ITMI970518A1

ITMI970518A1 - Metodo per la stabilizzazione di ammassi rocciosi e relativo elemento stabilizzatore

Info

Publication number: ITMI970518A1
Application number: IT97MI000518A
Authority: IT
Inventors: Roberto Ferrari
Original assignee: Marcegaglia S P A
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 1998-09-07
Also published as: US5984588A; JPH10252399A; IT1290040B1; EP0863295A1

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo per la stabilizzazione di ammassi rocciosi, nonché il relativo elemento stabilizzatore allo scopo impiegato.

Più in particolare, la presente invenzione riguarda un metodo per la stabilizzazione degli ammassi rocciosi emersi durante la perforazione di gallerie, in corrispondenza della volta o dei fianchi delle medesime.

E’ noto.. che nella costruzione di strade o linee ferroviarie si ricorre sovente alla perforazione del terreno, creando una galleria, nel momento in cui si incontra un ostacolo naturale formato ad esempio da un rilievo montuoso o da uno sperone roccioso. In funzione della natura dei terreni attraversati, le gallerie sono provviste di rivestimenti di vario genere e i cunicoli, appena scavati, vengono armati con sostegni provvisori; per il consolidamento delle gallerie, specie in corrispondenza della volta, è atualmente diffuso il ricorso a elementi tubolari di notevole lunghezza, con testata anteriore chiusa, che vengono inseriti in corrispondenti fori praticati nella roccia per mezzo di specifiche macchine perforatrici. Nei citati elementi tubolari, una volta attestati nei fori, è immesso fluido in pressione; questo intervento determina la deformazione elastica dei tubi, che aderiscono alla parete del foro seguendone il profilo sostanzialmente irregolare.

Questo noto sistema di consolidamento della roccia presenta inconvenienti di rilievo, soprattuto connessi al costo elevato delle attrezzature preposte alla deformazione degli elementi tubolari; tale deformazione, inoltre, risulta obbligatoriamente limitata e richiede quindi l’impiego di notevole quantità di elementi tubolari per consolidare rammasso roccioso. La stessa deformazione elastica degli elementi tubolari riduce l’effetto di resistenza dei medesimi, specie in corrispondenza delle zone maggiormente espanse e il sistema nel suo complesso non è adatto a tutti i tipi di terreno.

Secondo un’altra nota tecnica, il consolidamento è ottenuto con l’impiego di barre in acciaio non trattato che vengono inserite nei fori praticati nella roccia; a fianco delle barre sono disposti due tubi, rispettivamente per riniezione e lo sfiato di malta di consolidamento. Questo sistema presenta Γ inconveniente connesso al peso delle barre, le quali non evidenziano inoltre elevata rigidezza a causa del loro alto peso metrico. Le stesse barre, di conseguenza, entrano a fatica nei fori praticati nella roccia. Da ultimo, questa tecnica comporta obbligatoriamente l’impiego di due tubi, da disporre accanto a ciascuna barra.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti lamentati in precedenza.

Più in particolare, scopo principale dell’invenzione è quello di provvedere un metodo per la stabilizzazione di ammassi rocciosi, specie volte di gallerie, facilmente applicabile e in grado di garantire un efficace e duraturo consolidamento del materiale.

interiore scopo dell’invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori un metodo come sopra definito che non richieda l’impiego di attrezzature complesse e costose, comprendente inoltre mezzi di stabilizzazione, o bulloni, particolarmente resistenti agli sforzi di trazione e rottura.

Questi e altri scopi ancora vengono raggiunti dal metodo per la stabilizzazione di ammassi rocciosi della presente invenzione che, applicabile in particolare al consolidamento di volte o fianchi di gallerie in escavatone, comprende l’impiego di un bullone ad asta cava ad alta resistenza avente estremità superiore aperta almeno in corrispondenza del fronte interno di un foro praticato in una parete rocciosa o comunque consolidata, e contrapposta estremità accoppiata a una testata formante il punto di alimentazione per il materiale di consolidamento che viene iniettato in pressione nel bullone medesimo, il diametro esterno di detto ultimo essendo inferiore di una quota compresa tra 20 e 50 mm rispetto al diametro massimo di detto foro.

I mezzi impiegati nella stabilizzazione secondo detto metodo si caratterizzano fondamentalmente per il fatto di presentare un corpo metallico tubolare di qualsiasi dimensione e/o sezione provvisto, lungo la superficie esterna, di almeno un elemento spiraliforme a sviluppo conico, con spire tra loro distanziate o accostate aventi diametro crescente dall’alto verso il basso rispetto al bullone medesimo.

L’invenzione verrà ora descritta in dettaglio con riferimento alle allegate tavole di disegni che ne rappresentano una forma di esecuzione preferita e non limitativa in cui:

la figura 1 rappresenta schematicamente una vista parzialmente sezionata dell’elemento tubolare impiegato nel metodo per la stabilizzazione di ammassi rocciosi della presente invenzione;

la figura 2 rappresenta schematicamente una sezione trasversale lungo la linea A-A di figura 1 dello stesso elemento tubolare;

la figura 3 rappresenta schematicamente l’elemento tubolare, inserito in un foro praticato nella roccia, riempito di materiale stabilizzante come ad esempio malta;

la figura 4 rappresenta schematicamente Γ elemento tubolare al termine dell’intervento di stabilizzazione, con il materiale stabilizzante disposto internamente all’elemento stesso ed esternamente nella cavità definita dal foro praticato nella roccia;

la figura 5 rappresenta schematicamente una forma alternativa di esecuzione dell’elemento tubolare, con superficie esterna provvista di un passo d’elica.

Con riferimento alle citate figure, l’elemento tubolare utilizzato nel metodo di stabilizzazione della presente invenzione, nel seguito definito bullone ad asta cava, è costituito da un corpo cavo 10 in forma di tubo a sviluppo rettilineo, di sezione preferibilmente circolare, ottenuto in acciaio da tempra o bonifica, preferibilmente del tipo C1D, 20MNB5, 22MNB5, con le seguenti caratteristiche meccaniche:

Rt = 900/1700 N/mm ; Rs = 700/1500 N / mm ; Al. = 7-11%.

Detto corpo 10 presenta estensione longitudinale compresa tra 1500 e 12000 mm, diametro esterno compreso fra 16 e 60 mm e spessore compreso tra 1,2 e 8 mm. La parte estrema inferiore del bullone 10 è accoppiata a una testata di bloccaggio 12, del tipo in sé noto, costituita da un anello conico 14, da un manicotto 16 e da una piastra metallica 18. Alla superficie esterna del bullone ad asta cava 10, nella sua parte medianosuperiore, è vincolato un elemento spiraliforme a sviluppo conico 20, con la funzione di trattenitore-centratore del bullone stesso nel fòro 22 praticato nella roccia; detto elemento 20 è di preferenza formato da spire leggermente distanziate tra loro ed è reso solidale al bullone 10 mediante saldatura effettuata in corrispondenza della sua parte superiore 24 a diametro minore. Un ulteriore elemento spiraliforme a sviluppo conico, indicato con 26, è vantaggiosamente vincolato, con analoga saldatura, alla parte inferiore del bullone 10; detto elemento 26, in cui le spire sono di preferenza sviluppate l’una a contatto dell’altra, definisce nel complesso una molla che trattiene il bullone 10 nel foro 22 e, contemporaneamente, permette lo sfiato deH’aria nel momento in cui è immesso il materiale stabilizzante nel foro stesso.

Nella roccia schematizzata con 28 è praticato il fòro 22, avente, rispetto al bullone 10, un diametro maggiore di circa 20-50mm. Il foro 22, realizzato con macchine perforatrici del tipo in sé noto, si sviluppa nella roccia 28 per un estensione inferiore rispetto alla lunghezza del bullone 10, in modo che quest’ultimo sporga da detto foro con la propria estremità inferiore filettata sulla quale è vincolata la testata di bloccaggio 12. Il bullone 10 può essere inserito nel foro 22 per mezzo di noti caricatori meccanici, ovvero con operazione manuale. Gli elementi spiraliformi 20 e 26, solidali alla superficie esterna di detto bullone, costituiscono altrettanti mezzi di centratura iniziale all’atto del suo inserimento nel foro 22, e ne permettono inoltre la stabilizzazione temporanea in sede, prima dell’immissione del materiale di consolidamento, aggrappandosi alla parete rocciosa con la loro parte più allargata che impedisce lo sfilamento. A seguito di tale inserimento calibrato, il bullone 10 resta esposto dal foro 22 con la propria estremità inferiore filettata, alla quale è vincolata la testata di bloccaggio 12; la piastra 18 della testata stessa si appoggia alla parte rocciosa che delimita perimetralmente detto foro.

Al fine di consentire l’agevole accoppiamento della testata di bloccaggio 12 al bullone 10 è previsto che quest’ultimo sporga dal foro 22 per una quota indicativamente compresa fra 10 e 70mm. 11 collegamento fra testata 12 ed estremità inferiore esposta del bullone 10 si ottiene avvitando il manicotto 16 prima dell’anello conico 14, la cui superficie interna che perviene a contato con il bullone 10 è , di preferenza, seghetata per una più efficace adesione e tenuta. L’estremità inferiore del bullone 10, indicata con 10’, sporge dalla testata 12 a esso accoppiata per una quota minima è sufficiente realizzare il collegamento a un convenzionale inietore (non rappresentato) di materiale di consolidamento, ad esempio malta, boiacca cementizia e/o tixotropica. Deto materiale, schematizzato con 30 alle figure 3 e 4, si distribuisce uniformemente lungo la cavità definita dal bullone 10, fuoriesce dal medesimo attraverso F estremità superiore aperta e ricade esternamente riempiendo il foro 22. Alla figura 3 è esemplificativamente raffigurata la condizione nella quale il materiale di consolidamento 30 ha riempito per intero il bullone 10 e fuoriesce superiormente dallo stesso per distribuirsi lungo il foro 22. La figura 4, invece, illustra la condizione che si realizza ad intervento ultimato: il materiale 30, fuoriuscito dall’estremità superiore del bullone 10, ha completamente invaso e riempito la cavità compresa tra la superficie esterna del bullone stesso e la parete del foro 22.

Nel corso dell’iniezione del materiale di consolidamento 30, che avviene di preferenza a una pressione compresa tra 5 e 50 bar, l’elemento spiraliforme superiore 20 mantiene centrato ed in posizione il bullone 10, mentre l’elemento spiraliforme inferiore 26, oltre a effettuare un’analoga funzione aggiuntiva alla precedente, permete l’adeguato sfiato dell’aria, impedendo nel contempo che quantitativi rilevanti di materiale 30 si riversino e fuoriescano dal fronte esposto, in corrispondenza della piastra 18. Ultimata l’iniezione di materiale 30, la testata di bloccaggio 12 viene manualmente rimossa.

E’ vantaggiosamente previsto che la superficie esterna del bullone 10 possa presentare risalti di qualsivoglia forma e sviluppo, costituiti da esempio da una filetatura continua o interrotta, per migliorare l’adesione del materiale di consolidamento 30, quest’ultimo eventualmente costituito da resine del tipo per iniezione. Detti risalti, come schematizzato esemplificativamente a figura 5, possono essere vantaggiosamente costituiti da un passo d’elica 32, ricavato per rullatura del bullone 10; in questo caso la rullatura, oltre a creare un’aderenza migliorata, permette Fawitamento degli elementi spiraliformi 20, 26 e della testata di bloccaggio 12.

Come si può rilevare da quanto precede sono evidenti i vantaggi che l’invenzione consegue.

11 metodo della presente invenzione permette l’efficace e agevole consolidamento e stabilizzazione di ammassi rocciosi senza richiedere l’impiego di tecnologie complesse e attrezzature costose.

Particolarmente vantaggiosa risulta la possibilità di ottenere detti consolidamento e stabilizzazione senza il ricorso a modifiche strutturali dei bulloni in fase di loro applicazione. Inoltre, detto metodo garantisce il completo riempimento del foro, in quanto il materiale di consolidamento scende in esso per caduta a partire dall’estremità superiore che corrisponde alla bocca di uscita del bullone 10; nel momento in cui il materiale di consolidamento fuoriesce dal fronte opposto, corrispondente alla piastra 18, si ha la certezza che il riempimento del foro è completato.

L’impiego di specifici materiali, come ad esempio quelli sopra indicati, con trattamenti di bonifica o tempra per la realizzazione di detti bulloni, ne garantisce l’ottimale resistenza agli sforzi di compressione e/o trazione. L’invenzione, così come sopra descritta e più avanti rivendicata, è stata tuttavia proposta a puro titolo esemplificativo, intendendosi che la stessa potrà essere suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte peraltro rientranti nell’ambito del concetto inventivo.

Ad esempio, gii elementi a sviluppo spiraliforme vincolati al bullone impiegato nel metodo di stabilizzazione potranno presentare configurazione, numero, sviluppo e/o dislocazione diversi rispetto a quanto esemplificativamente descritto e illustrato.

La superficie esterna di detti bulloni, inoltre, potrà presentare risalti o appendici di qualsjasi forma, sviluppo e sezione, o aperture radiali estese o circoscritte in predeterminate zone per dar luogo alla fuoriuscita del materiale di consolidamento in più punti.

Da ultimo, il metodo della presente invenzione, benché riferito in particolare alla stabilizzazione di ammassi rocciosi e più specificatamente al consolidamento delle volte o pareti di gallerie, potrà essere impiegato, con l’opportuno dimensionamento dei bulloni ad asta cava e/o l’utilizzo di idonei materiali di riempimento, anche per interventi in altri ambiti, come ad esempio per fa stabilizzazione di strutture portanti, terreni e fondazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la stabilizzazione di ammassi rocciosi, specie volte o fianchi di gallerie in escavatone, comprendente l’impiego di un bullone ad asta cava (10) avente estremità superiore aperta almeno in corrispondenza del fronte interno di un foro (22) praticato in una parete rocciosa (28) o comunque consolidata, e contrapposta estremità accoppiata a una testata (12) formante il punto di alimentazione di materiale di consolidamento (30) iniettato in pressione nel bullone medesimo, il diametro esterno di detto ultimo essendo inferiore di una quota compresa fra 20 e 50mm rispetto al diametro massimo del foro (22).
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto materiale di consolidamento (30), immesso a partire dalla testata (12) a una pressione compresa tra 5 e 50 bar, si distribuisce all’interno del bullone (10) ed esternamente al medesimo riempiendo Ja cavità definita dalla parete del foro (22).
3. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti, in cui il diametro del foro (22) praticato nella parete rocciosa (28) o comunque consolidata è maggiore di almeno 18mm rispetto al diametro esterno del bullone (10).
4. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti, in cui l’estensione longitudinale del foro (22) è inferiore di almeno 20mm rispetto alla lunghezza del bullone (10).
5. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti, in cui il materiale di consolidamento (30) è costituito da malta, boiacca cementizia e/o tixotropica o resina.
6 Bullone (10) impiegato nel metodo per la stabilizzazione di ammassi rocciosi di cui alle rivendicazioni precedenti, comprendente un corpo tubolare metallico di qualsiasi dimensione e/o sezione provvisto, lungo la propria superficie esterna, di almeno un elemento spiraliforme a sviluppo conico (20) e/o (26), con spire tra loro distanziate o accostate aventi diametro crescente dall’alto verso il basso rispetto al bullone medesimo.
7. Bullone (10) secondo la rivendicazione 6, in cui l’elemento o elementi a sviluppo conico spiraliforme (20), (26) sono resi solidali alla superficie esterna del bullone stesso mediante saldatura formata in corrispondenza della o delle spire a diametro minore.
8. Bullone (10) secondo le rivendicazioni 6 e 7, in cui lo spessore della parete è compreso fra 3 e 5mm.
9. Bullone (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale è costituito da acciaio da tempra o bonifica, preferibilmente del tipo C1D, 20MNB5, 22MNB5, con caratteristiche meccaniche di RI = 900/1700 N/ran ; Rs = 700/1500 N / mm ; Al. = 7-11%. sottoposto a trattamenti di tempra e rinvenimento,
10. Bullone (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie esterna è provvista di appendici o risalti e/o di filettatura continua o discontinua,
11. Bullone (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui sulla superficie esterna è formato per rullatura un passo d’elica (32).
12. Bullone (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui l’estremità inferiore (10’) è provvista di filettatura per l’accoppiamento di detta testata (12) collegata a un alimentatore del materiale (30) di consolidamento.
13. Bullone secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui l’estensione longitudinale è compresa tra 1500 e 12000 mm, il diametro esterno tra 16 e 60 mm e lo spessore tra 1,2 e 8 mm.