CH689597A5 - Giunto sismico per collegare alla terraferma un tunnel sottomarino galleggiante od appoggiato al fondo marino. - Google Patents

Description

  
 



  La presente invenzione riguarda un giunto sismico per collegare alla terraferma un tunnel sottomarino gallegiante od appoggiato al fondo marino. 



  Più in particolare la presente invenzione riguarda un giunto sismico di estremità per tunnel sottomarini galleggianti in grado di vincolare assialmente il tunnel sia nell'esercizio normale dell'opera, durante il quale è soggetto all'azione di forze assiali normalmente non nulle dovute a correnti e onde combinate con gli effetti di dilatazione/contrazione termica, sia durante un sisma. 



  Il collegamento tra aree contigue separate da acqua, è sempre stato superato con la costruzione di ponti, sospesi o appoggiati, che hanno garantito la continuità del trasporto sia per via ferroviaria che autostradale. 



  Tuttavia, quando la larghezza del tratto d'acqua raggiunge valori elevati oppure quando, causa i fondali o le condizioni ambientali, la costruzione di ponti non risulta tecnicamente possibile, il trasporto, sia di merci che di persone, viene affidato a mezzi navali o  aerei con evidenti costi e disagi dovuti essenzialmente ai tempi lunghi per l'imbarco e lo sbarco. 



  Oggi, l'esigenza di rendere più celere ed economico il trasporto, unitamente alla crescita tecnologica, ha portato allo sviluppo di nuovi sistemi di collegamento rappresentati da tunnel sotterranei o sommersi. Esempi tipici sono il tunnel sottomarino per treni metropolitani immerso ed appoggiato sul fondale della baia di San Francisco in California. 



  I tunnel sottomarini, costituiti generalmente da moduli assemblati tra loro, possono essere appoggiati sul fondale e ad esso ancorati oppure possono essere sospesi nell'acqua ed ancorati al fondale mediante elementi tensionati per controbilanciarne la spinta idrostatica verso l'alto. In entrambi i casi i tunnel sono soggetti a forze esterne costanti nel tempo, ad esempio dovute all'azione delle correnti marine, ovvero a forze esterne periodiche o casuali quali quelle dovute alla contrazione/dilatazione termica causata dalle variazioni di temperatura o quelle dovute all'azione di un evento sismico. 



  Mentre per i tunnel sottomarini appoggiati le sollecitazioni dovute alle forze esterne non costituiscono un problema, in quanto l'azione di tali forze è generalmente compensata dalle forze d'attrito esercitate dal fondale d'appoggio, per i tunnel sottomarini galleggianti sono necessari opportuni dispositivi, interposti tra le loro estremità e la terraferma, che garantiscano la resistenza di tutta la struttura alle sollecitazioni dovute alle forze sopramenzionate e consentano di assorbire in particolare gli spostamenti assiali, generalmente più rilevanti di quelli sperimentati nei tunnel appoggiati. Ciò è essenziale onde evitare derive indesi derate della struttura. 



  Inoltre, è necessario che durante un sisma i giunti di connessione con la terraferma siano liberi di muoversi per evitare che si scarichino sull'estremità forze assiali altrimenti insostenibili. In tali condizioni il vincolo assiale tra estremità del tunnel e terraferma deve essere equivalente ad una molla ed uno smorzatore in parallelo. 



  Le Richiedenti hanno ora trovato un nuovo giunto per collegare tunnel sottomarini galleggianti alla terraferma in grado di compensare spostamenti rilevanti della struttura sommersa, dovuti a diverse cause tra cui la contrazione/dilatazione termica causata dalla variazione di temperatura, l'azione di correnti o l'azione di un evento sismico. 



  Costituisce, pertanto, oggetto della presente invenzione un giunto sismico per collegare alla terraferma un tunnel sottomarino gallegiante od appoggiato al fondo marino che comprende: 
 
   a) un modulo del tunnel, una porzione di tunnel avente una sezione trasversale essenzialmente uguale a quella del modulo ed essendo in grado di essere fissata rigidamente alla terraferma ad una sua estremità prospiciente la terraferma ed in grado di essere vincolata elasticamente al modulo all'altra sua estremità prospiciente il modulo; 
   b) una pluralità di mezzi in grado di realizzare un effetto elastico ed uno smorzante interposti tra il modulo e l'estremità della porzione prospiciente il modulo; 
   c) un collare atto a scorrere sulla superficie esterna del modulo e saldato sulla superficie esterna della porzione prospiciente l'estremità della porzione prospiciente il modulo;

   
   d) mezzi di tenuta all'acqua interposti tra la superficie interna del collare e la superficie esterna del modulo. 
 



  La sezione del giunto è preferibilmente una  struttura di forma cilindrica. Si possono usare diverse forme, ad esempio di parallelepipedo. 



  Poichè i tunnel sottomarini sono dimensionati per poter accogliere una sede autostradale ad almeno due corsie od una sede ferroviaria a doppio binario, il diametro interno della sezione è in genere superiore ai 10 metri, normalmente tra 12 e 18 metri. 



  L'effetto elastico/smorzante si ottiene mediante una pluralità di cilindri oleodinamici, disposti perifericamente e aventi assi parallele a quelle del tunnel, il cui numero dipende dalle dimensioni di tutta la struttura. Generalmente, è preferibile operare con un numero di cilIndri compreso tra 18 e 25. 



  Ogni cilindro è collegato ad un accumulatore oleopneumatico mediante un circuito idraulico che comprende essenzialmente, per ogni attacco del cilindro, una valvola limitatrice di pressione ed una valvola di controllo direzione disposte in parallelo. 



  Nel caso in cui si debbano assorbire, in caso di sisma, spostamenti assiali molto rilevanti, ad esempio 150 cm, il cilindro ha una corsa di circa 300 cm ed un alesaggio di circa 50-80 cm. 



  L'accumulatore oleopneumatico è un recipiente che, nelle condizioni di equilibrio statico del tunnel, è riempito per metà con olio del circuito e per l'altra metà con un gas, generalmente azoto, ad una pressione di circa 50-80 bar. 



  Il collare, saldato sulla superficie esterna dell'estremità del tunnel prospiciente l'estremità (B), può scorrere e strisciare sulla superficie esterna della sezione per una lunghezza pari alla lunghezza massima degli spostamenti previsti per il tunnel e compensati dal giunto oggetto della presente invenzione. Per favorire  lo strisciamento, la parte di sezione a contatto del collare è rivestita con materiale anti frizione, ad esempio con TEFLON< TM >. 



  Secondo un'alternativa, il collare può essere saldato sulla superficie esterna della sezione del giunto, in prossimità dell'estremità (B), e può scorrere e strisciare sulla superficie esterna del tunnel. 



  Per evitare infiltrazioni d'acqua, inoltre, il giunto prevede mezzi di tenuta all'acqua interposti tra superficie interna del collare e superficie esterna della sezione. Questi mezzi di tenuta possono essere costituiti, (ad esempio, da fasce di gomma, naturale o sintetica), fissati sulla superficie interna del collare. 



  Le caratteristiche costruttive e funzionali del giunto sismico per tunnel sottomarini oggetto della presente invenzione potranno essere meglio comprese facendo riferimento ai disegni delle figure allegate che ne rappresentano una forma di realizzazione illustrativa e non limitativa ed in cui: 
 
   la fig. 1 rappresenta una vista schematica di una sezione trasversale del giunto assemblato al tunnel; 
   la fig. 2, con le versioni 2a e 2b, rappresenta lo schema di un circuito con cui si è in grado di realizzare un effetto elastico ed un effetto smorzante. 
 



  Con riferimento alle figure, il giunto sismico oggetto della presente invenzione comprende una sezione (1), una serie di elementi elastici/smorzanti (2) fissati alla sezione (1) ed al modulo del tunnel (3) mediante cerniere (4), il collare (5) e le guarnizioni di tenuta (6). 



  L'elemento elastico/smorzatore, a sua volta, comprende il cilindro (10) entro cui scorre il pistone (11) fissato all'asta (12), l'accumulatore (13) ed i circuiti idraulici che collegano l'accumulatore alle camere po steriore (14) e anteriore (15) del cilindro. I circuiti idraulici dispongono, ognuno, di due valvole, una di massima pressione (16) o (16 min ) e l'altra di controllo direzione (17) o (17 min ), costituita da una valvola a cartuccia, la cui apertura è comandata dalle valvole (18) o (18 min ). 



  Il funzionamento del giunto risulta evidente in base a quanto descritto precedentemente e dall'analisi dei disegni allegati. 



  Durante la fase di normale esercizio il giunto provvede ad equilibrare le forze esterne mantenendo la posizione assiale del tunnel e consentendogli, al tempo stesso, di espandersi/contrarsi per effetto di variazioni di temperatura. Le valvole (16) e (16 min ) sono tarate a valori d'apertura uguali (sulla sponda X) e maggiori (sull'altra sponda Y) dei massimi valori di pressione che si instaurano nelle camere dei cilindri per effetto delle forze esterne, ottenendo in tal modo un vincolo assiale fisso in Y ed uno scorrevole in X. Supponendo che alle forze esterne si sommi una dilatazione termica del tunnel che tenda a far rientrare l'asta (12), la pressione nella camera (14) sale fino a raggiungere il valore di apertura della valvola (16) mentre le valvole (17) e (19) restano chiuse.

   In tal modo il tunnel può continuare ad espandersi laminando olio dal cilindro all'accumulatore (13) e da questo all'altra camera del cilindro attraverso la valvola di non ritorno (19 min ). 



  Il percorso dell'olio è rappresentato in neretto nella fig. 2a. 



  Durante un evento sismico appositi mezzi non illustrati in figura (ad esempio un accelerometro) fanno commutare le valvole (18) o (18 min ) che aprono le luci delle valvole a cartuccia (17) o (17 min ). 



  In questa configurazione i cilindri sono liberi di elongarsi o contrarsi consentendo al tunnel di oscillare. Più in particolare, durante l'oscillazione del tunnel i cilindri installati sul giunto di una sponda si elongano mentre quelli installati sul giunto dell'altra sponda si retraggono. 



  Quando il cilindro (10) si retrae la quantità d'olio che esce dalla camera posteriore (14) è, a causa della differenza delle aree, maggiore di quella che entra nella camera anteriore (15). La quantità d'olio in eccesso viene quindi assorbita dall'accumulatore (13) la cui pressione tende a salire a causa della diminuzione di volume dell'azoto. L'accumulatore (13) si comporta, pertanto, come una molla a gas la cui rigidezza varia con la corsa del cilindro. 



  Quando il cilindro (10) è in elongazione, il fenomeno si sviluppa in maniera opposta con una diminuzione della pressione all'interno dell'accumulatore. 



  L'effetto smorzante viene invece ottenuto sfruttando le perdite di carico dell'olio nel passaggio attraverso le luci delle valvole (17) e (17 min ). 



  Quando il cilindro (10) è in fase di retrazione la caduta di pressione attraverso la valvola (17) crea una contropressione nella camera posteriore rispetto a quella che si instaura nell'accumulatore (13) mentre la caduta attraverso l'altra valvola (17 min ) crea una depressione nella camera anteriore. L'effetto netto di queste azioni è una forza, opposta al moto dell'asta (12). Ogni cilindro si comporta quindi come uno smorzatore il cui coefficiente di smorzamento dipende essenzialmente dalle dimensioni delle valvole (17) e (17 min ) e dalla velocità dell'asta (12). Per i cilindri in elongazione il fenomeno è del tutto analogo. 



  Il percorso dell'olio, per i cilindri in retazione, durante l'evento sismico è illustrato in neretto nella  fig. 2b. 



  Anche se il giunto della presente invenzione è stato descritto principalmente come raccordo tra tunnel galleggianti e terra ferma, lo stesso può anche essere usato, se necessario, come raccordo tra terraferma e tunnel appoggiati al fondo marino. 

Claims (7)

1. Giunto sismico per collegare alla terraferma un tunnel sottomarino gallegiante od appoggiato al fondo marino, che comprende: a) un modulo (3) del tunnel, una porzione (1) di tunnel avente una sezione trasversale essenzialmente uguale a quella del modulo (3) ed essendo in grado di essere fissata rigidamente alla terraferma ad una sua estremità (A) prospiciente la terraferma ed in grado di essere vincolata elasticamente al modulo (3) all'altra sua estremità (B) prospiciente il modulo (3); b) una pluralità di mezzi (2) in grado di realizzare un effetto elastico ed uno smorzante interposti tra il modulo (3) e l'estremità (B) della porzione (1) prospiciente il modulo (3);

c) un collare (5) atto a scorrere sulla superficie esterna del modulo (3) e saldato sulla superficie esterna della porzione (1) prospiciente l'estremità (B) della porzione (1), prospiciente il modulo (3); d) mezzi (6) di tenuta all'acqua interposti tra la superficie interna del collare (5) e la superficie esterna del modulo (3).

2. Giunto secondo la rivendicazione 1, in cui l'effetto elastico/smorzante si ottiene mediante una pluralità di cilindri oleodinamici (10) disposti perifericamente ed aventi assi paralleli tra loro ed agli assi della porzione (1) come pure del modulo (3).

3.

Giunto secondo la rivendicazione 2, in cui ogni cilindro (10) di detta pluralità di cilindri oleodinamici (10) è collegato ad un accumulatore oleopneumatico (13) mediante un circuito idraulico che comprende essenzialmente, per ogni attacco del cilindro (10), una valvola limitatrice di pres sione (16, 16 min ) ed una valvola di controllo direzione (17, 17 min ) disposte in parallelo.

4. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il collare (5) scorre e striscia sulla superficie esterna del modulo (3) per una lunghezza pari alla lunghezza massima degli spostamenti previsti per il modulo (3) del tunnel.

5. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i mezzi (6) di tenuta all'acqua sono costituiti da fasce di gomma fissate sulla superficie interna del collare (5).

6.

Giunto secondo la rivendicazione 5, in cui le fasce sono costituite da gomma naturale o sintetica.

7. Giunto sismico per collegare alla terraferma un tunnel sottomarino gallegiante od appoggiato al fondo marino, che comprende: a) un modulo (3) del tunnel, una porzione (1) di tunnel avente una sezione trasversale essenzialmente uguale a quella del modulo (3) ed essendo in grado di essere fissata rigidamente alla terraferma ad una sua estremità (A) prospiciente la terraferma ed in grado di essere vincolata elasticamente al modulo (3) all'altra sua estremità (B) prospiciente il modulo (3); b) una pluralità di mezzi (2) in grado di realizzare un effetto elastico ed uno smorzante interposti tra il modulo (3) e l'estremità (B) della porzione (1) prospiciente il modulo (3);

c) un collare (5) atto a scorrere sulla superficie esterna della porzione (1) e saldato sulla superficie esterna del modulo (3) prospiciente l'estremità (B) della porzione (1) prospiciente il modulo (3); d) mezzi (6) di tenuta all'acqua interposti tra la su perficie interna del collare (5) e la superficie esterna della porzione (1) prospiciente il modulo (3).