IT201900007254A1 - Sistema e metodo di posa di un tappo di occlusione di una perforazione - Google Patents

Sistema e metodo di posa di un tappo di occlusione di una perforazione Download PDF

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Antonio Sanella
Filippo Avanzini
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Description

DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
“Sistema e metodo di posa di un tappo di occlusione di una perforazione”
La presente invenzione ha per oggetto un sistema e un metodo di posa di un tappo di occlusione in una perforazione di consolidamento del terreno. Tale sistema e metodo è utilizzato per evitare una copiosa e indesiderata fuoriuscita di materiale di consolidamento, preventivamente introdotto nella perforazione per formare un volume colonnare di consolidamento. In modo particolare, ma non esclusivo trova impiego in applicazioni in cui la perforazione presenta una bocca che si trova ad una quota inferiore o identica rispetto al fondo e dunque la gravità agevola tale fuoriuscita. Il sistema e il metodo secondo la presente invenzione sono in particolar modo utilizzati in abbinamento alla tecnica di jet grouting, di per sé nota. E’ nota infatti una tecnica di consolidamento del terreno nota come jet grouting che prevede:
-realizzazione di una perforazione mediante un’asta di perforazione;
-erogazione di un getto in pressione di un materiale cementizio di consolidamento attraverso l’asta di perforazione; ciò avviene durante una corsa di estrazione dell’asta da un fondo verso una imboccatura della perforazione; il materiale cementizio erogato in pressione scava il terreno circostante e si impasta con esso per formare un volume colonnare.
Un inconveniente di tale soluzione è legato al fatto che una volta estratta l’asta di perforazione è necessario applicare un tappo che permetta di evitare una copiosa fuoriuscita del materiale cementizio di consolidamento introdotto nella perforazione (a causa del fatto che la perforazione è in pressione ed eventualmente della pendenza). Ad oggi, per l’applicazione del tappo, un operatore mediante una scala o un cestello elevatore sale in corrispondenza della imboccatura della perforazione e introduce fisicamente il tappo nella perforazione. Tale operazione è disagevole dal momento che in un primo momento, a causa della pressione presente nella perforazione, vi è una abbondante fuoriuscita di materiale. Conseguentemente il tappo viene spesso applicato quando la pressione nella perforazione è diminuita, ma questo comporta che una parte non irrilevante del materiale di consolidamento introdotto viene erogato all’esterno, penalizzando l’azione di consolidamento.
Inoltre l’operatore, nell’eseguire l’operazione di tappatura, viene investito da una notevole quantità di materiale cementizio. Ciò offre notevoli problemi legati al fatto che l’operatore si sporca ed inoltre deve prestare attenzione a coprirsi con indumenti protettivi anche volto e mani.
Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un sistema e metodo di posa di un tappo comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni. Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un sistema e metodo di posa di un tappo, come illustrato negli uniti disegni, in cui:
- figura 1 mostra una vista in sezione di un sistema di posa di un tappo secondo la presente invenzione;
- figura 2 mostra un dettaglio ingrandito di figura 1;
- figure da 3 a 7 mostrano in successione una serie di fasi di una porzione del metodo secondo la presente invenzione.
Nelle unite figure con il numero di riferimento 1 si è indicato un sistema di posa di un tappo 6 di occlusione in una perforazione 7 in cui è presente un materiale di consolidamento di un terreno. Tale sistema 1 viene utilizzato in un sistema di jet grouting.
Il sistema 1 comprende un condotto 2. Il condotto 2 si sviluppa almeno in parte esternamente alla perforazione 7. In particolare si sviluppa lungo un prolungamento immaginario di detta perforazione 7. Il condotto 2 è tipicamente rettilineo. Il condotto 2 si protende anche internamente alla perforazione 7. Il condotto 2 può comprendere una flangia 71 di collegamento ad una parete 72 frontale da cui si sviluppa la perforazione 7. Tipicamente tale parete si sviluppa tra l’alto e il basso.
Il sistema 1 comprende inoltre mezzi 3 di introduzione del tappo 6 nel condotto 2. I mezzi 3 di introduzione possono quindi definire un caricatore del tappo 6.
Il sistema 1 comprende inoltre uno spintore 4 del tappo 6. Lo spintore 4 è mobile lungo il condotto 2 per posizionare il tappo 6 nella perforazione 7. Infatti, avanzando lungo il condotto 2, lo spintore 4 spinge il tappo 6 verso una estremità del condotto che confluisce in detta perforazione 7. Il tappo 6 tipicamente si inserisce nella perforazione 7 per interferenza. Tipicamente il tappo 6 è deformabile; grazie a tale deformabilità può comprimersi trasversalmente ad una direzione di inserimento nella perforazione 7 ed esplicare una azione di tenuta su pareti della perforazione 7. Esemplificativamente, ma non limitativamente potrebbe essere in gomma o resina poliuretanica.
Opportunamente il tappo 6 comprende una prima e una seconda estremità 61, 62 assiale. Il tappo 6 comprende anche una superficie 63 laterale che si sviluppa tra la prima e la seconda estremità 61, 62.
La superficie 63 laterale si restringe passando dalla prima alla seconda estremità 61, 62.
La prima estremità 61 assiale è destinata a protendersi più in profondità in detta perforazione 7 rispetto alla seconda estremità 62 assiale. Il tappo 6 presenta dunque una forma convergente; ad esempio nella soluzione preferita la superficie 63 laterale è troncoconica.
Opportunamente il sistema 1 comprende un’asta 5 di perforazione per l’esecuzione di detta perforazione 7. L’asta 5 è mobile lungo il condotto 2. Il condotto 2 è un condotto di guida dell’asta 5 di perforazione. Inoltre è anche un condotto di guida del tappo 6. Lo spintore 4 coincide con/fa parte dell’asta 5 di perforazione. Lo spintore 4 è dunque integrato nell’asta 5. Non sarà presente un organo meccanico addizionale.
Opportunamente i mezzi 3 di introduzione del tappo 6 nel condotto 2 comprendono un serbatoio 31 di contenimento del tappo 6. Il serbatoio 31 è posto a lato del condotto 2. Il serbatoio 31 può comprendere una apertura 35 occludibile che permette il caricamento del tappo 6 nel serbatoio 31 dall’esterno dei mezzi 3 di introduzione.
I mezzi 3 di introduzione comprendono inoltre un attuatore 32 di spinta idoneo a movimentare detto tappo 6 da una prima posizione in cui si trova nel serbatoio 31 a una seconda posizione in cui si trova nel condotto 2. Tale attuatore 32 di spinta si muove trasversalmente (preferibilmente ortogonalmente) al condotto 2. Opportunamente l’attuatore 32 è lineare. Esso tipicamente è azionato fluidodinamicamente.
L’attuatore 32 di spinta ad una estremità comprende inoltre una concavità 320 destinata a venire in contatto e a spingere il tappo 6. Tale concavità 320 è destinata ad alloggiare almeno parzialmente il tappo 6. In particolare la concavità 320 potrebbe essere controsagomata ad una porzione del tappo 6 con cui viene in contatto. Questo permette di trasferire meglio la spinta sul tappo 6 minimizzando il rischio che il tappo 6 possa scivolare o posizionarsi in modo indesiderato.
I mezzi 3 di introduzione comprendono una paratia 33 che è mobile tra una prima configurazione (vedasi figure 3 e 7) in cui separa detto serbatoio 31 dal condotto 2 e una seconda configurazione (vedasi figure 4, 5, 6) in cui permette la comunicazione tra detto serbatoio 31 e detto condotto 2. Nella prima configurazione, la paratia 33 occlude dunque un passaggio 330 di comunicazione tra condotto 2 e serbatoio 31. La paratia 33 è una ghigliottina. Nella seconda configurazione è permesso il passaggio del tappo 6 dal serbatoio al condotto 2 (attraverso il sopraindicato passaggio 330 di comunicazione).
Opportunamente i mezzi 3 di introduzione comprendono un movimentatore 34 idoneo a movimentare detta paratia 33 tra la prima e la seconda configurazione parallelamente al condotto 2. Opportunamente il movimentatore 34 è azionato fluidodinamicamente. Il movimentatore 34 è un movimentatore lineare. La paratia 33, nella prima configurazione, separa a tenuta stagna il serbatoio 31 dal condotto 2. Questo permette di evitare che materiale di consolidamento iniettato nella perforazione 7 possa sporcare il serbatoio 31. Inoltre ciò consente di evitare che il materiale di consolidamento possa sporcare il tappo 6 prima della sua introduzione nel condotto 2.
Il condotto 2 comprende un tratto 22 in cui è ricavato il sopraindicato passaggio 330 di comunicazione. Tale tratto 22 del condotto 2 è interposto tra una prima e una seconda giunzione 221, 222 che lo collegano a due ulteriori tratti del condotto 2 tra cui è interposto.
Il condotto 2 vantaggiosamente comprende anche una sezione 21 convergente interposta tra il sopraindicato passaggio 330 di comunicazione e una estremità 23 del condotto 2 destinata ad innestarsi nella perforazione 7.
Opportunamente il sistema 1 di posa può comprendere anche mezzi di tenuta radiale tra condotto 2 e asta 5. I mezzi di tenuta radiale comprendono ad esempio:
- un elemento tenuta;
- mezzi pneumatici che permettono il gonfiaggio; opportunamente ciò consente di venire in contatto con il condotto 2 e l’asta 5 ed esplicare la tenuta radiale.
Detto passaggio 330 opportunamente si trova tra i mezzi di tenuta radiale e una estremità del condotto 2 che sfocia nella perforazione 7.
Oggetto della presente invenzione è inoltre un metodo di posa di un tappo 6 di occlusione in una perforazione 7 in cui è presente un materiale di consolidamento di un terreno. Tale materiale è tipicamente fluido. Tale metodo è opportunamente realizzato mediante un sistema 1 di posa presentante una o più delle caratteristiche descritte in precedenza. Il metodo comprende la fase di estrarre un’asta 5 di perforazione dalla perforazione 7 mantenendola all’interno di un condotto 2 che si sviluppa da detta perforazione 7. Tale condotto 2 opportunamente è rettilineo. In particolare il condotto 2 è coassiale con la perforazione 7. Opportunamente tale fase può essere accompagnata da una fuoriuscita di terreno mescolato al materiale di consolidamento dalla perforazione 7 nel condotto 2. Infatti esso non è ancora del tutto consolidato e dunque è mobile. Il materiale di consolidamento è tipicamente una miscela comprendente acqua e cemento che si mescola con il terreno. Opportunamente il condotto 2 si protende internamente alla perforazione 7.
Il metodo comprende inoltre la fase di introdurre il tappo 6 nel condotto 2 posizionandolo tra l’asta 5 di perforazione e una bocca 70 di ingresso della perforazione 7. Ciò avviene dopo aver estratto l’asta 5 dalla perforazione 7. In particolare la fase di introdurre il tappo 6 nel condotto 2 avviene dopo aver arretrato l’asta 5 in modo che una zona di introduzione del tappo 6 nel condotto 2 sia interposta tra l’asta 5 e la perforazione 7. Con particolare riferimento alle figure 3-7, la fase di introdurre il tappo 6 nel condotto 2 comprende le sottofasi di (opportunamente figura 3 mostra una situazione iniziale a riposo):
- aprire una paratia 33 che separa un serbatoio 31 in cui è posto il tappo 6 dal condotto 2 (figura 4);
-spingere il tappo nel condotto 2 mediante un attuatore 32 di spinta (figura 5).
Tali sottofasi sono opportunamente automatizzate. Infatti possono essere comandate in sequenza dall’operatore con un singolo input.
Il metodo comprende la fase di spingere il tappo 6 lungo il condotto 2 innestandolo nella bocca 70 di ingresso della perforazione 7.
La fase di spingere il tappo 6 lungo il condotto 2 innestandolo nella bocca 70 di ingresso della perforazione 7 è eseguita spingendo il tappo 6 mediante l’asta 5 di perforazione. Per eseguire la fase di spinta, l’asta 5 viene quindi movimentata lungo il condotto 2 e in particolare avvicinata e/o introdotta nella bocca 70 di ingresso della perforazione 7.
Dopo o durante la fase di spingere il tappo, il metodo può comprendere le fasi di:
- richiamare detto attuatore 32 di spinta estraendolo dal condotto 2, posizionandolo vantaggiosamente nel serbatoio 31 (figura 6);
- chiudere la paratia 33 (figura 7).
Tali fasi sono opportunamente automatizzate. Infatti possono essere comandate in sequenza dall’operatore con un singolo input.
Oggetto della presente invenzione è inoltre un metodo di consolidamento del terreno. Tale metodo di consolidamento del terreno comprende la fase di implementare un metodo di posa di un tappo 6 presentante una o più delle fasi descritte in precedenza. Anteriormente alla fase di implementare detto metodo di posa del tappo 6, il metodo di consolidamento del terreno comprende la fase di eseguire una perforazione 7; opportunamente la fase di eseguire la perforazione 7 avviene mediante l’asta 5 di perforazione.
Il metodo comprende inoltre la fase di erogare materiale di consolidamento all’interno della perforazione 7. La fase di erogare il materiale di consolidamento avviene mediante almeno un erogatore 50 posto lungo l’asta 5 di perforazione. In particolare ciò avviene durante almeno una parte di una corsa dell’asta 5 che si muove da un fondo di detta perforazione 7 verso la bocca 70 di ingresso della perforazione 7. Il materiale di consolidamento erogato comprende vantaggiosamente un materiale cementizio (possono poi essere presenti altri componenti ad esempio un accelerante la presa). La fase di erogare il materiale di consolidamento comprende la fase di erogare un getto in pressione che disgrega il terreno circostante. Il materiale di consolidamento si impasterà dunque con il terreno circostante per formare un volume colonnare che rinforza il terreno (soprattutto nel caso vengano realizzati più volumi colonnari collegati tra loro ognuno ottenuto da una corrispondente perforazione). Opportunamente, durante almeno una parte della fase di erogare il materiale di consolidamento, il metodo comprende la fase di ruotare detta asta 5 attorno ad un asse di sviluppo longitudinale di detta asta. Opportunamente la fase di erogare il materiale di consolidamento può avvenire contemporaneamente mediante una pluralità di ugelli, tipicamente orientati lungo versi di erogazione differenti (eventualmente potrebbero essere anche diametralmente opposti).
Opportunamente in prossimità della bocca 70 di ingresso della perforazione 7 il metodo di consolidamento prevede di arrestare la fase di erogare il materiale di consolidamento. Dunque un primo tratto della perforazione 7 presenta una sezione ridotta, rispetto ad un secondo tratto della perforazione in cui il terreno è stato disgregato dalla fase di erogare il materiale di consolidamento. Il primo tratto comprende anche la bocca 70 di ingresso della perforazione 7.
Ad esempio la bocca 70 di ingresso della perforazione 7 è ricavata su una parete artificiale. Ad esempio la perforazione 7 potrebbe svilupparsi da una parete 72 che si sviluppa tra l’alto e il basso e definisce il fronte di una galleria in costruzione. Tale fronte è dunque rivestito mediante uno strato di calcestruzzo o altro materiale per la messa in sicurezza.
La perforazione 7, nella soluzione preferita, si sviluppa lungo un segmento rettilineo.
Opportunamente tale segmento rettilineo ha una componente orizzontale maggiore di quella verticale (intendendo che la componente verticale potrebbe anche essere nulla). Preferibilmente la bocca 70 di ingresso si trova ad una quota inferiore o alla medesima quota del fondo della perforazione. La perforazione 7 si sviluppa dunque in orizzontale o in salita (preferibilmente in leggera salita). Eventualmente la perforazione potrebbe svilupparsi anche in discesa (se sotto battente d’acqua).
La presente invenzione consegue importanti vantaggi.
Innanzitutto consente di tappare un foro di una perforazione 7 in cui è stato introdotto un materiale di consolidamento minimizzando la quantità di materiale di consolidamento che fuoriesce a causa della pressione presente nella perforazione 7. Questo è particolarmente importante nel caso in cui la perforazione 7 sia realizzata in una zona ricca di acqua, che aumenta la mobilità del materiale di consolidamento misto al terreno. In secondo luogo consente di eseguire la tappatura in condizioni di massima sicurezza per l’operatore.
L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo che la caratterizza. Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, tutti i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di posa di un tappo (6) di occlusione in una perforazione in cui è presente un materiale di consolidamento di un terreno, detto sistema (1) comprendendo: -detto tappo (6); -un condotto (2), detto condotto (2) sviluppandosi almeno in parte esternamente alla perforazione lungo un prolungamento immaginario di detta perforazione; -mezzi (3) di introduzione del tappo (6) in detto condotto (2); -uno spintore (4) del tappo (6); detto spintore (4) essendo mobile lungo detto condotto (2) per posizionare il tappo (6) in detta perforazione.
  2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere una asta (5) di perforazione per l’esecuzione di detta perforazione e mobile lungo detto condotto (2); detto condotto (2) essendo un condotto di guida dell’asta (5) di perforazione; detto spintore (4) coincidendo con/facendo parte dell’asta (2) di perforazione.
  3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (3) di introduzione del tappo (6) nel condotto (2) comprendono: - un serbatoio (31) di contenimento del tappo (6), detto serbatoio (31) essendo posto a lato di detto condotto (2); - un attuatore (32) di spinta idoneo a movimentare detto tappo (6) da una prima posizione in cui si trova nel serbatoio (31) a una seconda posizione in cui si trova nel condotto (2).
  4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i mezzi (3) di introduzione comprendono una paratia (33) che è mobile tra una prima configurazione in cui separa detto serbatoio (31) dal condotto (2) e una seconda configurazione in cui permette la comunicazione tra detto serbatoio (31) e detto condotto (2).
  5. 5. Sistema secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che i mezzi (3) di introduzione comprendono un movimentatore (34) idoneo a movimentare detta paratia (33) tra la prima e la seconda configurazione parallelamente a detto condotto (2).
  6. 6. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto detto tappo (6) comprende: - una prima e una seconda estremità (61, 62) assiale; - una superficie (63) laterale che si sviluppa tra la prima e la seconda estremità (61, 62); detta superficie (63) laterale restringendosi passando dalla prima alla seconda estremità (61, 62); detta prima estremità (61) assiale essendo destinata a protendersi più in profondità in detta perforazione rispetto a detta seconda estremità (62) assiale.
  7. 7. Metodo di posa di un tappo (6) di occlusione in una perforazione (7) in cui è presente un materiale di consolidamento di un terreno; detto metodo comprendendo le fasi di: - estrarre un’asta (5) di perforazione da detta perforazione (7) mantenendola all’interno di un condotto (2) che si sviluppa da detta perforazione (7); - introdurre il tappo (6) in detto condotto (2) posizionandolo tra l’asta (5) di perforazione e una bocca (70) di ingresso di detta perforazione (7); - spingere detto tappo (6) lungo il condotto (2) innestandolo in detta bocca (70) di ingresso della perforazione (7).
  8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la fase di spingere detto tappo (6) lungo il condotto (2) innestandolo nella bocca (70) di ingresso della perforazione (7) è eseguita spingendo il tappo (6) mediante l’asta (5) di perforazione.
  9. 9. Metodo di consolidamento del terreno comprendente la fase di eseguire detto metodo di posa di un tappo (6) secondo la rivendicazione 7 o 8; prima della fase di eseguire detto metodo di posa, detto metodo di consolidamento comprendendo le fasi di: -eseguire una perforazione (7); la fase di eseguire detta perforazione (7) essendo eseguita mediante detta asta (5) di perforazione; -erogare materiale di consolidamento all’interno della perforazione (7); la fase di erogare il materiale di consolidamento avvenendo mediante almeno un erogatore (50) posto su detta asta (5) di perforazione durante una corsa di estrazione dell’asta (5) da un fondo di detta perforazione verso detta bocca (70) di ingresso della perforazione (7).
  10. 10. Metodo di consolidamento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta perforazione (7) si sviluppa lungo un segmento rettilineo che ha una componente orizzontale maggiore di quella verticale; detta bocca (70) di ingresso trovandosi alla medesima quota o ad una quota inferiore rispetto al fondo della perforazione.
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