Il corso ha lo scopo di fornire le conoscenze di base sulle tecniche di scavo in roccia e in terra, i criteri per la scelta delle macchine e dei mezzi per l’esecuzione dei lavori di scavo, le regole per l’impostazione, l’organizzazione e la conduzione di tali lavori in modo tecnicamente corretto e sicuro. Gli argomenti trattati sono spesso imprescindibili dalla necessità di operare in un mezzo naturale mutevole e sovente poco noto, descrivibile talora in modo solo qualitativo. I contenuti presenti nel corso sono suscettibili di continui aggiornamenti, in funzione delle esigenze riscontrabili nelle differenti, e spesso mutevoli, condizioni operative, e pertanto non sono cristallizzabili in una realtà "statica". Sono presentati molti esempi, con l’intento di stimolare temi di ricerca e di riflessione personali. L’insegnamento intende inoltre fornire allo studente il linguaggio tecnico internazionale proprio del settore: gran parte del materiale didattico sarà pertanto in lingua inglese.

Ci si attende l’acquisizione di competenze sulle tecniche per l’esecuzione di lavori di scavo in differenti configurazioni (cantieri a giorno, in sotterraneo, subacquei), con l’obiettivo di affrontare criticamente la scelta delle macchine e dei mezzi più idonei alla conduzione di un determinato lavoro, rispettando i vincoli presenti e minimizzando le pressioni ambientali. L’insegnamento, ingegneristico di base, vuole stimolare la ricerca della soluzione migliore fra quelle potenzialmente individuabili, sulla base di un’analisi critica specifica del contesto nel quale si opera. Si intende dunque incoraggiare l’autonomia di giudizio e la capacità di apprendimento, confidando nella necessità, da parte degli allievi, di porsi domande, sapendo che le risposte esatte sono talora più d’una, nell’ottica di un invito alla discussione con se stessi e con gli altri. A tal fine, l’allievo sarà invitato a redigere relazioni tecniche sui casi presentati nel corso delle esercitazioni, assumere una motivata decisione progettuale in presenza di esigenze contrastanti, stimare gli ordini di grandezza dei valori numerici che ragionevolmente l'ingegnere si deve attendere nei principali casi di riferimento, conoscere la terminologia internazionale.

L’allievo che accede a questo insegnamento deve possedere nozioni di chimica generale, fisica generale, scienza e tecnologia dei materiali e meccanica razionale, oltre a disporre di nozioni di base di geologia applicata. È inoltre auspicabile la comprensione della lingua inglese.

Generalità sui lavori di scavo. Tipologia e definizioni; finalità; caratteristiche dei mezzi in cui gli scavi si sviluppano; caratteristiche elastiche e di resistenza meccanica; stato di fratturazione naturale del mezzo, presenza di cavità e/o indebolimenti localizzati; densità, abrasività e durezza del mezzo; geometria degli scavi; fasi del lavoro. PARTE I. Abbattimento delle rocce mediante esplosivi. Dati chimici e fisici degli esplosivi commerciali; reazioni esplosive; proprietà degli esplosivi ai fini dell’impiego nell’abbattimento. Artifizi per l’innesco: micce ordinarie; detonatori comuni; detonatori elettrici (istantanei, a ritardo ordinario, a microritardo); micce detonanti; relais detonanti; detonatori Nonel e unità di connessione; Detonatori NPED ed elettronici. Mine: definizione; alloggiamento della carica nei fori da mina; effetti dell’esplosione nel mezzo circostante; criteri di dimensionamento di una mina in vista di un dato effetto. Volate: definizione; dimensionamento delle volate; circuiti di brillamento; piani di tiro. Volate per abbattimento a giorno: preparazione della fronte di scavo; volate sistematiche per abbattimento a gradino; mine verticali su una o più file; temporizzazione delle cariche. Volate per lo scavo di canali, trincee, fondazioni. Volate di distacco (splitting). Volate per abbattimento in sotterraneo: cenni sullo scavo di gallerie. Disposizione delle cariche e ordine di sparo; consumo specifico e sezione di scavo; tipi di apertura; conformazione del cumulo di abbattuto. Cenni alle volate per lo scavo di vie verticali o inclinate (pozzi e fornelli). Metodi di profilatura. Abbattimento controllato a giorno ed in sotterraneo. Vibrazioni, proiezioni e sovrapressioni indotte da esplosivi. Macchine per la perforazione dei fori da mina e relativi utensili. Tipi di perforazione; perforabilità delle rocce; classificazione dei martelli perforatori; carri ponte e carri jumbo per volate di avanzamento in sotterraneo. Sgombero della roccia abbattuta. Sistemi in uso per lo scavo a giorno, in sotterraneo e subacqueo. PARTE II. Scavo in roccia con mezzi meccanici, a giorno e in sotterraneo. Considerazioni generali. Azionamento delle macchine; capacità produttiva. Descrizione delle macchine di comune impiego. Concetti di durezza e tenacità; materiali per utensili; durata in servizio degli utensili e loro ripristino; consumo di utensili. Moti degli utensili. Organi di scavo. Meccanismo d’azione e tipi di utensili. Modelli teorici dell’azione degli utensili sulla roccia. Macchine per lo scavo in roccia, loro prestazioni e criteri di scelta in funzione del tipo di roccia e delle finalità del lavoro; previsione delle produttività e dei consumi in diverse situazioni. Macchine per il taglio e la riquadratura di marmi, graniti e altre pietre da decorazione, pavimentazione, copertura. PARTE III. Scavi in terra. Macchine ad azione ciclica: pesi, potenze e capacità; definizioni. Escavatori frontali ad azionamento idraulico. Pale caricatrici. Retroescavatori. Dozer. Livellatrici o grader. Cenni su motorscraper, dragscraper, dragline semoventi, escavatori a benna mordente. Macchine continue: macchine per lo scavo di fossi; macchine per lo scavo con getti d’acqua. Cenni sugli escavatori a ruota di tazze. Macchine per scavo e trasporto simultanei. Scavi in sotterraneo. Generalità. Macchine di scavo per materiali incoerenti. Scavo subacqueo. Condotta dell’operazione. Scelta del tipo di draga. Trasporto del materiale escavato. Draghe con sollevamento meccanico del materiale, a funzionamento ciclico e continuo; draghe con sollevamento idraulico del materiale: a semplice suzione; con testa disgregante a fresa; con testa disgregante a getto. PARTE IV. Sondaggi. Generalità e sguardo d’insieme. Sondaggi a carotaggio in roccia. Sonde; Batterie di aste, tagliatori, carotieri (semplici, doppi, Wire Line). Aste ordinarie per sondaggi. Aste per sondaggi Wire Line. Sistema di circolazione nelle sonde per carotaggio. Manovre, tempi morti ed operazioni speciali. Sondaggi in terra per indagini estrattive. Sondaggi in terra per indagini geotecniche. Attraversamento a distruzione, con tubaggio, dei terreni superficiali. Metodi a percussione e a rotazione; metodi speciali (tubaggio a scarpa perforante, perforazione con utensili eccentrici e ad alesatore retrattile). Prelievo di campioni rimaneggiati di terre mediante sondaggio a distruzione. Prelievo di campioni indisturbati di terre: principi generali; conformazione del tagliente; campionatori a tubo aperto; campionatori a pistone; campionatori a rotazione a doppia parete con scarpa tagliente avanzata. Prelievo di campioni di terre dal fondo di fori intubati. Interpretazione dei risultati dei sondaggi. Trivellazioni idriche: infissione di tubi senza trivellazione; trivellazione a percussione; trivellazione a roto-percussione con martello fondo foro; trivellazione rotativa, con e senza circolazione.

Trattandosi di un corso di base per gli studenti iscritti a Ingegneria Ambientale, vi è in genere una certa eterogeneità di interessi; il docente tenterà quindi di stimolare gli specifici interessi con una serie di casi studio, che potranno essere d'aiuto per apprendere facilmente i più importanti concetti generali dell'ingegneria degli scavi.

Il corso è strutturato in 80 ore totali (generalmente 50 ore di lezione + 30 ore di esercitazione in aula); sono previste visite tecniche a cantieri di scavo (sia civili sia estrattivi) in funzione del numero di allievi interessati.

Poiché questo modulo di insegnamento è una particolare sintesi di molti aspetti della Geoingegneria, è stato sviluppato materiale didattico apposito. I testi disponibili in letteratura sono numerosi, ed a questi si fa esplicito riferimento, consigliandone di volta in volta la consultazione per approfondimenti. Essendo tale disciplina in continua evoluzione, il costante aggiornamento degli argomenti trattati è suggerito mediante la consultazione delle più recenti riviste di settore e/o di atti di convegni, forniti dal docente. Lezioni: le dispense, relative alle diapositive utilizzate a lezione, sono messe a disposizione agli studenti iscritti all’insegnamento sul portale della didattica immediatamente prima delll'inizio del corso. Esercitazioni: testi di problemi proposti, schede tecniche, sintesi da manuali tecnici sui diversi temi trattati sono presenti sul portale. Per gli esercizi non risolti integralmente alla lavagna, sono fornite tracce scritte di soluzione. Testi consigliati Mancini R., Cardu M. (2002), Ingegneria degli Scavi, Politeko Ed., Torino Tamrock 1999, Rock Excavation Handbook for Civil Engineering

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato scritto prodotto in gruppo;

Exam: Written test; Optional oral exam; Group essay;

... E’ previsto un esame scritto e un orale facoltativo, a fine corso, per accertare l’acquisizione delle conoscenze attese. Al fine di verificare in modo oggettivo il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento, e quindi l’acquisizione delle conoscenze e della capacità di applicarle, la verifica si articola in prove di diversa natura. La prova scritta consiste nella soluzione di quesiti teorici e di esercizi di calcolo, senza l'aiuto di appunti o libri, ed ha durata di 2,5 ore complessive. Le domande teoriche corrispondono ai diversi capitoli della teoria esposta a lezione, gli esercizi a problemi di calcolo dei tipi svolti in esercitazione. Per le domande teoriche si richiedono risposte concise e mirate, dimostrando di avere acquisito le essenziali conoscenze sui diversi argomenti trattati. Per gli esercizi si chiede di motivare procedimento e risultati, al fine di dimostrare la necessaria dimestichezza nell’esecuzione dei calcoli e delle verifiche di base. Per essere ammessi a sostenere la prova orale è necessario ottenere nella prova scritta un punteggio minimo di 18/30. Dopo la valutazione degli scritti, l’allievo sarà convocato, se lo desidera, per la prova orale. Questa consiste in: una revisione della prova scritta; un approfondimento orale su quesiti specifici; la discussione delle relazioni redatte nel corso delle esercitazioni (lo studente avrà raccolto tali relazioni in un fascicolo personale da portare al momento della prova orale).

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.