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Escavatore

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Un escavatore (chiamato anche escavatrice o macchina escavatrice[1]) è una macchina utilizzata per operazioni di scavo che richiedono un movimento di terra,[1] ovvero la rimozione di porzioni di terreno non particolarmente coerente, tale da consentirne una relativamente facile frantumazione[non chiaro].

Escavatore cingolato CASE CX750D, Tier 4 final
Escavatore cingolato a benna rovescia Volvo Kettenbagger EC290B

L'operatore che aziona la macchina viene definito "escavatorista".[2]

La draga è una macchina che ha funzione analoga all'escavatore, ma utilizzata per scavi subacquei.[3]

Storia

 
L'escavatore a vapore di William Smith Otis su rotaia (disegno del 1841).

Il primo escavatore a vapore, da cui ebbe origine più tardi l'escavatore idraulico, fu sviluppato nel 1796 dall'inventore scozzese James Watt e dall'imprenditore inglese Matthew Boulton,[4] mentre il primo brevetto di un escavatore a vapore è opera dell'ingegnere ferroviario americano William Smith Otis alla fine del XIX secolo,[5] tra il 1833 e il 1835.[6] L'escavatore a vapore di Otis, piuttosto rudimentale rispetto agli escavatori moderni, era costituito essenzialmente da un telaio ferroviario (costruito in legno e ferro[6]) a cui era collegato un braccio, con benna singola, che poteva essere parzialmente ruotato attraverso funi azionate dalla forza umana.[4][6]

L'invenzione dell'escavatore idraulico si deve ai fratelli Pierre ed Eugene Bucyrus nel 1882.[5] I primi "escavatori idraulici" erano in realtà azionati in parte in maniera idraulica e in parte attraverso dei cavi.[7] Per potere vedere il primo escavatore "completamente idraulico", della la Kilgore Machine Company, si è dovuto attendere al 1897.[7]

Negli anni '20 l'azienda francese Poclain inventò il primo escavatore cingolato a pala anteriore completamente idraulico.[5][6] Negli anni '60 si ebbe poi la commercializzazione di escavatori idraulici da parte dell'azienda giapponese Kato Works Co. Ltd.[5]

Alla fine degli anni '60 risale invece il primo escavatore compatto (o "miniescavatore"), progettato in Cina per essere utilizzato nelle risaie,[5] e commercializzato nel 1971 dall'azienda giapponese Kubota con il nome di "Kubota Rabbit".[5] Un altro dei primi miniescavatori è stato l'escavatore semovente gommato "YNB 300" della Yanmar Construction Company.[7] Negli anni '80 gli escavatori compatti si diffusero quindi nel Nord America e in Europa, per essere impiegati in una molteplicità di settori.[5] Nella metà degli anni '80, delle aziende costruttrici di miniescavatori facevano parte JCB, Kubota, Beresford e Manitou.[7] Tra gli anni '60 e gli anni '80 si sviluppano inoltre i primi escavatori idraulici meccatronici (tra cui l'escavatore Komatsu PC05-7), nei quali l'impianto idraulico è controllato elettronicamente.[6]

Tipi

A seconda dell'ambito in cui devono essere utilizzati, gli escavatori possono essere di diversi tipi ed avere particolari caratteristiche.

Mobilità

Per consentire il suo spostamento, un escavatore deve essere montato su un telaio che ne permetta il movimento: esso può essere:

  • Gommato, ovvero dotato di ruote con pneumatici, per i casi in cui il suo impiego richieda una capacità di carico limitata ma una buona velocità di spostamento. Un tipico caso può essere quello in cui l'area di scavo sia abbastanza distante dal punto in cui il materiale di risulta debba essere depositato, a terra o su un autocarro per la rimozione definitiva.
  • Cingolato, ovvero dotato di cingoli, per i casi in cui si ritenga preponderante la necessità di maggiore carico o sforzo di penetrazione nel terreno in situ, a scapito della velocità di spostamento. È questo il caso di cave o miniere in cui il braccio meccanico che monta la benna sia in grado di raggiungere un'area consistente del fronte di scavo senza la necessità di frequenti riposizionamenti.
  • Montato su pattini, ovvero su strutture metalliche orizzontali a contatto con il terreno che possono essere movimentate tramite pistoni idraulici sia verticalmente, consentendone il distacco dal terreno, che orizzontalmente, in modo da permetterne una traslazione. Questo caso è tipico delle grandi macchine da miniera, per le quali gli spostamenti sono molto poco frequenti e spesso minimi, mentre la capacità di carico e di penetrazione deve essere assai elevata.
  • Ad appoggi articolati: questo tipo di escavatore è dotato di piedi e staffe articolate che permettono un posizionamento ottimale in situazioni di terreno molto inclinato, oppure in situazioni dove il normale escavatore non riesce ad operare, esempio all'interno di canali. Essendo un tipo molto particolare di escavatore la produzione è molto limitata e attualmente quattro aziende nel mondo producono questo escavatore, in italiano è molto spesso chiamato "ragno" per la sua abilità di raggiungere il luogo di utilizzo spostandosi come l'insetto.
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    Un escavatore gommato a benna mordente
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    Wacker Neuson "Zero Tail" Escavatore 50Z3

Tipo di attrezzo

Un escavatore è munito di un attrezzo di scavo che si può ricondurre a due categorie: la benna ed il cucchiaione o cucchiaia.

Una benna può essere a sua volta di due tipi: mordente oppure trascinata:
La benna mordente viene solitamente impiegata per lavori di scavo che richiedono di raggiungere un punto molto inferiore al piano d'appoggio della macchina, ad esempio nelle grandi fondazioni oppure nel dragaggio di fondali marittimi o lacustri nei pressi della riva o della chiatta su cui l'escavatore è montato. La benna viene calata aperta sul punto di scavo, dove penetra nel terreno e, grazie ad un azionamento solitamente idraulico, viene chiusa in modo da raccogliere il materiale.
La benna trascinata, utilizzata soprattutto nel dragaggio dei fondali, è invece solitamente montata su un escavatore con un lungo braccio, in modo da poter raggiungere distanze orizzontali maggiori: la benna viene fatta salire fino all'estremità del braccio, quindi calata sul fondale e trascinata verso la macchina da un sistema di funi, raccogliendo il materiale durante questo movimento.

Una cucchiaia può essere anch'essa di due tipi: rovescia o frontale,[1] a seconda che la bocca della stessa sia rivolta verso l'escavatore o verso il lato opposto.
La cucchiaia rovescia viene utilizzata per effettuare degli scavi al di sotto del piano su cui è posta la macchina,[1] oppure ad altezze minime al di sopra dello stesso. Il movimento di raccolta è dato dal braccio, che muove la cucchiaia lungo la parete da scavare dal punto più lontano a quello più prossimo all'escavatore.
La cucchiaia frontale viene invece spinta contro la parete di scavo nel punto più basso possibile e viene quindi sollevata asportando il materiale dal basso verso l'alto.

Oltre alla benna possono essere collegati all'escavatore altri attrezzature, come il martello idraulico, la pinza demolitrice, la benna vagliatrice, le frese rotative, i compattatori.

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    Un escavatore a benna frontale
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    Un escavatore a benna trascinata
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    Escavatore ER1250 sulla miniera di carbone di Tugnui, Buryatia, Russia

I grandi escavatori

Le dimensioni di un escavatore dipendono ovviamente dall'ambito in cui vengono utilizzati: nelle grandi miniere a cielo aperto, in particolare di carbone, hanno raggiunto dimensioni rilevanti, come il Big Muskie, il più grande escavatore a benna trascinata mai costruito al mondo, e l'escavatore cingolato con ruote a tazze denominato "288", della Krupp Industrietechnik, situato in una miniera di lignite a cielo aperto a Garzweiler, in Germania.[4] Quest'ultimo ha un peso di 13.500 tonnellate, una lunghezza di 240 m e un'altezza di 96 m, e permette di scavare fino a 240.000 tonnellate al giorno.[4]

La necessità di movimentare grandi quantità di materiali ha portato alla realizzazione di strutture imponenti, come gli escavatori a catena di tazze o a ruota di tazze. Si tratta di macchine impiegate in posizione quasi statica, in quanto sono quasi sempre montate su pattini.

Un escavatore a catena di tazze è una macchina dotata di un lungo braccio lungo il quale ruota una serie di cucchiaie che asportano il materiale dalla parete portandolo verso la macchina stessa, dove viene scaricato; le cucchiaie svuotate ritornano, dal lato opposto del braccio, verso l'estremità, dove tornano a contatto con il terreno. Questo tipo di macchina è adatto allo scavo su terreni poco compatti[1] e su lunghe pareti regolari.

Un escavatore a ruota di tazze sfrutta un principio sostanzialmente analogo, con le cucchiaie che però sono montate su una grande ruota che imprime loro un movimento dal basso verso l'alto, sostanzialmente ripetendo senza soluzione di continuità l'operazione che viene effettuata dall'escavatore a cucchiaia frontale.

Entrambe queste macchine sono solitamente dotate di un sistema di raccolta del materiale scaricato dalle cucchiaie, che viene automaticamente avviato su un sistema di nastri trasportatori che ne completa la rimozione.

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    Un escavatore a catena di tazze
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    Un escavatore a ruota di tazze
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    Particolare di una ruota di tazze

Ambiti di utilizzo

Le operazioni di scavo possono avere diverse finalità, sia in ambito minerario, quando si sia in presenza di una miniera o cava, solitamente ma non necessariamente "a cielo aperto", di materiale adatto ad essere rimosso con questo tipo di mezzi, sia nell'ambito delle costruzioni civili, quando sia necessario lo scavo di fondazioni oppure la costruzione di trincee sia di grandi dimensioni, ad esempio per il passaggio di una strada o di una linea ferroviaria, sia di dimensioni limitate, per la posa di tubazioni o di cavi elettrici interrati.

Normativa e standard

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Esempio di targhetta con indicazione dell'emissione acustica di un escavatore secondo le indicazioni della Direttiva 2000/14/CE.

Nella Comunità Europea gli escavatori devono essere sottoposti a marcatura CE. In particolare, oltre a dovere essere conformi alla Direttiva macchine, sono soggetti anche a restrizioni sulle emissioni di rumore attraverso la Direttiva 2000/14/CE del Parlamento europeo e del Consiglio dell'8 maggio 2000 sul ravvicinamento delle legislazioni degli Stati membri concernenti l'emissione acustica ambientale delle macchine ed attrezzature destinate a funzionare all'aperto.[8]

Esistono diverse norme tecniche specifiche sulla progettazione degli escavatori, tra cui:[9]

  • UNI ISO 10567 Macchine movimento terra - Escavatori idraulici - Capacità di sollevamento
  • UNI EN 474-12 Macchine movimento terra - Sicurezza - Parte 12: Requisiti per escavatori a fune
  • UNI EN 474-5 Macchine movimento terra - Sicurezza - Parte 5: Requisiti per escavatori idraulici
  • UNI ISO 8643 Macchine movimento terra - Dispositivo di controllo dell'abbassamento di escavatori idraulici e terne - Requisiti e metodi di prova
  • UNI ISO 15219 Macchine movimento terra - Escavatori a funi - Terminologia e specifiche commerciali
  • UNI EN 474-5 Macchine movimento terra - Sicurezza - Parte 5: Requisiti per escavatori idraulici
  • UNI ISO 10262 Macchine movimento terra - Escavatori idraulici - Prove di laboratorio e requisiti nelle prestazioni di ripari per la protezione dell'operatore
  • UNI ISO 7546 Macchine movimento terra - Benne per pale caricatrici e benne di carico frontale per escavatori - Valutazione della volumetria
  • UNI ISO 7451 Macchine movimento terra - Valutazione della volumetria per benne a cucchiaio e mordenti di escavatori idraulici e terne
  • UNI 11849 Vibrazioni meccaniche e urti - Modalità di prova per misurare le vibrazioni trasmesse dal sedile di escavatori, caricatori e terne all'operatore
  • UNI EN 13531 Macchine movimento terra - Struttura di protezione in caso di rovesciamento (TOPS) per escavatori compatti - Prove di laboratorio e requisiti di prestazione

Trattandosi di macchine movimento terra, agli escavatori si applicano inoltre alcune norme tecniche generali sulle macchine movimento terra, tra cui:[9]

  • UNI ISO 14401-2 Macchine movimento terra - Campo visivo di specchi di sorveglianza e retrovisori - Parte 2: Criteri di prestazione
  • UNI ISO 6405-2 Macchine movimento terra - Simboli per i comandi dell'operatore e altri indicatori - Parte 2: Simboli specifici per macchine, attrezzature ed accessori
  • UNI EN 15573 Macchine movimento terra - Requisiti di progettazione per la circolazione stradale
  • UNI ISO 5006 Macchine movimento terra - Campo visivo dell'operatore - Metodo di prova e criteri di prestazione

Note

  1. ^ a b c d e Escavatore, in Treccani.it – Enciclopedie on line, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana. URL consultato il 3 febbraio 2024.
  2. ^ Escavatorista, in Treccani.it – Vocabolario Treccani on line, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana. URL consultato il 3 febbraio 2024.
  3. ^ Gino Burò, Escavatrici, macchine, in Enciclopedia Italiana, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana. URL consultato il 3 febbraio 2024.
  4. ^ a b c d (EN) Saul Wordsworth, iVT International - FEATURE: A brief history of the excavator
  5. ^ a b c d e f g (EN) Mechanics News - The Evolution of Excavators: Tracing Back to Its Invention and Early Development,
  6. ^ a b c d e (EN) Hilary Zhao, Excavator History: The Industrial Revolution Through the Centuries
  7. ^ a b c d (EN) Plant Planet - A Brief History of Excavators
  8. ^ Direttiva 2000/14/CE del Parlamento europeo e del Consiglio dell'8 maggio 2000 sul ravvicinamento delle legislazioni degli Stati membri concernenti l'emissione acustica ambientale delle macchine ed attrezzature destinate a funzionare all'aperto
  9. ^ a b UNI - Risultati della ricerca per "escavatori"

Bibliografia

  • R. Mancini - Corso di Tecnica degli scavi e dei sondaggi - Istituto di arte mineraria - Politecnico di Torino

Voci correlate

Altri progetti

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