ITMI962520A1 - Procedimento per incrementare la portanza di terreni di fondazione per costruzioni edili - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha come oggetto un procedimento per incrementare la portanza di terreni di fondazione per costruzioni edili.

Qualsiasi costruzione edile richiede che il terreno di fondazione abbia una portanza adeguata a sostenerla. In caso contrario, gli assestamenti del terreno di fondazione, sia che avvengano negli strati pi? superficiali che in quelli profondi, portano ad un cedimento della costruzione edile soprastante.

Prima di costruire qualsiasi opera viene quindi stimata la portanza del terreno in relazione al peso o carico che la costruzione eserciter? sul terreno, anche avvalendosi, se necessario, di appropriati studi del suolo, quali ad esempio indagini geologiche e geotecniche.

Per assicurare la stabilit? dell'opera, viene poi calcolato il dimensionamento ottimale delle fondazioni e la loro rigidit? ed inoltre viene determinata la profondit? delle stesse, equilibrandone adeguatamente il peso in relazione alla capacit? portante del suolo e tenendo sempre un buon margine di sicurezza. Infatti, in caso di errore, si potr? verificare un cedimento della costruzione.

Spesso per? la portanza del terreno di fondazione non risulta sufficiente in quanto si tratta di terreni comprimibili, quali i terreni di riporto, i terreni non consolidati, con strati organici in decomposizione, i terreni torbosi, paludosi, con notevoli variazioni del contenuto d'acqua, i terreni alluvionati o inondati o dilavati con presenza di vuoti o con masse eterogenee o non sufficientemente aggregate, i terreni con presenze di vuoti interstiziali, eccetera. Oppure la costruzione edile ? molto pesante e richiede una portanza superiore a quella effettiva del terreno di fondazione.

Sono noti vari sistemi per assicurare comunque la stabilit? della costruzione. In genere, si tratta di sistemi che tendono a trasferire direttamente il peso della costruzione agli strati di terreno pi? profondi ed adeguatamente solidi o a diffondere il carico su una vasta superficie di terreno, come ad esempio la tecnica che consiste nell'inserimento nel terreno di fondazione di pali o micropali e simili. Questa tecnica pu? essere adottata sia prima dell'esecuzione della costruzione che dopo.

Ovviamente, l'inserimento di pali e micropali o simili, dopo l'esecuzione dell'opera edile, risulta estremamente complessa e richiede costi molto elevati.

Sono noti anche procedimenti per rimediare ad eventuali cedimenti della costruzione successivamente alla sua esecuzione, come ad esempio il procedimento descritto nel brevetto statunitense N. 4,567,708, che prevede l'iniezione di una sostanza espandente al di sotto della costruzione per riempire gli interstizi, che si sono creati e che hanno provocato il cedimento, e per recuperare il cedimento della costruzione o altri procedimenti di sollevamento.

Nel procedimento descritto nel brevetto sopra citato, come pure in altri sistemi di sollevamento, non viene per? trattato il terreno di fondazione bens? si interviene, tutt'al pi?, soltanto sugli strati superficiali del terreno e quindi, qualora il terreno sottostante non sia sufficientemente assestato, si avranno nel tempo ulteriori successivi cedimenti della costruzione stessa.

Compito precipuo del presente trovato ? quello di risolvere i problemi sopra esposti realizzando un procedimento in grado di assicurare la stabilit? di costruzioni edili trattando adeguatamente il terreno di fondazione al fine di incrementarne la portanza.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato ? quello di realizzare un procedimento che non richieda l'utilizzo di cemento, calcestruzzo o di strutture metalliche infisse nel terreno quali pali, micropali, iniezioni di cemento, fondazioni molto profonde, eccetera.

Un altro scopo del trovato ? quello di realizzare un procedimento che risulti di semplice e rapida esecuzione e che possa essere adottato per incrementare la portanza di terreni di fondazione sia prima che dopo l'esecuzione dell'opera edile.

Questo compito, nonch? questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un procedimento per incrementare la portanza di terreni di fondazione per costruzioni edili, caratterizzato dal fatto di consistere nell'eseguire una pluralit? di fori in profondit? nel terreno, distanziati tra loro, e nell'iniettare nel terreno, attraverso detti fori, una sostanza espandente a seguito di una reazione chimica con incremento potenziale di volume almeno uguale a cinque volte il volume della sostanza prima dell'espansione, l'espansione di detta sostanza iniettata nel terreno producendo una compattazione del terreno contiguo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiorraente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del procedimento secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni in cui:

la figura 1 illustra schematicamente l'iniezione della sostanza espandente attraverso fori praticati nel terreno;

le figure 2 e 3 illustrano il risultato derivante dall'espansione della sostanza espandente nel caso che la sostanza venga iniettata mentre il tubo utilizzato per l'iniezione viene ritirato gradualmente verso l'alto, rispettivamente con soste a livelli di profondit? intermedi o con movimento continuo;

la figura 4 illustra il risultato derivante dall'espansione della sostanza iniettata, nel caso di iniezioni successive eseguite con tubi diversi, inseriti in fori differenti, in punti distanziati tra loro e a diverse profondit?.

Il procedimento secondo il trovato consiste sostanzialmente nell'eseguire una pluralit? di fori 1 nel terreno che, qualora si tratti di intervenire su opere edili gi? costruite od esistenti, potranno passare o meno attraverso la fondazione, a diverse profondit? e preferibilmente con una distanza tra due fori 1 contigui variabile tra 0,5 m e 3 m.

I fori 1 potranno avere dimensioni variabili a seconda delle esigenze e potranno svilupparsi sostanzialmente"in verticale oppure inclinati rispetto alla verticale.

Anche l? profondit? dei fori potr? variare a seconda delle esigenze, come meglio apparir? in seguito.

Successivamente nei fori 1 vengono inseriti o impiantati tubi 2 attraverso i quali viene iniettata, nel terreno, una Sostanza 3 espandente a seguito di una reazione chimica tra i componenti con un incremento potenziale di volume che ? almeno uguale a cinque volte il volume della sostanza prima dell'espansione. Per incremento potenziale di volume si intende l'incremento di volume della sostanza a seguito di un'espansione che avviene liberamente alla pressione atmosferica.

Tale sostanza espandente ? opportunamente costituita da una miscela di schiuma polimerica espandente, preferibilmente una schiuma di poliuretano a celle chiuse. Tale sostanza pu? essere costituita, ad esempio, da una schiuma a due componenti che viene miscelata all'interno di un apparecchio miscelatore 4 che ? collegato ai tubi 2 di iniezione. Il primo componente pu? essere una miscela di poliolo comprendente un polieterpoliolo e/o un poliesterpoliolo, catalizzatore e acqua, del tipo RESINOL AL 643 prodotto dalla Resina Chemie olandese. Il secondo componente pu? essere un MDI isocianato, come l'URESTYL 10 prodotto dalla stessa ditta. La miscelazione di questi due componenti produce una schiuma di poliuretano espandente la cui densit?, al termine dell'espansione, varia in funzione della resistenza opposta dal terreno contiguo alla zona di iniezione.

Ovviamente, potranno essere utilizzate anche altre sostanze espandibili aventi propriet? analoghe senza per questo uscire dall'ambito di protezione del presente brevetto.

A seconda delle esigenze, attraverso i fori 1 praticati preventivamente nel terreno potr? essere iniettata la sostanza espandente in un'unica fase di iniezione, come illustrato nelle figure 1, 2 e 3, iniziando dal basso, mentre il tubo di iniezione viene gradualmente ritirato verso l'alto, eventualmente con soste intermedie, come illustrato nella figura 2, in modo tale da ottenere delle colonne, di vario tipo, di sostanza espansa ed indurita, oppure potr? essere immessa, eventualmente effettuando iniezioni successive a livelli fissi e diversi di profondit? in punti tridimensionalmente e regolarmente spaziati tra di loro per ottenere delle isole di sostanza espansa ed indurita all'interno del terreno di fondazione, come illustrato in particolare nella figura 4, a seconda delle esigenze e delle caratteristiche geologiche del terreno. In quest'ultimo caso, i tubi utilizzati per l'iniezione verranno abbandonati nel terreno.

La sostanza 3, una volta iniettata, essendo anche penetrata all'interno di eventuali vuoti e fratture del terreno grazie alla sua fluidit?, espandendosi con una grande forza e velocit? in tutte le direzioni, provoca una forza di compressione e compattazione del terreno tutto intorno, eliminando, per schiacciamento o riempimento, tutti i vuoti e i microvuoti anche quelli estremamente piccoli, espellendo gran parte dell'acqua imbevuta nel terreno, agglomerando eventualmente parti disaggregate (granelli e parti incoerenti), fino ad ottenere una massa di terreno che per tutto lo strato trattato non ? pi? comprimibile in rapporto al peso che deve o dovr? sostenere.

E' da notare che la sostanza espandente iniettata a profondit? diverse, in punti opportunamente calcolati, con una distanza specifica gli uni dagli altri, o lungo linee ascendenti, all'atto dell'espansione si dirige automaticamente nei punti maggiormente comprimibili e che quindi offrono minore resistenza alla sostanza espandente. In questo modo, risultano maggiormente trattate, in modo automatico, le zone che pi? lo necessitano, senza lasciare spazi di zone non trattate.

L'immediatezza dell'espansione della sostanza iniettata, permette inoltre di circoscrivere in modo piuttosto preciso la zona di espansione, permettendo cos? di localizzare molto bene, nei punti voluti, l'effetto da produrre. Infatti la forte pressione esercitata dalla sostanza iniettata sul terreno circostante ? dovuta all'espansione causata dalla reazione chimica e non da una pressione idraulica. La sostanza espandente viene iniettata tramite una pressione idraulica che per? serve solo ad immettere la sostanza nei punti desiderati.

Per quanto concerne la profondit? dei fori si possono seguire due modalit? diverse.

Una prima modalit? consiste nel trattare tutto lo spessore degli strati di terreno comprimibili o poco portanti in modo da eseguire il consolidamento, fino all'orizzonte solido degli strati sufficientemente portanti, qualunque ne sia la profondit?. L'orizzonte solido pu? essere identificato mediante indagini geotecniche del suolo.

La seconda modalit? consiste invece nel trattare uno strato di terreno, che per ragioni di opportunit? tecnica e/o economica, non arriva fino all'orizzonte solido identificato, che potrebbe trovarsi ad una profondit? eccessiva, ma ? comunque di uno spessore sufficiente a distribuire il peso sovrastante su una superficie pi? vasta. Tale strato di terreno trattato con il procedimento secondo il trovato, costituendo uno strato sufficientemente compatto, solido e comunque leggero, pu? essere validamente ed ampiamente sostenuto dagli strati sottostanti di terreno, anche se questi non sarebbero altrimenti sufficientemente portanti.

L'espansione della sostanza iniettata, a seguito della reazione chimica dei suoi componenti,? molto rapida e sviluppa una forza di espansione che ? molto elevata fino a 40 tonnellate per m2 o addirittura maggiore.

Durante l'iniezione, il livello della costruzione soprastante o del terreno di superficie,pu? essere sottoposto a monitoraggio continuo tramite livello laser o altro sistema. Quando l'apparecchiatura segnala un inizio di sollevamento della costruzione o della superficie del terreno, generalmente significa che la compattazione del terreno, tutto intorno tridimensionalmente al punto dell'iniezione, ha raggiunto livelli molto elevati e che sono generalmente superiori ai valoriminimi richiesti.

Infatti, la massa di sostanza iniettata, reagendo chimicamente, si espande con grande forza in tutte le direzioni e quando l'apparecchiatura rileva un sollevamento anche minimo in superficie, significa che la sostanza espandente ha trovato minore resistenza ad espandersi nella direzione verticale rispetto a tutte le altre direzioni e quindi il terreno che si trova al di sotto e attorno alla sostanza iniettata resiste e "rifiuta" tutto il peso (dinamico e quindi amplificato) non solo di tutta la massa di terreno (e della costruzione eventuale) che staticamente vi poggia sopra,ma anche di tutta la massa attorno che viene spostata (per attrito e coesione) secondo un angolo di diffusione dei carichi, normalmente calcolato attorno ai 30* e semplicemente rovesciato. Inoltre, anche il terreno sollevato subisce una compressione.

Ripetendo questa operazione a diversi livelli di profondit? (circa 1 metro l'uno dall'altro,ma variabile a seconda del tipo di terreno e della portanza da ottenere),siottiene ad ogni livello una portanza superiore a quella richiesta. Sia agendo in quest'ultimo modo, sia eseguendo delle iniezioni continue lungo colonne ascendenti in cui si formano delle specie di "alberi" con andamento molto irregolare, con escrescenze, asperit? e protuberanze anche notevoli, dovute alla diversa resistenza del terreno alla compattazione e all'eventuale presenza di interstizi o fratture del terreno, in ogni caso, tutta la massa e lo strato di terreno trattato viene compressa, rinserrata e compattata, diminuisce fortemente il tenore di acqua ed il terreno in questione viene trasformato in un valido terreno di fondazione atto a sostenere stabilmente la costruzione edile soprastante o da costruire.

La sostanza espansa potr? avere una densit? variabile in funzione appunto della resistenza offerta dal terreno circostante alla sua espansione. Nella maggior parte dei casi, si avr? una densit? variabile dai 100 kg/m<3 >ai 300 kg/m . Si potranno avere anche densit? pi? elevate in quanto la densit? della sostanza espansa ? direttamente proporzionale alla resistenza che incontra all'espansione. La resistenza alla compressione della sostanza espansa stessa ? in funzione della densit?.

Una sostanza con densit? di 100 kg/m<3 >offre una resistenza di circa 14 kg/cm , mentre ad una densit? di 300 kg/m<3 >la resistenza alla compressione ? di circa 40 kg/cm . Questi valori sono ampiamente superiori a quelli normalmente richiesti per un terreno di fondazione. In ogni caso, dove sono richiesti valori pi? elevati di resistenza alla compressione, anche a diversi livelli di profondit? dello stesso terreno, l? c'? anche un peso maggiore e quindi una maggiore resistenza all'espansione e perci? si forma automaticamente un materiale pi? denso e quindi pi? resistente.

In ogni caso, si pu? aggiungere momentaneamente del peso su una superficie di terreno o su un'opera.

In pratica, la sostanza espansa iniettata ed indurita non sostiene da sola l'opera soprastante, pur contribuendo al raggiungimento di questa finalit?, bens? ? lo stesso terreno di fondazione trattato con il procedimento secondo il trovato che sostiene validamente il peso della costruzione.

Si ? in pratica constatato come il procedimento secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto consente, in modo semplice, rapido, efficace e definitivo, di incrementare la portanza di terreni di fondazione fino a renderli pienamente rispondenti alle esigenze costruttive.

Il procedimento cos? concepito ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per incrementare la portanza di terreni di fondazione per costruzioni edili, caratterizzato dal fatto di consistere nell'eseguire una pluralit? di fori in profondit? nel terreno, distanziati tra loro, e nell1iniettare nel terreno, attraverso detti fori, una sostanza espandente a seguito di una reazione chimica con incremento potenziale di volume almeno uguale a cinque volte il volume della sostanza prima dell'espansione, l'espansione di detta sostanza iniettata nel terreno producendo una compattazione del terreno contiguo.
2. 2. Procedimento, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta sostanza espandente ? costituita da una miscela di schiuma polimerica espandente.
3. 3. Procedimento, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detta schiuma polimerica espandente ? costituita da una schiuma di poliuretano a celle chiuse.
4. 4. Procedimento, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti fori sono eseguiti sostanzialmente in verticale.
5. 5. Procedimento, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti fori sono eseguiti inclinati rispetto alla verticale.
6. 6. Procedimento, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la distanza tra due fori contigui ? sostanzialmente compresa tra 0,5 m e 3 m.
7. 7. Procedimento, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, attraverso detti fori, e lungo tutta la loro profondit? a partire dal basso, viene iniettata, in un'unica fase di iniezione, detta sostanza espandente.
8. 8. Procedimento, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta sostanza espandente viene iniettata, attraverso detti fori, in fasi di iniezione successive in punti e a livelli di profondit? diversi e distanziati tra loro.
9. 9. Procedimento per incrementare la portanza di terreni di fondazione per costruzioni edili, caratterizzato dal fatto di comprendere una o pi? delle caratteristiche descritte e/o illustrate.