Wilson e la prima talpa a testa rotante

La storia della TBM: verso il bicentenario

Nel 2025, celebreremo il 200° anniversario dell’invenzione della Tunnel Boring Machine (TBM), una rivoluzionaria tecnologia che ha trasformato il modo in cui vengono costruite le gallerie in tutto il mondo. In questa rubrica esploreremo l’evoluzione delle TBM, partendo dalle prime idee e dai prototipi fino alle macchine moderne che oggi avanzano sotto ammassi rocciosi, fiumi e città con precisione e velocità sorprendente. 

La prima talpa a testa rotante: un grande passo, nonostante il fallimento

Nel 1851 l’ingegnere americano Charles Wilson progettò uno dei primi prototipi delle TBM, il cui funzionamento non era tanto diverso rispetto a quelle moderne. L’obiettivo era lo scavo dell’Hoosac Tunnel, una galleria ferroviaria da realizzare attraverso la catena montuosa dell’Hoosac situata tra i Monti Appalachi, nel Massachusetts. Il tunnel avrebbe dovuto collegare attraverso 7,6 km le città di North Adams e Florida, in modo da facilitare il trasporto ferroviario. 

La talpa di Wilson aveva più o meno le stesse caratteristiche di una attuale: in avanti era composta da una grande testa rotante equipaggiata con dei dischi taglienti girevoli in acciaio – brevettati dallo stesso ingegnere nel 1847 – per poter da frantumare la roccia del fronte di scavo davanti alla macchina e ridurre il tempo e la fatica rispetto allo scavo manuale o con esplosivi. L’apparato era supportato da un sistema che rimuoveva i detriti di scavo e permetteva alla TBM di avanzare costantemente attraverso la montagna. I dischi, inoltre, erano montati su una piastra rotante perpendicolare alla linea centrale della galleria, in modo da tagliare una faccia a forma di emisfero: in questo modo la macchina poteva resistere alla pressione laterale della roccia, facilitando così l’avanzamento.

In sostanza, nulla di tanto diverso dalle frese attualmente in giro per il mondo. Eppure, nonostante l’ingegnosità, questo prototipo si rivelò problematico. Lo scavo dell’Hoosac Tunnel cominciò nel 1853: purtroppo i dischi in acciaio non riuscirono a penetrare efficacemente le dure rocce granitiche della regione americana, con un conseguente arresto dei lavori della fresa soltanto dopo aver scavato solo circa 3 metri. 

Parallelamente un altro ingegnere statunitense, Ebenezer Talbot, sviluppò nello stesso anno un tipo di macchina simile. Anche Talbot utilizzava dischi taglienti ma la sua talpa era equipaggiata con una ruota di taglio sulla quale erano montati i dischi, disposti su bracci oscillanti. Questa combinazione di rotazione della testa e movimento dei bracci permetteva lo scavo dell’intera faccia della galleria. Tuttavia, anche Talbot incontrò difficoltà e la sua macchina fallì nei primi test, non riuscendo a perforare adeguatamente una sezione di 5,18 metri di diametro.

L’insuccesso iniziale dell’Hoosac Tunnel rallentò il progetto per diversi anni, fino a quando non vennero adottate tecniche di scavo tradizionali, come ad esempio l’utilizzo di materiale esplosivo: dopo il fallimento della TBM di Wilson, ci vollero circa 24 anni per completare l’intero progetto. Alla fine, la galleria venne inaugurata nel 1875, diventando una delle più lunghe del Nord America: si trattò di un importante sviluppo nel settore delle gallerie ferroviarie e dimostrò l’importanza dell’innovazione tecnologica nonostante i tentativi falliti iniziali.

Nello stesso anno, Wilson brevettò una miglioria del suo prototipo che si basava su un concetto diverso: anziché scavare l’intera faccia del tunnel con strumenti di taglio, la macchina creava un anello esterno e un foro centrale. I dischi taglienti erano montati sul bordo esterno della testa, che ruotava insieme all’asse centrale. Una volta raggiunta la massima profondità di taglio, la macchina doveva essere ritirata e il nucleo rimanente veniva rimosso con l’uso di dinamite. Questo approccio, pur richiedendo comunque materiale esplosivo, migliorava notevolmente la precisione del profilo dello scavo.

La TBM di Charles Wilson per l’Hoosac Tunnel rappresenta uno dei primi esempi di tentativi di automazione nello scavo di tunnel. Nonostante le difficoltà incontrate, i suoi sforzi hanno fornito preziose lezioni per le generazioni future di ingegneri. La strada verso le moderne TBM, oggi essenziali per la costruzione di gallerie in tutto il mondo, è stata tracciata da pionieri come Wilson, che hanno spinto i limiti della tecnologia del loro tempo.