ITRE20120016A1 - Metodo e dispositivo di consolidamento del terreno - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del Brevetto Italiano per Invenzione Industriale dal titolo:

“METODO E DISPOSITIVO DI CONSOLIDAMENTO DEL TERRENOâ€

La presente invenzione inerisce ad un sistema di consolidamento del terreno mediante pali di fondazione.

Con sistema di consolidamento si intendono sia il metodo di consolidamento, che l’apparato per attuare il metodo.

In particolare il brevetto inerisce a un sistema di consolidamento del terreno mediante pali sospesi, che cioà ̈ non appoggiano su un orizzonte solido, come uno strato roccioso o molto resistente.

Per capacità portante si intende sia la resistenza offerta dal palo allo sprofondamento nel terreno di una sovrastante costruzione (palo sollecitato a compressione), sia la resistenza offerta dal palo al sollevamento di una costruzione che deve essere ancorata al terreno (palo sollecitato a trazione).

Tra le tecniche note di palificazione sospesa esiste da molti anni quella dei cosiddetti pali ad elica, nella quale vengono impiegati pali aventi, in prossimità della punta, ed in almeno una posizione lungo il palo, almeno una spira elicoidale di una lama saldata esternamente al palo.

Vengono generalmente impiegati pali comprendenti gruppi di più spire poste a distanza reciproca.

Alla capacità portante contribuisce in modo sostanziale la maggior superficie di appoggio resa disponibile dalle singole eliche, ed in particolare dall’elica più profonda, o dall’elica meno profonda a seconda che il carico da sopportare sia diretto verso il basso o verso l’alto.

La tecnica nota dei pali ad elica prevede che, per ogni intervento possano essere variati numero e dimensione delle eliche in rapporto alle caratteristiche del sottosuolo esistente nel sito.

Le caratteristiche del sottosuolo variano in maniera consistente imponendo al progettista dei pali ad elica molte variabili e quindi molte possibili combinazioni di lunghezza del palo (in funzione della profondità a cui à ̈ possibile raggiungere il litostrato idoneo) e del numero/dimensione delle eliche da dispiegare per frazionare il carico unitario trasmesso al terreno.

Attualmente la palificazione mediante pali ad elica avviene in modo empirico, inserendo uno o più pali campione nell’area da consolidare, e verificando con i sistemi noti la relativa portanza.

A seconda dei risultati del collaudo viene variata la dimensione ed il numero delle eliche, nonché la penetrazione del palo nel terreno.

Dopo un numero adeguato di prove, si adottano le caratteristiche dei pali che hanno dato buon risultato anche per i restanti pali dell’opera di consolidamento.

Secondo la tecnica nota il diametro del palo à ̈ compreso tra 75 mm e 150 mm, il diametro delle eliche à ̈ compreso tra 180 mm e 360 mm, il passo delle eliche à ̈ compreso tra 50 mm e 120 mm, il numero delle eliche à ̈ compreso tra 1 e 3, e la distanza tra le eliche à ̈ compresa tra 5 e 15 volte il passo. Per ottenere la desiderata capacità portante del terreno in funzione dei carichi assegnati dalla costruzione, possono essere richiesti numero e dimensioni di eliche molto elevati e/o il raggiungimento di profondità eccessive alla ricerca di un terreno di prestazioni adeguate.

Ciò rende necessario avere a disposizione una notevolissima varietà di tipologie di elementi, con le conseguenti notevolissime implicazioni economiche.

Malgrado ciò non sempre à ̈ possibile ottenere un sufficiente grado di consolidamento in termini economicamente e tecnicamente ragionevoli.

La presente invenzione ha lo scopo di porre rimedio ai suddetti inconvenienti della tecnica nota in modo semplice ed economico.

Si à ̈ costatato che la capacità portante del palo a elica in ogni momento durante la sua infissione à ̈ legata all’energia necessaria per il suo avvitamento, assumendo che la capacità portante dipende dalla energia di penetrazione, che a sua volta dipende dalla coppia necessaria ad avvitare il palo nel terreno.

Si à ̈ costatato che detta coppia varia pressoché linearmente in funzione della capacità portante del palo, ed à ̈ legata al diametro delle eliche, mentre à ̈ assai poco influenzata dal loro numero e dal loro passo.

Secondo l’invenzione à ̈ quindi possibile creare un fattore di dipendenza della portanza in funzione della coppia, con la certezza che quando la coppia raggiunge un certo valore, la corrispondente portanza à ̈ assicurata qualunque sia la tipologia del terreno del sito da consolidare.

La relazione tra capacità portante del palo e coppia di avvitamento à ̈ una costante poco influenzata dalla tipologia del terreno, e può essere ricavata in modo empirico rendendo disponibili valori attendibili per ogni tipo di intervento. Essa può essere ricavata anche in un sito distante dal sito di consolidamento.

Ciò ha consentito di costruire, per ogni diametro delle lame compreso nell’intervallo delle lame praticamente utilizzabili, una prima curva che mette in relazione il rapporto tra la portata espressa in kilogrammi Kg e la coppia espressa in kilogrammetri Kg<x>m in funzione del diametro della lama.

La curva ha l’andamento espresso in Fig.5.

Analogamente, per ogni diametro di lama, Ã ̈ stata costruita una curva che pone in relazione la coppia con la portanza del palo.

La costruzione di dette curve à ̈ stata effettuata avvalendosi delle usuali attrezzature per l’inserimento dei pali, convenientemente monitorate, e delle altrettanto usuali attrezzature di collaudo.

La disponibilità delle suddette curve ha consentito di mettere a punto un sistema di consolidamento che consegue tutti gli scopi dell’invenzione, le cui caratteristiche sono recitate nelle rivendicazioni indipendenti.

Le rivendicazioni dipendenti recitano ulteriori vantaggiose caratteristiche del trovato.

Per conseguire gli scopi del trovato e ottimizzare caso per caso il rapporto più economico riguardo al numero e alla dimensione delle eliche da utilizzare e/o la lunghezza del palo, o per rendere fattibile l’intervento quando le dimensioni delle eliche richieste o le profondità che la tecnica consente non dovessero essere adeguate, l’invenzione prevede di migliorare localmente la qualità del terreno adeguandola ad una combinazione ottimale del numero e dimensione delle eliche e della profondità del palo.

Secondo l’invenzione il miglioramento delle caratteristiche geomeccaniche del terreno, localizzato nell’intorno di ciascuna elica, fra un’elica e l’altra e sotto l’elica più profonda (per pali a compressione) o sopra l’elica più superficiale (per pali a trazione), per un’estensione ottimale avviene mediante l’iniezione di fluidi consolidanti attraverso il palo in prossimità delle eliche o in punti intermedi tra le eliche.

I fluidi consolidanti, secondo l’invenzione, sono fluidi a base cementizia, o a base di resine inorganiche o organiche, eventualmente resine espandenti ben note nel settore, eventualmente miscelate con materiali inerti e/o additivi). L’iniezione delle miscele consolidanti avviene attraverso il palo, che può convenientemente essere modulare, a partire dalla sua estremità superiore, e raggiunge dall’interno del palo stesso i fori preventivamente operati lungo il fusto del palo o in corrispondenza delle eliche e si diffonde nell’intorno dei fori.

Si viene così a creare nell’intorno del palo sino all’esterno delle eliche una massa di terreno consolidato che migliora grandemente la capacità portante del palo sia a compressione che a trazione.

Come fluidi consolidanti possono essere usati uno o più dei seguenti:

• cemento portland e acqua

• cemento additivato con superfluidificante RHEOBUILD 200 PF DELLA DITTA BASF

• cemento microfine RHEOBUILD DELLA DITTA BASF

• silice colloidale MEICO MP 325 O MP 320 della ditta BASF

• resina poliuretanica CARBOPURS DELLA DITTA MINOVA

• resine poliuretaniche LD, MD e HD nelle varie versioni della ditta GEORESINE

• altri prodotti noti equivalenti

I pregi e le caratteristiche costruttive e funzionali del trovato saranno evidenti dalla particolareggiata descrizione che segue, che ne illustra con l’aiuto delle allegate tavole disegni una particolare forma di attuazione data a titolo di esempio non limitativo.

La Fig.1 mostra schematicamente un palo a elica assoggettato ad un carico di punta, e dotato di mezzi per porlo in rotazione.

La Fig.2 mostra la sezione II-II di Fig.1.

La Fig.3 mostra la sezione III-III di Fig.1.

La Fig.4 mostra il palo inserito nel terreno.

La Fig.5 Ã ̈ la curva che mette in relazione il rapporto tra la portata espressa in Kilogrammi Kg e la coppia espressa in kilogrammetri Kg<x>m in funzione del diametro della lama. Dalle figure si rileva il palo di consolidamento 1 dotato di due eliche 2.

Il palo, nell’esempio illustrato, presenta un diametro esterno di 100 mm, mentre il diametro delle eliche à ̈ pari a 240 mm, mentre il passo di ogni elica à ̈ pari a 65 mm.

Ogni elica, nell’esempio illustrato, si avvolge per più di un giro.

In prossimità delle eliche il palo comprende fori si iniezione 3.

L’installazione del palo nel terreno avviene con l’ausilio di mezzi semoventi 4 comprendenti un braccio di sollevamento 41 dotato alla estremità di mezzi 42 di sostegno del palo 1. I mezzi di sostegno del palo comprendono un motore idraulico 43 atto a porre il palo 1 in rotazione intorno al proprio asse.

Il motore idraulico 43 comprende un manometro 44 atto ad indicare la pressione di azionamento del motore, che à ̈ proporzionale alla coppia di avvitamento trasmessa al palo. I mezzi semoventi comprendono mezzi atti a pompare un liquido consolidante attraverso il palo; questi mezzi sono noti e non vengono descritti nel dettaglio.

Il funzionamento del trovato à ̈ il seguente, e rispecchia le modalità del metodo.

Scelta la zona da consolidare, e noto il valore portante del terreno determinato in funzione delle caratteristiche della costruzione che dovrà appoggiare sul terreno, viene individuata mediante il diagramma di Fig.5 la coppia di avvitamento necessaria a rendere disponibile la desiderata portanza del palo.

Il palo viene poi inserito nel terreno monitorando la coppia di avvitamento.

Quando la coppia di avvitamento ha raggiunto il valore prefissato, il tratto di palo sporgente dal terreno viene tagliato, e la estremità sporgente del palo viene assicurata ai mezzi di collegamento alla sovrastante costruzione.

Se la coppia di avvitamento non viene raggiunta con l’inserimento di una lunghezza ragionevole di palo, si provvede alla iniezione delle sostanze consolidanti, e si ripete la misurazione della coppia sino al raggiungimento del valore desiderato.

Si intende che l’invenzione non à ̈ limitata all’esempio sopra descritto, e che varianti e perfezionamenti potranno essere apportati senza uscire dall’ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il consolidamento del terreno di fondazione di un edificio comprendente le seguenti attività: a. inserire nel terreno un palo ad eliche avvitandolo nel terreno; b. monitorare la coppia di avvitamento del palo necessaria a porre in rotazione il palo sino al raggiungimento della desiderata portanza del palo; c. sospendere l’inserimento del palo nel terreno: ove il rapporto tra la portanza del palo e la coppia di avvitamento del palo à ̈ una funzione dipendente dal diametro delle eliche del palo.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal comprendere l’iniezione di un liquido consolidante attraverso la cavità assiale del palo e attraverso fori ricavati in corrispondenza delle eliche e/o lungo il fusto del palo.
3. 3. Metodo secondo la riv.2 caratterizzato dal fatto che il fluido consolidante à ̈ scelto tra uno o più dei seguenti: cemento portland e acqua; cemento additivato con superfluidificante RHEOBUILD 200 PF DELLA DITTA BASF; cemento microfine RHEOBUILD DELLA DITTA BASF; silice colloidale MEICO MP 325 O MP 320 della ditta BASF; resina poliuretanica CARBOPURS DELLA DITTA MINOVA; resine poliuretaniche LD, MD e HD nelle varie versioni della ditta GEORESINE; altri prodotti noti equivalenti.
4. 4. Apparato per il consolidamento dei terreni comprendente: - un palo di consolidamento avente almeno un tratto prossimo alla estremità dotato di una lama elicoidale; - mezzi per porre il palo in rotazione intorno al proprio asse onde inserirlo nel terreno; - mezzi per monitorare la coppia di avvitamento del palo; ove il palo comprende un condotto assiale per la iniezione di un fluido consolidante, che sfocia lungo il fusto del palo, sia sopra che sotto la lama, nonché mezzi per iniettare un fluido consolidante nel condotto assiale dell’albero.
5. 5. Apparato secondo la riv.4 caratterizzato dal fatto che l’almeno un tratto di lama elicoidale ha un diametro compreso tra 180 mm e 360 mm, ed un passo compreso tra 50 mm e 120 mm.
6. 6. Apparato secondo la riv.4 caratterizzato dal fatto che l’almeno un tratto di lama elicoidale comprende almeno una spira.
7. 7. Apparato secondo la riv.4 caratterizzato dal fatto che l’albero à ̈ a costruzione modulare.
8. 8. Apparato secondo la riv.4 caratterizzato dal comprendere almeno due tratti di lama elicoidale posti ad una distanza reciproca maggiore del passo.
9. 9. Apparato secondo la riv.8 caratterizzato dal fatto che la distanza reciproca à ̈ un multiplo del passo.