ITTO940029A1 - Utensile e metodo per la realizzazione di scavi senza asportazione del terreno e loro riempimento con calcestruzzo. - Google Patents

Abstract

Viene descritto un utensile di scavo (10), in particolare per realizzare pali di fondazione in calcestruzzo, atto ad essere montato sull'estremo inferiore di una batteria di aste (11) poste in rotazione attorno al proprio asse longitudinale (x) e fatte avanzare in direzione di tale asse.L'utensile (10) comprende almeno un rullo (12) montato folle rispetto alle aste (11) e girevole intorno ad un proprio asse. longitudinale (y) inclinato rispetto, all'asse (x) della perforazione. Gli estremi (12a, 12b) del rullo (12) sono situati da parti opposte rispetto all'asse (x) delle aste (11) all'estremo inferiore del rullo (12) è montata una punta tagliente (15) atta a disgregare il terreno.Vengono inoltre descritti alcuni procedimenti di scavo per realizzare pali di fondazione sfruttando l'utensile (10) di cui sopra.

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: Utensile e metodo per la realizzazione di scavi senza asportazione del terreno e loro riempimento con calcestruzzo.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si colloca nel campo della esecuzione di scavi nel terreno/ in particolare nel settore dei pali di fondazione; più in particolare, l'invenzione si riferisce ad un utensile e metodo per la realizzazione di scavi senza asportazione del terreno e loro riempimento con calcestruzzo.

Allo stato attuale, fra le tecniche più diffuse per l'esecuzione di pali di fondazione vi sono le seguenti :

(a) il metodo dei pali infissi e gettati in opera;

(b) il metodo dei pali trivellati di grande diametro; e (c) la trivellazione ad elica continua.

Nel metodo (a) dei pali infissi e gettati in opera viene utilizzato un tubo metallico, temporaneamente chiuso al fondo, che viene infisso nel terreno mediante un maglio od un vibratore. L'infissione del tubo provoca il costipamento della zona di terreno circostante, con conseguente miglioramento delle sue caratteristiche meccaniche, ossia la capacità di sopportare carichi. Dentro al tubo viene calata una gabbia d'armatura e quindi viene gettato il calcestruzzo; il tubo viene poi estratto, sottoponendolo contemporaneamente a colpi o vibrazioni che fanno assestare il calcestruzzo facendolo aderire intimamente con il terreno.

Nel metodo (b) dei pali trivellati di grande diametro, un grosso utensile rotante rimuove porzioni di terreno, le raccoglie al suo interno e viene estratto ciclicamente dallo scavo per scaricare i detriti in superficie e quindi tornare a scavare. Il terreno circostante il foro, perdendo il sostegno di quello scavato, tende a decomprimersi ed a collassare, e deve perciò essere spesso sostenuto mediante un tubo di rivestimento provvisorio, o con la spinta idrostatica di acqua o di appositi fanghi impermeabilizzanti. Si parla rispettivamente di "scavo a secco" e di "scavo con fanghi statici", preferendo la prima soluzione, più semplice, ogni volta che le condizioni del terreno lo consentono. Nello scavo viene calata la gabbia di armatura e poi, con l’aiuto di un tubo apposito, il calcestruzzo viene colato partendo dal fondo dello scavo ed evitando il suo dilavamento per contatto con il liquido di perforazione.

Nella tecnica (c) di trivellazione ad elica continua, un utensile a forma di vite, lungo guanto lo scavo voluto, viene avvitato nel terreno rimuovendolo e facendolo in parte risalire in superficie. Il terreno viene in parte compresso o decompresso, a seconda della sua natura e del metodo di scavo, ma comunque viene generalmente sostenuto dal terreno presente sulla spirale dell'elica. Dal nocciolo dell'elica, solitamente cavo, viene poi pompato calcestruzzo mentre l'elica viene estratta, avendo cura di non lasciare mai un vuoto fra il calcestruzzo e l'elica per evitare franamenti. La gabbia d'armatura viene affondata nel calcestruzzo successivamente.

Le tre tecniche (a), (b) e (c) sopra accennate, presentano però alcuni inconvenienti.

Il metodo (a) dei pali infissi e gettati in opera, è caratterizzato dall'emissione di forti rumori e vibrazioni che lo rendono poco adatto ai lavori in aree urbane. Per motivi di convenienza economica, il diametro di questi pali non raggiunge solitamente il metro, e la profondità non supera i 25 metri. I tempi di esecuzione sono rapidi ed il macchinario occorrente non è molto sofisticato, quindi il metodo risulta poco costoso.

Per la tecnica (c) di trivellazione ad elica continua valgono le stesse considerazioni, con la principale differenza che il metodo è sufficientemente silenzioso e privo di vibrazioni. Vi è un limite pratico alla lunghezza della gabbia che, per la difficoltà di affondamento, non supera i 16-18 metri.

La tecnica (b) dei pali trivellati di grande diametro richiede comprensibilmente attrezzature e personale aggiuntivi per il getto del calcestruzzo e per l'eventuale impiego dei fanghi di perforazione, ma si presta alla realizzazione di diametri anche superiori a due metri e profondità fino ad 80 metri grazie al diffuso impiego di aste telescopiche di perforazione, non applicabili nei metodi (a) e (c).

Scopo della presente Invenzione è la realizzazione di perforazioni nel terreno prevalentemente verticali ed inclinate, conservando i vantaggi tecnici della compattazione del terreno e dell'intima adesione tra questo ed il calcestruzzo o altro materiale di riempimento, superando le limitazioni di diametro e profondità legate ai sistemi noti (a) e (c).

Altro scopo dell'invenzione è di evitare il disturbo dell'ambiente con rumore e vibrazioni.

Altro scopo dell'Invenzione è quello economico di ridurre ulteriormente i tempi ed i costi di esecuzione, cosa che in questo caso viene ottenuta sia con un numero ridotto di operatori, sia con un'attrezzatura semplice.

Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di tenere bassi i consumi energetici mediante l'uso di dispositivi ad alto rendimento.

Per questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito alla lettura della seguente descrizione, la presente invenzione propone di realizzare un utensile di scavo, in particolare per realizzare pali di fondazione in calcestruzzo, atto ad essere montato sull'estremo inferiore di una batteria di aste rotanti attorno al proprio asse longitudinale ed avanzanti in direzione di detto asse, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un rullo montato folle rispetto alle aste e girevole intorno ad un asse inclinato rispetto all'asse della perforazione; gli estremi del rullo essendo situati da parti opposte rispetto all'asse delle aste.

L'invenzione propone inoltre di realizzare un procedimento di scavo che sfrutta l'utensile secondo l'invenzione e prevede anche le seguenti fasi;

allargamento per rullatura delle pareti laterali dello scavo ad opera della superficie laterale di detto utensile con conseguente compattazione del terreno circostante lo scavo;

immissione continua nello scavo a monte dell'utensile di piccole quantità di materiale legante, con progressiva compressione dello stesso contro le pareti laterali dello scavo ad opera di detto utensile ed ottenimento di un rivestimento rigido dello scavo.

Un'altra forma di attuazione del procedimento secondo l'invenzione prevede un getto continuo di calcestruzzo nello scavo in quantità tale da mantenere lo scavo pieno durante le operazioni di perforazione per evitare il franamento delle pareti dello scavo.

Verranno ora descritte le caratteristiche strutturali e funzionali di alcune forme di attuazione preferite ma non limitative dell’invenzione, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista parzialmente sezionata dell'utensile secondo la presente invenzione; la figura 2 è una vista in scala ingrandita, di una variante realizzativa dell'utensile di figura 1, in funzione; e

la figura 3 mostra un'altra possibile variante dell'utensile secondo l'invenzione. Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, con il numero 10 è indicato nel suo insieme un utensile di scavo secondo la presente invenzione. L'utensile 10 è saldamente vincolato all'estremo inferiore di un'asta di perforazione 11 il cui asse longitudinale x nel presente esempio è orientato sostanzialmente verticale. L’asta 11 è l'asta inferiore di una batteria di aste (non illustrate) facente capo ad un'attrezzatura posta in superficie che imprime alla batteria un movimento combinato di avanzamento verticale e rotazione intorno all'asse x. Tale attrezzatura, di tipo tradizionale, non è qui illustrata nè descritta, in quanto nota agli esperti del ramo.

L'utensile 10 comprende un rullo fusiforme 12 montato folle su un asse cilindrico centrale 13 il cui asse geometrico longitudinale y è opportunamente inclinato rispetto all'asse longitudinale x dell'asta 11. L’inclinazione dell'asse cilindrico 13 è ottenuta grazie ad un gomito o porzione ricurva 14 che collega l'estremo inferiore dell'asta 11 all'asse cilindrico 13. Il rullo 12 ha la forma di solido di rotazione a fuso tozzo o a botte, più largo nella sua parte mediana 12c e leggermente rastremato agli estremi superiori 12a ed inferiori 12b; il rullo 12 termina inferiormente con una punta conica 15.

Come detto, l'asse y del fuso 12 intercetta diagonalmente l'asse x della perforazione, in modo che, quando le aste ruotano, il fuso rotola sulle pareti dello scavo e su se stesso, mentre il suo asse longitudinale y descrive due coni opposti al vertice secondo un movimento detto di nutazione.

La punta tagliente 15 del fuso, nel suo moto circolare, prevalentemente scalza il terreno, mentre la superficie a botte esegue un'operazione di rullatura sulle pareti 17 del foro. Più precisamente, il foro viene progressivamente allargato dalla superficie laterale del rullo che, nel suo movimento di discesa, si impegna sulla parete del foro dilatandola in un primo tempo secondo la circonferenza descritta dall'estremo inferiore 12b, e quindi la dilata ulteriormente al passaggio della parte mediana più larga 12c. Di conseguenza, il terreno circostante il foro viene compattato.

La particolare forma del gomito 14, i cui estremi 14a e 14b sono rispettivamente orientati secondo gli assi x ed y, ha il duplice scopo di:

ottenere l'inclinazione voluta dell'asse y di rotazione del rullo; e

- decentrare, rispetto all'asse x, l'estremo superiore dell'asse cilindrico 13 e quindi del rullo 12, in modo che le estremità del rullo 12 siano situate da lati opposti rispetto all'asse x delle aste e della perforazione. Con questa configurazione si ottiene un'ottima equilibratura delle masse rotanti e delle forze di reazione del terreno anche con un singolo rullo fusiforme.

Come si può apprezzare, l'utensile 10 ha un'estrema semplicità costruttiva.

Facendo riferimento alla figura 2, in cui a parti uguali o che svolgono funzioni analoghe a parti già citate sono associati numeri uguali, con l'eventuale aggiunta di un indice ('), è illustrata una variante realizzativa in cui al di sopra del rullo fusiforme 12, sul gomito 14' è montato eccentricamente un rullo secondario 16, folle e di forma sostanzialmente cilindrica. Come mostrato nei disegni, l'asse longitudinale z del rullo eccentrico 16 è sostanzialmente parallelo rispetto all’asse x della perforazione. Il rullo secondario 16 ha il compito di eseguire un'ulteriore azione di ricalcatura e sostegno sulla parete 17 del foro. In figura 2 è visibile l'effetto dell'utensile sul terreno: la punta 15, ruotando ed avanzando verticalmente, crea un solco circolare 18 nel fondo del foro di scavo, che viene poi allargato in tempi successivi dalla parte mediana e dalla parte superiore del rullo 12 e quindi riceve il diametro definitivo dal rullo secondario 16.

In una ulteriore forma realizzativa (non illustrata) dell'utensile di scavo secondo la presente invenzione, è prevista l'adozione di più rulli secondari, disposti al di sopra del rullo fusiforme, eventualmente sfasati attorno all'asse dello scavo per ragioni di equilibratura.

La figura 3 mostra una delle svariate possibilità di dotare i rulli di ulteriori mezzi di scavo, quali alette 19 disposte in punta, rilievi a spirale, bottoni sporgenti 20, ecc., al fine di ottenere una maggiore aderenza alle pareti oppure aumentare l'azione di disgregazione del fondo dello scavo.

Secondo la presente invenzione, l'utensile di scavo precedentemente descritto può essere utilizzato secondo diversi metodi di impiego preferiti, alcuni dei quali saranno ora descritti a titolo di esempi non limitativi .

Un primo metodo di scavo, denominato qui di seguito "a secco", prevede che l'utensile 10 venga fatto avanzare verticalmente ruotando su se stesso spingendolo contro il terreno. L'utensile perfora il fondo dello scavo e rulla sulle pareti del foro; avanzando, lascia sopra di sé una perforazione di forma cilindrica. Il terreno compresso ha una maggiore resistenza al franamento, per cui la possibilità di scavo "a secco" è destinata a rivelarsi efficace ed economica per una larga gamma di terreni. In questo caso la gabbia o armatura può essere calata per tutta la profondità del foro, ed il getto viene eseguito come descritto nel preambolo con riferimento al metodo (b) dei pali trivellati di grande diametro.

In alternativa a questo primo metodo, si può adottare un secondo metodo, detto di scavo "rivestito". Esso prevede l'introduzione continua nello scavo di piccole quantità di materiale legante, il quale viene progressivamente compresso dai rulli contro le pareti, con ottenimento di un rivestimento delle pareti del foro. Usando calcestruzzo con acceleranti od altri impasti a presa rapida, lo strato di rivestimento che si forma rende le pareti più stabili in breve tempo ed estende la possibilità di scavo a secco.

Un terzo metodo possibile è lo scavo "in calcestruzzo", ideale per terreni particolarmente instabili. Al procedere della perforazione, dalla superficie del foro si rabbocca continuamente calcestruzzo in modo da mantenere lo scavo pieno. La spinta idrostatica del calcestruzzo impedisce totalmente il franamento, mentre parte del materiale viene incorporato per rullatura nelle pareti. Dopo l'estrazione dell'utensile, la gabbia va affondata nel getto di calcestruzzo in modo analogo a quanto si fa correntemente nella citata tecnica (c) di trivellazione ad elica continua.

Rispetto agli attrezzi di scavo noti, l'utensile a rulli secondo la presente invenzione gode di un certo numero di vantaggi:

- gli attriti di rotolamento risultano molto ridotti rispetto a quelli di strisciamento che si verificano con gli strumenti noti, con la conseguente minore richiesta di energia e rendimento più elevato;

- il terreno viene rullato sulla parete e rischia meno l'effetto di abrasione;

- le zone di contatto fra utensile e terreno sono più limitate, con conseguente maggiore pressione specifica da sfruttare nella compressione.

Il risultato in termini di qualità è il miglioramento delle caratteristiche meccaniche del terreno che non viene decompresso (come nel caso della trivellazione), ma al contrario viene costipato, come nella tecnica (a) dei pali infissi, dove lo stesso effetto viene ottenuto per battitura. In questo caso, però, il procedimento comporta vibrazioni e rumore di entità molto ridotta.

Rispetto ad un palo trivellato di grande diametro, il vantaggio economico è legato all'eliminazione dei tempi morti (risalita, scarico utensile e discesa) che, nel caso di terreni che si prestano a questo metodo (terreni coesivi teneri), hanno un'incidenza superiore al 50%.

Un altro vantaggio minore è la riduzione dei costi di pulizia del cantiere e del disagio legato alla presenza di fango.

Rispetto alle tecniche dell'elica continua e del palo battuto, solitamente limitate a profondità di 20-30 metri, il montaggio di un utensile secondo la presente invenzione su macchine ad aste telescopiche offre la possibilità di raggiungere i 50-60 metri ed oltre, dove il terreno lo consenta.. Rispetto alla tecnica ad elica continua, con una macchina di pari dimensioni, la profondità raggiungibile è circa il triplo. 11 diametro di perforazione, a parità di coppia, aumenta notevolmente perché si riducono gli attriti laterali e si concentra la potenza sulla parte dell'utensile che effettua lo scavo. Inoltre, dovunque si possa lavorare "a secco", non vi sono vincoli alla posa della gabbia.

Le tecniche precedentemente descritte di scavo "a secco" e di scavo "rivestito" offrono tutti i vantaggi sopra menzionati per l'utensile, in particolare la grande profondità ottenibile con aste telescopiche, il grande diametro consentito dal basso attrito, l'economia data dalla rapidità di esecuzione, dall'eliminazione del liquido di perforazione e dei relativi impianti ed operatori.

La tecnica di scavo "in calcestruzzo" aggiunge tre ulteriori vantaggi:

- eliminazione del rischio di franamento;

- eliminazione del metodo del tubo-getto e del relativo macchinario e squadra di manovra;

eliminazione del tempo di getto, essendo questo eseguito contemporaneamente allo scavo.

Come si potrà inoltre apprezzare, la rastremazione superiore 12a del rullo agevola l'introduzione del materiale legante nel fondo dello scavo e facilita l'estrazione dell'utensile dal foro a fine operazioni.

Infine, l'utensile secondo l'invenzione si presta ad essere applicato ad impianti di trivellazione già esistenti senza doverli modificare.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Utensile (10) di scavo, in particolare per realizzare pali di fondazione in calcestruzzo, atto ad essere montato sull'estremo inferiore di una batteria di aste (11) rotanti attorno al proprio asse longitudinale (x) ed avanzanti in direzione di detto asse (x), caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un rullo (12) montato folle rispetto alle aste (11) e girevole intorno ad un asse (y) inclinato rispetto a detto asse (x); gli estremi (12a, 12b) del rullo (12) essendo situati da parti opposte rispetto all'asse (x).
2. 2. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’estremo inferiore del rullo (12) è provvisto di mezzi taglienti (15, 19) atti a disgregare il terreno.
3. 3. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il rullo (12) ha superficie laterale fusiforme, rastremata almeno in corrispondenza dell'estremo inferiore.
4. 4. Utensile secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il rullo (12) è rastremato agli estremi superiori (12a) ed inferiori (12b), presentando una superficie laterale a forma di botte con diametro massimo nella porzione mediana (12c).
5. 5. Utensile secondo le rivendicazioni 1, 2 e 3, caratterizzato dal fatto che l'estremo inferiore del rullo (12) termina con una punta conica (15).
6. 6. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il rullo (12) è montato folle su un asse centrale (13) con asse geometrico coincidente con detto asse (y); l'asse centrale (13) essendo fissato all'asta inferiore (11) per mezzo di una porzione ricurva o gomito (14, 14') avente l'estremo superiore (14a), di collegamento all'asta (11)/ orientato secondo l'asse (x)/ l'estremo inferiore (14b), adiacente al rullo (12), essendo decentrato rispetto all'asse (x) ed orientato secondo l'asse (γ).
7. 7. Utensile secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che su detto gomito (14') è montato almeno un rullo secondario (16) di forma sostanzialmente cilindrica, avente il proprio asse longitudinale (z) distanziato da detto asse (x) e sostanzialmente parallelo ad esso.
8. 8. Procedimento per la realizzazione di pali di fondazione in calcestruzzo mediante l'utilizzo di un utensile di scavo (10) secondo le precedenti rivendicazioni, montato all'estremo inferiore di una batteria di aste (11) rotanti intorno al proprio asse longitudinale (x) ed avanzanti in direzione di detto asse (x) per effettuare la disgregazione del terreno sul fondo dello scavo ad opera di mezzi taglienti (15, 19) con ottenimento di uno scavo di forma sostanzialmente cilindrica; caratterizzato dal fatto che il procedimento prevede anche le seguenti fasi: allargamento per rullatura delle pareti laterali (17) dello scavo ad opera della superficie laterale (12) dell'utensile (10) con conseguente compattazione del terreno circostante lo scavo; immissione continua nello scavo a monte dell’utensile di piccole quantità di materiale legante, con progressiva compressione dello stesso contro le pareti laterali dello scavo ad opera di detto utensile (10) ed ottenimento di un rivestimento rigido dello scavo.
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto di prevedere un getto continuo di calcestruzzo nello scavo in quantità tale da mantenere lo scavo pieno durante le operazioni di perforazione per evitare il franamento delle pareti dello scavo.