IT9020759A1

IT9020759A1 - Processo di sottomurazione

Info

Publication number: IT9020759A1
Application number: IT020759A
Authority: IT
Inventors: Joseph Aurelien Francois Amouroux
Original assignee: Joseph Aurelien Francois Amouroux
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1991-12-22
Also published as: FR2648841B1; IT9020759A0; FR2648841A1; IT1250913B

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

"Processo di sottomurazione".

DESCRIZIONE

L'invenzione qui presentata appartiene al campo della restaurazione d'opere di costruzione e di lavori pubblici; ha come oggetto un processo di sottomurazione onde stabilizzare l'assetto di un'opera.

Si conosce la tecnica che consiste nell'effettuare uno scavo di dimensioni ridotte vicino ad un muro onde scavare profondamente al di sotto delle fondamenta per approfondirle ed a ripetere l'operazione in diversi punti del muro fino a sostenere tutte le fondamenta. Questa tecnica è usata, ad esempio, per costruire uno stabile a fianco di uno stabile già esistente, dovendo il nuovo stabile avere un'opera interrata molto più profonda di quella dello stabile già esistente.

La presente invenzione, che s'ispira da lungi alla tecnica sopra citata, ha per scopo quello di proporre un processo di stabilizzazione dell'assetto di un'opera esistente che minaccia di rovinare a causa del cedimento più o meno uniforme del suolo sottostante. Tali destabilizzazioni dell'assetto sono frequenti per le opere torri o campanili; un caso ben noto è quello della Torre pendente di Pisa.

Così, la presente invenzione concerne un processo di sottomurazione per stabilizzare l'assetto di opere; tale processo comprende una tappa di scavo di una trincea stretta quasi perpendicolare ad un muro della faccia delle opere; è caratterizzato in modo generale in quanto si conficca sotto il detto muro la prima di una pluralità di travi, detta trave essendo inizialmente disposta orizzontalmente sul fondo della trincea; si conficca la trave sotto il muro a mezzo di un martinetto che esercita il suo sforzo sul l'estremità detta esterna della trave, l'altra estremità della trave, detta interna, essendo destinata a penetrare sotto le fondamenta di detto muro. Di preferenza, si sarà puntellato il muro per prevenire una supplementare destabilizzazione consecutiva a delle piccole rotture d'equilibrio risultanti dei lavori. Per conficcare la trave, il martinetto può prendere appoggio sia sul terreno circostante, sia sulle opere stesse, queste ultime essendo state fornite di mezzi di presa o di rinforzi per prendere questo appoggio .

Sempre secondo l'invenzione, il processo comprende il conficcamento analogo d'una seconda, poi di una terza, poi di un'ennesima trave per formare un primo insieme di travi complanari.

Le travi possono essere metalliche o in calcestruzzo armato.

Secondo due varianti del processo, dette travi sono incastrate sia in modo quasi parallelo tra di loro, sia in modo quasi radiale rispetto al centro delle opere.

Dato che si tratta semplicemente di stabilizzare le opere, le estremità esterne delle travi, dopo essere state conficcate sotto il muro, oltrepasseranno d'una certa lunghezza all'esterno delle opere; le travi usate saranno vantaggiosamente in calcestruzzo armato disposte in modo quasi complanare per formare un insieme di travi che avrà come effetto sia di riempire con il loro volume i vuoti interstiziali del suolo sotto giacente e di aumentarne la compattezza, che d'aumentare la superficie della base delle opere.

Se si tratta di sollevare o raddrizzare le opere (nel caso siano pendenti come la Torre di Pisa) le menzionate travi saranno metalliche e disposte in modo complanare onde formare un insieme avente funzione di pavimento; poi, prendendo appoggio sulla faccia inferiore di detto pavimento, si conficcheranno dei pali verticali sotto l'opere in modo da costituire delle fondamenta a pali, tale pavimento trasmetterà ai pali, man mano che il loro numero aumenterà, il peso dell'opera.

La presente invenzione sarà meglio compresa e dei dettagli utili ne appariranno, seguendo la descrizione che sarà fatta prendendo come esempio la Torre di Pisa, in relazione con le figure delle tavole annesse nelle quali:

la figura 1 è uno spaccato verticale del monumento nel suo stato attuale dopo puntellamento la figura 2 illustra in modo analogo la parte inferiore dopo lo scavo della trincea;

la figura 3 illustra in modo analogo il conficcamento di una trave sotto la Torre di Pisa a partire dal fondo della trincea;

la figura 4 illustra in pianta la formazione di un pavimento di putrelle passanti sotto la Torre;

la figura 5 illustra, sempre in spaccato, la base della Torre sotto la quale un pavimento di travi metalliche è stato formato per permettere l'appoggio del martinetto di sollevamento e, nella fase definitiva, trasmettere il peso della Torre al nuovo sistema di fondamenta;

infine la figura 6 illustra le nuove fondamenta della Torre in posizione raddrizzata.

CONSOLIDAMENTO PROVVISORIO DELLA TORRE

Prima d'ogni lavoro che rischia di compromettere la stabilità della Torre, la puntelleremo in modo molto efficace, onde non aver più, per il seguito, da preoccuparsene.

Il puntellamento 7 della torre sarà costituito di putrelle metalliche ad ali larghe, ad esempio degli HEA (denominazione francese). Un HEA 600 sarà posto contro la Torre, dal lato Sud, lungo la generatrice contenuta nel piano verticale Nord-Sud passante per l'asse della Torre. Un altro HEA 600. contenuto nello stesso piano verticale Nord-Sud, sarà legato alla sua estremità superiore alla putrella precedente a mezza altezza circa della Torre; il suo lato inferiore prenderà appoggio sul suolo ad una quindicina di metri dalla Torre, al Sud di questa. Un terzo H A 600 posato sul suolo unirà i piedi dei due precedenti. Queste tre putrelle costituiranno un montante che si opporrà al rovesciamento della Torre. Poseremo altri quattro o cinque montanti identici al precedente nei piani verticali facenti tra loro degli angoli di 30 gradi circa. Sarà forse utile cinturare la Torre con dei cavi per mantenerla legata ai montanti ed evitare che la base si sposti verso il Nord. Questi cavi saranno del tipo di quelli usati per costruire lo strallo delle piattaforme off-shore e potranno resistere ad uno sforzo globale di centinaia di tonnellate. Così puntellata, la Torre avrà una stabilità a tutta prova.

Abbiamo previsto il caso in cui i lavori stessi di puntellamento implichino il rischio di far vacillare la Torre, a causa delle vibrazioni degli apparecchi di sollevamento che lavorerebbero vicino ad essa, o per altre ragioni. In questo caso, prima di effettuare questo puntellament , procederemmo ad un puntellamene più sommario: a diverse altezze, ad esempio ad un terzo, a metà ed ai due terzi dell'altezza della Torre, la cintureremmo con dei cavi ancorati al suolo, ad una cinquantina di metri al Nord della Torre, ad una zavorra di alcune centinaia di tonnellate (sei grossi apparecchi di lavori pubblici sarebbero probabilmente sufficienti). Potremmo allora procedere al puntellamento descritto all'alinea precedente.

RINFORZAMENTO DELLE FONDAMENTA DELLA TORRE

A questo punto, essendo allora la Torre perfettamente stabile, possiamo entrare nel vivo dell'argomento.

Il metodo che fa l'oggetto del presente brevetto può permettere d'eseguire diversi progetti di stabilizzazione più o meno ambiziosi e più o meno onerosi; li esamineremo successivamente dal più semplice al più complesso.

SOLUZIONE MINIMALE

L'idea di base consiste nello scavare, vicino alle opere 9, ovvero dal lato Sud della Torre, una trincea stretta 3 il cui asse passa per il centro della base della Torre; per fissare le idee, questo asse è contenuto nel piano Nord-Sud. La profondità di questa trincea e variabile: vicino alla Torre è di sei metri ed aumenta allontanandosi dalla Torre, facendo il fondo della trincea un angolo di sei gradi rispetto all'orizzontale. La lunghezza della trincea è di dodici metri (queste cifre sono approssimative).

In questa trincea, si fa scendere un elemento in forma di trave 2 in calcestruzzo armato di dieci metri di lunghezza e dì sezione quadrata di 0,50 metri di lato. Una volta posato sul fondo della trincea, questo elemento è parallelo al piano di contatto della Torre con il suolo sottostante. Poi si fa scendere nella trincea un martinetto 4 di forte potenza, del tipo di quelli usati per sollevare il piano stradale dei ponti; lo si posiziona all'estremità Sud detta seconda estremità 2' dell'elemento di calcestruzzo il cui asse coincide con quello del martinetto. Infine, fissando bene l'estremità Sud del martinetto contro il terreno, si può spingere l'elemento di calcestruzzo sotto la Torre. Un calcolo semplice mostra che lo sforzo del martinetto non dovrebbe essere superiore a 500 tonnellate e, a titolo di confronto, sono in vendita dei martinetti di 500 mm di diametro e di 350 bar di pressione nominale, ovvero un effetto nominale di 700 tonnellate; questi martinetti sarebbero dunque più che abbondanti.

Quando il martinetto comincia a spingere, il terreno 6 gli servirà d'appoggio, cederà, e si comprimerà; ad un certo punto la resistenza del terreno sarà sufficiente affinchè sia l'elemento in calcestruzzo che si sposta, la sua seconda estremità 2" penetrerà così sotto le fondamenta 5 della Torre. Si potrà appoggiare il martinetto su di una piastra di ripartizione che ridurrà la compressione del terreno. Quando il martinetto sarà in fine corsa, lo si ripiegherà completamente mantenendolo legato all'elemento di calcestruzzo e si riempirà, ad esempio con dei blocchi di calcestruzzo, lo spazio diventato libero tra il martinetto ed il terreno. A termine, l'estremità Nord dell'elemento di calcestruzzo raggiungerà il bordo interno della base della Torre.

Questa fase dei lavori può essere perfezionata. Sarà dunque auspicabile, prima di mettere in posizione i montanti a base di HEA 600, di forare dei pali per appoggiarvi le basi dei montanti. Se quest 'idea è approvata, si potrà appoggiare il martinetto su questi pali che dovranno essere dimensionati e ferrati in conseguenza.

Quando l'estremità Nord dell'elemento in calcestruzzo avrà raggiunto il bordo interno della base della Torre, si ricomincerà la stessa operazione tante volte quante saranno necessarie. Se, ad esempio, la si esegue 19 volte (9 volte da ogni lato dell'asse Nord-Sud), ogni elemento 2, 10, 11 di calcestruzzo essendo in contatto con le circostanti, pensiamo che lo scopo perseguito sarà raggiunto e che la Torre sarà perfettamente e definitivamente stabilizzata da questo insieme 8 di travi. Infatti il terreno che sostiene la Torre è compressibile su uno spessore dell'ordine di 7 metri; dunque introducendo sotto la Torre del calcestruzzo su uno spessore di 0,50 metri, avremo aumentato di 1% la compattezza del terreno che vien meno. D'altra parte, ogni elemento di calcestruzzo oltrepasserà dalla base della Torre d'una lunghezza 1 di 2,50 metri circa. La superficie del corso della Torre sarà aumentata di 24 m circa, ovvero di 8% riducendo nelle stesse proporzioni la sollecitazione del suolo delle fondamenta. Infine, questo supplemento della superficie portante sarà particolarmente efficace dato che molto concentrata rispetto alla Torre del lato dal quale pende

Per evitare che le estremità Sud degli elementi in calcestruzzo si rompano sotto la pressione del suolo sottostante (la loro sezione di 0,50 x 0,50 m è insufficiente a resistere), avremo, allo stadio della loro fabbricazione, lasciato delle armature emergere alla loro superficie superiore; una volta questi elementi posti sotto la Torre, coleremo del calcestruzzo sul loro aggetto onde aumentare la loro altezza e dunque la loro resistenza. Essendo allora incastrate perpendicolarmente al paramento della base della Torre, avranno la resistenza necessaria. Naturalmente, uno studio più approfondito permetterà d' affinare le cifre summenzionate.

Questi lavori saranno resi delicatissimi dalla presenza d'acqua. In ogni caso, per questa soluzione minimale, potremo semplicemente lasciare la trincea riempita d'acqua e calarvi ogni elemento in calcestruzzo all'estremità Sud della quale avremo fissato il martinetto. Desolidarizzeremo il martinetto dall’elemento in calcestruzzo quando quest'ultimo avrà raggiunto il suo posto definitivo. La guida di tutti gli elementi che saranno calati nella trincea potrà essere effettuata da un sommozzatore .

SOLUZIONI PIU' ELABORATE

Prima di scavare la prima trincea, eseguiremo tutt’intorno alla Torre e a filo della base un muro in calcestruzzo colato nel suolo dimensionato in spessore ed in profondità per poter sopportare un carico verticale di circa 100 tonnellate per metro lineare. Tale parete sarà pareggiata a 2 metri circa sotto la base della Torre. Poi scaveremo le trincee come precedentemente, e introdurremo sotto la Torre, non degli elementi in calcestruzzo armato, ma delle putrelle metalliche, ad esempio degli HEM 600 (denominazione francese) di 9 metri di lunghezza. Appena la prima putrella sarà collocata sotto la Torre, la bloccheremo solidamente contro il muro colato nel suolo. Allora scaveremo sotto la Torre e nello stesso piano verticale della putrella, un cunicolo la cui larghezza ed altezza saranno rispettivamente di 1 metro e 2 metri e la lunghezza di 2 a 3 metri.

In questa fase dei lavori, la Torre riposerà parzialmente sulla putrella che riporterà il carico da un lato sul muro colato nel suolo e dall'altro sul terreno verso il centro della Torre. Spingeremo allora un palo 12 all'estremità del cunicolo. Per ciò fare, costruiremo un pezzo del palo, come se fosse un pilastro, sopra il suolo del cunicolo; sarà posato sul suolo del cunicolo ed alto circa 1 metro; sopra questo pilastro e nel suo prolungamento, piazzeremo un martinetto analogo ai precedenti che fisseremo solidamente alla putrella. Allora spiegando il martinetto, conficcheremo il pilastro; quando il martinetto sarà in fine corsa le ripiegheremo e coleremo un nuovo pezzo del pilastro e così di seguito. E’ evidente che, le putrelle ripartendo la spinta del martinetto, .la Torre non sarà scossa. Potremo in questo modo conficcare dei pali di sezione e di profondità qualsiasi; saremo limitati solo dalla potenza del martinetto e potremo dunque, senza difficoltà conficcare dei pali di 700 tonnellate. Notiamo che, facendo ciò avremo "provato" il pilastro la cui portanza sarà perfettamente garantita.

Quando un palo raggiungerà la portanza desiderata, lo pareggeremo a 2 metri circa sotto la putrella e faremo riposare la putrella sul palo a mezzo di un palo metallico amovibile per preservare il seguito dei lavori. Prolungheremo allora il cunicolo di 2 a 3 metri per conficcare un secondo palo e procedere verso il centro della Torre. Tre o quattro pali saranno sufficienti per sostenere la putrella su tutta la sua lunghezza. In questo modo ed adiacente dopo adiacente, metteremo a posto sotto la Torre circa 80 putrelle disposte come i raggi di una ruota che costituiranno il pavimento che sosterrà la totalità del suo peso e lo trasmetterà ai pali. Avremo così interamente liberato la faccia inferiore della Torre e realizzato un sottosuolo su tutta la superfìcie.

RADDRIZZAMENTO DELLA TORRE

Potremo conficcare dei pali di forte capacità in ogni punto del sottosuolo della Torre (a condizione di non avvicinarsi sconsideratamente ai suoi bordi interno ed esterno). Conficcheremo dunque dei gruppi di pali che, una volta solidarizzati da delle solette, sosterranno ognuno un carico molto più importante. Ad esempio, potremo forzare 12 gruppi di 3 pali; ogni palo potrà sopportare 400 tonnellate; disporremo dunque di 12 punti d'appoggio che potranno sopportare ognuno 1200 tonnellate e, conseguentemente, solleveremo la Torre con 12 martinetti da 1200 tonnellate ciascuno.

Per sollevare la Torre con qualche martinetto, bisognerà preventivamente posarla su una "piattaforma" che trasmetterà il suo peso ai martinetti. Non è il caso di costruire tale piattaforma in armatura metallica dato che il suo ingombro sarebbe proibitivo. Infatti, una soluzione infinitamente più semplice ed economica è fornita dal precompresso: cintureremo la base della Torre mediante un cavo analogo a quelli che ci hanno permesso di stabilizzare la Torre nella fase provvisoria. Costituiremo così una dozzina di spire mantenendo una tensione di 60 tonnellate; un certo numero di serbatoi cilindrici è stato così costruito in calcestruzzo precompresso. Per tendere questo cavo si potrà, ad esempio, porre dei cilindri a soffietto tra il cavo e la Torre sulla sua circonferenza. La base della Torre avrà così una resistenza sufficiente per trasmettere al martinetto le 14400 tonnellate del suo peso. Se necessario, potremo cerchiare, nello stesso modo, la Torre a diversi livelli per renderla indeformabile.

Non solo solleveremo la Torre, ma la raddrizzeremo. I martinetti lontani dall'asse di rotazione dovranno dunque spiegarsi più rapidamente di quelli più vicini e la corsa dei primi sarà più lunga di quella dei secondi. In conseguenza, tutti i martinetti dovranno essere pilotati via calcolatore .

Un problema, forse arduo, è presentato dal collegamento tra ogni martinetto di 1200 tonnellate e la faccia inferiore della Torre. Questo collegamento sarà obligatoriamente articolato, dato che il martinetto si sposterà per traslazione mentre la faccia inferiore della Torre ruoterà per avvicinarsi all'orizzontale, e queste articolazioni porteranno in permanenza un carico di 1200 tonnellate. La soluzione è probabilmente la seguente: l'estremità dell'asta del martinetto sarà ricoperta da un elemento d'acciaio molto duro la cui faccia superiore avrà la forma di un cilindro di sezione circolare; l'asse del cilindro sarà orizzontale e parallelo all'asse di rotazione della Torre, ovvero sarà orientato Est-Ovest. Quando il martinetto si spiegherà, questo elemento cilindrico "rotolerà" sulla faccia inferiore della Torre come una ruota di locomotiva su di una rotaia. Infatti, ruoterà su dì un altro elemento in acciaio che ripartirà lo sforzo sulla putrella HEM 600. Restano da determinare i parametri della coppia raggio ruota: raggio di curvatura, tipo degli acciai impiegati, sollecitazione di compressione subita dalla faccia di contatto .

Il' problema posto dalla presenza d'acqua sarà in questo caso più difficile che nella soluzione minimale. Congeleremo il suolo sia con salamoia, che con dell’azoto liquido. Il volume da congelare sarà limitato al terreno circostante lo scavo e sarà dunque relativamente limitato, dato che realizzeremo nel contempo, all'avanzamento, un rivestimento che impedirà la risalirà dell'acqua nelle zone già liberate.

Notiamo che la larghezza sovrabbondante della base della Torre non si giustifica più dato che essa riposa unicamente sulle putrelle HEM 600. Possiamo dunque riprofilare la Torre in modo che i suoi diametri interno ed esterno siano grosso modo costanti su tutta l'altezza; l'alleggeriremo e le putrelle HEM 600 potranno essere più corte; per di più la luce potrà penetrare nell'interrato su tutto il contorno.

Benché si sia descritto e/o rappresentato una forma particolare di realizzazione del processo dell’invenzione, come pure un'applicazione particolare di questo processo ad un dato momento, deve intendersi che la presente invenzione non è limitata a questa forma o a questa applicazione, ma che si può estendere ad ogni processo comportante le tappe sopra definite in modo generale.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo di sottomurazione per stabilizzare la base di opere, detto processo comprende la tappa di scavo di una trincea stretta sensibilmente perpendicolare ad un muro della facciata delle opere, caratterizzato: dal conficcamento sotto il detto muro (1), di una prima trave (2), di molteplici travi, detta trave essendo disposta inizialmente in modo sensibilmente orizzontale sul fondo della trincea (3), a mezzo di un martinetto (4) prendente appoggio su un'estremità (2’) detta esterna della trave, l'altra estremità (2") detta interna essendo destinata a penetrare sotto le fondamenta (5) del detto muro.
2. Processo secondo la rivendicazione Ί, caratterizzato : dal conficcamento della detta trave è effettuato prendendo appoggio sul terreno (6) circostante.
3. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato: dal conficcamento della detta trave è effettuato prendendo appoggio sulle opere (9) stesse.
4. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato : dal fatto che una seconda (10), poi una terza (11), poi n-esima trave sono conficcate in modo sensibilmente parallelo tra loro.
5. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato: dal fatto che una seconda, poi una terza poi una n-esima trave sono conficcate in modo sensibilmente radiale rispetto al centro delle opere.
6. Processo secondo la rivendicazione 1, . caratterizzato: dal fatto che dette travi sono delle travi metalliche.
7. Processo, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato: dal fatto che dette travi sono delle travi in calcestruzzo armato.
8. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato: dal fatto che le travi della detta molteplicità sono complanari; per formare almeno un primo insieme (8) di travi complanari.
9. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato: dal fatto che le estremità delle travi,. dopo conficcamento sotto il muro, sporgono di una certa lunghezza (1) all'interno delle opere e dal fatto che le travi delle detta molteplicità travi sono delle travi in calcestruzzo armato disposte in modo sensibilmente complanare per formare un insieme (8) di travi che avrà per effetto da un lato di riempire con il loro volume i vuoti interstiziali del suolo sottostante e d'aumentarne la compattezza, e dall'altro di aumentare la superficie della base delle opere.
10. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette travi sono delle travi metalliche disposte in modo complanare per formare un insieme (13) avente funzione di pavimento e dal fatto che prendendo appoggio sulla faccia inferiore del detto pavimento, si conficcano dei pali (12) verticali sotto le opere in modo da costituire delle fondamenta su pali, detto pavimento (13) trasmettendo ai pali, man mano che il loro numero aumenta, il peso delle opere.