ITUB20154039A1 - Dispositivo di ancoraggio ad uso geotecnico. - Google Patents

Description

“Dispositivo di ancoraggio ad uso geotecnico"

CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo di ancoraggio utilizzato in campo geotecnico per il contenimento di masse, quali ad esempio terra, roccia o neve e per altre tipologie di difese.

Va fin da subito notato che il termine “geotecnico" viene qui utilizzato per indicare il campo della tecnica che in generale tratta il comportamento dei terreni e la sua applicazione in costruzioni e opere realizzate su di essi.

In particolare, il dispositivo di ancoraggio secondo la presente invenzione, noto nella tecnica anche come tirante o dispositivo di ancoraggio passivo, può essere utilizzato per la realizzazione di fondazioni (e quindi per l’ancoraggio al terreno) di strutture di contenimento quali ad esempio reti di protezione, barriere paramassi, barriere fermaneve, nelle opere di stabilizzazione di versanti franosi, ecc.

TECNICA ANTERIORE NOTA

Attualmente in ambito geotecnico sono impiegati ancoraggi passivi generalmente realizzati in fune d’acciaio.

In particolare, è noto nella tecnica realizzare dispositivi di ancoraggio ad esempio delle reti di protezione, e simili strutture di contenimento, mediante una fune di acciaio preferibilmente di tipo spiroidale, che viene piegata sostanzialmente ad “U" in corrispondenza della mezzeria per formare un’asola, o cavallotto.

Il dispositivo di ancoraggio viene installato in una perforazione del terreno, inserendo in esso almeno parte dei due rami della fune che si dipartono dalla porzione piegata a formare l’asola. Il dispositivo di ancoraggio viene solidarizzato al terreno mediante un opportuno legante, ad esempio boiacca, iniettato all’interno della perforazione.

In corrispondenza della porzione piegata della fune del dispositivo di ancoraggio, ovverosia in corrispondenza dell’asola, può essere presente un tubo di rinforzo e/o una radancia al fine di meglio ripartire i carichi provenienti dalla rete di protezione, ed in generale dalla struttura di contenimento, collegata all’ancoraggio in corrispondenza dell’asola.

Tuttavia, il piegamento della fune spiroidale in corrispondenza dell’asola, riduce la portanza della fune e quindi la resistenza a rottura (carico di rottura), in particolare quando l’azione del carico agente sul dispositivo di ancoraggio determina la deformazione della fune in corrispondenza dell’asola provvista di radancia, che causa un’indesiderata riduzione del raggio di curvatura. Ne segue che la resistenza a rottura fornita dal dispositivo di ancoraggio diminuisce.

Tali effetti sono incrementati all’aumentare della sezione (e quindi del diametro) della fune spiroidale utilizzata, che generalmente possono variare tra 14 e 24 mm.

In particolare, i dispositivi ancoraggio noti soffrono dell’inconveniente che la resistenza a rottura effettiva (carico di rottura) del dispositivo di ancoraggio si discosta, anche con differenze notevoli, rispetto alla resistenza a rottura teorica definita come la resistenza a rottura della fune che costituisce l’ancoraggio moltiplicata per due.

In particolare, definendo l’efficienza del dispositivo di ancoraggio con la relazione p=Rak/(2*Rfk), in cui Rak è il valore del carico di rottura (resistenza a rottura) del dispositivo di ancoraggio e Rm è il valore del carico nominale di rottura (resistenza a rottura) della fune impiegata, l’efficienza del dispositivo di ancoraggio presenta valori intorno a 0.90 per funi di diametro pari a 14 mm, e decresce sensibilmente fino ad arrivare a valori di circa 0.50 per funi di diametro pari a 24 mm.

Per risolvere tali inconvenienti, ed in particolare la riduzione dell’efficienza dei dispositivi di ancoraggio noti, causati dalla deformazione della fune in corrispondenza dell’asola, ed in particolare della radancia, sono state introdotte radance sostanzialmente indeformabili realizzate mediante fusione di acciaio, oppure è stata prevista l'applicazione all’interno della radancia di boccole di rinforzo. Tuttavia, tali soluzioni determinano un aumento della complessità di produzione e di installazione del dispositivo di ancoraggio, oltre che un aumento indesiderato del suo peso e dei relativi costi di produzione.

Scopo della presente invenzione è quello di risolvere i problemi sopra brevemente discussi dei dispositivi di ancoraggio noti.

In particolare, è scopo della presente invenzione quello di mettere a disposizione un dispositivo di ancoraggio in cui viene eliminata la criticità legata alla riduzione di carico tollerabile per effetto della riduzione del raggio di curvatura della fune in corrispondenza della radancia che tende a deformarsi per effetto del carico.

E altresì scopo della presente invenzione, quello di garantire una elevata efficienza dei dispositivi di ancoraggio, e quindi un’elevata resistenza a rottura dei dispositivi di ancoraggio, senza aumentarne il peso ed il costo.

RIASSUNTO DELL’INVENZIONE

Questi ed altri scopi sono raggiunti mediante un dispositivo di ancoraggio secondo la rivendicazione 1. Altri aspetti e/o caratteristiche sono presentate nelle rivendicazioni dipendenti.

Il dispositivo di ancoraggio secondo la presente invenzione comprende una pluralità di trecce realizzate con almeno due fili d’acciaio, preferibilmente ad alta resistenza.

Va fin da subito notato che il termine treccia viene utilizzato per indicare un avvolgimento di due o più cavi sostanzialmente lungo una direzione di sviluppo. Secondo un aspetto dell’ invenzione, il dispositivo di ancoraggio secondo la presente invenzione comprende due o più trecce realizzate con due o più fili d’acciaio piegate sostanzialmente ad “U" in modo tale da formare un’asola e due rami. Secondo una forma di realizzazione in corrispondenza dell’asola è disposta almeno una radancia adatta ad accogliere i corrispondenti mezzi di vincolo e/o parte della struttura a cui il dispositivo di ancoraggio viene collegato. La configurazione del dispositivo di ancoraggio comprendente due o più trecce, definita di seguito anche con il termine multitreccia, permette a differenza dei dispositivi di ancoraggio che comprendono una sola fune di tipo spiroidale, di ridurre la criticità legata alla riduzione del raggio di curvatura della fune in corrispondenza della radancia, che per effetto del carico tende a deformarsi. La configurazione multitreccia consente quindi di garantire maggiore efficienza dell’ancoraggio stesso rispetto a quello realizzato in fune poiché, anche al variare del raggio di curvatura della radancia (ed in generale dell’asola) che viene caricata, il carico di rottura del dispositivo si mantiene sempre prossimo al carico di rottura teorico non risentendo quindi, come nel caso della fune spiroidale, della riduzione del carico di rottura per ragioni tenso-fl essi on ali.

Infatti, la configurazione multitreccia permette di aumentare le prestazioni meccaniche di resistenza dei dispositivi di ancoraggio con un’efficienza prossima all’unità e con un risparmio di materia prima che va dal 20 al 40%. Il dispositivo di ancoraggio presenta, inoltre, almeno un elemento tubolare in cui la pluralità di trecce è inserita. In questo modo, almeno la parte terminale delle trecce in corrispondenza dell’asola, è resa più agevole da maneggiare e più protetta da eventuali danneggiamenti esterni.

I fili d’acciaio usati per la realizzazione delle trecce del dispositivo di ancoraggio secondo la presente invenzione, sono preferibilmente ad alta resistenza, e secondo alcune possibili forme di realizzazione caratterizzati dal fatto di avere una resistenza alla rottura compresa tra 10OOMPa e 2400MPa.

Nel corso delle prove sperimentali eseguite dalla Richiedente, sono state analizzate alcune forme di realizzazione preferite per i fili d’acciaio ad alta resistenza, secondo cui è risultato vantaggioso l’uso di fili d’acciaio a sezione (S) circolare, in cui il diametro (D) della sezione (S) circolare, o il diametro della circonferenza circoscrivibile alla sezione (S) non circolare dei fili, è compreso tra 1,5 mm e 6 mm, preferibilmente tra 2 mm e 5 mm, e ancor più preferibilmente tra 3 mm e 4 mm, estremi compresi.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più evidenti dalla seguente descrizione, fatta a titolo di esempio con riferimento alle figure allegate in cui:

• la Figura 1 mostra una vista in pianta di una possibile forma di realizzazione del dispositivo di ancoraggio multitreccia secondo la presente invenzione;

• la Figura 2 mostra una vista in sezione del dispositivo di ancoraggio multitreccia di fig. 1 ;

• la Figura 3 mostra una vista prospettica di un particolare del dispositivo di ancoraggio multitreccia di fig.1 ;

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI ALCUNE FORME DI REALIZZAZIONE DELLA PRESENTE INVENZIONE

Il dispositivo di ancoraggio 50 (noto anche come tirante) secondo la presente invenzione è preferibilmente di tipo passivo e può essere sia permanente che temporaneo.

Secondo un aspetto della presente invenzione, come ad esempio visibile in figura 1 , le trecce 1 del dispositivo di ancoraggio 50 sono piegate sostanzialmente ad U per formare un’asola 51 (o cavallotto).

Va notato che l’espressione “piegate sostanzialmente ad U’’ viene qui utilizzata per indicare che le trecce 1 del dispositivo di ancoraggio 50 sono piegate per formare una porzione centrale, ovverosia l’asola 51 , con le due estremità di ciascuna treccia che si estendono da tale porzione centrale per formare due rami 1 a, 1 b della forma sostanzialmente ad U.

Preferibilmente, le trecce 1 sono piegate in corrispondenza della propria mezzeria (ovverosia a metà della propria lunghezza) in modo tale che i due rami 1a, 1 b abbiamo sostanzialmente lunghezza uguale tra loro.

Va notato che secondo possibili forme di realizzazione del dispositivo di ancoraggio, le trecce 1, ed in particolare i vari rami formati a seguito della piegatura sostanzialmente ad U, possono essere disposti in modo tale da risultare sostanzialmente paralleli e secondo una forma di realizzazione possono essere disposti in maniera circolare (se visti in sezione) come ad esempio mostrato in figura 2.

Il dispositivo di ancoraggio 50 può essere dotato di una radancia 53, o un elemento simile, disposto in corrispondenza dell’asola 51 , ovverosia della porzione centrale delle trecce 1 ripiegate sostanzialmente ad U.

Ciascuna treccia 1 delle due o più trecce del dispositivo di ancoraggio secondo la presente invenzione comprende due o più fili 1c realizzati in acciaio, preferibilmente in acciaio ad alta resistenza. I due o più fili 1c sono avvolti ad elica, preferibilmente lungo l’asse (direzione) di estensione della treccia 1 .

Va notato che il numero di trecce 1 e/o il numero di fili 1c possono essere opportunamente scelti in base alle necessità costruttive e di utilizzo.

In particolare, va notato che anche se nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1 , 2 e 3, ciascuna treccia comprende tre fili 1c d’acciaio avvolti ad elica, tale numero può essere variato.

Secondo differenti possibili forme di realizzazione, le dimensioni dei fili 1c utilizzate possono essere opportunamente modificate.

Ad esempio, il diametro D della sezione S circolare del filo 1 c, ad esempio visibile in figura 2, è compreso tra 1 ,5 mm e 6 mm, preferibilmente tra 2 mm e 5 mm, e ancor più preferibilmente tra 3 mm e 4 mm, estremi compresi.

Nel caso in cui la sezione S del filo 1c non sia circolare, le dimensioni sopra riportate del diametro D possono essere riferite al diametro di una circonferenza circoscrivibile alla sezione non circolare del filo.

Secondo una possibile forma di realizzazione, il diametro del filo 1c è sostanzialmente pari a 3,5 mm.

Va notato che anche se nel seguito si farà riferimento ad una configurazione in cui tutte le trecce 1 del dispositivo di ancoraggio presentano numero uguale di fili 1c che le compongono, non vanno escluse ulteriori possibili forme di realizzazione in cui le trecce 1 presentano un numero di fili diverso tra loro. Come ad esempio visibile in figura 1 , secondo una possibile forma di realizzazione, le estremità delle trecce 1 possono essere raggruppate e collegate tra loro mediante un connettore di estremità 56.

Tale connettore 56, può essere ad esempio conformato a punta per agevolare l’inserimento del dispositivo di ancoraggio 50 all’interno della perforazione in cui esso viene installato.

Infatti, in modo noto, il dispositivo di ancoraggio 50 secondo la presente invenzione può essere installato in una perforazione del terreno, inserendo in essa almeno parte dei rami 1a, 1 b che si dipartono dalla porzione centrale in cui i fili sono piegati per formare l’asola 51 .

Inoltre, il dispositivo di ancoraggio viene solidarizzato al terreno mediante un opportuno legante iniettato nella perforazione.

Vantaggiosamente, la struttura a treccia, ed in particolare ravvolgimento ad elica dei due o più fili 1c per la realizzazione della treccia 1, consente di migliorare l’adesione del legante iniettato nella perforazione, migliorando sensibilmente la tenuta tra dispositivo di ancoraggio e terreno.

Per eseguire l’iniezione del legante, il dispositivo di ancoraggio 50 secondo la presente invenzione può essere dotato di un condotto di iniezione (non mostrato), generalmente realizzato in materiale plastico che è disposto tra le trecce 1 del dispositivo, ed in particolare tra i rami 1 a, 1 b delle trecce 1 .

Vantaggiosamente, il dispositivo di ancoraggio secondo la presente invenzione è utilizzabile in ambito geotecnico, ed è quindi installabile nel terreno, ad esempio per la realizzazione di fondazioni, ad esempio di reti di protezione, ed in generale di strutture di contenimento come ad esempio le barriere paramassi e le barriere fermaneve, che sono collegabili direttamente o indirettamente al dispositivo di ancoraggio 50, preferibilmente in corrispondenza dell’asola 51 formata dalle trecce 1 piegate sostanzialmente ad U.

Come accennato, il numero delle trecce 1 e/o dei fili 1c impiegati per la realizzazione del dispositivo di ancoraggio 50 può variare a seconda delle esigenze, ed in generale viene scelto in base al carico a rottura (resistenza a rottura) desiderata.

Ad esempio, nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1 , 2 e 3, sono state utilizzate cinque trecce 1, che vengono ripiegate per formare l’asola 51 e i due rami 1a, 1 b, per un totale di dieci rami, ovverosia il numero delle trecce 1 moltiplicato per due, per effetto della piegatura ad U. Ciascuna treccia 1 comprende due o più fili 1c in acciaio, ad esempio, nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1 , 2 e 3, la treccia 1 è costituita da tre fili 1c d’acciaio avvolti ad elica. Pertanto, è possibile contare in corrispondenza di una sezione del dispositivo di ancoraggio 50 (si veda ad esempio la sezione A-A di figura 2) un totale di trenta fili 1c d’acciaio, ovverosia il numero di rami moltiplicato per tre.

Vantaggiosamente, l'impiego di una pluralità di trecce 1 per la realizzazione del dispositivo di ancoraggio consente di mantenere elevata l'efficienza del dispositivo consentendo allo stesso tempo una riduzione del materiale (e quindi del suo peso).

Prove sperimentali eseguite dalla Richiedente hanno dimostrato come l'utilizzo di trecce 1 secondo l’invenzione per la realizzazione di dispositivi di ancoraggio 50, consenta di ottenere una riduzione del materiale (e quindi del suo peso, preferibilmente tra il 20% e il 40% rispetto ai dispositivi di ancoraggio realizzati con una fune spiroidale, a parità di caratteristiche di resistenza a rottura.

Vantaggiosamente, l'utilizzo di una pluralità di trecce 1 consente inoltre di eliminare completamente, e in ogni caso di limitare, l’effetto di riduzione del carico di rottura (e quindi di riduzione della resistenza a rottura) lamentato nei dispositivi di ancoraggio noti, dovuto alla riduzione del raggio di curvatura della fune spiroidale in corrispondenza dell’asola (e quindi della radancia) che a seguito del carico applicato tende a deformarsi.

Infatti, la forma di realizzazione multitreccia consente di ottenere una maggiore dissipazione di energia e una deformazione minore in corrispondenza della piegatura ad U per la formazione dell’asola 51 , in cui può essere installata una radancia 53.

Infatti, come sopra accennato, la presenza di due o più trecce (configurazione multitreccia) determina maggiore efficienza del dispositivo di ancoraggio rispetto a quello realizzato con una fune poiché, anche al variare del raggio di curvatura della radancia che viene caricata, il carico di rottura del dispositivo si mantiene sempre prossimo al carico di rottura teorico non risentendo quindi, come nel caso della fune spiroidale, della riduzione del carico di rottura.

Inoltre, il maggior numero di fili e quindi la maggiore superficie a contatto con la malta di sigillatura incrementa inoltre notevolmente l’aderenza dell’ancoraggio.

Secondo un aspetto della presente invenzione, il dispositivo di ancoraggio 50 comprende un elemento tubolare 54, in cui la pluralità di fili 1c delle trecce 1 viene inserita, per almeno parte della loro lunghezza, e successivamente piegata sostanzialmente ad U.

In altre parole, almeno parte della porzione centrale delle trecce 1 e quindi dei fili 1c che le costituiscono, sostanzialmente in corrispondenza dell’asola 51, è inserita in un elemento tubolare 54.

L’elemento tubolare 54 è realizzato preferibilmente in acciaio, preferibilmente zincato.

Secondo una possibile forma di realizzazione, il dispositivo di ancoraggio 50 comprende uno o più elementi distanziatori 55 che vengono disposti in corrispondenza dei rami 1 a, 1 b delle trecce 1.

Secondo una possibile forma di realizzazione, l’elemento distanziatore 55 comprende un corpo sostanzialmente cilindrico.

Come mostrato in figura 2, l’elemento distanziatore 55 può essere conformato in modo tale da formare una pluralità di sedi 55a, atte ad accogliere almeno parte dei rami 1a, 1 b delle trecce 1 e quindi dei fili 1 c che le costituiscono. Secondo una possibile forma di realizzazione, l’elemento distanziatore 55 comprende una pluralità di alette 55b aggettanti per il passaggio dei rami 1a, 1b delle trecce 1 tra di esse.

In altre parole, le trecce 1, ed in particolare i rami 1 a, 1 b sono disposti tra le alette 55b dell’elemento distanziatore 55. Il numero di alette 55b e/o di sedi 55a può essere scelto in base al numero di trecce 1 impiegate.

Secondo una possibile forma di realizzazione, il numero di rami 1a, 1 b, passanti tra due alette 55b di una pluralità di alette (e/o in ciascuna sede 55b di una pluralità di sedi) è costante, così come il numero di fili che compongono ciascuna treccia 1.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1-3 con particolare riferimento alla vista in sezione di figura 2, l’elemento distanziatore 55 comprende dieci sedi 55a, ciascuna formata tra due alette 55b, destinate ad accogliere ciascuna una treccia 1 comprendente tre fili 1 c.

L’elemento distanziatore 55 consente vantaggiosamente di supportare le trecce 1 ed in particolare i rami 1a 1b.

L’elemento distanziatore 55 consente di introdurre efficacemente le trecce 1 nella perforazione del terreno in cui il dispositivo di ancoraggio 50 viene installato, per il corretto centraggio al suo interno.

Di preferenza, l’acciaio utilizzato per la realizzazione dei fili secondo l’invenzione è ad alta resistenza, ad esempio avente una resistenza a rottura (resistenza a trazione) compresa tra 1000 MPa (N/mm<2>) e 2400 MPa (N/mm<2>), preferibilmente compresa tra 1770MPa e 2030MPa.

Secondo una possibile forma di realizzazione, il filo 1c possiede resistenza a rottura di 1880 MPa.

In particolare, secondo alcune possibili forme di realizzazione, l’acciaio ad alta resistenza è quello impiegato ad esempio nella fabbricazione di cavi di acciaio secondo la normativa EN10264, oppure per la fabbricazione di molle meccaniche secondo la normativa EN10270.

Inoltre, i fili 1c di acciaio usati per le trecce 1 del dispositivo di ancoraggio 50 della presente invenzione, possono essere sottoposti a trattamento superficiale per protezione all’ossidazione mediante zincatura, in conformità della normativa EN10244, preferibilmente a caldo, e/o ad altro trattamento noto per contrastare o quantomeno ridurre il fenomeno dell’ossidazione. In generale, la superficie esterna del filo può essere protetta dall’ossidazione, preferibilmente mediante applicazione di un rivestimento comprendente zinco in un processo di zincatura.

Infine, secondo un aspetto della presente invenzione, i fili 1c d’acciaio usati per le trecce del dispositivo di ancoraggio 50 che è preferibilmente di tipo passivo, ovverosia di tipo non presollecitato, non sono a basso rilassamento (come ad esempio da normativa EM10138), ed in generale non sono sottoposti ad un processo di prestiratura.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di ancoraggio (50) ad uso geotecnico comprendente una pluralità di trecce (1) piegate sostanzialmente ad “IT per formare un’asola (51) e due rami (1 a, 1 b), in cui ciascuna di dette trecce (1) comprende due o più fili (1 c) realizzati in acciaio.
2. 2. Dispositivo di ancoraggio (50) secondo la rivendicazione 1, in cui detti fili (1 c) sono realizzati in acciaio ad alta resistenza.
3. 3. Dispositivo di ancoraggio (50) secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente almeno una radancia (53), preferibilmente disposta in corrispondenza di detta asola (51).
4. 4. Dispositivo di ancoraggio (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno un elemento tubolare (54) in cui la pluralità di trecce (1) è inserita.
5. 5. Dispositivo di ancoraggio (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti due o più fili (1 c) sono avvolti ad elica.
6. 6. Dispositivo di ancoraggio (50) secondo la rivendicazione 5, in cui detti due o più fili (1 c) sono avvolti ad elica rispetto all’asse di estensione della treccia.
7. 7. Dispositivo di ancoraggio (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti due o più fili (1 c) possiedono resistenza alla rottura compresa tra 1000MPa e 2400MPa, preferibilmente compresa tra 1770MPa e 2030MPa.
8. 8. Dispositivo di ancoraggio (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti due o più fili (1 c) possiedono sezione (S) circolare.
9. 9. Dispositivo di ancoraggio (50) secondo la rivendicazione 8, in cui il diametro (D) di detta sezione (S) circolare, o il diametro della circonferenza circoscrivibile alla sezione (S) non circolare dei fili, è compreso tra 1 ,5 mm e 6 mm, preferibilmente tra 2 mm e 5 mm, e ancor più preferibilmente tra 3 mm e 4 mm, estremi compresi.