Scheletrone

Prof. Ing. Adolfo Bacci – Dip. Ingegneria Civile – Strutture – Fac. Ingegneria, Pisa
Geom. Fabio Giangregorio – Erminio Giangregorio, ESPLODEM – Modena

Il complesso, ora denominato “Scheletrone” a causa della sola presenza a vista dei pilastri e delle solette di piano in calcestruzzo armato, fu autorizzato per la costruzione nel 1968, allo scopo di essere adibito in parte ad hotel ed in parte ad appartamenti in multiproprietà. Da allora, sull’isola della Palmaria, patrimonio dell’Unesco, il tempo si era fermato, ma alle ore 10.00 del 22 maggio 2009 ha di nuovo ripreso a scorrere.

1. Premessa

L’abbattimento dello “Scheletrone” è una piccola parte di un più ampio progetto di riqualificazione paesaggistica dell’isola della Palmaria. Originariamente, il progetto di demolizione approvato prefigurava l’impiego di diverse tecniche di demolizione, per meglio mettere a frutto, in sede esecutiva, le esperienze, la disponibilità di mezzi e le specificità dell’impresa appaltatrice, una volta che quest’ultima fosse stata individuata.

L’appalto fu aggiudicato alla ditta Giustiniana s.r.l., con sede in Alessandria, che subito manifestò interesse per la demolizione con micro cariche esplosive, in modo da eliminare i rischi connessi all’abbattimento di corpi in quota usando i tradizionali mezzi meccanici.

Il Direttore lavori, nonché responsabile della sicurezza, dott. ing. Adriano Ambrosini dello studio d’ingegneria A&G con sede in Sarzana (SP), esaminata la richiesta dell’Impresa appaltatrice, evidenziava al Comune di Porto Venere (SP) la necessità di attingere maggiori informazioni sugli aspetti connessi alla tecnica di demolizione con micro cariche esplosive, tramite la consulenza di persona particolarmente qualificata, poi individuata nel prof. ing. Adolfo Bacci. Gli esiti della consulenza, riassunti nel progetto di demolizione a firma del prof. Ing. Adolfo Bacci, non evidenziarono particolari situazioni di rischio. Pertanto, fu deciso di limitare la demolizione con l’uso di mezzi tradizionali alla sola parte costituita da un unico piano terra, mentre i due corpi di fabbrica multipiano (rispettivamente di 5 e 7 livelli) sono stati abbattuti con l’uso di micro cariche  esplosive, a cura della ESPLODEM Service di Giangregorio Erminio, con sede in Modena.

2. Descrizione del sito

La struttura definita “Scheletrone” era composta da tre corpi distinti. La Figura n. 2 mostra in dettaglio: la struttura nel suo complesso, i tre blocchi che la compongono e gli edifici vicini. In particolare, si osserva che il Corpo n. 1 è su cinque livelli e dista meno di 10 m dall’edificio A, un bed and breakfast. Il Corpo n. 2 è su sette livelli posti su altrettanti gradoni del versante. Infine, il Corpo n. 3 è ad un solo livello ed è stato demolito con l’uso di mezzi meccanici prima della demolizione con esplosivo dei Corpi n. 1 e 2. L’edificio indicato con B, distante dal Corpo n. 3 circa 5 metri, consiste in un magazzino attrezzi agricoli, dopo l’abbattimento meccanico del Corpo n. 3 esso si trova in posizione relativamente sicura, poiché la sua distanza dagli altri corpi è di circa 20-25 metri.

3. Descrizione delle strutture dei Corpi n. 1 e 2

Le strutture sono state eseguite in calcestruzzo armato con barre tonde lisce, tipiche dell’epoca di costruzione. La sezione trasversale della maggior parte dei pilastri è 30×30 cm, mentre per alcuni diviene 30×40 cm. I solai sono stati eseguiti in calcestruzzo e laterizio, con uno spessore di circa 20-25 cm. Le travi di collegamento fra i pilastri hanno sezione di circa 30×60 cm, oppure sono in spessore di solaio.
Il Corpo n. 3 è una struttura intelaiata ad un solo piano, il suo solaio costituisce anche la copertura.
Il Corpo n. 1 è una struttura a più piani sfalsati l’uno rispetto all’altro di un campo di solaio (circa 3,60 m). Il numero dei solai di piano è cinque. Le solette di piano sono parzialmente collegate alle pareti in c.a. di protezione del versante roccioso.
Il Corpo n. 2 è, come il Corpo n. 1, una struttura a piani sfalsati l’uno rispetto all’altro. La differenza fra il Corpo n. 2 e il Corpo n. 1, consiste nel fatto che il Corpo n. 2 vede ogni piano (il numero totale dei piani è sette) in parte poggiato sul quello inferiore ed in parte appoggiato sul corrispondente gradone eseguito nel versante. Le solette di piano sono tutte collegate alle pareti in c.a. di protezione del versante roccioso.
La parte di versante che si trova nei gradoni o in prossimità della struttura è protetta da muri di contenimento in c.a. di spessore circa 30 cm.

4. La demolizione con esplosivo

La tipologia strutturale dello Scheletrone della Palmaria si presta senza particolari problematiche alla demolizione con l’uso di esplosivo, sia per la regolarità della struttura, sia per essere costituita da corpi separati che durante il crollo indipendente non producono eccessive vibrazioni nell’ambiente circostante.

In questo caso, le fasi della demolizione completa della struttura consistono nei seguenti passi:

1. Demolizione meccanica del Corpo n. 3 al fine di creare un piano per l’accumulo delle macerie dei due corpi di fabbrica rimanenti e costituire così la base per le rampe di accesso alla successiva frantumazione meccanica delle macerie dei piani alti del Corpo n. 3.
2. Minamento dei Corpi n. 1 e 2 in modo che il cinematismo di caduta sia quello descritto nelle Figure n. 4 e 6.

5. Modalità operative e prevenzione delle problematiche

La demolizione con esplosivo dei  due corpi può essere considerata decomposta nelle fasi seguenti.

Settimana precedente a quella della demolizione

1. stipula di un’assicurazione contro danni a terzi da parte dell’impresa esecutrice dei lavori;
2. rilevamento fotografico dello stato attuale degli edifici vicini alla struttura e consegna della   documentazione ad un notaio;
3. perforazione dei pilastri con fioretto da 32 mm;
4. posizionamento delle protezioni per gli edifici vicini;
5. posizionamento delle reti di protezione sui pilastri di perimetro contro la proiezione di frammenti.

Martedì 19.05.2009

1. Trasporto, via terra, dell’esplosivo e dei detonatori dal deposito di vendita, Pravisani di Aulla, alla base di Comsubin, Le Grazie (SP).
2. Immagazzinamento dell’esplosivo e dei detonatori presso il deposito della base militare della Marina di Comsubin.

Giovedì 21.05.2009

1. Trasporto via mare dell’esplosivo dalla base di Comsubin all’isola della Palmaria;
2. inserimento delle microcariche esplosive (cartuccia singola o spezzone di cartuccia);
3. esecuzione dei circuiti di miccia detonante;
4. borraggio dei fori caricati;
5. distruzione dell’esplosivo non utilizzato.

Notte fra il 21.05.2009 e il 22.05.2009

1. Controllo da parte di agenti della P.S. dell’area di cantiere.

Venerdì 22.05.2009

• Trasporto via mare dei detonatori dalla base di Comsubin all’isola della Palmaria;
• innescamento con detonatori elettrici;
• controllo del circuito elettrico ad ogni piano;
• posizionamento degli strumenti di rilevazione vibrometrica;
• controllo che tutte le finestre delle abitazioni vicine siano aperte;
• controllo dell’evacuazione dell’area;
• controllo del circuito elettrico complessivo;
• attesa dell’autorizzazione al fuoco da parte delle Autorità;
• collegamento all’esploditore dei reofori della linea di fuoco;
• segnalazione acustica multipla del prossimo brillamento;
• brillamento delle cariche alle ore 10.00;
• controllo che tutte le cariche siano esplose;
• attivazione degli idranti per l’abbattimento delle polveri;
• distruzione dei detonatori non utilizzati;
• asportazione del materiale di risulta dalla demolizione.

6. Cinematica del crollo del Corpo n. 1

La scelta della cinematica del crollo del Corpo n. 1, effettuata per minimizzare gli effetti indesiderati dell’esplosione, è rappresentata in Figura n. 3.

Come si osserva dalla Figura n. 3, la cinematica del crollo prevede che le macerie siano avvicinate alla zona dove è stato già demolito il Corpo n. 3. Per ottenere questo movimento è necessario far brillare a microritardo le pilastrate 1, 2, …, 6 e 7 nella successione numerica indicata. Si è evitato di minare le travi di collegamento dei pilastri per ridurre al minimo necessario il quantitativo di esplosivo. Si osserva che la maggior parte del materiale di demolizione rimarrà sul primo gradone, per cui dovrà essere allontanato da esso meccanicamente. Inoltre, le solette di piano collegate con le pareti in c.a. di protezione del versante avranno solo un moto di rotazione intorno al vincolo (cerniera) che offrirà la parete.

7. Cinematica del crollo del Corpo n. 2

La cinematica del crollo che viene ipotizzata per il Corpo n. 2 è quella riportata nella Figura n. 6.

Il Corpo n. 2 presenta la caratteristica che i singoli piani sono in parte appoggiati sia sul piano inferiore, sia sul gradone corrispondente, ricavato nel versante. Ciò implica che dopo il brillamento delle cariche esplosive il materiale interessante il singolo gradone rimarrà in sito (sul gradone) e dovrà essere allontanato meccanicamente.

8. Quantitativo  di esplosivo usato e sistema d’innesco

I pilastri minati nel Corpo n. 1 sono stati in totale 90, mentre quelli minati ne Corpo n. 2 sono stati 134, per un totale di 224 pilastri, distribuiti nei vari piani come riportato nelle tabelle seguenti.

Per ogni pilastro sono stati predisposti tre fori, aventi ciascuno una profondità di 20-25 cm ad interasse di circa 50 cm circa l’uno dall’altro. In ognuno dei due fori inferiori è stata inserita una mezza cartuccia, mentre nel terzo foro è stata inserita un terzo di cartuccia (circa 0,190 kg di esplosivo ogni pilastro). Il peso di esplosivo utilizzato nel Corpo n. 1 risulta essere 90×0,19 kg/pilastro = 17,1  kg, mentre l’esplosivo usato per il Corpo n. 2, è 134 x 0,19 kg/pilastro = 25,46 kg. Il peso totale di esplosivo usato nella demolizione risulta 42,56 kg.

Le cariche dei singoli pilastri (mediamente 3 fori per pilastro) sono state collegate tramite rami di miccia detonante (12 gr/ml). La realizzazione dei circuiti ha richiesto 1000 metri di  miccia detonante. L’innesco dei circuiti di miccia detonante è stato realizzato nel Corpo n. 1 con 69 detonatori elettrici collegati tra di loro in serie, mentre nel Corpo n. 2 con l’impiego di 107 detonatori elettrici, anch’essi collegati in serie. I 176 detonatori elettrici utilizzati sono stati distribuiti fra i vari piani come riportato nella tabella seguente. I microritardi sono stati fatti variare da 1 (25 ms) a 6 (135 ms).

9. Effetti nell’ambiente dell’esplosione delle cariche

Gli effetti sull’ambiente prodotti dalla detonazione delle cariche esplosive possono essere riassunti nel seguente schema

• sovrappressione in aria;
• vibrazione sismica prodotta dall’esplosione;
• vibrazione sismica prodotta dal crollo della struttura;
• proiezione di frammenti;
• produzione di polveri per frantumazione.

9.1 Sovrappressione in aria

La sovrappressione in aria è calcolata in base alla massima carica cooperante, cioè quella che brilla al medesimo microritardo. Avendo minato 224 pilastri ed usando micro ritardi dal n. 1 al n. 6, la carica cooperante media risulta 224/6×0,19 kg/pil ≈ 7 kg. Sia ha così in corrispondenza delle abitazioni vicine alla distanza di circa 10 m una sovrappressione dell’ordine di 0,3 bar per una durata di 5,7 ms. In corrispondenza dell’abitato di Portovenere, ad una distanza di circa 400 m dal sito della demolizione si ha una sovrappressione di 0,003 bar per una durata di circa 0,04 s.

La distanza di sicurezza può essere valutata considerando, a favore di sicurezza, l’esplosione di tutto il quantitativo di esplosivo impiegato con l’aggiunta della miccia detonante, cioè 54 kg circa. Si ottiene così che il livello di sovrappressione incidente alla distanza di 150 m è circa 0,02 bar, mentre alla distanza di circa 300 m è approssimativamente di 0,009 bar. Entrambi i valori calcolati sono compatibili con le zone ritenute sicure nel DM del 08.05.2001.

Le distanze di sicurezza minime possano essere considerate di:

• 150 metri per gli operatori;
• 300 metri per la zona di evacuazione.

9.2 Vibrazione sismica

La vibrazione sismica prodotta dalle esplosione delle cariche e dal crollo della struttura ha portato, rilevata con  ai seguenti valori della velocità del suolo in corrispondenza di due punti dell’Edif. A.

Lo strumento utilizzato è stato un Mini – Graph 7000 dotato di registratore digitale a quattro canali di cui tre dedicati alla misura  delle  vibrazioni  indotte  dalle  onde  sismiche  (trasduttore  triassiale  di  velocità  di vibrazione,  esterno)  ed  uno  dedicato  alla  misura  dell’onda  di  sovrapressione  aerea (trasduttore monodirezionale di pressione, esterno).

L’unità di controllo in  configurazione  standard  ha una durata  massima  di registrazione  di  18  secondi  (a  frequenza  di  campionamento  di  512  cps)  con  tempo  di ripristino  fra una  registrazione e  l’altra di 50 ms. Tutti gli eventi registrati possono essere richiamati a display per la visualizzazione dei valori massimi e delle frequenze associate.

Le caratteristiche dello strumento consentono di poter effettuare registrazioni di onde sismiche e di onde di sovrappressione aerea da distanze di pochi metri dal punto di energizzazione (es.  volata  con  esplosivo,  scuotimento  meccanico,  ecc..),  la  dove  le  ampiezze  e  le frequenze sono molto elevate, sino a distanze di centinaia di metri. Eventi di durata sino a 9 secondi possono essere registrati a 1024 campioni/secondo. Eventi di durata sino a 18 secondi possono essere registrati a 512 campioni/secondo.

Il livello di vibrazione misurato è stato il seguente:

I valori trovati rientrano ampiamente entro i limiti imposti dalla normativa UNI 9916/2004 relativamente agli edifici di classe 2.
Si osserva che le valutazioni di ampiezza delle vibrazioni effettuate in fase di previsione progettuale in corrispondenza dell’edificio A, il cui baricentro è distante circa R = 30 m dal baricentro dei corpi di fabbrica e per il peso totale di esplosivo W = 54 kg, portavano alla seguente previsione delle massime velocità di vibrazione.

• Spostamento totale dovuto all’esplosione delle cariche ed al crollo dei corpi di fabbrica:

• Frequenza di vibrazione stimata per roccia compatta, circa f = 50 Hz;
• Velocità di vibrazione stimata:

I valori di previsione sono risultati una stima per eccesso di quelli misurati, confortando l’assunto che le analisi preliminari dovevano fornire una valutazione dei possibili rischi connessi alla demolizione con esplosivo.

9.3 Proiezioni

I pilastri perimetrali sono stati protetti con reti metalliche (del tipo usato per le recinzioni) per evitare il lancio di frammenti di calcestruzzo anche a grande distanza. Inoltre, sono stati protetti con tavole di legno i rami di miccia detonante in modo che eventuali proiezioni non fossero in grado di tagliare la miccia detonante stessa interrompendo i circuiti.

9.4 Protezioni degli edifici vicini

Gli edifici vicini al punto di esplosione, ovvero fino ad una distanza di 100 m, sono stati sottoposti alle seguenti misure cautelative:

• rilievo fotografico per descrivere lo stato attuale;
• chiusura delle persiane e apertura delle ante delle finestre durante l’esplosione;
• protezione con paraschegge, eseguiti mediante l’uso di una barriera di tavole di altezza non inferiore a 3 metri, opportunamente vincolata a terra, posti in prossimità della recinzione che delimita lo Scheletrone, allo scopo di contenere le possibili proiezioni di frammenti dei pilastri minati che non sono state trattenute dalle reti metalliche;

9.5 Protezione dell’ambiente dalla polvere prodotta nel crollo

La nuvola  di polvere venutasi a generare per effetto della frantumazione del calcestruzzo ha avuto una durata temporale molto limitata, dell’ordine di qualche minuto. La sua ampiezza, cioè la zona di ricaduta delle polveri, è avvenuta nell’ area interessante la demolizione, Sia il vento che l’efficace metodo di abbattimento delle polveri idranti immediatamente dopo il brillamento delle cariche esplosive, ha consentito di annullare quasi completamente il fastidioso problema delle polveri. Si osserva che la produzione di polvere per effetto della demolizione con esplosivo è un effetto estremamente contenuto nel tempo e nello spazio, al contrario di quello che avverrebbe nel caso di demolizione tradizionale con mezzi meccanici. Infatti, nelle demolizioni tradizionali di strutture di notevoli dimensioni (come quella in esame) si ha produzione di polvere durante tutto il periodo l’esecuzione dei lavori, favorendo anche l’incremento dell’estensione della zona di ricaduta in funzione delle condizioni climatiche.

10. Conclusioni

La demolizione dello Scheletrone della Palmaria con l’uso di microcariche esplosive è apparsa fin dall’inizio essere fattibile con notevoli margini di sicurezza. I materiali utilizzato sono stati:

• 43 kg di esplosivo di seconda categoria (gelatina esplosiva)
• 176 detonatori elettrici microritardati ad alta intensità
• 1000 ml di miccia detonante da 12 gr/metro

Si ringraziano, infine, tutte le Autorità e gli Enti che hanno partecipato alle numerose riunioni necessarie per mettere a punto l’operazione ed hanno collaborato per renderla possibile.