ITTO20080246A1

ITTO20080246A1 - PROCEDURE TO STORE A STABILIZING STRUCTURAL ELEMENT IN THE GROUND

Info

Publication number: ITTO20080246A1
Authority: IT
Inventors: Daniele Attala
Original assignee: Trevi Spa
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-01
Also published as: EP2107165A1

Description

"Procedimento per ancorare nel terreno un elemento strutturale stabilizzante" "Procedure for anchoring a stabilizing structural element in the ground"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per ancorare nel terreno un elemento strutturale stabilizzante destinato, in particolare, a sopportare sforzi di piccola e media entità, prevalentemente di compressione e trazione, ma anche con componenti dì taglio. Esempi di applicazione sono l'ancoraggio di cartelloni pubblicitari esposti al vento, pannelli solari, strutture a traliccio per cavi elettrici, impalcature in genere, chiodature per scarpate instabili, ecc. The present invention relates to a process for anchoring a stabilizing structural element in the ground intended, in particular, to withstand small and medium-sized stresses, mainly compression and traction, but also with shear components. Examples of applications are the anchoring of advertising billboards exposed to the wind, solar panels, lattice structures for electrical cables, scaffolding in general, riveting for unstable slopes, etc.

Per trasferire al terreno carichi di elevata intensità è utilizzata la tecnologia del micropalo, ma il suo costo ed i tempi di realizzazione la escludono per le applicazioni sopra citate. Lo stesso dicasi per la tradizionale chiodatura, che prevede l'inserimento di una barra d'acciaio in un foro riempito di malta cementizia. Sono anche noti ancoraggi a vite, dove un'asta dotata di un'estremità a spirale è in grado di avvitarsi nel terreno ad 1-2 metri di profondità e di reggere forze prevalentemente di trazione ma anche di modesta compressione. I chiodi ad espansione meccanica o a fissaggio chimico trovano applicazione limitatamente a pareti di calcestruzzo, laterizio o roccia . Micropile technology is used to transfer high intensity loads to the ground, but its cost and construction times exclude it for the above-mentioned applications. The same applies to traditional nailing, which involves inserting a steel bar into a hole filled with cement mortar. Screw anchors are also known, where a rod with a spiral end is able to screw into the ground at a depth of 1-2 meters and to withstand mainly tensile but also modest compression forces. Nails with mechanical expansion or chemical fixing are limited to applications in concrete, brick or rock walls.

La presente invenzione si prefigge di offrire un metodo di rapida esecuzione in una ampia gamma di terreni a coesione bassa o media, permettendo di ancorare nel terreno elementi stabilizzanti in modo veloce, sicuro e a basso costo. Terreni ideali per l'applicazione della presente invenzione sono sabbie, ghiaia, limi e argille, rilevati stradali, rocce tenere. The present invention aims to offer a method of rapid execution in a wide range of soils with low or medium cohesion, allowing stabilizing elements to be anchored in the soil quickly, safely and at low cost. Ideal soils for the application of the present invention are sand, gravel, silts and clays, road embankments, soft rocks.

Questo ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo l'invenzione, da un procedimento come definito nella rivendicazione 1. Altre caratteristiche importanti del procedimento secondo l'invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti . This and other objects and advantages are achieved, according to the invention, by a process as defined in claim 1. Other important characteristics of the process according to the invention are defined in the dependent claims.

Verranno ora descritte due forme di attuazione preferite ma non limitative dell'invenzione. Si fa riferimento ai disegni allegati, in cui: Two preferred but not limiting embodiments of the invention will now be described. Reference is made to the attached drawings, in which:

la figura 1 è una vista schematica di una forma di realizzazione di un elemento stabilizzante secondo 1'invenzione; Figure 1 is a schematic view of an embodiment of a stabilizing element according to the invention;

la figura 2 è una vista schematica in sezione di un dispositivo per 1'infissione dell'elemento stabilizzante della figura 1; Figure 2 is a schematic sectional view of a device for driving the stabilizing element of Figure 1;

la figura 3 è una laterale di una macchina perforatrice per l'esecuzione del procedimento; e la figura 4 è una vista prospettica, in scala ingrandita, della parte inferiore di un elemento stabilizzante e di un tubo per la sua infiggere in un terreno di fondazione. Figure 3 is a side view of a drilling machine for carrying out the process; and Figure 4 is a perspective view, on an enlarged scale, of the lower part of a stabilizing element and of a pipe for driving it into a foundation ground.

Facendo inizialmente riferimento alle figure 1 e 2, con 10 è indicata una prima forma di realizzazione di un elemento strutturale stabilizzante secondo la presente invenzione. L'elemento 10 comprende un'asta 11, preferibilmente un'asta tubolare, alla cui estremità inferiore è saldamente fissata una porzione allargata di fondo 12, che nell'esempio della figura 1 è una piastra discoidale 12 trasversale. L'elemento 10 è destinato ad essere infisso permanentemente in un terreno di fondazione ed infine collegato ad una struttura superficiale (non illustrata) da stabilizzare. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni che seguono, i termini e le espressioni indicanti posizioni ed orientamenti si intendono riferiti all'asse centrale longitudinale x dell'asta il, in una sua condizione installata nel terreno. Termini quali "superiore" ed "inferiore" vanno interpretati in relazione alla profondità di infissione nel terreno, considerando che l'elemento 10 in molti casi sarà infisso secondo orientazioni diverse da quella verticale. Così, l'espressione "estremità inferiore" indica la parte destinata ad essere situata più in profondità a partire dalla superficie del terreno . Referring initially to Figures 1 and 2, 10 indicates a first embodiment of a stabilizing structural element according to the present invention. The element 10 comprises a rod 11, preferably a tubular rod, to the lower end of which an enlarged bottom portion 12 is firmly fixed, which in the example of Figure 1 is a transverse disc-shaped plate 12. The element 10 is intended to be fixed permanently in a foundation soil and finally connected to a surface structure (not shown) to be stabilized. Throughout the present description and in the claims that follow, the terms and expressions indicating positions and orientations are understood to refer to the longitudinal central axis x of the rod il, in one of its conditions installed in the ground. Terms such as "superior" and "inferior" must be interpreted in relation to the depth of insertion into the ground, considering that the element 10 in many cases will be driven according to orientations other than the vertical one. Thus, the term "lower extremity" indicates the part intended to be located deeper starting from the surface of the ground.

Un dispositivo di infissione per l'elemento stabilizzante 10 è indicato nel suo insieme con 20 nella figura 2, e include un tubo 21 di infissione aperto inferiormente ed associato ad un martello idraulico o pneumatico, indicato schematicamente con 22, agente sull'estremità superiore chiusa 23 del tubo 21 tramite un organo di connessione 24. A driving device for the stabilizing element 10 is indicated as a whole with 20 in Figure 2, and includes a driving tube 21 open at the bottom and associated with a hydraulic or pneumatic hammer, schematically indicated with 22, acting on the closed upper end 23 of the tube 21 through a connection member 24.

Come indicato nella figura 3, il martello idraulico o pneumatico 22 è supportato da una testa dì percussione 31 che viene comandata in modo scorrevole lungo una torre o antenna di guida di una macchina perforatrice semovente 30. Le caratteristiche di realizzazione e di funzionamento della macchina 30 (che potrà essere di un qualunque tipo noto, ad esempio a torre orientabile) non sono di per sé rilevanti ai fini della comprensione dell'invenzione e non verranno pertanto qui descritte in modo particolareggiato. Basterà qui indicare che la macchina 30 potrà essere prevista per comandare la sola movimentazione in traslazione del dispositivo di infissione 20, oppure per trasmettere a questo un movimento combinato di roto-traslazione al fine di impartire all'elemento da infiggere 10 un movimento di roto-percussione. La macchina 30, inoltre, include o è associata ad una pompa (non illustrata) per l'iniezione di miscela cementizia consolidante . As indicated in Figure 3, the hydraulic or pneumatic hammer 22 is supported by a percussion head 31 which is controlled in a sliding manner along a driving tower or antenna of a self-propelled drilling machine 30. The construction and operating characteristics of the machine 30 (which may be of any known type, for example with an orientable tower) are not relevant in themselves for the purposes of understanding the invention and will therefore not be described in detail here. It will suffice here to indicate that the machine 30 can be provided to command only the translation movement of the driving device 20, or to transmit to this a combined roto-translation movement in order to impart a rotational movement to the element to be inserted 10. percussion. The machine 30 also includes or is associated with a pump (not shown) for the injection of the consolidating cement mixture.

L'estremità interiore del tubo di percussione 21 si impegna con la faccia superiore della porzione di fondo 12. A seconda delle modalità operative (percussione semplice o roto-percussione), il tipo di impegno e la forma delle superfici a contatto potranno variare. Nell'esempio delle figure 1 e 2, per il funzionamento a percussione semplice, il bordo inferiore del tubo 21 poggia contro la parte periferica della faccia superiore della porzione di fondo 12 per trasmettere a questa i colpi di percussione. In una forma dì realizzazione alternativa, illustrata nella figura 4, per il funzionamento a roto-percussione sia la porzione di fondo 12 e sìa l'estremità inferiore del tubo 21 presentano un'interfaccia con rilievi radiali o trasversali 13 e corrispondenti recessi 25 per impartire all'elemento 10 il movimento di rotazione attorno all'asse di traslazione. The inner end of the percussion tube 21 engages with the upper face of the bottom portion 12. Depending on the operating modes (simple percussion or roto-percussion), the type of engagement and the shape of the contact surfaces may vary. In the example of Figures 1 and 2, for simple percussion operation, the lower edge of the tube 21 rests against the peripheral part of the upper face of the bottom portion 12 to transmit the percussion blows thereto. In an alternative embodiment, illustrated in Figure 4, for roto-percussion operation both the bottom portion 12 and the lower end of the tube 21 have an interface with radial or transverse ridges 13 and corresponding recesses 25 for imparting to the element 10 the movement of rotation about the translation axis.

La superficie inferiore della porzione di fondo 12 dell'elemento stabilizzante 10 può assumere una forma piatta, come illustrato nella figura 1, adatta per il funzionamento a percussione semplice. Per il funzionamento a roto-percussione (figura 4), la superficie di fondo ha preferibilmente una forma circolare (vista in pianta) ed è opportunamente provvista di sporgenze inferiori 14 in forma di lame da scalpello o altre forme tipiche dì mezzi disgregatori delle punte da perforazione. The lower surface of the bottom portion 12 of the stabilizing element 10 can assume a flat shape, as illustrated in Figure 1, suitable for simple percussion operation. For roto-percussion operation (Figure 4), the bottom surface preferably has a circular shape (plan view) and is suitably provided with lower projections 14 in the form of chisel blades or other typical forms of disrupting means for the tips to be drilling.

Il tubo di infissione 21 ha una superficie cilindrica esterna di diametro sostanzialmente uguale o leggermente minore del diametro o dimensione trasversale massima della porzione dì fondo 12. The driving tube 21 has an external cylindrical surface of a diameter substantially equal to or slightly smaller than the maximum transverse diameter or dimension of the bottom portion 12.

L'asta 11, se tubolare, presenta verso l'alto la sua estremità aperta e in basso uno o più fori di uscita inferiori 15 per iniettare una miscela cementizia consolidante attraverso 1'elemento stabilizzante 10. The rod 11, if tubular, has its open end upwards and one or more lower outlet holes 15 downwards to inject a consolidating cement mixture through the stabilizing element 10.

In alternativa la miscela viene iniettata attraverso il tubo di infissione 21 che presenta un ugello superiore 26 per l'ingresso della miscela. Alternatively, the mixture is injected through the driving tube 21 which has an upper nozzle 26 for the inlet of the mixture.

Il procedimento secondo l'invenzione si svolge nei modi seguenti. Inizialmente il tubo di infissione 21 viene infilato sopra l'elemento stabilizzante 10, con gli elementi tubolari 11 e 21 disposti coassialmente e il bordo inferiore del tubo di infissione 21 impegnato contro la porzione allargata di fondo 12. Successivamente si attiva il dispositivo di infissìone 20 a percussione o a rotopercussione, facendolo scorrere giù lungo la torre della macchina perforatrice, e si realizza così un foro di scavo F nel terreno dì fondazione T. Il movimento di discesa del dispositivo di infissione viene arrestato al raggiungimento della profondità desiderata. Si procede poi iniettando una miscela cementizia consolidante che satura l'intercapedine G tra l'asta tubolare 11 e il foro di scavo e si estrae dal terreno il tubo 21, che viene ricuperato e riutilizzato. Una volta indurita, la miscela iniettata nell'intercapedine G, contribuisce ad ancorare saldamente nel terreno l'elemento stabilizzante 10, affinché questo sia in grado di scambiare forze prevalentemente di trazione con la struttura da stabilizzare. The process according to the invention is carried out in the following ways. Initially, the driving tube 21 is inserted over the stabilizing element 10, with the tubular elements 11 and 21 arranged coaxially and the lower edge of the driving tube 21 engaged against the enlarged bottom portion 12. Subsequently, the driving device 20 is activated by percussion or rotopercussion, making it slide down along the tower of the drilling machine, and in this way an excavation hole F is made in the foundation soil T. The descent movement of the driving device is stopped when the desired depth is reached. A consolidating cement mixture is then injected which saturates the gap G between the tubular rod 11 and the excavation hole and the tube 21 is extracted from the ground, which is recovered and reused. Once hardened, the mixture injected into the interspace G contributes to firmly anchor the stabilizing element 10 in the ground, so that it is able to exchange mainly traction forces with the structure to be stabilized.

L'iniezione della miscela consolidante attorno all'elemento stabilizzate 10 può avvenire in base a modalità diverse. Secondo una prima forma di attuazione, la miscela cementizia pressurizzata viene iniettata attraverso il tubo di infissione 21 dall'ugello di immissione 26 contemporaneamente alla fase di estrazione del tubo 21 dal foro di scavo. In alternativa, la miscela può essere iniettata attraverso un tubo "packer" {non illustrato) inserito attraverso l'asta tubolare 11, così da fuoriuscire dagli ugelli di uscita 15 al piede dell'elemento stabilizzante 10 o attraverso altri fori predisposti in questo ad altezze diverse, a seconda delle esigenze. Questa seconda modalità va eseguita dopo l'estrazione del tubo di infissione e all'ccorrenza può essere ripetuta in fasi successive . The injection of the consolidating mixture around the stabilized element 10 can take place according to different methods. According to a first embodiment, the pressurized cement mixture is injected through the driving pipe 21 from the inlet nozzle 26 simultaneously with the step of extracting the pipe 21 from the excavation hole. Alternatively, the mixture can be injected through a "packer" tube (not shown) inserted through the tubular rod 11, so as to come out from the outlet nozzles 15 at the foot of the stabilizing element 10 or through other holes provided in this at heights different, depending on your needs. This second modality must be performed after the extraction of the driving tube and if necessary it can be repeated in successive phases.

È comunque preferibile che il riempimento dell'intercapedine G tra il foro di scavo F praticato nel terreno e la superficie esterna dell'asta il avvenga a partire dal basso, perché la risalita della miscela trascina i detriti verso l'alto e ne evita l'accumulo sul fondo del foro. In questo modo è possibile effettuare fasi di iniezione successive dopo che la prima ha fatto presa, formando così un bulbo di iniezione sotto pressione. Secondo una forma di attuazione meno preferita, la miscela può essere versata dall'alto attorno all'asta 11 dopo l'estrazione del tubo di infissione 21, secondo modalità analoghe a quelle seguite per l'esecuzione di micropalì o tiranti di ancoraggio tradizionali. L'elemento 10 viene infine fissato ad una struttura esterna da stabilizzare. However, it is preferable that the filling of the interspace G between the excavation hole F made in the ground and the external surface of the rod il occurs from the bottom, because the rising of the mixture drags the debris upwards and avoids its accumulation at the bottom of the hole. In this way it is possible to carry out subsequent injection phases after the first one has set, thus forming an injection bulb under pressure. According to a less preferred embodiment, the mixture can be poured from above around the rod 11 after the extraction of the driving tube 21, according to methods similar to those followed for making micro-poles or traditional anchoring rods. The element 10 is finally fixed to an external structure to be stabilized.

Prove sperimentali effettuate dalla Richiedente hanno dimostrato che, in presenza di terreni sabbiosi e ghiaiosi, così come nel caso di rilevati stradali, si possono infiggere e alcune decine di elementi stabilizzanti in un'ora, con risultati eccellenti in termini di affidabilità strutturale, oltre che di convenienza economica. Si potrà apprezzare che l'asta tubolare il, che viene lasciata in situ e che non deve sopportare sollecitazioni dinamiche apprezzabili durante la fase di infissione, può essere convenientemente sottile. Solo il tubo di infissione 21, che viene però riutilizzato, necessita di essere spesso per sopportare la percussione o roto-percussione. Experimental tests carried out by the Applicant have shown that, in the presence of sandy and gravelly soils, as well as in the case of road embankments, a few dozen stabilizing elements can be inserted in one hour, with excellent results in terms of structural reliability, as well as of economic convenience. It will be appreciated that the tubular rod 11, which is left in place and which does not have to withstand appreciable dynamic stresses during the driving step, can be suitably thin. Only the driving tube 21, which is however reused, needs to be thick to withstand the percussion or roto-percussion.

Si intende che l'invenzione non è limitata alla forma dì realizzazione qui descritta ed illustrata, che è da considerarsi come un esempio di attuazione dell'invenzione, e che è invece suscettibile dì modifiche relative a forme, dimensioni, materiali usati, dettagli strutturali e funzionali. A titolo di puro esempio, la lunghezza dei corpi tubolari il e 21, preferibilmente in acciaio, potrà raggiungere alcuni metri di lunghezza, con un diametro esterno dell'ordine di 60-200 mm. L'asta tubolare il, che viene lasciata in situ come un'armatura, può avere uno spessore ridotto, ad esempio di 4 mm, mentre il tubo di infissione 21 avrà uno spessore sensibilmente maggiore, dell'ordine dì 10-20 mm. I diametri esterni dei corpi tubolari potranno variare da qualche centimetro fino a 10 cm e più. Se il procedimento non prevede l'iniezione della miscela consolidante attraverso l'asta 11, questa può essere piena anziché tubolare . It is understood that the invention is not limited to the embodiment described and illustrated here, which is to be considered as an example of embodiment of the invention, and which is instead susceptible to modifications relating to shapes, dimensions, materials used, structural details and functional. By way of pure example, the length of the tubular bodies 11 and 21, preferably made of steel, may reach a few meters in length, with an external diameter of the order of 60-200 mm. The tubular rod 11, which is left in place as an armature, can have a reduced thickness, for example 4 mm, while the driving tube 21 will have a considerably greater thickness, of the order of 10-20 mm. The external diameters of the tubular bodies may vary from a few centimeters up to 10 cm and more. If the process does not provide for the injection of the consolidating mixture through the rod 11, this can be solid rather than tubular.

Claims

CLAIMS 1. Procedure for anchoring a stabilizing structural element in the ground, characterized in that it comprises the following steps: a) providing a stabilizing structural element (10) comprising an enlarged bottom portion (12) and a rod (11); b) arranging a driving tube (21) coaxially around the rod (11) with a lower edge of the tube (21) resting against an upper surface of the enlarged portion (12); c) controlling the stabilizing element (10) and the driving tube (21) in a percussive movement along a predetermined excavation direction (x), so as to drive the structural element (10) into the ground and obtain a hole (F) hollowed out around and spaced from the rod (II); d) remove the driving tube (21) from the hole (F); And e) injecting a consolidating mixture into the hole (F) dug around the rod (11).

2. Process according to claim 1, characterized in that step e) of injecting the consolidating mixture into the excavation hole (F) takes place simultaneously with step d) of removing the driving tube (21) from the hole (F).

3. Process according to claim 1 or 2, characterized in that in step e) the consolidating mixture is injected through the driving tube (21).

4. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the rod (11) is tubular and that in step e) the consolidating mixture is injected through the tubular rod (11).

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the enlarged bottom portion (12) of the stabilizing element (10) is a flat plate transversal to the excavation direction (x).

6. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that mutual engagement means (13, 25) are provided at the interface between the enlarged bottom portion (12) and the lower end of the driving tube (21), to impart to the stabilizing element (10) a rotational movement around an axis (x) parallel to the excavation direction.

7. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the percussion or roto-percussion movement is imparted to the stabilizing element (10) by means of a pneumatic or hydraulic hammer (22) acting on the driving tube (21).

8. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that means (14) for the disintegration of the soil protrude from the enlarged bottom portion (12).

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the driving tube (21) has a transversal dimension substantially equal to or slightly less than the maximum transversal dimension of the enlarged bottom portion (12) of the stabilizing element (10).