Gli inerti sono materiali lapidei, ottenuti dalla frantumazione di rocce idonee, che vengono utilizzati, nell'ambito delle costruzioni civili, come aggregati per:
- strati drenanti, vespai, riempimenti;
- strati di base non legati, nelle pavimentazioni stradali;
- conglomerati cementizi
- conglomerati bituminosi.
Le parti più fini sono impiegate anche come inerti per la produzione di malte, intonaci etc.
Per ciascuna delle utilizzazioni sopra richiamate, essi devono rispondere a requisiti di idoneità che riguardano sia l'origine e la natura delle rocce di appartenenza che le caratteristiche fisico-meccaniche dei singoli elementi.
Naturali: hanno origine dalla disgregazione naturale delle rocce porta ai depositi di ghiaia e sabbia (fluviale o marina). Hanno un costo di produzione più basso
Artificiali: provenienti dalla frantumazione “artificiale” di rocce varie. Contengono minori impurità.
Gli inerti vengono classificati in funzione della loro granulometria in:
Le caratteristiche fisiche degli inerti sono essenzialmente: il peso specifico reale, il peso di volume, il coefficiente di imbibizione, la gelività; come caratteristiche di accettazione sono generalmente considerate: la resistenza alla compressione (della roccia di provenienza), la resistenza all'usura, il potere legante, il coefficiente di frantumazione, la resistenza all'urto, l'equivalente in sabbia.
La scelta del luogo dove aprire la cava, le modalità ed il verso di apertura hanno un’importanza fondamentale per la sicurezza e l’economia dell’esercizio che si va ad intraprendere.
È necessario tenere conto dei seguenti aspetti:
a) sicurezza per le persone e cose in relazione alle caratteristiche del giacimento e al
metodo di coltivazione;
b) caratteristiche geologiche e stratigrafiche del giacimento;
c) infrastrutture (strade, energia elettrica, acqua, etc.);
d) distanza dai centri di impiego del materiale estratto, dalla residenza delle maestranze,
Gli inerti utilizzati nelle costruzioni civili provengono dalla disgregazione d’idonee rocce, come detto esiste anche la possibilità di reperire in natura inerti già “pronti” (ghiaia e sabbia), per i quali l'operazione della disgregazione è stata condotta da agenti naturali e dal tempo.
Non sempre però gli inerti naturali possono essere convenientemente impiegati (ad esempio una sabbia fluviale non può essere utilizzata per il confezionamento di conglomerati bituminosi), perché non hanno la necessaria resistenza o “pulizia” da sostanze indesiderate.
Si ricorre pertanto generalmente alla frantumazione delle rocce in apposite cave; ma il problema della produzione degli inerti non consiste soltanto nella “cavatura”, poiché la possibilità del loro impiego è condizionata oltre che dalle caratteristiche delle rocce di provenienza, dalla rispondenza a determinati requisiti fisico-meccanici, fra i quali ad esempio la distribuzione granulometrica.
Dalla roccia in sostanza occorre ottenere delle pezzature ben precise, classificate in funzione dell’utilizzazione.
La produzione degli inerti passa attraverso le seguenti fasi:
1°. abbattimento del fronte di cava;
2°. frantumazione;
3°. vagliatura;
4°. lavaggio (eventuale).
Le fasi 2, 3, 4 vengono svolte negli “impianti di frantumazione e vagliatura”, posti generalmente nelle vicinanze della cava, al fine di ridurre gli oneri del trasporto dell' “abbattuto” all'alimenta-tore dell'impianto.
Le cave sono coltivazioni, generalmente a ciclo aperto, di banchi di roccia idonea alla produzione di materiale per edilizia (esistono cave di pietrame, cave per marmi etc.).
La nozione di "giacimento" ha un senso geologico ma anche economico; a definire la sfruttabilità di un banco non basta che la roccia sia idonea e che si presti a un’agevole “coltivazione”, occorre anche che sussistano favorevoli condizioni di mercato, caratterizzate da una domanda pressoché costante, almeno nell'arco del previsto periodo di estrazione.
II pietrame cavato è un prodotto che ha un mercato "locale", perché gli oneri del trasporto a lunga distanza lo rendono non competitivo.
I sistemi di coltivazioni più adoperati sono: a gradini (da 1 a 10 m di altezza) o a gradoni (da 15 y 30 di altezza); l’abbattimento avviene ricorrendo all’impiego di esplosivi con la seguente successione di fasi:
� perforazione; � caricamento e brillamento; � frantumazione dei blocchi più grossi; � carico sui mezzi di trasporto, con destinazione l'alimentatore degli impianti di
Per la perforazione si utilizzano generalmente martelli o perforatrici per ottenere fori di diametro 20 y 50 mm e lunghezza da commisurare al tipo di roccia ed al volume da abbattere; i fori vengono riempiti con le cartucce esplosive ed i detonatori.
II brillamento produce la disgregazione della roccia per una certa porzione attorno alla zona trattata.
II successo dell'operazione dal punto di vista economico si ottiene quando il materiale abbattuto ha già dimensioni ridotte, tali da poter essere facilmente movimentato con pale meccaniche o escavatori.
A tal fine occorre ben commisurare diametro e lunghezza dei fori, distanza fra fori, inclinazione, numero di fori, quantità e potere dell'esplosivo.
I blocchi di roccia troppo grossi per l'alimentazione dei frantoi primari vanno ulteriormente abbattuti, sempre in cava, con l'esplosivo, fino ad ottenete pezzature caricabili con le macchine.
È la fase attraverso la quale il pietrame, proveniente dagli alimentatori caricati con la risulta dell'abbattimento in cava, viene ridotto di dimensione fino ad ottenere, pezzatura commerciabili.
La frantumazione si ottiene per azione meccanica disgregatrice provocata da:
� schiacciamento del pietrame fra due ganasce o elementi resistenti aventi funzione analoga;
� urto violento dell'elemento lapideo scagliato contro una parete resistente; � triturazione dell’inerte provocata da elementi resistenti (barre, palle pesanti) messi in
movimento insieme all'inerte stesso.
Per ogni tipologia di "attacco" esistono diversi frantoi.
Il frantoio è la macchina che esegue la "frantumazione", cioè la riduzione del diametro dell'elemento; questa riduzione, per essere economicamente conveniente, è praticata con rapporto 1:5 y 1:6.
Date le dimensioni degli elementi d’ingresso nell'alimentatore, per ottenere le varie pezzature, dalle più grandi (pietrisco) alle più piccole (sabbia), occorre procedere per stadi successivi: ciò che esce da un primo frantoio alimenta una seconda macchina per uno stadio successivo.
Così si distingue:
� frantumazione primaria, che ha come alimentazione il pietrame proveniente dalla cava e in uscita dimensioni massime superiori ai 70 mm, quindi pezzature non ancora utilizzabili;
� frantumazione secondaria, che provvede a ridurre ciò che proviene dalla primaria dimensioni massime fra 6 e 70 mm circa (serve in sostanza a produrre pietrischetto e graniglia);
� frantumazione terziaria e macinazione, che provvede a ridurre ciò che proviene dalla secondaria a dimensioni massime 2 mm circa (sabbia e filler).
Poiché in una frantumazione attraverso frantoi si governa solo la dimensione massima in uscita, il risultato che si ottiene, così come prodotto dal singolo frantoio, non è commerciabile perché non è selezionato, cioè separato in classi granulometriche ben precise.
Ad ogni stadio, va praticata un'altra operazione, la vagliatura.
Essa consiste nel far passare un insieme granulometrico attraverso elementi (a superficie piana o cilindrica forata) che si lasciano attraversare solo dalle pezzature di dimensioni inferiori a quelle di controllo, determinate dal diametro dei fori Dv. Ciò che “non passa” è il trattenuto ed ha dimensioni Dv y Da; essendo Da la dimensione massima di alimentazione del vaglio; ciò che "passa" è il passante avente assortimento 0 y Dv.
La vagliatura in un impianto è un'operazione analoga a quella che si adotta in laboratorio con "crivelli" e "setacci" per l'analisi granulometrica, solo che in questo caso è condotta "industrialmente" quindi concepita per l'elaborazione di grosse quantità.
Spesso ad alcuni stadi di vagliatura è associata la fase successiva.
lavaggio
A seconda della provenienza del materiale d'origine, può risultare necessario “lavare" gli inerti, soprattutto la pezzatura più piccola (ad esempio la sabbia) per eliminare impurità non desiderate. E' il caso di trattamento di materiali alluvionali o di frantumati da rocce con inclusioni argillose.
lo stoccaggio
Al termine del processo, le pezzature ottenute, classificate, vanno depositate entro grandi tramogge di stoccaggio, od in cumuli, in attesa di essere prelevate per la loro utilizzazione.
Soltanto le frazioni più piccole tipo sabbia finissima e filler, vanno stoccate in silos chiusi, per evitare la loro dispersione nell'atmosfera ad opera del vento, ed il rischio che, date le dimensioni, si carichino troppo di umidità.
Sono fra le macchine più diffuse perché semplici, di costruzione relativamente economica e di lunga durata.
Agiscono ai fini della frantumazione schiacciando il materiale fra due “mascelle”, due piastre dentate o lisce in acciaio o in ghisa, delle quali una è fissa, coincidente con la superficie interna di una parete dell'involucro della macchina stessa, e l'altra, mascella mobile, si accosta e si allontana dalla precedente, provocando la disgregazione degli inerti posti tra le due piastre.
L'alimentazione avviene dall’alto; la sagomatura e la convergenza delle mascelle agevola la discesa verso il basso del materiale, avviandolo così verso zone ove la distanza tra le piastre si va man roano riducendo.
Si ottiene così una progressiva frantumazione, con un risultato finale avente dimensione massima governata dalla distanza fra le pareti inferiori delle piastre stesse. Tale distanza è regolabile, a tutto vantaggio della versatilità della macchina.
I frantoi a mascelle si classificano in base alla apertura della bocca e alla larghezza delle mascelle così che un frantoio da 25x75 ha una apertura di 25 cm metre 74 cm rappresentano la larghezza delle pistre.
I sistemi adottati per il movimento della parete mobile sono due, ed in corrispondenza si hanno:
a. frantoi a semplice ginocchiera. La lastra mobile è incernierata alla base mentre in testa è collegata folle ad un albero solidale ad un grande volano. L'eccentricità dell’albero rispetto al centro del volano provoca il moto in testa della piastra mobile che risulta cosi contemporaneamente di chiusura verso la compagna fissa e di oscillazione verticale, favorendo la produzione di grani uniformi.
La regolazione in uscita tende oggi ad essere ottenuta con comandi idraulici ed anche la mascella è mossa da motore idraulico; si ottengono così marce più regolari ed un migliore "adattamento della potenza alle necessità della frantumazione.
Produzione (ordinate) in funzione dello scartamento delle mascelle in mm (ascisse)
Il principio di frantumazione è lo stesso di quello adottato dalle macchine a mascelle, soltanto che in questo caso la mascella fissa è a forma di tronco di cono capovolto, e dentro di essa si muove eccentricamente la mascella mobile, anch'essa a forma di tronco conica, non capovolta; il movimento che si ottiene porta la mascella mobile ad avvicinarsi e ad allontanarsi dal cono fisso, contro il quale schiaccia il materiale che viene alimentato dall'alto.
Si ottengono così macchine dalle elevate prestazioni in termini di produzione, ma nel contempo più delicate rispetto ai frantoi a mascelle, sono raramente utilizzate per la frantumazione primaria; si prestano invece bene per la secondaria e con alcuni accorgimenti per la terziaria.
La regolazione in uscita si ottiene alzando e abbassando il cono mobile.
L'estremità inferiore dell'albero costituisce il pistone di un cilindro idraulico predisposto all'interno del gruppo eccentrico. Lo scorrimento verticale dell'albero, e quindi del mantello di frantumazione, è comandato da una centralina oleodinamica, con accumulatore precaricato a gas inerte.
Anche in questo caso le granulometrie prodotte dipendono dalla regolazione e dalla durezza dell'inerte; le Case forniscono dei diagrammi indicativi.
Produzione in T/h (ordinate) in funzione della regolazione di chiusura (ascisse)
Frantoi ad urto
In queste macchine la frantumazione avviene per l'urto del singolo elemento che viene scagliato violentemente, ad opera di uno o due rotori dotati di grande velocità di rotazione (400 y 1500 giri/1”), contro le pareti interne, contro le barre i frantumazione od altri dispositivi similari.
Buona parte della disgregazione avviene anche per effetto degli scontri fra inerti. La regolazione è effettuata commisurando la velocità di rotazione del rotore e la distanza fra le eventuali barre.
a. Frantoi ad un solo rotore. La bocca di alimentazione è protetta da una griglia a catene
(d) che consente solo il passaggio in entrata. II materiale procedendo lungo lo scivolo
giunge entro la camera di frantumazione, ove incontra le barre d'urto del rotore; viene
pertanto proiettato verso l'esterno ed entra in collisione con le masse di impatto,
semioscillanti, registrabili, o con altro materiale in arrivo.
b. Frantoi a due rotori. I rotori, moniti di martelli, girano in senso apposto, lanciando il
materiale contro barre franturnatrici; la camera di frantumazione è aperta in basso. A
seconda delle caratteristiche della macchina, possono ottenersi frantumazioni
Sono frantoi destinati alla frantumazione terziaria ed alla macinazione (generalmente per la produzione di sabbie e filler); ne esistono di diversi tipi:
a. Mulini a martelli. Costituzionalmente sono simili ai frantoi ad urto, formati cioè da un rotore con la funzione di proiettare il materiale alimentato contro le pareti provocandone la disgregazione.
Si compongono di una carcassa in acciaio che racchiude il rotore cui sono fissati i martelli (che sono rigidi od oscillanti a seconda del materiale che si vuole ottenere), una carcassa contro cui il pietrame percosso dai martelli va a sbattere, una griglia sulla quale il materiale è ulteriormente frantumato fino a passare per i relativi fori.
L'efficacia dell'operazione dipende dai percorsi subiti dall'inerte da frantumare, al pruno urto contro i martelli in movimento segue la proiezione contro i denti della corazza e contro altro materiale in movimento; gli elementi più resistenti vengono serrati fra martelli e corazza.
Tutto ciò che non ha subito una riduzione tale da passare la griglia inferiore viene ripescato dai martelli e riposto in movimento.
Si prestano bene alla produzione di sabbia, macinazione del gesso, del calcare impiegato come fondente nell'industria siderurgica etc.
b. Mulini a cilindri: due cilindri affiancati e con assi paralleli ruotano in senso opposto: fra essi viene fatto cadere il materiale da macinare, di dimensione maggiore alla distanza d fra le superfici lacerali. La rotazione dei cilindri e l'attrito fra l'acciaio delle superfici e l'inerte provoca la presa e quindi la frantumazione per schiacciamento dello stesso. Non sono macchine molto diffuse a causa dei bassi rendimenti e della elevata usura. La dimensione massima degli inerti alimentati, ai fini di una efficace presa, deve essere inferiore ad 1/20 del diametro dei cilindri; in presenza di pezzi non frantumabili la distanza a fra assi aumenta e, una volta passato il pezzo, torna al valore originario grazie ad un sistema di mola di ritorno.
Raramente adoperati per la frantumazione secondaria, sono impiegati per ottenere sabbia e sabbione dal pietrisco.
c. Mulini a barre. II materiale da frantumare entra in un cilindro, cavo orizzontale rotante avente nel suo interno delle barre metalliche pesanti che, sollevate per effetto della rotazione, ricadono sul materiale stesso macinandolo. L'alimentazione può avvenire da una estremità, con scarico dall'altra, o da entrambe le estremità con scarico al centro. Attraverso la regolazione del peso dei corpi interni e della velocità di rotazione si governa il grado di finezza del prodotto.
La lavorazione può avvenire in ciclo aperto e in ciclo chiuso; nel primo caso il materiale entra nel tamburo ed esce senza controllo delle dimensioni raggiunte; nel secondo caso il sistema è dotato di un classificatore che rinvia al molino le pezzature ancora troppo grandi rispetto a quanto desiderato.
La macinazione può essere fatta anche in umido; si ottiene un miglior controllo della produzione, l'eliminazione delle polveri e il recupero del fine, e le possibilità dal trasporto idraulico.
Con i mulini a barre si ottengono sabbie di buona granulometria, molto adatte per i fusi richiesti per i calcestruzzi.
d. Mulini per il filler.Ne esistono di diversi tipi, da quelli costituiti da rulli premuti contro piastre, ai mulini a palle d'acciaio, funzionanti come i precedenti a barre ma con delle palle pesanti come agenti frantumanti.
A valle di un frantoio è necessario un vaglio di controllo e separazione della pezzatura ottenuta; a monte di un frantoio primario l'alimentazione va protetta attraverso un vaglio sgrossatore che blocchi i massi di dimensioni eccessive per il frantoio stesso.
Sono costituiti da una o più lamiere forate sovrapposte; in alto quelle con fori di diametro maggiore ed in basso quelle con fori di diametro minore; collocate su un telaio sospeso o poggiato elasticamente su una incastellatura, sono messe in vibrazione per agevolare il movimento del materiale. Le vibrazioni, impresse da un albero a masse eccentriche, hanno frequenza di 500 y 1500 cicli/ora ed ampiezza 5 + 15 mm.
Con la sovrapposizione di più vagli si ottiene una classifica del materiale in più pezzature.
L'operazione della vagliatura è condotta in questo caso facendo attraversare al materiale da trattare un cilindro cavo, avente superficie in lamiera forata, e posto in rotazione; l'avanzamento è determinato come effetto combinato del moto rotatorio e di mia leggera
inclinazione dell'asse del tamburo. Durante tale tragitto, gli inerti aventi diametro inferiore ai fori della lamiera, la attraversano e si raccolgono fra la predetta superficie e l'involucro esterno, formando così il "passante". Il "trattenuto" uscirà invece dall'interno del tamburo forato dalla parte opposta rispetto alla alimentazione.
Al fine di aumentare la produttività delle macchine, la lamiera può presentare fori con più ordini di diametro, crescenti secondo il senso di avanzamento; si realizza così una selezione naturale materiale in più classi.
b) lavatrici cilindriche. Sono costituite da un tamburo rotante cavo contenente un’elica ed alcuni sistemi di pale disgregatoci. La forma e le dimensioni dell'elica fanno sì che il materiale immesso dalla bocca di carico avanza verso l'estremo opposto; l'acqua, introdotta dal lato dello scarico procede in controcorrente rispetto al materiale. Si ottengono lavatrici cilindriche anche dotando i vagli cilindrici di spruzzatori d'acqua che agiscono in un primo tratto non forato del tamburo.
Le macchine descritte nei precedenti paragrafi, opportunamente posizionate, formano, insieme ad alimentatori ed a nastri trasportatori, gli elementi costituenti di un impianto per la produzione di inerti (frantumazione e vagliatura). Nell'assemblare le varie parti è opportuno ricordare che:
a. la migliore collocazione di un frantoio primario è a ridosso di un salto di quota nel terreno interessato, cosi da rendere agevole l'alimentazione dalla parte alta anche attraverso autocarri ribaltabili;
b. è opportuno proteggere la bocca di alimentazione del primario con uno sgrossatore, che impedisca ad elementi troppo grossi di ostruire o danneggiare il frantoio;
c. se il trattenuto dallo sgrossatore è eccessivo è bene rivedere la tecnica di perforazione ovvero prevedere sul posto la disponibilità di un demolitore;
d. è preferibile una sotto alimentazione dei frantoi rispetto alla loro potenzialità teorica per evitare rischi di ingolfamento, con arresto della produzione e possibilità di danno alle macchine.
e. è importante la disponibilità di ampie aree di stoccaggio;
f. nell'insieme delle macchine da destinare alla produzione non vanno dimenticati: a. autocarri per il trasporto del materiale dalla cava all'alimentatole b. pale meccaniche per la movimentazione del materiale prodotto c. tramogge di stoccaggio e silos per le pezzature più fini.
Un problema da non sottovalutare nella progettazione e nella gestione di un impianto per la produzione di inerti è l'impatto ambientale, che investe diversi ricettori sensibili sotto diversi aspetti, fra i quali:
- traffico dei mezzi di trasporto da e per l’impianto e sue conseguenze sulla circolazione e l'inquinamento;
- inquinamento acustico;
- inquinamento atmosferico (polveri);
- sconvolgimento degli attuali assetti morfologici e degli equilibri nel microclima e nell'habit faunistico.
