ITRE20070014A1 - METHOD OF LOCAL SEISMIC PROTECTION OF MANUFACTURING AREAS AND / OR MANUFACTURED TO THE FOUNDATIONS AND THE SURROUNDING BUILDINGS. - Google Patents
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- E02D37/00—Repair of damaged foundations or foundation structures
Abstract
Description
Descrizione di una domanda per invenzione industriale dal titolo: Description of an application for industrial invention entitled:
Metodo di protezione sismica locale di aree fabbricabili e/o fabbricate rivolto ai terreni di fondazione e a quelli circostanti le costruzioni. Local seismic protection method of building and / or building areas aimed at the foundation soils and those surrounding the buildings.
La presente invenzione si riferisce ad un metodo di protezione sismica locale destinato a contrastare i potenziali danni derivabili da azioni meccaniche energizzate di eventi sismici su aree fabbricabili e/o fabbricate in genere, in particolare sulle fondazioni e sulle zone circostanti le costruzioni. The present invention refers to a local seismic protection method intended to counteract the potential damages deriving from energized mechanical actions of seismic events on building and / or manufactured areas in general, in particular on foundations and on the areas surrounding the buildings.
E’ noto che quando si manifesta un terremoto l’energia elastica accumulata si libera nel terreno, in parte sotto forma di onde sismiche elastiche che si propagano con velocità variabili in funzione del mezzo attraversato. In particolare durante un evento sismico le onde che si propagano in superficie “S” sono le responsabili dei danni più rilevanti ai fabbricati in genere e sono quelle che devono essere tenute nella maggiore considerazione per le problematiche di sismicità locale. It is known that when an earthquake occurs, the elastic energy accumulated is released in the ground, partly in the form of elastic seismic waves that propagate with varying speeds depending on the medium crossed. In particular, during a seismic event, the waves that propagate on the surface "S" are responsible for the most significant damage to buildings in general and are those that must be taken into greater consideration for local seismicity problems.
Questi effetti di sito rivestono particolare importanza nella fascia verticale di terreno (ad esempio entro i primi 30 m dal piano di calpestio) e particolarmente nelle aree urbane dove, durante i terremoti, i danni maggiori tendono talvolta a concentrarsi in zone dove, ad esempio, marcate eterogeneità strutturali e del sottosuolo favoriscono complessi fenomeni di interferenza delle onde sismiche che possono produrre localmente amplificazioni rilevanti del moto del suolo. These site effects are of particular importance in the vertical strip of land (for example within the first 30 m from the walking surface) and particularly in urban areas where, during earthquakes, the greatest damage sometimes tends to be concentrated in areas where, for example, marked structural and subsoil heterogeneities favor complex phenomena of interference of seismic waves that can locally produce relevant amplifications of the ground motion.
Premesso che la pericolosità sismica viene definita come il probabile livello di scuotimento del suolo associato al verificarsi di un terremoto, per rispondere alle normative vigenti, ogni territorio è stato diviso in categorie di pericolosità secondo un procedimento detto di Macrozonazione sismica; sappiamo però che tale suddivisione non tiene conto dei possibili effetti di amplificazione dovuti al passaggio del moto sismico attraverso gli strati sedimentari più superficiali e quindi può risultare non adeguata a rappresentare situazioni locali, che per loro caratteristiche peculiari possono presentare gradi di pericolosità sismica molto diversi. Ecco allora che si rivela indispensabile riferirsi alla Microzonazione sismica del territorio in cui i valori di pericolosità rispecchiano più rigorosamente le condizioni locali. In questo caso l’analisi della Risposta Sismica Locale costituisce la parte fondamentale delle attività di Microzonazione: essa richiede un approccio di tipo multidisciplinare che integri contributi provenienti dalla sismologia, dalla geofisica, dalla geotecnica e dall’ingegneria strutturale. Given that the seismic hazard is defined as the probable level of ground shaking associated with the occurrence of an earthquake, in order to comply with current regulations, each territory has been divided into hazard categories according to a procedure called seismic macrozonation; however, we know that this subdivision does not take into account the possible amplification effects due to the passage of the seismic motion through the more superficial sedimentary layers and therefore may not be adequate to represent local situations, which due to their peculiar characteristics can present very different degrees of seismic hazard. Hence it is essential to refer to the seismic microzonation of the territory in which the hazard values more strictly reflect the local conditions. In this case, the analysis of the Local Seismic Response constitutes the fundamental part of Microzonation activities: it requires a multidisciplinary approach that integrates contributions from seismology, geophysics, geotechnics and structural engineering.
Su questi presupposti è basato l’oggetto del presente trovato. The object of the present invention is based on these assumptions.
E’ noto che per proteggere i fabbricati in genere dall’azione di sisma, attualmente si adottano varie tecniche di difesa/controllo, prevalentemente applicate alle strutture dei fabbricati. Questi interventi sono progettati assumendo passivamente “il contesto terreno” nel suo grado di pericolosità sismica e concentrando prevalentemente l’attenzione sulle strutture dei fabbricati. It is known that to protect buildings in general from earthquake action, various defense / control techniques are currently adopted, mainly applied to building structures. These interventions are designed by passively assuming "the earthly context" in its degree of seismic hazard and focusing mainly on the structures of the buildings.
Esistono dunque diverse tipologie di intervento sulle strutture in appoggio. Quelle di tipo attivo (più complesse ed onerose) esercitano forze dinamiche contrarie all’azione del sisma durante la manifestazione dell’evento, mentre quelle a controllo passivo (più recenti) perseguono in alcuni casi effetti di isolamento che prevedono l’interposizione tra le fondazioni e le sovrastrutture di elementi di sconnessione con elevata deformabilità (orizzontale) ed elevata rigidezza assiale (verticale) nell’intento di disaccoppiare il moto del terreno da quello delle strutture fuori terra, alternativamente ad effetti di dissipazione che prevedono l' inserimento nelle strutture dei fabbricati di controventi dissipatori atti ad assorbire loro stessi l’energia del sisma. There are therefore different types of intervention on the supporting structures. Those of the active type (more complex and burdensome) exert dynamic forces contrary to the action of the earthquake during the manifestation of the event, while those with passive control (more recent) in some cases pursue effects of isolation that provide for the interposition between the foundations and the superstructures of disconnection elements with high deformability (horizontal) and high axial stiffness (vertical) in order to decouple the motion of the ground from that of the above-ground structures, alternatively with dissipation effects that require insertion into the structures of the buildings of dissipating braces designed to absorb the energy of the earthquake themselves.
E’ noto poi che è possibile contrastare gli effetti del sisma anche attraverso controlli ibridi, cioè combinazioni di tecniche a controllo attivo e passivo; ne consegue pertanto che in alcuni casi risulta assai complesso ed oneroso progettare e realizzare opere di adeguamento sismico su fabbricati esistenti. It is also known that it is possible to counteract the effects of the earthquake also through hybrid controls, that is, combinations of active and passive control techniques; it therefore follows that in some cases it is very complex and burdensome to design and carry out seismic upgrading works on existing buildings.
Il metodo di protezione sismica secondo la presente invenzione si propone di agire prioritariamente sul terreno sottostante e circostante i fabbricati, con l’obiettivo di raggiungere un miglior livello di risposta sismica locale di quel suolo, modificandone adeguatamente le caratteristiche chimico fisiche. The seismic protection method according to the present invention aims to act primarily on the ground below and surrounding the buildings, with the aim of achieving a better level of local seismic response of that ground, by adequately modifying its chemical and physical characteristics.
Solo successivamente, dopo aver raggiunto una miglior risposta sismica locale, si potrà consegnare ai progettisti delle strutture una base di parametri geotecnici e sismici di progetto per un adeguato e più preciso intervento sugli edifici, a notevole vantaggio della sicurezza e dell’economia delle opere. Only later, after having achieved a better local seismic response, will it be possible to provide the designers of the structures with a base of geotechnical and seismic project parameters for an adequate and more precise intervention on the buildings, to the considerable advantage of the safety and economy of the works.
A questo scopo sappiamo che la propagazione delle onde sismiche superficiali nel terreno avviene in un mezzo eterogeneo secondo modalità dispersive e tenendo conto che, a differenti frequenze, corrispondono velocità di fase diverse; in particolare la dispersione geometrica, in opposizione alla dispersione intrinseca dei materiali, dipende dalle geometrie (spessori) degli strati attraversati. Infatti, in un terreno non omogeneo o stratificato avente proprietà meccaniche variabili, l’eterogeneità si riflette anche sulla propagazione delle onde superficiali. For this purpose we know that the propagation of surface seismic waves in the ground occurs in a heterogeneous medium according to dispersive methods and taking into account that, at different frequencies, different phase speeds correspond; in particular the geometric dispersion, as opposed to the intrinsic dispersion of the materials, depends on the geometries (thicknesses) of the crossed layers. In fact, in a non-homogeneous or stratified soil with variable mechanical properties, the heterogeneity is also reflected in the propagation of surface waves.
Differenti lunghezze d’onda, pertinenti a diverse profondità, coinvolgono materiali con disuguali proprietà meccaniche, e si propagano secondo velocità di fase dipendenti dalle proprietà meccaniche (moduli elastici). Ne consegue che le onde superficiali sono quelle che con maggior attendibilità restituiscono informazioni precise circa le caratteristiche meccaniche del suolo attraversato perché, come anticipato, non si propagano nei fluidi ma solo nello scheletro solido. E’ per questo motivo che le recenti normative tecniche di progettazione antisismica, in adeguamento agli standard europei e mondiali, oltre ad introdurre nuovi metodi di calcolo, introducono una nuova classificazione dei suoli per la definizione dell’azione sismica di progetto sulla base del parametro Vs30. Quest’ultimo rappresenta la velocità media di propagazione delle onde “S” entro i primi 30 metri di profondità (al di sotto dei piani di fondazione delle costruzioni) ed è funzione dello spessore in metri e della velocità delle onde di taglio dello strato, iesimo per un totale di N strati in cui è suddivisa tale profondità. Different wavelengths, relevant to different depths, involve materials with unequal mechanical properties, and propagate according to phase velocities dependent on the mechanical properties (elastic modules). It follows that the surface waves are the ones that most reliably return precise information about the mechanical characteristics of the soil crossed because, as anticipated, they do not propagate in fluids but only in the solid skeleton. It is for this reason that the recent technical regulations for anti-seismic design, in adaptation to European and world standards, in addition to introducing new calculation methods, introduce a new classification of soils for the definition of the project seismic action on the basis of the Vs30 parameter. . The latter represents the average speed of propagation of the "S" waves within the first 30 meters of depth (below the foundation planes of the buildings) and is a function of the thickness in meters and the speed of the shear waves of the layer, for a total of N layers into which this depth is divided.
Un incremento della misura di Vs30riconduce ad un incremento delle proprietà meccaniche del mezzo attraversato con conseguente aumento della sua rigidezza. Analogamente, una diminuzione del valore di Vs30corrisponderebbe ad una minor rigidezza del mezzo stesso. An increase in the measurement of Vs30 leads to an increase in the mechanical properties of the medium crossed with a consequent increase in its stiffness. Similarly, a decrease in the value of Vs30 would correspond to a lower stiffness of the medium itself.
E’ noto poi che, in particolari condizioni di sollecitazione meccanica dall’ esterno, più un mezzo è meccanicamente rigido maggiormente resiste all’azione dei sismi, fino al limite ultimo della sua resistenza a rottura laddove inevitabilmente collassa. Nell’ipotesi dunque di una qualsivoglia azione antropica sul terreno che favorisca un incremento di velocità delle onde “S”, dette Vs, si riscontrerebbe un aumento della rigidezza del mezzo attraversato, con conseguente miglioramento delle caratteristiche meccaniche del volume di terreno interessato. It is also known that, in particular conditions of mechanical stress from the outside, the more mechanically rigid a vehicle is, the more it resists the action of earthquakes, up to the ultimate limit of its breaking strength where it inevitably collapses. Therefore, in the hypothesis of any anthropogenic action on the ground that favors an increase in the speed of the "S" waves, called Vs, there would be an increase in the stiffness of the medium crossed, with a consequent improvement in the mechanical characteristics of the volume of soil involved.
In alcuni casi dunque, ove risulterà necessario, a fronte di un aumento della rigidezza del mezzo si potrà riscontrare una diminuzione degli effetti sismici potenzialmente dannosi sui fabbricati. In some cases, therefore, where it will prove necessary, in the face of an increase in the rigidity of the vehicle, a decrease in the potentially damaging seismic effects on buildings may be found.
Lo scopo quindi della presente invenzione è quello di proporre un metodo d’intervento antropico non invasivo ed efficace, in grado di operare direttamente non sulle strutture ma nei terreni di fondazione di fabbricati esistenti, nelle aree fabbricabili in genere e nei terreni limitrofi, mediante iniezioni di prodotti anche espandenti tali da modificare le caratteristiche chimico fisiche e, conseguentemente, le proprietà meccaniche dei terreni stessi, favorendo, in modi differenti e personalizzati ai contesti, l’attenuazione degli eventuali fenomeni sismici diretti ai fabbricati. The purpose of the present invention is therefore to propose a non-invasive and effective anthropic intervention method, capable of operating directly not on the structures but on the foundation grounds of existing buildings, in building areas in general and in neighboring lands, by means of injections. also expanding products such as to modify the chemical-physical characteristics and, consequently, the mechanical properties of the land itself, favoring, in different ways and customized to the contexts, the attenuation of any seismic phenomena directed to the buildings.
L’invenzione risolve il problema mediante un metodo di variazione delle caratteristiche fisiche e chimiche e, conseguentemente, delle caratteristiche meccaniche dei terreni di fondazione in genere, che consiste in iniezioni mirate nel terreno di prodotti anche espandenti, efficaci anche in presenza di acqua e/o di umidità, eseguite attraverso appositi tubi di iniezione e indirizzate ad agire sulle porzioni di terreno che richiedono una riduzione del potenziale effetto sismico verso le strutture sovrastanti, con miglioramento della risposta sismica locale. The invention solves the problem by means of a method of variation of the physical and chemical characteristics and, consequently, of the mechanical characteristics of the foundation soils in general, which consists of targeted injections into the soil of even expanding products, effective even in the presence of water and / or humidity, carried out through special injection pipes and directed to act on portions of land that require a reduction of the potential seismic effect towards the structures above, with an improvement in the local seismic response.
Tali porzioni di terreno sono localizzate e monitorate, con cadenze e geometrie prestabilite prima, durante e dopo detti interventi di iniezioni mirate, tramite serie di sorgenti sismiche (energizzatori) e serie di ricevitori (trasduttori) di rilevamento strumentale geofisico connessi con sistemi di acquisizione multicanale (sismografi/accelerometri) e di elaborazione elettronica computerizzata in grado di analizzare e verificare le caratteristiche degli stessi terreni e di stabilire l’entità degli interventi d’iniezione da eseguire per contrastare gli effetti generati dai potenziali fenomeni sismici a livello locale. Ciò al fine di creare nelle stesse porzioni di terreno condizioni di uniformità corrispondenti a quelle presenti nelle zone in cui i fenomeni sismici locali risultano naturalmente attenuanti in modo soddisfacente. These portions of land are localized and monitored, with predetermined cadences and geometries before, during and after said targeted injection interventions, through a series of seismic sources (energizers) and a series of receivers (transducers) for geophysical instrumental detection connected with multi-channel acquisition systems. (seismographs / accelerometers) and computerized electronic processing capable of analyzing and verifying the characteristics of the land itself and establishing the extent of the injection interventions to be performed to counter the effects generated by potential seismic phenomena at the local level. This is in order to create uniformity conditions in the same portions of land corresponding to those present in the areas in which local seismic phenomena are naturally attenuating in a satisfactory way.
Un obiettivo primario dell’invenzione è quello di ottenere una attenuazione degli effetti sismici potenzialmente dannosi sui terreni fabbricabili e sui fabbricati esistenti e zone circostanti, agendo direttamente sul terreno, modificando, con iniezioni mirate di prodotti anche espandenti efficaci anche in presenza di acqua e/o di umidità, le correlazioni pesi/volumi delle diverse fasi: solida, liquida e gassosa, tenendo conto che queste correlazioni possono essere variabili e diverse a seconda dei componenti costituenti i terreni interessati come: torba, argilla, limo, sabbia, ghiaia, roccia, frazioni miste degli stessi o così come classificato dalle recenti normative. A primary objective of the invention is to obtain an attenuation of the potentially harmful seismic effects on building land and existing buildings and surrounding areas, by acting directly on the ground, modifying, with targeted injections of also expanding products that are effective even in the presence of water and / or humidity, the weight / volume correlations of the different phases: solid, liquid and gaseous, taking into account that these correlations can be variable and different depending on the constituent components of the soils involved such as: peat, clay, silt, sand, gravel, rock , mixed fractions of the same or as classified by recent regulations.
Altro scopo del presente metodo, inteso a garantire sia una soddisfacente attenuazione degli effetti sismici, sia una efficace stabilità nel tempo degli interventi effettuati, è quello di eseguire monitoraggi che tengano in considerazione anche la corretta distribuzione dei prodotti iniettati e soprattutto gli effetti da essi indotti nel terreno, al fine di selezionare gli stessi in funzione delle loro più idonee caratteristiche, quali: densità, livello di stabilità dimensionale nel tempo, iterazione con l’umidità o con l’acqua nel tempo, resistenza a taglio, modulo elastico e così via, in funzione delle specifiche applicazioni che risultano essere necessarie in ogni punto d’intervento. Another purpose of this method, intended to ensure both a satisfactory attenuation of the seismic effects, and an effective stability over time of the interventions carried out, is to perform monitoring that also takes into consideration the correct distribution of the injected products and above all the effects induced by them. in the ground, in order to select them according to their most suitable characteristics, such as: density, level of dimensional stability over time, iteration with humidity or water over time, shear strength, elastic modulus and so on , according to the specific applications that are necessary at each intervention point.
A scopo ulteriore di approfondimento, potrà risultare utile integrare la fase di iniezione nel terreno con una tomografia elettrica di superficie o di profondità o con prove quantitative puntuali (CPT) e carotaggi. For further study, it may be useful to integrate the injection phase into the soil with a surface or depth electrical tomography or with precise quantitative tests (CPT) and coring.
Inoltre, grazie ai monitoraggi anche in corso d’opera, è possibile modificare opportunamente sia i parametri d’impianto d’iniezione in cantiere, quali temperature dei prodotti e corretta miscelazione dei formulati utilizzati, che le caratteristiche chimico fisiche e meccaniche in fase di mutazione nel terreno. Furthermore, thanks to monitoring also during construction, it is possible to appropriately modify both the parameters of the injection system on site, such as product temperatures and correct mixing of the formulations used, and the chemical, physical and mechanical characteristics during the mutation phase. in the ground.
Nel perseguire la riduzione/attenuazione degli effettivi potenziali sismici nel terreno e migliorare la risposta sismica locale, si può vantaggiosamente ed economicamente intervenire avvalendosi di un sistema integrato d’azione, con iniezioni mirate, e di controllo diretto in corso d’opera, con rilevamenti geofisici, ed effettuare le opportune modifiche al progetto iniziale in base ai dati costantemente rilevati nel monitoraggio d’insieme, completando e/o correggendo le manchevolezze degli elementi primitivi a disposizione. In pursuing the reduction / attenuation of the actual seismic potentials in the ground and improving the local seismic response, it is possible to advantageously and economically intervene using an integrated action system, with targeted injections, and direct control during construction, with surveys geophysicists, and make the appropriate changes to the initial project based on the data constantly collected in the overall monitoring, completing and / or correcting the shortcomings of the primitive elements available.
Ulteriore scopo consiste nel fatto di utilizzare un metodo di rilievo e di controllo del sistema di iniezione nel terreno, non semplicemente puntuale, ma basato sull’analisi d’insieme e sul confronto incrociato dei principali parametri del terreno in fase di mutazione; ciò si ottiene con un sistema integrato di iniezione e monitoraggio che consente di gestire le diverse fasi dell’intervento: progettazione, esecuzione e convalida finale, attraverso la determinazione della distribuzione nel sottosuolo di precisi parametri geotecnici e della loro variazione nel tempo; il monitoraggio geofisico adottato può raggiungere diversi livelli di restituzione grafica/interpretativa anche a livello tridimensionale (3D) e consente di rilevare le condizioni del terreno in esame, gli effetti indotti dalle iniezioni sullo stesso e la conseguente attenuazione delle onde sismiche, anche al di sotto dell’impronta delle costruzioni, senza dover effettuare opere di scavo o demolizione a scopi ispettivi e diagnostici tradizionali. A further purpose is to use a survey and control method of the injection system in the soil, not simply punctual, but based on the overall analysis and cross-comparison of the main parameters of the soil undergoing mutation; this is achieved with an integrated injection and monitoring system that allows you to manage the different phases of the intervention: design, execution and final validation, by determining the distribution in the subsoil of precise geotechnical parameters and their variation over time; the geophysical monitoring adopted can reach different levels of graphic / interpretative restitution also at a three-dimensional level (3D) and allows to detect the conditions of the soil under examination, the effects induced by the injections on it and the consequent attenuation of the seismic waves, even below of the footprint of the buildings, without having to carry out excavation or demolition works for traditional inspection and diagnostic purposes.
In sostanza, nell’ attenuare gli effetti sismici locali in prossimità dei fabbricati, intervenendo direttamente sul terreno col metodo del presente trovato, è possibile ottenere anche una ottimizzazione significativa dei costi e dei benefici finali definendo vantaggiosamente una precisa microzonazione sismica di quel suolo trattato, modificando adeguatamente e all’occorrenza la relativa risposta sismica locale col conseguimento dei seguenti principali vantaggi: Basically, in attenuating the local seismic effects in the vicinity of the buildings, by intervening directly on the ground with the method of the present invention, it is also possible to obtain a significant optimization of the final costs and benefits by advantageously defining a precise seismic microzonation of that treated soil, modifying adequately and if necessary the relative local seismic response with the achievement of the following main advantages:
- riduzione degli eventuali costi di adeguamento e miglioramento strutturale dei fabbricati; - reduction of any costs of adaptation and structural improvement of buildings;
- aumento effettivo della sicurezza sismica in funzione della relativa risposta sismica locale e conseguente limitazione dei danni previsti dai potenziali terremoti sulle strutture; - effective increase in seismic safety as a function of the relative local seismic response and consequent limitation of the damage foreseen by potential earthquakes on the structures;
- definizione mirata e localizzata dei volumi di terreno su cui risulta necessario intervenire. - targeted and localized definition of the volumes of land on which it is necessary to intervene.
Inoltre, il monitoraggio in corso d’opera degli effetti riscontrati sui volumi di terreno evidenzia anche i seguenti ulteriori vantaggi: In addition, the ongoing monitoring of the effects found on the volumes of land also highlights the following additional advantages:
- definizione mirata dei quantitativi e delle caratteristiche dei prodotti anche espandenti necessari da iniettare; - targeted definition of the quantities and characteristics of the products, including expanding products, required to be injected;
- ottimizzazione dei tempi di intervento. - optimization of intervention times.
L’invenzione viene descritta nel dettaglio secondo un esempio applicativo, non limitativo, con riferimento all’allegato disegno, in cui: The invention is described in detail according to a non-limiting application example, with reference to the attached drawing, in which:
la figura illustra il sistema di iniezione - monitoraggio secondo il trovato, applicato su di un suolo tipo, in prossimità di un fabbricato. the figure illustrates the injection-monitoring system according to the invention, applied on a typical ground, near a building.
Con riferimento alla figura, ed all’ applicazione esemplificativa del trovato ad una costruzione F con fondazione (3), posta su un terreno che, al di sopra di un substrato compatto (1), presenta caratteristiche del suolo (2) (strato 1, strato2) favorevoli ad una amplificazione dei potenziali effetti dei fenomeni sismici verso la stessa costruzione differentemente dagli strati più profondi, l' obbiettivo è quello di monitorare il comportamento del terreno in esame prima, durante e dopo gli interventi di iniezione ed è conseguito attraverso la disposizione nello stesso terreno, in superficie con stendimenti sismici, o in profondità tramite fori di sondaggio verticali (non indicati), di almeno ima serie di elementi sorgenti trasmettitori (6) (energizzatori) di onde elastiche simulate ed almeno una serie allineata di ricevitori (4) (trasduttori) i quali, dopo la generazione controllata di onde sismiche simulate in un determinato punto del terreno, a mezzo di cariche esplosive, cannoncino sismico, mazza battente o simili, ne ricevono Γ arrivo in altri punti geometrici prestabiliti. With reference to the figure, and to the exemplary application of the invention to a construction F with foundation (3), placed on a ground which, above a compact substrate (1), has characteristics of the soil (2) (layer 1, strato2) favorable to an amplification of the potential effects of seismic phenomena towards the same building differently from the deeper layers, the goal is to monitor the behavior of the soil in question before, during and after the injection interventions and is achieved through the arrangement in the same ground, on the surface with seismic spreading, or in depth through vertical boreholes (not indicated), of at least one series of transmitting source elements (6) (energizers) of simulated elastic waves and at least one aligned series of receivers (4 ) (transducers) which, after the controlled generation of simulated seismic waves in a determined point of the ground, by means of explosive charges, cannon s ismic, hammer or similar, they receive Γ arrival at other predetermined geometric points.
Energizzatori e trasduttori sono collegati ad almeno un sistema multicanale di acquisizione dati (5) (sismografo/accelerometro) che rileva i dati misurati al fine di consentire ad almeno un elaboratore elettronico (PC, 7) di risalire a modelli di terreni caratterizzati da una differente velocità di propagazione/accelerazione delle onde elastiche, di individuare le geometrie e la loro distribuzione spaziale, di ricavare con precisione i parametri meccanici significativi che caratterizzano il mezzo attraversato. Il numero delle misure degli elementi trasmettitori e ricevitori (4) è sempre più elevato in funzione del necessario livello di precisione da raggiungere. Le varie combinazioni di misure effettuate, così come la disposizione geometrica degli elementi di monitoraggio sono poi scelte in modo da garantire una copertura specifica del volume di terreno in esame e della struttura in appoggio. Le tecniche operative di rilevamento possono essere diverse in funzione del livello di precisione richiesto; si può infatti operare sia a livello del piano di campagna, disponendo ricevitori e trasmettitori su linee e passi prestabiliti, sia utilizzando lino o più fori in terra all’ interno dei quali vengono alloggiati sia i ricevitori che i trasmettitori. Energizers and transducers are connected to at least one multichannel data acquisition system (5) (seismograph / accelerometer) which detects the measured data in order to allow at least one electronic processor (PC, 7) to trace back to land models characterized by a different velocity of propagation / acceleration of the elastic waves, to identify the geometries and their spatial distribution, to obtain with precision the significant mechanical parameters that characterize the crossed medium. The number of measurements of the transmitter and receiver elements (4) is always higher according to the necessary level of precision to be achieved. The various combinations of measurements carried out, as well as the geometric arrangement of the monitoring elements are then chosen so as to guarantee a specific coverage of the volume of soil under examination and of the supporting structure. The operational detection techniques can be different depending on the level of precision required; in fact, it is possible to operate both at the level of the ground level, by arranging receivers and transmitters on pre-established lines and steps, and by using flax or more holes in the ground inside which both the receivers and the transmitters are housed.
Con l elaborazione dei dati acquisiti, mediante PC e software dedicato, viene eseguita una ricostruzione grafica che consente di effettuare iniezioni controllate e mirate dei prodotti richiesti, nella misura e nelle combinazioni specificatamente determinate. Il, od i calcolatori elettronici PC possono, indifferentemente, essere collocati direttamente in cantiere o disposti in sedi dislocate altrove e connesse in rete, ad esempio via Internet. With the processing of the acquired data, by means of a PC and dedicated software, a graphic reconstruction is performed which allows to carry out controlled and targeted injections of the requested products, in the measure and in the specifically determined combinations. The electronic computer or computers can, indifferently, be located directly on the construction site or arranged in locations located elsewhere and connected to the network, for example via the Internet.
Gli impianti di iniezione (11) e le unità di acquisizione ed elaborazione dati possono essere disposti a terra o su mezzi semoventi. Con (8) sono indicati esempi di posizionamenti mirati di tubi di iniezione dei prodotti anche espandenti da iniettare, con (9) le zone in fase di bonifica, con (10) un terminale di iniezione connesso con una unità mobile d’iniezione, non illustrata. The injection systems (11) and the data acquisition and processing units can be arranged on the ground or on self-propelled vehicles. With (8) there are indicated examples of targeted positioning of injection pipes for the products, including expanding products, to be injected, with (9) the areas being reclaimed, with (10) an injection terminal connected to a mobile injection unit, not illustrated.
La procedura esecutiva del presente metodo si articola sostanzialmente nelle seguenti fasi operative principali: The executive procedure of this method is essentially divided into the following main operational phases:
a) Disposizione di almeno una serie di ricevitori (4) ancorati al terreno vergine e/o alla struttura da esaminare e connessi con almeno una unità di acquisizione multicanale (5) (sismografo/accelerometro) ed almeno un elaboratore elettronico (PC 7), posto in cantiere od in sede dislocata con connessione in rete. a) Arrangement of at least a series of receivers (4) anchored to the virgin soil and / or to the structure to be examined and connected with at least one multichannel acquisition unit (5) (seismograph / accelerometer) and at least one electronic processor (PC 7), placed on site or in displaced premises with network connection.
b) Disposizione di una o più sorgenti energizzanti (6) di onde elastiche nel terreno. c) Energizzazione del terreno a mezzo di cariche esplosive o mazze battenti o corrispondenti e rilevamento preliminare di misure delle velocità di propagazione delle onde sismiche simulate nel mezzo attraversato. b) Arrangement of one or more energizing sources (6) of elastic waves in the ground. c) Energization of the ground by means of explosive charges or beating or corresponding hammers and preliminary detection of measurements of the propagation velocities of the seismic waves simulated in the crossed medium.
d) Elaborazione computerizzata con software dedicato dei dati misurati e conseguente rappresentazione grafica (mappatura) anche in più dimensioni delle caratteristiche riscontrate nel terreno indagato (Risposta Sismica Locale preintervento) che consente di impostare il primo livello di progetto di iniezione mirata; nello specifico: l’eventuale geometria degli interventi di iniezione, il numero e le quote orizzontali e verticali dei punti d’iniezione, la tipologia e le caratteristiche del o dei prodotti da iniettare. d) Computerized processing with dedicated software of the measured data and consequent graphic representation (mapping) even in several dimensions of the characteristics found in the investigated soil (pre-intervention Local Seismic Response) which allows setting the first level of targeted injection project; specifically: the possible geometry of the injection interventions, the number and horizontal and vertical dimensions of the injection points, the type and characteristics of the product or products to be injected.
e) Esecuzione di fori nel terreno, destinati a raggiungere i volumi litologici che richiedono un miglioramento della risposta sismica locale anche in funzione del livello perseguito di attenuazione degli effetti meccanici dei sismi sul fabbricato. f) Inserimento nei suddetti fori di tubi iniettori (8), preferibilmente ma non limitatamente dotati di miscelatori statici, ed esecuzione delle iniezioni mirate nel terreno secondo sequenze stabilite in funzione dei dati monitorati ed elaborati con calcolatore elettronico (PC, 7); i prodotti di iniezione, anche espandenti, potendo essere ad esempio non esaustivo schiume poliuretaniche bicomponenti costituite da formulati chimici dedicati od altri, sia a celle aperte che a celle chiuse per le azioni prevalentemente meccaniche e preferibilmente zeoliti naturali o sintetici, setacci molecolari o alternativamente gel di silice e similari, per azioni “paralizzanti” del volume di terreno trattato, al fine di ridurre gli effetti di rigonfiamento e rilassamento della litologia trattata e di assicurare un aumento della durata nel tempo dei benefici meccanici di compattazione, grazie all’azione idrofobica di cattura delle molecole di acqua interstiziale eventualmente presenti nel terreno o, in alternativa, cristallizzarne i legami con lo stesso terreno. e) Drilling of holes in the ground, intended to reach the lithological volumes that require an improvement of the local seismic response also as a function of the level of attenuation of the mechanical effects of earthquakes on the building. f) Insertion in the aforementioned holes of injector tubes (8), preferably but not limitedly equipped with static mixers, and execution of targeted injections into the ground according to sequences established according to the data monitored and processed with an electronic computer (PC, 7); injection products, including expanding products, being for example non-exhaustive bicomponent polyurethane foams consisting of dedicated chemical formulations or others, both with open cells and closed cells for mainly mechanical actions and preferably natural or synthetic zeolites, molecular sieves or alternatively gels of silica and similar, for "paralyzing" actions of the volume of soil treated, in order to reduce the swelling and relaxation effects of the treated lithology and to ensure an increase in the duration over time of the mechanical benefits of compaction, thanks to the hydrophobic action of capture of interstitial water molecules possibly present in the soil or, alternatively, crystallize the bonds with the same soil.
Dette miscele chimiche “paralizzanti” possono essere introdotte, anche su più livelli di iniezione, in fori praticati nel terreno siano essi verticali che inclinati e a qualunque distanza tra due adiacenti, in un'unica soluzione o separatamente per ogni loro componente, sia con aria compressa che in forma liquida per permeazione lenta o in pressione, utilizzando impianti di iniezione dotati o non dotati di ugelli terminali di controllo della direzione del flusso. These "paralyzing" chemical mixtures can be introduced, even on multiple injection levels, in holes made in the ground, whether vertical or inclined, and at any distance between two adjacent ones, in a single solution or separately for each of their components, either with compressed air and in liquid form by slow permeation or under pressure, using injection systems equipped or not equipped with terminal nozzles for controlling the flow direction.
g) Nel caso di presenza di saturazioni d’acqua mèdio alta nel sottosuolo in trattamento, è possibile, laddove ritenuto necessario, attivare anche un efficace effetto drenante per favorirne almeno una parziale espulsione, evitando di confinarla o di concentrarla erroneamente in seguito alle iniezioni in altre porzioni di terreno limitrofe. Tali azioni possono essere sviluppate utilizzando eventualmente appositi tubi inseriti in canali di iniezione non ancora utilizzati e opportunamente dislocati secondo le immagini del suolo rilevate. g) In the event of high medium water saturation in the subsoil under treatment, it is possible, where deemed necessary, to activate an effective draining effect to favor at least a partial expulsion, avoiding confining it or concentrating it erroneously following injections in other portions of neighboring land. These actions can be developed using, if necessary, special pipes inserted in injection channels not yet used and suitably located according to the detected soil images.
h) Nel corso delle successive iniezioni mirate di prodotti anche espandenti, efficaci anche in presenza di acqua e/o di umidità, ed indirizzati ad agire sulle porzioni di terreno (2) individuate che richiedono una riduzione del potenziale effetto sismico verso le strutture sovrastanti, il sistema di monitoraggio continua a rilevare, a cadenza temporale e pure su eventuali geometrie d’impianto diverse, le variazioni dei parametri geofisici della porzione di terreno interessata, permettendo un continuo e diretto confronto in loco con le precedenti misure acquisite. h) During the subsequent targeted injections of products, including expanding products, effective even in the presence of water and / or humidity, and aimed at acting on the portions of land (2) identified that require a reduction of the potential seismic effect towards the structures above, the monitoring system continues to detect, on a temporal basis and also on any different plant geometries, the variations of the geophysical parameters of the portion of land concerned, allowing a continuous and direct comparison on site with the previous measurements acquired.
i) I dati rilevati vengono invertiti/modellati/elaborati a mezzo di calcolatore elettronico PC che, per mezzo di un software dedicato comprendente algoritmi simulatori delle caratteristiche di velocità variabili e/o delle accelerazioni per analisi di sistemi matematici, determina e dispone direttamente in cantiere restituzioni grafiche interpretative anche su più dimensioni fino al livello 3D dei volumi di terreno in corso di trattamento, secondo le proprie caratteristiche geofisiche del momento. i) The data collected are inverted / modeled / processed by means of an electronic computer PC which, by means of a dedicated software including algorithms simulating the variable speed characteristics and / or accelerations for the analysis of mathematical systems, determines and disposes directly on site interpretive graphic returns even on multiple dimensions up to the 3D level of the volumes of soil being treated, according to the geophysical characteristics of the moment.
1) Sulla base dei confronti fra le misure effettuate in tempi diversi e sequenziali, è possibile correggere e/o modificare in corso d’opera i parametri d’iniezione di progetto, confrontando gli ultimi dati acquisiti e intervenendo con iniezioni più mirate e aggiuntive, agendo sui parametri fisico meccanici degli impianti d’iniezione, quali: quote d’iniezione, temperature, pressioni, quantitativi di prodotti iniettati, tipi di prodotti d’iniezione, grado di eventuale miscelazione, densità e così via fino al raggiungimento del livello di risposta sismica locale perseguito. 1) On the basis of the comparisons between the measurements carried out at different and sequential times, it is possible to correct and / or modify the project injection parameters during construction, comparing the latest data acquired and intervening with more targeted and additional injections, acting on the physical-mechanical parameters of the injection systems, such as: injection quotas, temperatures, pressures, quantities of injected products, types of injection products, degree of possible mixing, density and so on until the response level is reached local seismic pursued.
Il sistema di iniezione/monitoraggio, secondo il trovato, può essere eventualmente integrato oltre che come già anticipato con indagini qualitative di tomografia elettrica anche con prove quantitative puntuali tradizionali, senza per questo uscire dal suo ambito e scopo. The injection / monitoring system, according to the invention, can optionally be integrated not only as already anticipated with qualitative investigations of electrical tomography but also with traditional quantitative punctual tests, without thereby departing from its scope and purpose.
Nelle fasi di iniezione riguardanti specificatamente l’interfaccia: terreno fondazioni, e volumi sottostanti la struttura fondale ed il suo perimetro, risulta necessario integrare il monitoraggio fuori terra preferibilmente con uno o più sensori di movimento di precisione fissati adeguatamente sia al terreno che alla struttura del fabbricato (verticale e orizzontale) anche al fine di anticipare e conseguentemente evitare possibili danneggiamenti alle strutture durante le iniezioni di resine espandenti. In sostanza, per operare in prossimità di fabbricati, il metodo è eseguito in sicurezza previo posizionamento sul terreno e sulla struttura interessata di una serie di ulteriori rilevatori di spostamenti x, y, z. Detti rilevatori di movimento, diversi dai precedenti per il monitoraggio del terreno, sono disposti tra loro correlati in maglia geometrica adeguata e connessi in rete via cavo o wireless con elaboratori PC che elaborano in tempo reale i dati rilevati e restituiscono a monitor e nel loro insieme i valori di spostamento, rotazione, inclinazione conseguenti alle azioni antropiche sul terreno. In the injection phases specifically concerning the interface: ground, foundations, and volumes underlying the bottom structure and its perimeter, it is necessary to integrate the above ground monitoring preferably with one or more precision motion sensors adequately fixed both to the ground and to the structure of the building (vertical and horizontal) also in order to anticipate and consequently avoid possible damage to the structures during the injection of expanding resins. Basically, to operate in the vicinity of buildings, the method is performed safely after positioning a series of additional x, y, z displacement detectors on the ground and on the structure concerned. These motion detectors, different from the previous ones for soil monitoring, are arranged correlated to each other in an adequate geometric mesh and connected via cable or wireless network with PC processors that process the detected data in real time and return to monitors and as a whole. the values of displacement, rotation, inclination resulting from anthropic actions on the ground.
Mentre il presente trovato è stato descritto ed illustrato secondo sue applicazioni, date a solo scopo esemplificativo non limitativo, risulterà evidente agli esperti del ramo che modifiche alle fasi operative, alle misure, alle acquisizioni ed elaborazioni dei dati ed agli interventi di iniezione mirate, rivolti alla modifica delle caratteristiche fisiche e chimiche di terreni al fine di attenuare gli effetti potenzialmente dannosi dei sismi, potranno essere apportate, senza per questo uscire dal suo ambito e scopo. While the present invention has been described and illustrated according to its applications, given only as a non-limiting example, it will be evident to those skilled in the art that modifications to the operating steps, to the measurements, to the acquisition and processing of data and to the targeted injection interventions, aimed at the modification of the physical and chemical characteristics of soils in order to mitigate the potentially harmful effects of earthquakes, may be made, without departing from its scope and purpose.
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