IT202000024250A1 - Dispositivo e metodo per verificare la corretta infissione di pali da parte di macchine piantapalo a martello - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Titolo

DISPOSITIVO E METODO PER VERIFICARE LA CORRETTA INFISSIONE DI PALI DA PARTE DI MACCHINE PIANTAPALO A MARTELLO

Campo tecnico

La presente invenzione appartiene al settore delle macchine per l?infissione di pali in un mezzo di materiale parentale, quale il substrato del suolo o altro mezzo resistente.

In particolare la presente invenzione riguarda le macchine impiegate per infiggere pali nel terreno quali, ad esempio non limitativo, pali per montanti di guard-rail o pali per recinzioni, per impianti fotovoltaici e per altre applicazioni analoghe.

Si precisa che la presente invenzione pu? trovare applicazione anche in tutti gli altri settori nei quali vengono impiegate macchine piantapalo, ad esempio per l?infissione di pali di fondazione, pali per paratie o altro ancora.

In particolare la presente invenzione concerne un dispositivo di controllo per macchine piantapalo del tipo chiamato battipalo, ossia macchine che infiggono il palo nel suolo applicando sulla testa del palo una serie di colpi intermittenti.

Stato della tecnica

L?infissione di pali nel terreno per fornire supporto a strutture di vario tipo ? una tecnologia nota che si avvale di apposite macchine, diverse nel caso in cui i pali siano avvitati oppure inseriti, perch? si tratta rispettivamente di macchine che imprimono una torsione al palo oppure di macchine che applicano una forza sulla testa del palo.

In quest?ultimo caso si pu? trattare di una spinta continua, ad esempio generata tramite sistemi idraulici, oppure di una serie di colpi intermittenti applicati sulla testa del palo da sistemi di percussione a martello, come nel caso delle macchine battipalo alle quali la presente invenzione si applica in via preferenziale, ma non esclusiva.

Nel caso delle macchine battipalo ad ogni colpo battuto corrisponde un certo avanzamento assiale del palo nel terreno, fino al raggiungimento della profondit? d?infissione prefissata. Quest?ultima viene definita a priori nel progetto dell?opera da realizzare, in base alle caratteristiche del palo, alle caratteristiche del terreno e al carico che dovr? essere sopportato dal palo.

La resistenza del palo, una volta infisso, dipende essenzialmente dalla combinazione di questi fattori principali. Durante la fase di infissione di un palo in un terreno, le variabili di controllo alla corretta esecuzione del lavoro sono molteplici. Sono varie anche le condizioni ideali del mezzo che ospita il palo, pertanto ? sentita l?esigenza di un sistema di misura e monitoraggio della messa in opera del palo per garantire la sua corretta tenuta statica alle forze esercitate in trazione e spinta per cui ? stato progettato il palo.

Nelle macchine battipalo tradizionali l?infissione ha termine una volta raggiunta la quota di infissione prevista dal progetto, per questo le macchine battipalo sono generalmente munite di dispositivi per misurare l?avanzamento progressivo del palo.

In particolare le caratteristiche del terreno vengono solitamente determinate a priori mediante prove geologiche in situ, quali ad esempio prove penetrometriche; quest?ultime vengono effettuate a campione e le caratteristiche del terreno vengono poi considerate omogenee per una data area all?interno della quale la prova ? stata effettuata.

In base alle prestazioni della macchina battipalo ed in particolare all?energia che essa ? in grado di liberare ad ogni colpo del martello, nel progetto dell?opera viene stimato l?avanzamento medio per ciascun colpo battuto e, conseguentemente, anche il numero di colpi del martello necessari per completare l?infissione fino alla quota prevista.

La procedura sopradescritta ? quella normalmente adottata, tuttavia essa non risponde allo scopo in caso di terreni disomogenei e, in generale, nei casi in cui le caratteristiche del terreno dove si infigge il palo risultano inferiori a quelle misurate nei test di prova e utilizzate in fase di progetto; in quest?ultimo caso le prestazioni finali del palo saranno inferiori a quelle di progetto.

Questa problematica si manifesta anche nel caso di pali infissi per mezzo di una pressione continua oppure avvitati nel terreno con macchine a rotazione.

L?alternativa sarebbe stabilire le caratteristiche del terreno esattamente in ogni punto in cui sar? infisso un palo, ma procedere in questo modo sarebbe evidentemente molto costoso.

Occorre inoltre tenere presente che per facilitare il mantenimento della direzione di avanzamento le macchine battipalo dispongono di mezzi per guidare meccanicamente il palo durante l?infissione, quest?ultimi sono usati anche nel caso in cui la direzione di infissione del palo debba essere inclinata rispetto alla verticale.

Terreni particolarmente disomogenei possono provocare variazione dell?inclinazione del palo durante la sua infissione, ad esempio a causa della presenza di trovanti di vario genere e natura. Per questo motivo le macchine battipalo pi? avanzate comprendo un inclinometro che durante l?infissione verifica costantemente l?inclinazione dei mezzi di guida meccanica del palo.

Nel caso in cui durante un?infissione sia necessario correggere significativamente l?inclinazione del palo, le azioni necessarie che vengono messe in atto dalle macchine battipalo provocano una invitabile compressione radiale del terreno la quale diminuisce le forze d?attrito che il terreno esercita sulla superficie laterale del palo e ne facilita lo sfilamento. In altre parole il cambiamento dell?angolo di infissione pu? causare nel suolo la perdita della sua resistenza fisica originaria, non garantendo pi? cos? la resistenza idonea alla stabilit? dell?elemento infisso.

Scopi e sommario dell?invenzione

? dunque sentito il problema di disporre di una macchina battipalo che sia in grado di segnalare se il palo che ? stato infisso presenta caratteristiche finali inferiori a quelle di progetto, sia a causa di caratteristiche del terreno inferiori a quelle di progetto che a causa di azioni di correzione dell?inclinazione.

La principale finalit? della presente invenzione ? quello di acquisire, analizzare e registrare, il maggior numero possibile dei parametri fisici di un palo durante la sua infissione nel suolo.

Dunque un primo scopo della presente invenzione ? quello di fornire un dispositivo di controllo per macchine battipalo in grado di segnalare all?operatore se le condizioni di una specifica infissione sono diverse da quelle di progetto. Un secondo scopo del dispositivo oggetto della presente invenzione ? quello di garantire per tutta la durata dell?infissione la corretta stabilit? dell?angolo di attacco dell?elemento rispetto al piano del suolo, registrandone cos?, gli eventuali scostamenti ?Tilt? eccedenti a quelli concessi dal progetto.

Questa funzione di controllo ? necessaria per registrare eventuali scostamenti del palo e scongiurare eventuali torsioni o ?giochi di spalla? causati dal cambiamento dell?angolo di battuta durante l?infissione.

Scopo non meno importante della presente invenzione ? la georeferenziazione della posizione topografica dell?elemento infisso, completo dei parametri rilevati durante l?infissione.

Questi e altri scopi che appariranno chiari all?esperto del settore sono risolti da un dispositivo di verifica per macchine battipalo comprendente mezzi per la misura dell?avanzamento del palo e mezzi per il rilevamento dei colpi battuti sulla testa del palo, entrambi detti mezzi essendo associati ad almeno un elaboratore di dati che tenga conto del numero di colpi battuti per l?infissione del palo e verifichi che detto numero sia almeno pari al numero di colpi ipotizzato in fase di progetto dell?opera.

Vi sono diverse possibili soluzioni per rilevare i colpi battuti da una macchina battipalo, ad esempio ? possibile rilevare le vibrazioni prodotte dal colpo, oppure il rumore o ancora, nel caso di macchine ad azionamento idraulico, ? possibile rilevare la variazioni di pressione del circuito idraulico o anche nel serbatoio dell?azoto, nel caso di macchine battipalo del tipo che impiega un serbatoio in pressione di gas inerte come riserva di energia da liberare istantaneamente sulla testa del palo.

? anche possibile installare un accelerometro sull?elemento della macchina che batte sulla testa del palo.

A causa dell?energia elevata che viene sprigionata dalla macchina battipalo ad ogni colpo, gli accelerometri ed i misuratori di vibrazioni si sono rilevati meno affidabili nel tempo rispetto ai rilevatori di pressione che pertanto vengono preferenzialmente impiegati per la realizzazione del presente trovato.

La misurazione dell?avanzamento pu? essere realizzata con vari dispositivi, ad esempio un trasduttore a filo, un potenziometro lineare o altro ancora. I trasduttori a filo hanno dato risultati particolarmente buoni sia sotto il profilo del costo che dell?affidabilit?.

Una versione basilare dell?invenzione rileva il numero di colpi che sono stati necessari alla macchina battipalo per raggiungere la profondit? di progetto e lo confronta con il numero di colpi previsto in fase di progetto dell?opera, tenuto conto dell?energia sprigionata dalla macchina ad ogni colpo.

Nel caso in cui il numero di colpi che si sono resi necessari sia inferiore al numero di colpi previsti, eventualmente prevedendo delle soglie di tolleranza, l?elaboratore di dati fornisce un allarme che consente di intervenire successivamente sul palo in questione.

Nelle macchine battipalo tradizionali si misura soltanto l?avanzamento progressivo, mentre il dispositivo oggetto del presente brevetto consente di misurare e memorizzare l?avanzamento provocato da ciascun colpo e di confrontarlo con il valore dell?avanzamento medio previsto in fase di progetto. In questo modo ? possibile avere migliore contezza delle caratteristiche del terreno ed evitare false interpretazioni che potrebbero occorrere valutando soltanto il numero totale di colpi che si sono resi necessari.

False interpretazioni potrebbero verificarsi, ad esempio, nel caso in cui la macchina battipalo debba impiegare molti colpi per frantumare un trovante per poi, invece, avanzare troppo velocemente a causa di un terreno dalle caratteristiche inferiori a quelle previste.

Una versione particolarmente completa del presente dispositivo comprende anche mezzi per raccogliere informazioni inclinometriche che mostrino l?angolo di infissione del palo. Infatti ? nota all?esperto del settore l?importanza, una volta individuata la posizione di collocamento dell?elemento sulla superfice del materiale oggetto all?infissione, di garantire per tutta la durata del lavoro la corretta stabilit? dell?angolo di attacco dell?elemento rispetto al piano del suolo, registrandone cos?, gli eventuali scostamenti ?Tilt? eccedenti a quelli concessi dalla corretta prescrizione del lavoro e segnalandoli all'utilizzatore, in modo da scongiurare eventuali difetti dell?infissione quali, ad esempio, l?allentamento della tenuta del palo che si verifica a causa di variazioni eccessive dell?angolo di battuta, che provocano giochi fra il palo e il mezzo parentale.

Infatti il cambiamento dell?angolo di infissione pu? causare nel suolo la perdita della sua resistenza fisica originaria, non garantendo pi? cos? la resistenza idonea alla stabilit? del palo infisso.

Una forma realizzativa particolarmente semplice e pratica prevede l?installazione sulla struttura di sostegno del palo da infiggere di un inclinometro biassiale funzionalmente associato al presente dispositivo.

Le informazioni inclinometriche generate dal sensore saranno registrate e comparate in tempo reale con una soglia di riferimento prestabilita, a superamento di tale soglia, sar? possibile poter attivare un allarme per un avvertimento istantaneo della presenza di una anomalia di infissione. Per facilitare l?individuazione dei singoli pali il presente trovato comprende un gruppo di georeferenziazione, in grado di associare a ciascun palo le rispettive coordinate spaziali.

Per il corretto esercizio del presente dispositivo ? essenziale che prima di ogni campagna di infissione vengano acquisiti dal computer i parametri di riferimento specifici, che dipendono dalla sezione del palo, dalle caratteristiche del terreno e da tutte le altre specificit? della campagna di infissione.

Durante le successive plurime infissioni il dispositivo acquisir? i dati di infissione e li confronter? con i parametri di riferimento.

Questi ultimi vengono acquisiti con opportune prove in campo, condotte prima di iniziare la campagna di infissione e possono venire integrati da altri parametri inseriti direttamente dall?utilizzatore.

La validazione dei corretti parametri di riferimento avviene effettuando delle infissioni di prova e successivamente verificando le caratteristiche dei pali cos? infissi per mezzo di crash test e di pull push test.

Confrontando i dati di infissione dei singoli pali con i parametri di riferimento ? possibile discriminare i pali idonei alla loro funzione di tenuta strutturale e evidenziare i pali fallati, ossi quei pali i cui dati di infissione risultano fuori dal campo di accettabilit? definito dai parametri di riferimento; questi pali fallati saranno poi soggetti ad interventi di ripristino

Breve descrizione dei disegni

La Fig. 1 rappresenta schematicamente i diversi componenti del dispositivo, installati su una macchina battipalo.

? mostrato il computer (1) che raccoglie, analizza e confronta i dati, ed ? funzionalmente associato ad un encoder a filo (2) che misura l?avanzamento del palo, un?antenna GPS (3) che acquisisce la posizione topografica e assicura la georeferenziazione, nella porzione inferiore della tavola ? indicato il martello idraulico (A) di una macchina battipalo (B), in questa immagine non ? indicato l?inclinometro biassiale; ? mostrato il rilevatore (4) dei colpi del martello che comprende il primo sensore di pressione (41) posto nel circuito di scarico dell?olio dell?azionamento del martello e il secondo sensore di pressione (42) posto nel circuito di mandata del medesimo olio verso il serbatoio.

La Fig. 2 descrive il metodo che nella versione rappresentata si articola secondo le seguenti fasi:

a) Inserimento dei parametri di lavoro, in particolare la profondit? di infissione da raggiungere, e dei parametri di riferimento per la validazione del palo;

b) Inizio della sequenza di acquisizione dei parametri del palo in corso di infissione;

c) Inserimento dei dati identificativi del palo ed eventuale acquisizione della sua posizione topografica;

d) Lettura ed invio delle coordinate topografiche;

e) Lettura del primo sensore di pressione (41) posto nel circuito di scarico verso il serbatoio dell?olio dell?azionamento del martello;

f) Lettura del secondo sensore di pressione (42) posto nel circuito di mandata dell?olio dell?azionamento del martello;

g) Verifica della variazione della pressione di battuta del martello, in caso negativo il ciclo riprende dalla fase e, in caso positivo il ciclo prosegue;

h) Lettura del sensore inclinometrico biassiale x/y;

i) Lettura del sensore di avanzamento;

j) Confronto della profondit? raggiunta dl palo con la profondit? di progetto, in caso negativo il ciclo riprende dalla fase e, in caso positivo il ciclo prosegue;

k) Il ciclo termina e il computer (1) verifica se i dati caratteristici dell?infissione appena terminata sono compatibili con i parametri di riferimento; in caso negativo il display indica che il parametro ? inferiore ai valori prefissati, in caso positivo il display mostra che il palo non ha bisogno di ulteriori consolidamenti;

l) Memorizzazione dei parametri rilevati e generazione di un file con trasferimento dei dati su un?unit? esterna o sul cloud.

Descrizione dettagliata di una forma di attuazione dell?invenzione

Secondo una preferita forma realizzativa, il dispositivo oggetto della presente invenzione comprende un computer (1) funzionalmente associato a un rilevatore (4) dei colpi del martello (A) della macchina battipalo (B); detto rilevatore (4) dei colpi del martello comprende un primo sensore di pressione (41) e un secondo sensore di pressione (42).

Al computer (1) ? inoltre funzionalmente associato un dispositivo che misura l?avanzamento del palo, secondo una soluzione costruttiva particolarmente affidabile questo dispositivo pu? essere realizzato con un encoder a filo (2).

Per assicurare la georeferenziazione, nella forma realizzativa qui illustrata il presente trovato comprende un?antenna GPS (3) funzionalmente associata al computer (1).

Per controllare l?inclinazione del palo durante la fase di infissione pu? essere usato un inclinometro, ad esempio un inclinometro biassiale.

Nel presente testo brevettuale con il temine computer si intende un elaboratore elettronico di dati dotato almeno di: una memoria, una CPU, un misuratore del tempo, una interfaccia utente preferibilmente di tipo grafico, un gruppo di input/output per acquisire dati da sensori e da altri dispositivi ai quali il computer ? funzionalmente associato e per trasmettere dati ad altri dispositivi o ad un cloud, per questo il computer pu? essere dotato di sistemi di trasmissione radio, quali ad esempio un sistema GSM.

La memoria del computer ? essenziale, fra l?altro, per immagazzinarvi i dati corrispondenti ai parametri di riferimento.

La CPU, fra l?altro confronta i dati acquisiti in tempo reale con i dati dei corrispondenti parametri di riferimento immagazzinati nella memoria del computer.

Il misuratore del tempo integrato nel computer rileva il tempo impiegato per completare l?infissione del palo e lo confronta con il massimo tempo stimato per l?infissione in base ai parametri di riferimento.

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Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo di verifica per macchina battipalo a martello comprendente un misuratore dell?avanzamento del palo (2) e almeno un rilevatore (4) dei colpi del martello che sono entrambi funzionalmente associati ad un computer (1), caratterizzato dal fatto che ad ogni colpo del martello detto computer (1), confronta l?avanzamento del palo con una misura di avanzamento predeterminata, indicando se l?avanzamento conseguito sia superiore a quello prefissato.

2. Dispositivo di verifica per macchina battipalo come da rivendicazione che precede caratterizzato dal fatto che detto computer (1) conta il numero di colpi di martello necessari per raggiungere la profondit? di infissione prefissata e li confronta con un parametro predeterminato, indicando se il numero di colpi che si ? reso necessario per infiggere completamente il palo sia o meno inferiore a quello prefissato.

3. Dispositivo di verifica per macchina battipalo come da una delle rivendicazioni che precedono caratterizzato dal fatto che detto almeno un rilevatore dei colpi del martello comprende almeno un sensore della pressione dell?olio che aziona il martello (A).

4. Dispositivo di verifica per macchine battipalo come da rivendicazione che precede caratterizzato dal fatto che detto almeno un rilevatore di colpi del martello comprende almeno un primo sensore di pressione (41) posto nel circuito di scarico verso il serbatoio dell?olio dell?azionamento del martello e un secondo sensore di pressione (42) posto nel circuito di mandata dell?olio dell?azionamento del martello.

5. Dispositivo di verifica per macchina battipalo come da una delle rivendicazioni che precedono caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi per rilevare l?inclinazione del palo durante l?infissione, funzionalmente associati con detto computer (1) il quale indica se nel corso dell?infissione la variazione dell?inclinazione abbia superato un parametro prefissato.

6. Dispositivo di verifica per macchine battipalo come da rivendicazione che precede caratterizzato dal fatto che detti mezzi per rilevare l?inclinazione del palo durante l?infissione comprendono un inclinometro biassiale.

7. Dispositivo di verifica per macchina battipalo come da una delle rivendicazioni che precedono caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi per la georeferenziazione delle coordinate topografiche del punto di infissione, funzionalmente associati con detto computer (1).

8. Dispositivo di verifica per macchina battipalo come da rivendicazione che precede caratterizzato dal fatto che detti mezzi per la georeferenziazione comprendono un?antenna GPS (3).

9. Metodo per l?uso di un dispositivo di verifica per macchina battipalo come da una delle rivendicazioni da 1 a 5 che precedono caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi:

a) Inserimento dei parametri di lavoro, in particolare la profondit? di fissione da raggiungere, e dei parametri di riferimento per la validazione del palo;

b) Inizio della sequenza di acquisizione dei parametri del palo in corso di infissione;

e) Lettura del primo sensore di pressione (41) posto nel circuito di scarico verso il serbatoio dell?olio dell?azionamento del martello;

f) Lettura del secondo sensore di pressione (42) posto nel circuito di mandata dell?olio dell?azionamento del martello;

g) Verifica della variazione della pressione di battuta del martello, in caso negativo il ciclo riprende dalla fase e), in caso positivo il ciclo prosegue;

h) Lettura del sensore inclinometrico biassiale x/y;

i) Lettura del sensore di avanzamento;

j) Confronto della profondit? raggiunta dal palo con la profondit? di progetto, in caso negativo il ciclo riprende dalla fase e), in caso positivo il ciclo prosegue;

k) Il ciclo termina e il computer (1) verifica se i dati caratteristici dell?infissione appena terminata sono compatibili con i parametri di riferimento; in caso negativo il display indica che il parametro ? inferiore ai valori prefissati, in caso positivo il display mostra che il palo non ha bisogno di ulteriori consolidamenti;

l) Memorizzazione dei parametri rilevati e generazione di un file con trasferimento dei dati su un?unit? esterna o sul cloud.

10. Metodo per l?uso di un dispositivo di verifica per macchina battipalo come da rivendicazioni 7 o 8 che precedono caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: a) Inserimento dei parametri di lavoro, in particolare la profondit? di fissione da raggiungere, e dei parametri di riferimento per la validazione del palo;

b) Inizio della sequenza di acquisizione dei parametri del palo in corso di infissione;

c) Inserimento dei dati identificativi del palo ed eventuale acquisizione della sua posizione topografica;

d) Lettura ed invio delle coordinate topografiche;

e) Lettura del primo sensore di pressione (41) posto nel circuito di scarico verso il serbatoio dell?olio dell?azionamento del martello;

f) Lettura del secondo sensore di pressione (42) posto nel circuito di mandata dell?olio dell?azionamento del martello;

g) Verifica della variazione della pressione di battuta del martello, in caso negativo il ciclo riprende dalla fase e), in caso positivo il ciclo prosegue;

h) Lettura del sensore inclinometrico biassiale x/y;

i) Lettura del sensore di avanzamento;

j) Confronto della profondit? raggiunta dl palo con la profondit? di progetto, in caso negativo il ciclo riprende dalla fase e), in caso positivo il ciclo prosegue;

k) Il ciclo termina e il computer (1) verifica se i dati caratteristici dell?infissione appena terminata sono compatibili con i parametri di riferimento; in caso negativo il display indica che il parametro ? inferiore ai valori prefissati, in caso positivo il display mostra che il palo non ha bisogno di ulteriori consolidamenti;

l) Memorizzazione dei parametri rilevati e generazione di un file con trasferimento dei dati su un?unit? esterna o sul cloud.