Una applicazione Laser a Scansione alle gallerie autostradali Università degli Studi di Palermo Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile Anno Accademico 2012/2013 Una applicazione Laser a Scansione alle gallerie autostradali Relatore Dott. Ing. Gino Dardanelli Tesi di Laurea di Antonio Rotondi

Introduzione Obiettivi Sperimentazione Conclusioni

Il presente lavoro, realizzato in collaborazione con la Taps Consulting srl, azienda leader nel settore dei rilievi topografici nell’ambito degli appalti pubblici, riguarda il rilievo tramite laser scanner di n. 6 gallerie che si trovano sull’autostrada A19 Ct-Pa nel tratto dalla città di Catania allo svincolo di Caltanissetta: Introduzione

Introduzione La tecnologia Laser Scanner Dallo sviluppo dei sistemi di misurazione delle distanze per mezzo di onde elettromagnetiche, anche noti come LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging), nasce la tecnica del laser scanning. Questa tecnica permette la digitalizzazione e modellazione di oggetti e porzioni di territorio aventi forme e dimensioni qualsiasi. La digitalizzazione avviene attraverso la misurazione della posizione di un numero elevato di punti. Sfruttando la velocità di misura della posizione dei punti, i laser scanner permettono di acquisire un insieme di punti sparsi nello spazio in maniera più o meno regolare: questa viene generalmente chiamata nuvola di punti.

Introduzione La tecnologia Laser Scanner I principali vantaggi che si possono ottenere dall’utilizzo della tecnologia Laser Scanner, rispetto ad altre modalità di rilievo, si possono così elencare: - la scansione può essere considerevolmente più economica delle tecniche tradizionali per la sensibile riduzione dei tempi di rilievo; - il rilievo può avvenire da distanza considerevole, fino a 2000 metri (in relazione alle caratteristiche del tipo di laser usato). E’ così possibile rilevare in condizioni di sicurezza aree situate in zone di difficile accesso.

Introduzione La tecnologia Laser Scanner Le fasi che compongono l'esecuzione di un rilievo laser scanner possono essere riassunte come segue: - progetto delle prese; - acquisizione dei dati; - controllo di qualità sul campo; - post-processamento in cui si generano le nuvole di punti e si esegue la loro pulizia.

OBIETTIVI Il principale obiettivo di questo lavoro è quello di verificare se il tragitto scelto per far arrivare la TBM (Tunnel Boring Machine) nel cantiere presente sulla SS640 in prossimità della città di Caltanissetta è percorribile, considerato l’elevato ingombro dei vari elementi costituenti la TBM che dovranno essere trasportati tramite appositi tir. In particolare, siccome tale tragitto prevede la presenza di 6 gallerie, dopo aver eseguito il rilievo delle gallerie la verifica è stata quella di sovrapporre le sezioni trasversali delle gallerie con la sezione dell’elemento più ingombrante della TBM.

Sperimentazione FASI DEL LAVORO Operazioni di rilievo delle 6 gallerie tramite Laser Scanner Elaborazione dei dati ottenuti dal rilievo e restituzione delle sezioni delle gallerie Studio della sezione dell’elemento di maggiori dimensioni della TBM Verifica tramite sovrapposizione delle due sezioni

Sperimentazione Strumentazione utilizzata Laser Scanner modello GX-3D della Trimble caratterizzato dalle seguenti performance: Un notebook per la ricezione e l’elaborazione dei dati in situ, provenienti dal Laser Scanner, tramite il software Point Scape della Trimble. Due mire per l’orientamento dello strumento e un generatore di corrente per l’alimentazione del Laser Scanner e del notebook. - distanza di scansione fino a 350 m; - velocità di scansione di 5000 punti al secondo.

Sperimentazione FASI DEL LAVORO Dai rilievi eseguiti con il Laser Scanner si sono ottenuti dei file contenenti le nuvole di punti che rappresentano le sei gallerie; tramite un secondo software, il Trimble RealWorks Advanced, in ufficio, è stato possibile eseguire la pulizia delle nuvole da tutti quei punti estranei alle gallerie: Operazioni di rilievo delle 6 gallerie tramite Laser Scanner Elaborazione dei dati ottenuti dal rilievo e restituzione delle sezioni delle gallerie Studio della sezione dell’elemento di maggiori dimensioni della TBM Verifica tramite sovrapposizione delle due sezioni Galleria San Nicola Galleria Cappuccini Galleria Misericordia Galleria Favilla Galleria Scaldaferro Galleria Fortolese

Sperimentazione Elaborazione dei dati ottenuti dal rilievo e restituzione delle sezioni delle gallerie Tramite il software Digicorp CivilDesign, un applicativo del più noto AutoCad, a partire dalle nuvole di punti, si sono estratte le sezioni trasversali delle singole gallerie. Si analizza la sola galleria Scaldaferro, che come si vedrà è quella in cui si hanno le maggiori criticità:

Sperimentazione FASI DEL LAVORO Operazioni di rilievo delle 6 gallerie tramite Laser Scanner Elaborazione dei dati ottenuti dal rilievo e restituzione delle sezioni delle gallerie Studio della sezione dell’elemento di maggiori dimensioni della TBM Verifica tramite sovrapposizione delle due sezioni

Sperimentazione Studio della sezione dell’elemento di maggiori dimensioni della TBM La macchina che si è previsto di utilizzare per lo scavo della galleria “Caltanissetta” è la nuova TBM S-574 della Herrenknecht. Le principali caratteristiche che contraddistinguono questa tipologia di TBM sono: Diametro di scavo: 15,62 m Lunghezza complessiva: 130 m Area di scavo: 192 m2 Forza di spinta massima: 400000 KN (ad una pressione di 500 bar)

Sperimentazione Studio della sezione dell’elemento di maggiori dimensioni della TBM L’impresa esecutrice dei lavori ha fornito gli ingombri dei vari elementi costituenti la TBM; in particolare, l’elemento più grande, comprensivo del carrello per il trasporto, sarà caratterizzato dalle seguenti dimensioni:

Sperimentazione FASI DEL LAVORO Note che siano a questo punto le sezioni trasversali delle gallerie e l’ingombro dell’elemento di maggiori dimensioni della TBM, è possibile eseguire la verifica tramite la loro sovrapposizione: FASI DEL LAVORO Operazioni di rilievo delle 6 gallerie tramite Laser Scanner Elaborazione dei dati ottenuti dal rilievo e restituzione delle sezioni delle gallerie Studio della sezione dell’elemento di maggiori dimensioni della TBM Come si vede dalla figura però, la configurazione inclinata dell’elemento della TBM non consente il passaggio attraverso la sezione della galleria: è necessario allora studiare un’altra disposizione per la testa della TBM. Verifica tramite sovrapposizione delle due sezioni

Sperimentazione Verifica tramite sovrapposizione delle due sezioni Si è eseguita allora, per questa configurazione della TBM, la verifica con le sezioni della galleria Scaldaferro: La nuova configurazione studiata prevede la disposizione dell’elemento della TBM in posizione orizzontale sul carrello

Sperimentazione Verifica tramite sovrapposizione delle due sezioni I principali problemi, per il passaggio della TBM, si incontrano nella prima metà della galleria Scaldaferro, fino alla progressiva 125,00 m; nelle sezioni comprese in questo tratto la distanza massima tra lo spigolo superiore esterno della TBM e la calotta della galleria è di 0,15 m, mentre la distanza più piccola è di 0,10 m e si raggiunge in corrispondenza della sezione 4 alla progressiva 75,00 m

CONCLUSIONI Una distanza di 10 cm tra lo spigolo superiore dell’elemento della TBM e la calotta della galleria può essere considerata sufficiente per poter garantire un certo margine di sicurezza nei confronti di un possibile contatto tra i due elementi. Nel caso in cui l’impresa esecutrice dei lavori, sulla base dei risultati ottenuti, ritenesse rischioso il passaggio della TBM attraverso questo tragitto, può essere valutata la scelta un percorso alternativo. In particolare, un altro porto non molto distante dal cantiere è quello di Porto Empedocle (Ag) e il possibile tragitto da seguire potrebbe essere il seguente:

Ringraziamenti Desidero ringraziare quanti mi hanno aiutato per la realizzazione di questo lavoro ed in particolare: Tutto il collegio docenti del Corso di Laurea in Ingegneria Civile; Il mio relatore Dott. Ing. Gino Dardanelli che tramite il Suo aiuto ha reso possibile la realizzazione del presente lavoro; Il Geom. Gabriele Sorrentini, titolare della Taps Consulting srl, per l’opportunità che mi ha dato di poter collaborare con la Sua azienda in un lavoro di così rilevante importanza.

Grazie per la cortese attenzione.