarsi come un beneficio economico in termini sia di costi diretti che di costi indiretti ed, ancora, come ricadute sui costi sociali che intervengono nella realizzazione di qualsivoglia opera sia pubblica che privata.
Allo stato attuale, tuttavia, non sono disponibili modelli e/o algoritmi scientificamente testati per la valutazione dei costi che afferiscono alla realizzazione di un’opera con l’utilizzo di tecnologie no-dig rispetto ad una soluzione di posa tradizionale, in modo da indirizzare la scelta progettuale verso l’impiego di soluzioni mirate alla minimizzazione dei costi e degli impatti sociali ed ambientali.
Infatti l’approccio moderno nell’esecuzione delle opere deve contemperare, oltre, imprescindibilmente, ad un risultato tecnico di successo, l’efficientamento di tutti i costi ed, ulteriormente, la riduzione dell’impatto ambientale e la sostenibilità sociale dei progetti.
I miglioramenti costanti e gli sviluppi delle varie tecniche di posa di condotte senza scavo hanno portato ad una espansione dei limiti operativi esistenti, risultando necessario, nel caso in cui sia tecnicamente possibile adottare soluzioni trenchless, stimare e confrontare il risultato socio-economico-ambientale di tale attività rispetto a tecniche di posa tradizionali. E’ necessario, pertanto, implementare uno o più algoritmi estimativi in grado di consentire un’analisi integrata dei costi e della loro efficienza, garantendo la determinazione dei costi diretti e, soprattutto, dei costi indiretti (evidentemente caratterizzati da un elevato margine di discrezionalità intrinseco), da prendere in considerazione durante la pianificazione, la valutazione e la progettazione di un’opera infrastrutturale. Nello specifico mentre i costi diretti sono di facile identificazione, è necessario condurre uno studio approfondito per la definizione, invece, dei cosiddetti costi indiretti.
I costi diretti rappresentano i costi cumulati del progetto, da ascriversi, principalmente, all’opera da realizzare, ai metodi di costruzione utilizzati ed alle condizioni specifiche del sito. La loro determinazione risulta ormai abbastanza consolidata con diversi modelli ed approcci tradizionali.
I costi indiretti, invece, possono essere suddivisi in quelli relativi ai metodi di costruzione e quelli relativi all’ambiente, nonché i costi sopportati dalla collettività come ad esempio i danni ambientali derivanti dalle emissioni di CO2, dall’esposizione a particolati fini e rumore ed ad altri fattori ecologici che dovrebbero essere presi in considerazione durante la valutazione di un progetto. I costi indiretti sono la porzione delle spese che non possono essere assegnate direttamente al lavoro, ma devono essere stimati sulla base di indicatori specifici. In aree urbane, ad esempio, il traffico e/o le attività commerciali possono essere danneggiate, con conseguenti ricadute sull’economia locale, nel caso di interdizione e/o limitazione della circolazione veicolare per l’apertura di una trincea di scavo necessaria alla posa di una tubazione mentre l’applicazione di tecnologia di posa no-dig consentirebbe praticamente di annullare lo specifico disagio. Tali costi, comunque rilevanti, non vengono ordinariamente stimati durante la fase di scelta fra una serie di possibili alternative, concludendo, spesso, per un “effimero” vantaggio economico immediato (costi diretti) andando, poi, a sopportare maggiori onerosità in termini ambientali e/o sociali (costi indiretti).
Oggi sono disponibili alcuni modelli per la stima dei cosiddetti costi indiretti, come ad esempio l’analisi LCA (Lyfe Cycle Assessment) che rappresenta uno strumento rivolto alla quantificazione dell’impatto ambientale causato dall’insieme di attività che vanno dal reperimento delle risorse fino al loro smaltimento. Tuttavia risulta ancora piuttosto complesso identificare, in maniera univoca, gli indicatori che posso entrare a far parte di questo tipo di analisi, potendo risultare estremamente interessante sviluppare un modello analitico generale per la determinazione dei costi diretti ed indiretti di un progetto di costruzione in modo da fornire ai progettisti un’efficace guida per confrontare una soluzione di costruzione di infrastrutture interrate utilizzando la trincea aperta (posa tradizionale) rispetto all’utilizzo, invece, di tecnologie di posa senza scavo (no-dig). Il modello potrebbe, oltretutto, essere visto anche secondo un approccio rivolto all’efficienza energetica collegata alla riduzione di utilizzo di risorse legate ai combustibili fossili secondo lo schema di seguito riportato:

EFFICIENZA ENERGETICA
LOW CARBON ECONOMY
 Stesso output
 Minori consumi
 Minori costi
 Minor inquinamento atmosferico a parità di risultato
 Indipendenza strategica
 Minori costi di energia
 Sicurezza degli approvvigionamenti
 Sostenibilità ambientale
 Sviluppo tecnologico

Nella fattispecie l’efficientamento energetico si traduce in una riduzione dei consumi in termini di Tonnellate Equivalenti di Petrolio (TEP) innescando il meccanismo virtuoso dei Titoli di Efficienza Energetica (cif.to: certificati bianchi), valorizzabili sul mercato dell’energia dove soggetti obbligati (cif.to: distributori con più di 50.000 clienti finali) devono corrispondere all’Autorità competente (GSE) un numero target di TEE cui corrisponde un contributo tariffario, andando, pertanto, ad acquistare i cosiddetti TEE da soggetti volontari che realizzano progetti di efficienza energetica per il conseguimento dei TEE.
Ulteriore campo di approfondimento, nello specifico settore dell’ingegneria ambientale, potrebbe, inoltre, essere individuato nell’ideazione di una soluzione di trattamento, mediante recupero, delle acque di processo di perforazione, in modo da coniugare l’efficienza e l’economicità dei costi con la minimizzazione dell’impatto ambientale. Infatti, attualmente, le acque di processo proprie delle attività di perforazione (additivate, di norma, con bentonite) vengono sottoposte, semplicisticamente, ad un processo di sedimentazione dei fanghi e detriti propedeutico al successivo conferimento presso impianti di smaltimento. Risulterebbe, invece, auspicabile l’implementazione di un impianto a ciclo chiuso, del tipo compatto (ovverosia “containerizzato” dovendo risultare compatibile con la configurazione di cantiere in fase sia di trasporto che di installazione), in grado di consentire di:
a) recuperare integralmente l’acqua di processo, ai fini del riuso diretto nello stesso processo di perforazione ovvero per il lavaggio degli utensili;
b) recuperare, eventualmente, la bentonite sodica quale additivo per il sostegno dello scavo, garantendone il riutilizzo diretto in modo da ridurre sia i costi di perforazione che di smaltimento;
c) minimizzare la frazione solida (fango), garantendone un’ottimale stabilizzazione e, conseguentemente, una minimizzazione dei quantitativi da smaltire.
Il presente excursus relativo all’interazione delle tecnologie di posa no-dig rispetto a campi di interesse quali quello geotecnico, strutturale e tecnologico nonché ambientale, è da intendersi finalizzato solo a fornire una serie di spunti iniziali di riflessione per un approfondimento scientifico nei vari campi di interesse.