ITPD20110353A1 - Dispositivo di perforazione per la messa in opera di pali di fondazione - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DI PERFORAZIONE PER LA MESSA IN OPERA DI PALI

DI FONDAZIONE

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione à ̈ generalmente applicabile nel settore delle costruzioni civili ed edili ed, in particolare, ha per oggetto un dispositivo di perforazione del tipo descritto nel preambolo della rivendicazione 1 ed un metodo per il suo utilizzo.

Stato della Tecnica

È noto che esistono numerosi tipi di pali di fondazione per costruzioni civili ed edili, i quali possono schematicamente essere divisi in due macro categorie: i pali trivellati ed i pali battuti.

La posa in opera dei pali trivellati viene eseguita innanzitutto mediante perforazione del terreno generalmente con un utensile, che può essere una trivella o un cilindro metallico provvisto di denti di scavo, detto secchione. Dopo l’esecuzione del foro, all’interno di quest’ultimo viene inserita l’armatura metallica e successivamente la colata di calcestruzzo. Il foro à ̈ realizzato con asportazione del materiale di scavo, che viene generalmente agevolata dall’apporto di fanghi bentonitici o polimerici. La bentonite à ̈ un minerale argilloso che, opportunamente miscelato con acqua, genera un fango caratterizzato da elevata plasticità e adesione, simile ad un gel, che serve ad agevolare l’uscita dei detriti di scavo ed a sostenere la parete del foro durante e dopo lo scavo, consentendo di migliorare la stabilità della parete e del fondo del foro. Una soluzione similare consiste nella tecnica ad elica continua CFA (Continuous Flight Auger) che utilizza una trivella lunga quanto il palo da realizzare, in modo da portare il materiale di scavo in superficie con la sola rotazione.

Uno svantaggio evidente delle soluzioni sin qui descritte risiede nel fatto che la solidità e la stabilità sia della parete laterale che deve supportare le spinte trasversali del palo sia del fondo che deve sorreggere le spinte assiali à ̈ lasciata solo all’effetto dei fanghi bentonitici. Inoltre, la modalità di esecuzione del foro non assicura un elevato attrito delle pareti del foro sul palo, riducendo la capacità di supporto del palo stesso. Un ulteriore svantaggio risiede nella necessità di trasportare in cantiere la bentonite di apporto per eseguire il foro e successivamente di recuperarla, generalmente in modo poco agevole, dopo che la gettata di calcestruzzo viene eseguita e la maggior parte della bentonite apportata fuoriesce dal foro. La difficoltà del recupero della bentonite à ̈ particolarmente evidente in cantieri di ridotte dimensioni per il limitato spazio di lavoro dei mezzi di movimentazione. Inoltre, il recupero non à ̈ generalmente completo, con conseguenti problemi di scarsa pulizia del cantiere.

Una soluzione simile alla precedente utilizza per l’esecuzione del foro un tubo o camicia di trivellazione. In questo caso dopo aver eseguito il foro la colata di calcestruzzo viene effettuata all’interno del tubo, che viene sfilato successivamente.

Questo modo di procedere presenta lo svantaggio che, dopo l’estrazione del tubo di trivellazione, il terreno circostante tende a riempiere lo spazio vuoto lasciato, riducendo la compattezza nelle zone circostanti. Inoltre, l’attrito tra il palo ed il terreno circostante può risultare particolarmente ridotto, limitando la tenuta del palo.

La seconda macro categoria nota à ̈ quella dei pali battuti. In questo caso il foro viene praticato per mezzo di ripetuti colpi di un maglio che compie un moto oscillatorio colpendo il terreno con una testa atta a penetrare progressivamente nel terreno. In questo modo il terreno viene spinto e compresso lateralmente e viene eseguito il foro, il quale viene successivamente riempito con calcestruzzo semplice o armato. Una variante consiste nel battere nel terreno non un maglio destinato ad essere rimosso dal terreno, ma il palo stesso. In questo caso il palo dovrà avere forma e resistenza tali da essere conficcato nel terreno mediante ripetuti colpi.

Uno svantaggio di questo tipo di pali consiste nel notevole rumore che viene generato dai colpi e che si propaga nel cantiere e nelle zone limitrofe. Inoltre, attraverso il terreno anche le vibrazioni generate possono propagarsi alle strutture nelle vicinanze, con conseguenti possibili danni e disturbo. Per questi motivi, l’uso di questo tipo di pali à ̈ sconsigliabile nei cantieri situati nei centri urbani o con altri edifici nelle vicinanze.

Presentazione dell'invenzione

Uno scopo primario del presente trovato à ̈ quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati, realizzando un dispositivo di perforazione che permetta di porre in opera pali di fondazione in modo pratico e sicuro. Uno scopo particolare à ̈ quello di realizzare un dispositivo di perforazione che permetta di ottenere fori con pareti solide e compatte, ed in grado di esercitare un’elevata azione di attrito sul palo.

Un ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo di perforazione ed un metodo di messa in opera di un palo di fondazione che permettano di posare il palo su un fondo stabile ed in grado di supportare anche elevati carichi assiali.

Un altro scopo particolare à ̈ quello di realizzare un dispositivo ed un metodo che permettano di evitare l’apporto di bentonite od altri materiali similari durante l’esecuzione del foro, consentendo di agevolare le operazioni di cantiere e di eliminare il difficoltoso recupero della bentonite stessa.

Un ulteriore scopo particolare à ̈ quello di realizzare un dispositivo ed un metodo che non producano elevato rumore o fastidiose vibrazioni nel cantiere e nelle zone circostanti.

Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di poter essere utilizzato con qualunque tipologia di terreno.

Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di essere a tenuta all'acqua, potendo così essere efficacemente utilizzati anche in terreni sabbiosi in presenza di acqua e per l'esecuzione di fori di profondità elevata, anche superiore a 10 m senza avere infiltrazioni di acqua nella camicia.

Questi scopi, nonché altri che meglio appariranno nel seguito, sono raggiunti, in accordo con la rivendicazione 1, da un dispositivo di perforazione per l’esecuzione di un foro utilizzabile in modo particolare per la messa in opera di un palo di fondazione, e comprendente un utensile di scavo destinato a rimanere sul fondo del foro dopo la messa in opera del palo.

Grazie a questa particolare configurazione sarà possibile mettere in opera pali di fondazione particolarmente resistenti anche a carichi elevati.

Preferibilmente l’utensile di scavo potrà comprendere una parete di movimentazione del terreno avente forma arcuata in direzione sostanzialmente radiale rispetto ad asse longitudinale di rotazione dell’utensile stesso in modo da spostare e compattare il terreno in corrispondenza del bordo esterno dell’utensile durante la perforazione. Grazie a questa particolare configurazione sarà possibile mettere in opera pali di fondazione stabili senza l’utilizzo di fanghi bentonitici

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche del nuovo dispositivo di perforazione per la messa in opera di pali di fondazione saranno meglio chiarite dalla seguente descrizione con riferimento alle tavole di disegno, allegate a titolo di esempio non limitativo.

La FIG. 1 rappresenta una vista prospettica del dispositivo in una prima soluzione realizzativa.

la FIG.2 rappresenta una vista in pianta di un lato dell'utensile di scavo 2, mentre la FIG. 3 rappresenta una vista del lato opposto dell'utensile di scavo 2.

La FIG.4 rappresenta una vista prospettica del dispositivo in una seconda soluzione realizzativa.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferita

Il dispositivo viene descritto con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza del trovato e non costituiscono alcuna limitazione all'ambito di tutela rivendicato.

Il dispositivo di perforazione secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, può essere utilizzato per l’esecuzione di fori e risulta particolarmente adatto per la messa in opera di pali di fondazione in cantieri di opere civili ed edili, con qualunque tipo di terreno.

Il dispositivo trova particolare applicazione per la messa in opera di pali di fondazione in terreni sabbiosi e in presenza di acqua.

Una caratteristica peculiare del trovato consiste nel fatto che il dispositivo 1 comprende un utensile di scavo 2 destinato a rimanere sul fondo del foro dopo la messa in opera del palo. Più in dettaglio, l’utensile di scavo 2 potrà comprendere una piastra 3 sostanzialmente piana atta a supportare il palo quando quest’ultimo à ̈ messo in opera. Poiché la piastra piana 3 rimane sul fondo del foro anche dopo che il palo à ̈ ultimato, parte dei carichi assiali agenti sul palo stesso si scaricano sulla piastra, la quale viene a creare una zona di appoggio particolarmente stabile anche sotto carico. Questa caratteristica apporta un netto miglioramento rispetto alle estremità irregolari che in genere presentano i pali di fondazione ottenuti mediante gettata di calcestruzzo.

Il dispositivo di perforazione 1 potrà comprendere un elemento allungato 4 atto ad essere inserito progressivamente nel foro durante l’esecuzione dello scavo. Durante la perforazione l’elemento allungato 4 potrà essere messo in rotazione attorno un asse longitudinale L. Il dispositivo 1 potrà comprendere, inoltre, mezzi 5 di vincolo selettivo e di trasmissione della rotazione tra l’utensile di scavo 2 e l’elemento allungato 4. In questo modo durante la perforazione sia l’elemento allungato 4 sia l’utensile di scavo 2 eseguono un moto composto da una traslazione di avanzamento mano a mano che il foro viene aperto e da un moto rotatorio. Ultimata la perforazione, i mezzi di vincolo selettivo 5 permettono la separazione dell’elemento allungato 4 dall’utensile di scavo 2 che viene lasciato sul fondo del foro.

In una forma preferita di realizzazione, l’elemento allungato 4 potrà essere un tubo cavo o camicia 6 avente diametro esterno sostanzialmente uguale al diametro del foro da eseguire.

Detta camicia 3 a sua volta può comprendere, sulla sua superficie tubolare esterna, una o più eliche o lame elicoidali comunque distribuite su tutta la lunghezza della camicia 6 stessa. La forma di dette lame à ̈ funzione del tipo di terreno in cui eseguire lo scavo.

I mezzi di vincolo e trasmissione 5 potranno comprendere una porzione o parete tubolare 10 solidale a detta piastra 3, sul lato rivolto verso detto tubo 6, atta ad inserirsi nell'estremità aperta 61 di detta camicia 6.

A tale scopo, detta parete tubolare 10 ha diametro esterno sostanzialmente uguale al diametro interno della camicia 6, in modo che l’utensile di scavo 2 rimanga vincolato alla camicia 6 durante la perforazione.

Detta parete tubolare 10, durante lo scavo, risulta quindi in asse a detta camicia 6, mentre detta piastra 3 Ã ̈ preferibilmente di forma sostanzialmente circolare ed eccentrica rispetto a detta parte tubolare 10 e, di conseguenza, anche rispetto all'asse di rotazione L.

L’utensile di scavo 2 potrà comprendere almeno una parete di movimentazione 7 del terreno, vincolata a detta piastra 3 ed emergente da essa, preferibilmente ortogonalmente, dalla parte opposta a detta camicia Detta parete di movimentazione 7 à ̈ disposta radialmente rispetto all’asse longitudinale L di rotazione e ha forma sostanzialmente arcuata. Questa conformazione, unita alla rotazione dell’utensile di scavo 2, risulta particolarmente vantaggiosa per spostare il terreno in corrispondenza del bordo esterno della piastra piana 3. Inoltre, poiché il terreno viene spostato radialmente e non asportato dal foro, si ottiene il vantaggioso effetto di compattare le zone adiacenti al palo, rendendo quest’ultimo particolarmente stabile ed incrementando l’attrito tra il palo ed il terreno circostante.

Come illustrato negli allegati disegni, la parete di movimentazione 7 à ̈ solidale a detta piastra 3, sul lato opposto a detta camicia 6, potrà essere delimitata da un primo lato sostanzialmente rettilineo 8 e posizionato in prossimità dell’asse longitudinale L di rotazione, da un secondo lato sostanzialmente rettilineo 8’ in prossimità del bordo esterno della piastra piana 3, da un primo lato curvo 8’’ vincolato sulla piastra piana 3 e da un secondo lato curvo 8’’’ libero.

Detto primo lato 8 della parete di movimentazione 7 Ã ̈ vincolato e solidale ad almeno un setto o nervatura 71 di irrigidimento della parete 7 stessa. La forma di detta parete di movimentazione 7 dipende dal tipo di terreno in cui dev'essere eseguito il foro.

L’utensile di scavo 2 potrà comprendere almeno una parete o aletta 9 sporgente o parzialmente sporgente dalla piastra piana 3 in direzione radiale rispetto all’asse longitudinale L di rotazione, vincolata a detta piastra 3 e a detta parete di movimentazione 7, ed eventualmente sostenuta e irrigidita da un'ulteriore nervatura tra detta aletta 9 e detta piastra 3.

Detta aletta 9 à ̈ destinata ad interagire con il terreno durante la perforazione, à ̈ preferibilmente disposta inclinata rispetto a detta piastra 3, e potrà presentare una curvatura con concavità rivolta verso la piastra 3. Detta aletta 9 comprende preferibilmente il bordo esterno 91 assottigliato per facilitare lo scavo.

In questo modo, l’interazione tra l'aletta 9 ed il terreno genera sull’utensile di scavo 2 una spinta assiale verso il fondo del foro consentendo l’avanzamento dell’utensile 2. Nello stesso tempo, l'aletta 9 spinge verso l’alto il terreno spostato radialmente dalla parete di movimentazione 7 e contribuisce a comprimerlo e compattarlo attorno alla camicia 6, rendendo il palo più stabile e resistente al carico. La particolare combinazione di spostamento laterale e compattazione del terreno e la presenza della camicia 6 rende superfluo l’uso della bentonite durante l’esecuzione del foro, con indubbi vantaggi di pulizia e gestione operativa del cantiere.

Detto utensile di scavo 2 à ̈ particolarmente conformato per l'utilizzo in terreni sabbiosi dove si riscontra la presenza di acqua anche a ridotte profondità.

Inoltre, detto dispositivo di scavo 2 à ̈ adatto per la realizzazione di fori di profondità maggiore di 10 m, che richiedono maggiori tempi di esecuzione, per cui dovrebbe essere garantita la tenuta all'acqua che tende ad infiltrarsi tra il dispositivo di scavo 2 e la camicia 6.

A tale scopo, detto dispositivo di scavo 2 comprende almeno una guarnizione 13 anulare solidale a detta piastra 3 dalla parte della camicia 6, ad esempio avvolgente detta parete tubolare 10 e atta ad essere interposta tra detta parete tubolare 10, detta piastra 3 e detta estremità aperta 61 della camicia 6, per garantire la tenuta all'acqua.

Detti mezzi di vincolo e trasmissione 5 di detta camicia 6 su detto dispositivo di scavo 2 potranno comprendere almeno una sede o scanalatura assiale 11 posizionata su detta estremità aperta 61 della camicia 6 ed almeno un dente 12 solidale all’utensile di scavo 2 di forma sostanzialmente complementare a detta sede o scanalatura assiale 11. In questo modo il moto di rotazione può essere trasmesso dalla camicia 6 all’utensile di scavo 2 durante la perforazione e, nello stesso tempo, la camicia 6 può essere facilmente separato dall’utensile di scavo 2 mediante spostamento assiale, nel verso di allontanamento dal dispositivo di scavo 2.

Nella soluzione preferita, rappresentata nelle figure 1, 2 e 3, detto dente 12 à ̈ solidale a detta piastra 3 dalla parte opposta a detta camicia 6 e sporge oltre il bordo della piastra 3 per l'impegno di detta sede o scanalatura 11, ad esempio ricavata su una forcella 111 solidale all'estremità 61 di detta camicia 6.

In alternativa, come da figura 4,detto dente 12 à ̈ convenientemente vincolato a detta piastra 3 sul lato della piastra 3 rivolto verso la camicia 6, e dove detta sede o scanalatura 11 à ̈ ricavata sul bordo di detta estremità 61 della camicia 6.

Nel seguito viene descritto un metodo per la messa in opera di un palo di fondazione mediante un dispositivo di perforazione 1 secondo il trovato. Il metodo comprende una prima fase a. di esecuzione di un foro mediante rotazione della camicia 6 e dell’utensile di scavo 2; come descritto, grazie alla particolare conformazione dell’utensile di scavo 2, il terreno viene spostato e compattato lateralmente alla camicia 6 durante l’esecuzione del foro senza che ci sia asportazione del terreno in superficie. È prevista una seconda fase b. di deposizione di calcestruzzo o materiale similare internamente alla camicia a partire dalla piastra piana 3 posta in prossimità del fondo del foro; opportunamente, prima di eseguire la gettata di calcestruzzo sarà possibile inserire un’armatura metallica di forma opportuna all’interno della camicia 2. In una terza fase c. la camicia 6 viene estratto mediante un moto di traslazione longitudinale, mentre l’utensile di scavo 2 viene lasciato in fondo al foro, in modo da garantire un’elevata stabilità grazie alla piastra piana 3 sulla quale grava parte del carico assiale del palo. L’estrazione della camicia 6 non comporta una perdita di compattezza del terreno e di attrito tra palo e terreno, poiché il terreno era stato preventivamente compresso durante l’esecuzione del foro.

Da quanto sopra descritto, appare evidente che il dispositivo secondo il trovato raggiunge gli scopi prefissati ed in particolare permette di ottenere pali di fondazione particolarmente stabili e con operazioni di messa in opera semplificate.

Queste sono le modalità schematiche sufficienti alla persona esperta per realizzare il trovato, di conseguenza, in concreta applicazione potranno esservi delle varianti senza pregiudizio alla sostanza del concetto innovativo.

Pertanto con riferimento alla descrizione che precede si esprimono le seguenti rivendicazioni.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Un dispositivo di perforazione per l’esecuzione di un foro particolarmente per la formazione e/o messa in opera di un palo di fondazione, caratterizzato dal fatto di comprende un utensile di scavo (2) destinato a rimanere sul fondo del foro dopo la messa in opera del palo.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto utensile di scavo (2) comprende una piastra sostanzialmente piana (3) atta a supportare il palo con quest’ultimo messo in opera.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazioni 1, 2, caratterizzato dal fatto di comprendere un tubo cavo o camicia (6) atta ad essere inserita nel foro con rotazione attorno un asse longitudinale (L) durante l’esecuzione dello scavo e mezzi (5) di vincolo selettivo e di trasmissione della rotazione tra detto utensile di scavo (2) e detta camicia (6), e dove detta camicia (6) ha diametro esterno sostanzialmente uguale al diametro del foro da eseguire.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazioni 1, 2, 3, caratterizzato dal fatto che detto utensile di scavo (2) comprende: - almeno una parete di movimentazione (7) del terreno solidale a detta piastra (3) ed emergente da essa dalla parte opposta a detta camicia (6), detta parete di movimentazione (7) essendo disposta radialmente rispetto a detto asse longitudinale (L) di rotazione e avente forma sostanzialmente arcuata, per spostare e compattare il terreno verso il bordo esterno di detta piastra piana (3); - almeno una parete o aletta (9) solidale a detta piastra (3) e a detta parete di movimentazione (7), almeno parzialmente sporgente da detta piastra piana (3) in direzione radiale rispetto all’asse longitudinale di rotazione (L) e disposta inclinata rispetto a detta piastra (3), per generare una spinta assiale verso il fondo del foro e spingere verso l’alto il terreno spostato.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta parete di movimentazione (7) à ̈ delimitata da un primo lato sostanzialmente rettilineo (8) in prossimità dell’asse longitudinale di rotazione (L), da un secondo lato sostanzialmente rettilineo (8’) in prossimità del bordo esterno di detta piastra (3), da un primo lato curvo (8’’) vincolato su detta piastra (3) e da un secondo lato curvo (8’’’) libero.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta aletta (9) à ̈ sostanzialmente curva, con concavità rivolta verso la piastra (3), per consentire l’avanzamento di detto utensile di scavo (2) e contribuire alla compattazione del terreno attorno alla camicia (6).
7. 7. Dispositivo secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di vincolo e trasmissione (5) comprendono una porzione tubolare (10) avente diametro esterno sostanzialmente uguale al diametro interno di detta camicia (6), per consentire il vincolo tra detto utensile di scavo (2) e detta camicia (6) durante la perforazione.
8. 8. Dispositivo secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di scavo (2) comprende almeno una guarnizione (13) anulare solidale a detta piastra (3) dalla parte della camicia (6), avvolgente detta parete tubolare (10) e atta ad essere interposta tra detta parete tubolare (10), detta piastra (3) e detta estremità aperta (61) della camicia (6), per la tenuta all'acqua.
9. 9. Dispositivo secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di vincolo e trasmissione (5) comprendono almeno una sede o scanalatura assiale (11) posizionata in corrispondenza o in prossimità di detta estremità (61) di detta camicia (6) e almeno un dente (12) solidale a detto utensile di scavo (2) di forma sostanzialmente complementare a detta sede o scanalatura assiale (11) per trasmettere la rotazione, detto dente (12) essendo posizionato su detta piastra (3) dalla parte della camicia (6) o dalla parte opposta, e dove detto dente (12) si impegna/disimpegna mediante spostamento assiale della camicia (6).
10. 10. Metodo per la messa in opera di un palo di fondazione mediante un dispositivo (1) di perforazione secondo una o più rivendicazioni precedenti, comprendente le seguenti fasi: a. esecuzione di un foro mediante rotazione di detta camicia (6) e di detto utensile di scavo (2), senza asportazione del terreno; b. deposizione di calcestruzzo o similare internamente a detta camicia (6) a partire da detta piastra piana (3) di detto utensile di scavo (2); c. estrazione di detta camicia (6) e abbandono di detto utensile di scavo (2) sul fondo del foro.