ITBO20130089A1 - Armatura, struttura e procedimento per costruzioni interrate di calcestruzzo rinforzato - Google Patents

Description

DESCRIZIONE e procedimento per costruzioni interrate di calcestruzzo rinforzatoâ€

La presente invenzione riguarda un'armatura, una struttura ed un procedimento per realizzare costruzioni interrate di calcestruzzo rinforzato.

L'invenzione à ̈ stata sviluppata con particolare riguardo, anche se non limitativamente, alla predisposizione di pareti di gallerie e pozzi durante operazioni di scavo.

Lo scavo di gallerie mediante macchine di scavo, fra le quali sono note le “Tunnel Boring machines†(TBM), inizia normalmente mediante la partenza della macchina di scavo da una struttura a pozzo di calcestruzzo armato destinata a contenere il terreno attorno all'ingresso della galleria. Il pozzo viene usualmente realizzato mediante diaframmi di forma tendenzialmente parallelepipeda di calcestruzzo, scavati e gettati in situ nel terreno, oppure da pali circolari infissi nel terreno prima dell'inizio dei lavori di scavo di un tunnel.

Anche il recupero delle macchine di scavo alla fine della galleria avviene normalmente attraverso un pozzo preventivamente costruito. Inoltre, lungo il percorso della galleria non à ̈ infrequente prevedere simili pozzi di ventilazione o di stazione di accesso, oppure altre strutture e diaframmi di calcestruzzo armato mentre si procede allo scavo.

Una delle maggiori sfide da affrontare à ̈ il passaggio delle TBM attraverso tali diaframmi o strutture di calcestruzzo armato, che sono rinforzate da barre e staffe di acciaio per sopportare i momenti flettenti e le spinte esercitate dal suolo circostante. Il calcestruzzo armato risulta infatti notevolmente difficile da distruggere a causa della resistenza aggiuntiva data dalle barre di ferro e dalla loro intrinseca duttilità, che impedisce alla quasi totalità delle macchine di scavo di avanzare attraverso tali strutture.

Per questo motivo, à ̈ stata introdotta da qualche tempo una tecnica di rinforzo di strutture di calcestruzzo che non impedisca l'avanzamento di una macchina di scavo. Tale tecnica, detta anche di aperture “soft-eye†, prevede che nell'area in cui à ̈ previsto il passaggio della macchina di scavo attraverso la struttura di calcestruzzo l'armatura di acciaio venga sostituita con un'armatura di vetroresina. In particolare à ̈ noto realizzare un “soft-eye†con una pluralità di correnti costituiti da barre di vetroresina tenuti assieme da una pluralità di staffe opportunamente sagomate in funzione della geometria della struttura interrata, sia essa un muro o un palo.

L'uso dell'armatura di vetroresina nelle strutture di rinforzo per la costruzione di gallerie rende più agevole il lavoro delle macchine di scavo, con avanzamenti non inferiori a quelli che si hanno quando le macchine incontrano materiali della stessa resistenza a compressione quali rocce e calcestruzzo non armato.

Tipicamente la vetroresina ha una resistenza alla trazione maggiore del ferro, ma à ̈ notevolmente più fragile, con un collasso longitudinale della resina polimerica quando le fibre di vetro nella barra si rompono. La realizzazione di strutture di calcestruzzo con armatura di vetroresina deve quindi tenere conto di tali caratteristiche, e per questo motivo il numero di correnti e, soprattutto, di staffe à ̈ considerevolmente superiore rispetto a strutture tradizionali di calcestruzzo armato con armature di acciaio, che dimostrino resistenza analoga. In parole più semplici, l'intelaiatura costituita da correnti e staffe di vetroresina per l'armatura di cemento o calcestruzzo à ̈ molto più fitta di un'analoga intelaiatura tradizionale formata da correnti e staffe di acciaio.

Quanto sopra costituisce un inconveniente nell'adozione delle armature di vetroresina nelle costruzioni di calcestruzzo armato, che risultano relativamente costose a causa del gran numero di correnti e staffe necessarie per ottenere una resistenza soddisfacente. L'onere economico diviene particolarmente svantaggioso nelle opere che sono destinate a durare poco nel tempo, quali le opere interrate temporanee che vengono distrutte dal passaggio di una macchina di scavo.

Inoltre, le armature di vetroresina sono relativamente più complesse da realizzare rispetto alle tradizionali armature di acciaio. Mentre le barre di acciaio possono essere agevolmente deformate anche a freddo per realizzare staffe delle dimensioni volute, le staffe di vetroresina devono essere preventivamente sagomate all'atto della fabbricazione, risultando quindi costosa, complessa ed onerosa la produzione in serie. In altre parole, una gabbia o intelaiatura di rinforzo di vetroresina viene assemblata allo stesso modo di una analoga gabbia o intelaiatura di acciaio, con la sostanziale differenza che le staffe di vetroresina non possono essere piegate e saldate in cantiere, ma devono essere predisposte in fabbrica. Ciò comporta una complicazione costruttiva e un notevole onere nella fabbricazione, trasporto e messa in opera di strutture di calcestruzzo armato con armatura di vetroresina, in particolar modo nella realizzazione di strutture interrate.

La presente invenzione si propone il fine di risolvere questi ed altri inconvenienti della tecnica nota mediante un'armatura, una struttura ed un procedimento che diano come risultato una costruzione interrata resistente, di facile realizzazione e relativamente economica.

Al fine di raggiungere gli scopi sopra indicati, l'invenzione ha per oggetto un'armatura, una struttura ed un procedimento per costruzioni interrate di calcestruzzo armato aventi le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni che annesse.

In un esempio di realizzazione, viene predisposta un'armatura, gabbia, intelaiatura od ossatura di vetroresina, o materiale dalle analoghe caratteristiche di resistenza e fragilità, con una pluralità di correnti, preferibilmente lunghe barre di vetroresina dalla superficie esterna liscia o corrugata, disposti parallelamente gli uni agli altri e tenuti assieme da una pluralità di elementi di giunzione, preferibilmente ma non limitativamente flessibili in un piano sostanzialmente trasversale alla direzione delle barre di vetroresina, in modo tale che l'armatura possa essere compattata per il trasporto.

L'armatura può anche prevedere una pluralità limitata di elementi di giunzione relativamente rigidi anch'essi di vetroresina, quali staffe e simili, con la sola funzione di dare una forma geometrica prestabilita all'armatura. In altre parole, le staffe non hanno una fondamentale funzione strutturale, e non intervengono significativamente nel calcolo della resistenza della costruzione interrata. Il numero limitato di tali staffe di vetroresina rende molto meno onerosa la costruzione delle armature rispetto a quelle della tecnica nota, che prevedono un numero molto elevato di staffe rigide. Il calcestruzzo che viene gettato per inglobare l'armatura di vetroresina contiene una certa quantità di fibre metalliche e/o sintetiche, che gli impartiscono una notevole resistenza al taglio, soprattutto nel caso di grandi superfici. Sorprendentemente un tale calcestruzzo rinforzato da fibre, anche nel caso in cui esse siano metalliche, non impedisce l'agevole penetrazione nella struttura e la distruzione della stessa da parte delle macchine di scavo. D'altro canto, le barre di vetroresina che costituiscono i correnti delle strutture di calcestruzzo rinforzato secondo la presente invenzione forniscono ad esse una ottima resistenza alla flessione grazie alla continuità longitudinale dei filamenti di vetro all'interno delle barre stesse. La resistenza al taglio nella realizzazione di una costruzione di calcestruzzo armato viene soddisfatta dalla introduzione di fibre, metalliche e/o sintetiche, nel conglomerato cementizio.

Di preferenza, gli elementi di giunzione flessibili sono realizzati mediante nastri di materiale polimerico, realizzati mediante fasci di fibre sintetiche di elevata resistenza inglobate in una guaina polimerica resistente e durevole.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata che segue di esempio di attuazione, con riferimento alle figure annesse, date a titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista schematica in prospettiva di un esempio di armatura di vetroresina per la realizzazione di un palo per una struttura interrata di calcestruzzo rinforzato;

- la figura 2 à ̈ una vista schematica in prospettiva di un altro esempio di armatura per la realizzazione di un diaframma interrato con predisposizione di un “soft-eye†; e

- la figura 3 à ̈ una vista schematica in sezione di un diaframma interrato comprendente un “soft-eye†ottenuto mediante l'armatura della figura 2.

Nella figura 1 à ̈ illustrata una vista schematica in prospettiva di un esempio di armatura 1 di vetroresina per la realizzazione di un palo per una struttura interrata di calcestruzzo rinforzato. L'armatura 1 di vetroresina comprende una pluralità di correnti 2 di vetroresina che si estendono sostanzialmente distanziati e paralleli fra loro, in modo sostanzialmente analogo alla disposizione dei correnti metallici noti nella realizzazione di strutture di calcestruzzo armato. I correnti 2 sono mantenuti in posizione fra loro da elementi di giunzione 3 notevolmente distanziati l'uno dall'altro rispetto alle realizzazione di armatura note. Gli elementi di giunzione 3 possono essere uniti ai correnti 2 mediante legature, graffette e simili, oppure possono essere saldati con collanti o con altri mezzi simili.

Gli elementi di giunzione 3 possono essere anch'essi di vetroresina, e quindi contribuire a mantenere l'armatura 1 nella sua forma geometrica predefinita, ad esempio nella forma cilindrica illustrata nella figura 1, o altra forma desiderata, tipicamente a parallelepipedo per la realizzazione di un muro o diaframma, come illustrato nelle figure 2 e 3. In tal caso, la l'armatura à ̈ preferibilmente realizzata in fabbrica, per poi essere trasportata nel sito di impiego.

In una forma di attuazione alternativa, gli elementi di giunzione 3 sono realizzati mediante nastri di materiale polimerico, realizzati mediante fasci di fibre sintetiche di elevata resistenza inglobate in una guaina polimerica resistente e durevole. Un esempio di nastro particolarmente adatto all'impiego à ̈ il nastro utilizzato nel settore del rinforzo di terreni e conosciuto commercialmente con il nome di ParaWebâ„¢, prodotto dalla medesima richiedente Officine Maccaferri S.p.A. L'adozione di elementi di giunzione 3 flessibili consente di collassare l'armatura 1 avvicinando i correnti 2 gli uni agli altri per un agevole trasporto dal luogo di fabbricazione al cantiere di impiego. I nastri utilizzati per la realizzazione degli elementi di giunzione 3 consentono di avvicinare i correnti 2 gli uni agli altri ma ne impediscono lo spostamento relativo in direzione assiale. In altre parole, i nastri utilizzati quali elementi di giunzione 3 sono preferibilmente ma non limitativamente flessibili in un piano sostanzialmente trasversale alla direzione assiale delle barre di vetroresina, in modo tale che l'armatura possa essere compattata per il trasporto, e possa poi essere agevolmente portata nella configurazione geometrica desiderata semplicemente allontanando i correnti 2 in direzione trasversale sino alla massima estensione consentita dai nastri utilizzati quali elementi di giunzione 3.

I correnti 2 hanno preferibilmente ma non limitativamente diametro superiore a circa 28 mm e preferibilmente ma non limitativamente inferiore a circa 42 mm. Sebbene le dimensioni preferite dei correnti 2 dipendano dal particolare progetto di costruzione interrata da realizzare, si ritiene che l'impiego di correnti con un diametro inferiore risulti meno vantaggioso perché occorrere predisporne un numero piuttosto elevato per ottenere una resistenza adeguata della costruzione interrata agli sforzi esercitati dal terreno circostante. Correnti con un diametro superiore a quello indicato sono invece tendenzialmente meno preferiti, poiché a causa del ritardo con cui si trasmettono gli sforzi di taglio, le fibre di vetro che si trovano più vicine al centro della sezione trasversale della barra, non risultano sottoposte ad uno sforzo così elevato come quello che sopportano, invece, le fibre più vicine alla superficie esterna. Questo fenomeno porta in generale ad una diminuzione relativa della resistenza e dell'efficienza nelle barre di vetroresina aventi grande diametro rispetto a quelle di diametro inferiore.

Nella figura 2 à ̈ visibile schematicamente in prospettiva la realizzazione di un “soft-eye†con un'armatura 11 sostanzialmente analoga all'armatura 1 della figura 1, ma avente una configurazione geometrica a parallelepipedo, con correnti 12 formati anch'essi da barre allungate di vetroresina, con la loro superficie esterna liscia o preferibilmente corrugata, parallele e distanziate fra loro, e mantenute insieme da elementi di giunzione 13. Come indicato in precedenza, gli elementi di giunzione 13 possono essere rigidi, quali staffe di vetroresina, oppure preferibilmente realizzati flessibili, mediante ad esempio nastri polimerici del tipo sopra indicato.

L'armatura 11 di vetroresina con funzione di soft-eye à ̈ fissata ad una tradizionale armatura di acciaio 10 formata da correnti di acciaio 15 e staffe di acciaio 16, mediante ad esempio legature 17. L'altezza D dell'armatura 11 di vetroresina libera dall'armatura di acciaio 10 à ̈ almeno pari alle dimensioni di scavo di una TBM, come verrà meglio descritto nel seguito.

Come meglio visibile nella sezione schematica della figura 3, nell'uso l'armatura 11 costituisce il rinforzo di una costruzione di calcestruzzo 20 interrata in uno scavo nel terreno T, che viene formata secondo tecniche note nel settore delle costruzioni interrate, mediante l'impiego di un agglomerato di calcestruzzo 21 che ingloba l'armatura 11 (e, nel caso di realizzazione di soft-eye, anche l'armatura di acciaio 10).

Secondo una caratteristica particolare, l'agglomerato di calcestruzzo 21 comprende al suo interno una pluralità di fibre, metalliche e/o sintetiche. Sono esempi di tali fibre quelle di acciaio conosciute con il nome commerciale di Wirand® prodotte dalla medesima richiedente Officine Maccaferri S.p.A. Le fibre, metalliche e/o sintetiche, risultano distribuite casualmente nel calcestruzzo, poiché vengono mescolate ad esso quando à ̈ nella fase fluida. Le fibre risultano inglobate nell'agglomerato di calcestruzzo cementizio e provvedono a fornirgli doti di resistenza al taglio sufficienti ad eliminare o sostanzialmente ridurre la necessità di predisporre staffe di rinforzo trasversali nell'armatura di vetroresina 11.

La realizzazione di una costruzione mediante il calcestruzzo rinforzato della presente invenzione segue una procedura che non si discosta da quanto normalmente viene effettuato per le strutture interrate di cemento armato, risultando così particolarmente semplice da adottare nei cantieri da parte di personale anche non espressamente preparato per l'impiego dell'invenzione.

Le barre di vetroresina che costituiscono i correnti 2, 12, rispettivamente delle armatura 1, 11 sopra menzionate vengono prefabbricate. Gli elementi di giunzione 3, 13 possono essere realizzati di vetroresina, ed in tal caso vengono prefabbricati secondo dimensioni e misure standardizzate o personalizzate a seconda del progetto specifico in cui debbano essere impiegate. In ogni caso, il numero relativamente esiguo di elementi di giunzione 3 rende la loro fabbricazione, anche nel caso in cui sia personalizzata, relativamente economica.

Nella forma di realizzazione secondo cui gli elementi di giunzione 3, 13 sono realizzati flessibili, ad esempio mediante i nastri polimerici sopra descritti, la produzione delle armature 1, 11 à ̈ particolarmente economica e vantaggiosa, poiché la predisposizione di armature di dimensioni e geometrie anche personalizzate à ̈ favorita dalla possibilità di tagliare a misura i nastri quali gli elementi di giunzione, nonché collassare le armature per il loro trasporto sul sito di impiego per la realizzazione della costruzione interrata.

Sul sito di costruzione viene dapprima predisposta l'armatura 1, 11 disponendo i correnti 2, 12 secondo la geometria predefmita, trattenendoli in posizione mediante fissaggio agli elementi di giunzione 3, 13 nel caso in cui essi siano rigidi, oppure mediante espansione delle armature preventivamente collassate, nel caso di realizzazione degli elementi di giunzione 3, 13 mediante elementi flessibili, ad esempio i nastri polimerici sopra menzionati, o elementi similmente funzionali.

Dopo avere realizzato lo scavo nel terreno T secondo metodologie note, in esso viene inserita l'armatura cilindrica 1, ad esempio per la realizzazione di un palo, oppure l'armatura parallelepipeda 11, ad esempio connessa all'armatura 10 per la realizzazione di un soft-eye in un diaframma o pozzo di lancio di una TBM. Nello scavo viene poi versato il calcestruzzo realizzato in situ oppure realizzato remotamente in impianti di produzione e trasportato in cantiere da betoniere. All'agglomerato di calcestruzzo cementizio vengono miscelate fibre metalliche e/o sintetiche di tipo generalmente noto, ad esempio del tipo descritto nel brevetto EP 0475917 della medesima richiedente. Il procedimento di miscelazione delle fibre al calcestruzzo cementizio può avvenire secondo le modalità descritte in WO 2011/015966 della medesima richiedente. Dopo che il calcestruzzo à ̈ stato gettato ed ha fatto presa, si à ̈ conclusa la realizzazione della costruzione interrata.

La costruzione così realizzata si caratterizza per la sua resistenza a compressione, data dal calcestruzzo, a flessione, data dai correnti di vetroresina, e al taglio, data sostanzialmente dalle fibre inglobate nella matrice di calcestruzzo. La struttura ha inoltre l'importante caratteristica di poter essere facilmente penetrata e demolita da una macchina di scavo, in particolare da una TBM, durante le operazioni di realizzazione di una galleria. Ciò rende la presente invenzione particolarmente utile per la realizzazione di pareti di gallerie temporanee e pozzi di lancio di TBM. L'adozione delle fibre mescolate al calcestruzzo consente di ridurre notevolmente il numero di elementi di giunzione dei correnti, senza compromettere la resistenza della struttura complessiva. Riducendo il numero di elementi di giunzione si riduce in proporzione anche il tempo necessario per fissarli ai correnti, con la conseguente notevole riduzione di costi per la realizzazione di strutture che tipicamente hanno una vita ridotta, dal momento che sono destinate ad essere demolite nell'avanzamento dei lavori di scavo.

Nel caso in cui gli elementi di giunzione siano realizzati flessibili, si aggiunge la riduzione dei costi per la predisposizione di strutture aventi geometrie differenti, anche personalizzate, e la riduzione dei costi di magazzino e di trasporto.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Struttura di calcestruzzo rinforzato, comprendente un'armatura (1, 11) realizzata mediante una pluralità di correnti allungati (2, 12) di vetroresina o materiale simile, disposti fra loro sostanzialmente paralleli secondo almeno una direzione predeterminata e vincolati gli uni agli altri mediante elementi di giunzione (3, 13), fibre metalliche e/o sintetiche essendo mescolate alla matrice del calcestruzzo cementizio.
2. 2. Struttura di calcestruzzo rinforzato secondo la rivendicazione 1, in cui i correnti allungati (2, 12) di vetroresina presentano una superficie esterna corrugata.
3. 3. Struttura di calcestruzzo rinforzato secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i correnti allungati (2, 12) hanno diametro maggiore di circa 28 mm e non superiore a circa 42 mm.
4. 4. Armatura di rinforzo per una struttura di calcestruzzo rinforzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una pluralità di correnti allungati (2, 12) di vetroresina o materiale simile, disposti fra loro sostanzialmente paralleli secondo almeno una direzione predeterminata e vincolati gli uni agli altri mediante elementi di giunzione (3, 13) flessibili.
5. 5. Armatura di rinforzo secondo la rivendicazione 4, in cui gli elementi di giunzione (3, 13) flessibili comprendono nastri di materiale polimerico, realizzati mediante fasci di fibre sintetiche di elevata resistenza inglobate in una guaina polimerica.
6. 6. Armatura di rinforzo secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui i correnti allungati (2, 12) sono connessi a rispettivi correnti metallici di un'armatura metallica, per la realizzazione di un “soft-eye†.
7. 7. Impiego di una struttura di calcestruzzo rinforzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3 per la realizzazione di costruzioni interrate temporanee nella costruzione di opere di scavo quali gallerie e simili.
8. 8. Procedimento per la realizzazione di costruzioni interrate di calcestruzzo rinforzato, comprendente: - predisporre un'armatura (1, 11) realizzata mediante una pluralità di correnti allungati (2, 12) di vetroresina o materiale simile, disposti fra loro sostanzialmente paralleli secondo almeno una direzione predeterminata e vincolati gli uni agli altri mediante elementi di giunzione (3, 13), predisporre uno scavo nel terreno (T); disporre l'armatura (1, 11) nello scavo nel terreno (T); riempire lo scavo nel terreno di calcestruzzo cementizio (21) per inglobarvi l'armatura (1, 11), al calcestruzzo cementizio essendo mescolate fibre metalliche e/o sintetiche.