Jet-Grouting
Sistemi Pacchiosi di iniezione
Note esplicative sulla tecnologia
I FASE
Fase di perforazione: inserimento, con perforazione a distruzione di nucleo, di una batteria di aste nel terreno sino alla profondità di trattamento richiesta dal progetto.
L'estremità inferiore della batteria é munita di una testa di perforazione e di una particolare valvola eiettrice che porta uno o più ugelli ortogonali all'asse della batteria.
II FASE
Fase di estrazione ed iniezione programmata: l'iniezione della miscela a pressione elevatissima avviene durante la fase di estrazione della batteria.
E' in questa fase che mediante l'insistenza del getto in una certa direzione per un certo intervallo di tempo, effetto ottenibile agendo sulla velocità di estrazione e di rotazione della batteria di aste, é possibile ottenere volumi di terreno trattato della forma e delle dimensioni desiderate.
EFFETTO DELL'INIEZIONE
La proiezione delle miscele ad altissima velocità attraverso gli ugelli, per effetto delle forti energie in gioco, permette di modificare l'assetto naturale e le caratteristiche meccaniche del terreno nel senso desiderato a seconda delle miscele impiegate (miscele di cemento, bentonite, acqua, miscele chimiche, ecc.).
RAGGIO D'AZIONE
Il raggio d'azione Ra del getto risulta principalmente funzione della pressione di lavoro (P), del tempo di iniezione (t), della resistenza al taglio del terreno posto (To) del diametro degli ugelli (ju) e della densità della miscela (m).
Ra = f (P, t, To, ju, m).
PRESSIONE DI LAVORO (P)
La pressione di lavoro che viene generata da una speciale pompa, può variare da 1 a 800 atm. a seconda della necessità; tale pressione si trasforma in energia cinetica all'uscita dagli ugelli.
Quindi la miscela iniettata attraverso gli ugelli diventa una proiezione di un liquido ad altissima velocità con pressione decrescente fino a zero.
TEMPO DI INIEZIONE (t)
Il tempo d'iniezione (l'insistenza del getto in una certa direzione) per una data sezione, viene regolato automaticamente, secondo necessità, agendo sulla velocità di estrazione e di rotazione della batteria di aste.
RESISTENZA AL TAGLIO DEL TERRENO NATURALE (To)
La resistenza al taglio del terreno naturale in posto condiziona la scelta dei valori delle pressioni e dei tempi di lavoro da adottare in fase di risalita programmata.
CONSOLIDAMENTO SOTTO FALDA
La presenza dell'acqua non crea alcun ostacolo all'applicazione del sistema di consolidamento che può essere eseguito anche in concomitanza a moti filtranti (10-2 &Mac184; 10-1 cm/sec) con l'impiego di particolari miscele che permettono la presa nell'arco di pochi minuti.
PRESSIONI INTERSTIZIALI
La tecnologia, grazie alla varietà dei parametri (correttamente adattati alle caratteristiche del terreno) sui quali si può agire, permette di iniettare senza influenzare le pressioni interstiziali del terreno, al contrario di quanto accade con le iniezioni tradizionali.
ASSENZA DI EFFETTI COLLATERALI NOCIVI ALLA STABILITA' DI STRUTTURE PREESISTENTI
Il getto ad alta energia produce un mescolamento del terreno ed un "claquage" continuo e sistematico con solo effetto locale all'interno del Ra senza che si manifestino fenomeni deformativi in superficie con conseguenze negative sulla stabilità delle costruzioni limitrofe.
PRODUZIONE
La produzione media di trattamento é condizionata dai tempi di perforazione che possono variare notevolmente a seconda del tipo di terreno mentre i tempi di inizione sono fissati secondo le necessità progettuali.
MISCELE DI INIEZIONE
Le miscele si possono iniettare nei limiti di viscosità pompabile e possono essere di tipo cementizio a base di resine, ecc.
I tempi di presa, più o meno rapidi, sono regolabili secondo le prescrizioni progettuali.
RESISTENZE OTTENIBILI
A seconda delle caratteristiche del terreno naturale, del tipo di miscela impiegato, e dei parametri di lavoro, si possono ottenere, nella zona trattata, resistenze alla compressione da 1 a 500 Kg/cm2.
POSSIBILITA' GEOMETRICHE
Agendo opportunamente sui parametri di iniezione é possibile ottenere: diaframmi sottili, cilindri orizzontali e verticali di vario diametro ed in generale forme di qualsiasi geometria.
Alcune delle svariate possibilità d'applicazione di queste strutture, create nel terreno con rapidità e con attrezzature di modesto ingombro, sono riportate nei seguenti schemi illustrativi.
CARATTERISTICHE DELLE ATTREZZATURE
Per l'applicazione economica e corretta di questa tecnica, abbiamo realizzato attrezzature automatizzate ed affidabili che permettono elevate produzioni, limitando l'impiego degli operatori al controllo ed alla pulizia dell'impianto.
- L'impianto di preparazione miscela é alimentato da un silo e consente di miscelare fino a 50 Tonnellate di cemento in 8 ore ed é più che sufficiente per alimentare le punte max di produzione.
- La pompa ad altissima pressione é azionata oleodinamicamente per dosare al meglio portate e pressioni e permette di iniettare contemporaneamente due liquidi a portate e pressioni diverse.
Le valvole di sicurezza per la massima pressione in caso di occlusione degli ugelli agiscono sull'impianto oleodinamico.
- La perforatrice computerizzata permette di eseguire senza operazioni manuali la fase di perforazione e di iniezione secondo i parametri prestabiliti, evitando errori dovuti agli operatori;
Essa é collegata tramite cavo alla pompa e arresta l'iniezione in caso di variazione di pressione o di portata della miscela da iniettare garantendo la corretta esecuzione.
POSSIBILI IMPIEGHI
La varietà dei parametri sui quali si può agire grazie all'impiego di attrezzature computerizzate, la possibilità di introdurre armature all'interno delle colonne, l'impiego di miscele speciali acceleranti o ritardanti etc., hanno permesso di sostituire in molti casi metodi tradizionali di consolidamento ed impermeabilizzazione in modo più rapido ed economico.
Tuttavia non conosciamo ancora i limiti di impiego e di competitività di questa tecnologia ancora troppo giovane per essere stata applicata in tutto il campo geotecnico.
Worm Tunnelling System®
Impianto per lo scavo e il sostentamento di pareti di gallerie durante l'escavazione delle stesse
L'impianto consiste in una struttura, di sostegno provvisorio delle pareti della galleria, semovente ed estensibile nel senso di avanzamento della galleria; all'interno di questa struttura sono alloggiati impianti di escavazione e di evacuazione del materiale di risulta. L'impianto, quindi, funge da sostegno provvisorio in fase di scavo; esso avanza nella galleria trasportando al suo interno tutti gli impianti di escavazione e di evacuazione e consente di posare simultaneamente nella parete posteriore della medesima il rivestimento definitivo prefabbricato o gettato in opera.
Descrizione
Per la realizzazione di gallerie stradali, ferroviarie o di gallerie aventi scopi diversi, come collettori fognari o per l'intubamento di canali o corsi d'acqua in genere, di recente sono state impiegate diverse tecniche.
Una di queste, definita in gergo tecnico "metodo dello spingitubo" prevede lo scavo eseguito per mezzo di scudi meccanici (boucliers) con fronte di scavo aperto o chiuso, con posa contemporanea di elementi prefabbricati (tubolari o conici).
Dette attrezzature possono essere spinte dall'esterno per mezzo di cilindri oleodinamici utilizzando come rinvio i tubi prefabbricati di rivestimento della galleria.
In questo caso non possono essere raggiungibili lunghe distanze perché l'attrito aumenta progressivamente sulle pareti del tunnel richiedendo all'esterno spinte insostenibili dai tubi intermedi che dovrebbero trasmettere la spinta allo scudo.
Dette attrezzature possono anche avanzare appoggiandosi al rivestimento (conci o getto in opera) del tunnel eseguito nella loro parte posteriore.
In questo caso però il limite della possibilità di avanzamento é dato dalla capacità di reazione della spinta oleodinamica del rivestimento posteriore; infatti, quando l'attrito o lo sforzo di infissione superano detta capacità, é ovvio che la macchina non potrà più avanzare, in quanto la spinta necessaria distruggerebbe il rivestimento retrostante.
Per ovviare in parte a questo inconveniente, il più delle volte vengono inserite delle stazioni di spinta intermedie, le quali però scaricano la loro reazione sugli elementi scatolari seguenti, i quali non sono adatti a sopportare pressioni elevate con il pericolo di eventuale sgretolamento, oppure possono reagire sulla volta già gettata in opera, con notevole sollecitazione per la volta stessa.
Inoltre, l'attrito da vincere per la spinta degli elementi risulta ancora maggiore nel caso si debbano realizzare leggere curve.
In questo caso, inoltre, la direzione della spinta é diversa da quella che deve seguire il tunnel, e non é possibile variare detta direzione se non agendo diversamente sui cilindri della centrale di spinta posta a distanza dall'elemento scatolare che deve variar la sua direzione.
Per terreni argillosi e poco consistenti, cioé terreni non autostabili, la tecnica nota prevede: lo scavo del terreno manuale o meccanizzato; la posa di sostegni provvisori, come, ad esempio, centine; la marcia avanti ad eventuali infilaggi armati in calotta; consolidamenti preventivi del terreno e successivi getti in opera del rivestimento della galleria.
Questa tecnica nota prevede il più delle volte l'infissione di pali con il sistema definito "Jet Grouting" con il quale si infiggono una pluralità di pali per formare tutta la parete di sostentamento della galleria.
Ovviamente, detti pali rimangono infissi nel terreno una volta realizzata la galleria e verranno coperti dalla struttura definitiva della galleria stessa.
Anche questa tecnica presenta diversi limiti ed inconvenienti tra cui:
- costi elevati dovuti alla scarsa velocità di avanzamento e l'elevato numero di personale necessario per coprire le varie fasi dell'esecuzione;
- problemi di sicurezza per il personale addetto allo scavo ed alla posa del sostegno provvisorio soggetto al rischio di frana;
- spreco di materiale necessario per l'esecuzione del sostegno provvisorio in attesa di poter procedere al getto di rivestimento definitivo.
Scopo del presente trovato é quello di poter effettuare delle gallerie di qualsiasi diametro o sezione o di qualsiasi lunghezza senza dover ricorrere a potenze di spinta elevate sugli elementi prefabbricati.
Ulteriore scopo del trovato e quello di fornire una casseratura provvisoria durante la fase di scavo e di rivestimento definitivo provvisorio della galleria stessa, tale da garantire la massima sicurezza in fase realizzativa di tunnels di qualsiasi dimensione e lunghezza, in terreni che non si autosostengono.
Ulteriore scopo del trovato é quello di poter impiegare, per lo scavo della galleria, attrezzature tradizionali già esistenti in commercio e di basso costo d'esercizio e di poter variare le tecniche di scavo e di evacuazione del terreno, in modo da adattarle nella maniera più conveniente alle caratteristiche del terreno incontrato durante la messa in opera della galleria.
Ulteriore scopo é quello di rendere indipendenti fra di loro la fase di scavo, la fase di infissione e la fase di rivestimento della galleria.
ClouJet®
Stabilizzazione degli scavi
Introduzione
La tecnica della chiodatura dei suoli applicata per stabilizzare temporaneamente e permanentemente pendii naturali e scarpate artificiali richiama un principio fondamentale nel campo della tecnica delle costruzioni: mobilizzare le caratteristiche meccaniche intrinseche del terreno, quali la coesione e l’angolo di attrito interno, così che il terreno collabori attivamente all'opera di stabilizzazione. Sviluppata tra gli anni ’50 e ’60 per essere applicata in rocce dure e compatte, la tecnica della chiodatura dei suoli trova attualmente, grazie a un supporto teorico sempre più consistente e a innovazioni tecnologiche sempre più perfezionate, possibilità di esecuzione in un’ampia gamma di terreni che varia da quelli granulari, come suoli alluvionali, a quelli coerenti, come argille e marne. Per questo motivo si sta notevolmente ampliando, soprattutto a livello europeo, il campo degli interventi in cui la tecnica è applicata con successo: contenimento di scarpate di trincee a cielo aperto e di rilevati stradali, stabilizzazione di dighe in terra e di argini di fiumi, consolidamento di fondazioni di edifici contigui e di piedritti di gallerie.
Tecnologia CLOUJET: attrezzature e modalità esecutive
La tecnologia CLOUJET , sviluppata e commercializzata dall’Ing. C. Louis di Parigi e dalla Impresa Pacchiosi Drill S.P.A. di Parma, Italia, prevede speciali tipi di chiodi muniti di dispositivi di iniezione ad alta pressione (Jet-Grouting), in grado di realizzare bulbi di malta cementizia di grande diametro. In questo modo, viene assicurata la saldatura delle armature al terreno, nonché il miglioramento delle caratteristiche geotecniche del suolo. L'iniezione ad alta pressione durante la fase di infissione favorisce inoltre la penetrazione del chiodo stesso mediante la progessiva disgregazione del terreno. La tecnica CLOUJET prevede che la fase di scavo e la fase d’infissione dei chiodi procedano in successione alternata, a partire dalla prima (fig.1). Dopo l’esecuzione di una fase di scavo di altezza tale da mantenere stabile il tratto di parete appena scavata, si procede immediatamente con l’infissione e l'iniezione di una fila di chiodi Cloujet: le spinte attive generatesi al momento dello sbancamento nel volume di terreno retrostante la superficie di scavo vengono così immediatamente controbilanciate. Dopo questa seconda fase, la superficie di scavo viene rivestita con spritz-beton armato mediante doppio strato di rete metallica. Tale operazione consente di realizzare una pellicola di contenimento di circa 20 centimetri di spessore, le cui funzioni, oltre a quella di apportare al terreno una leggera pressione stabilizzatrice e di proteggerlo temporaneamente dagli agenti esogeni, sono:
- solidarizzare l’azione dei chiodi, assicurando la stabilità locale fra due file di chiodi
- permettere la realizzazione di un drenaggio superficiale mediante tessuti drenanti disposti in corrispondenza dell'interfaccia parete-suolo parallelamente alla superficie di scavo. Il drenaggio è parte integrante del progetto CLOUJET poiché il regime idraulico, considerato sotto forma di pressioni interstiziali applicate normalmente alle superfici di rottura, influenza direttamente le caratteristiche del sistema. L’acqua drenata, sia mediante tessuto che per mezzo di tubi infissi nel terreno con una determinata inclinazione, confluisce ai piedi del pendio dove viene raccolta da un apposito collettore parallelo alla direzione della parete. E' evidente, da quanto sopra esposto, che l'approfondimento dello scavo avviene per singoli passi o cicli di avanzamento: ogni ciclo inizia con lo scavo di un tratto di parete e termina con la completa stabilizzazione di questo. L’originalità della tecnica sta quindi nel fatto che la parete di confinamento e i chiodi vengono messi in opera già nelle prime fasi del lavoro con una geometria, spessore della parete, lunghezza, inclinazione e densità dei chiodi, conforme allo stadio finale dell’intervento, così da garantire in ogni momento la completa stabilità della scarpata.
L’azione combinata dello scavo progressivo e dell’infissione dei chiodi, saldati al terreno istantaneamente mediante iniezioni ad alta pressione, permette di minimizzare le perturbazioni in modo da sfruttare il più possibile le caratteristiche meccaniche del suolo. Il graduale sviluppo delle spinte attive laterali conseguente all'aumento della tensione verticale (sv), dovuta al peso proprio del terreno, viene immediatamente bilanciato e quindi mantenuto entro predeterminati livelli di sicurezza dall’azione dei chiodi Cloujet che, sollecitati a trazione in funzione delle esigenze del terreno, prevengono fenomeni accentuati di decompressione e quindi di scorrimento lungo potenziali superfici di rottura. Tale sollecitazione a trazione viene trasmessa dal terreno al chiodo mediante il bulbo di malta cementizia consolidata intorno ad esso.
Vantaggi della tecnica
In un terreno sciolto, stabilizzato mediante la tecnica della chiodatura, i potenziali scorrimenti si verificano al contatto suolo-cemento; per questa ragione, tanto minore è la resistenza al taglio di un terreno, tanto maggiore deve essere la superficie esterna del bulbo, specialmente nel caso di suoli plastici. La tecnica CLOUJET, grazie all’iniezione di cemento ad altissima pressione, permette di interessare volumi di terreno considerevoli in modo da realizzare bulbi di malta cementizia di diametro elevato; questo implica una resistenza all’estrazione T molto elevata in confronto ai valori di resistenza ottenuti con tecniche di iniezione di tipo tradizionale.
Rispetto al metodo classico di chiodatura, che necessita di tempi lunghi e di un'attrezzatura ingombrante per l'esecuzione delle diverse fasi (realizzazione dei tiranti, getto di calcestruzzo armato e riempimento dietro il muro con elevati rischi di instabilità), la tecnica CLOUJET permette al chiodo di poter lavorare in tempi molto brevi e, quindi, di accelerare i tempi di realizzazione dell’opera, in quanto il passo di avanzamento dello scavo viene imposto dal tempo necessario per la sua stabilizzazione. L’altezza del passo di scavo, naturalmente, dipende dal tipo di terreno: tanto migliori sono le sue caratteristiche meccaniche, tanto più elevata è l’altezza del passo.
E’ evidente che la tecnica diventa particolarmente vantaggiosa nel caso di terreni sciolti e incoerenti nei quali, a causa della grande instabilità del suolo, la perforazione è particolarmente problematica.
Poiché questa tecnica richiede un’attrezzatura molto mobile di dimensioni e peso ridotti, essa può essere applicata in quei casi in cui altri metodi di consolidamento non possono essere adottati come, ad esempio, l’esecuzione di un taglio in una scarpata il cui margine superiore non è accessibile ad attrezzature pesanti, la stabilizzazione di pendii con andamento in pianta molto irregolare per la presenza di case o vegetazione, l’ancoraggio di sottomurazioni e di muri di sostegno sotto edifici contigui. Inoltre, le squadre di scavo, di infissione dei chiodi e di messa in opera dello spritz-beton, lavorano indipendentemente l’una dall’altra, contribuendo ad aumentare la produttività e a ridurre i tempi di stasi.
Nel caso di opere permanenti e in luoghi dove il fattore estetico è molto importante, la tecnica CLOUJET prevede diversi tipi di rivestimento che nascondono completamente i chiodi e consentono all’opera, grazie ad adeguate soluzioni architettoniche, di integrarsi con la vegetazione e le rocce dell’ambiente circostante. Questo aspetto della realizzazione dell’intervento di stabilizzazione non va trascurato, soprattutto da quando i progetti di costruzione di grandi opere, quali autostrade, ferrovie, dighe ecc., devono necessariamente contenere uno studio di valutazione di impatto ambientale.
Svariate sono le possibili soluzioni offerte dalla tecnica per la progettazione e la costruzione delle pareti di rivestimento: esse si basano sostanzialmente sull’utilizzo di pannelli in calcestruzzo armato o precompresso, generalmente prefabbricati. Le forme e le dimensioni dei pannelli, i tipi di piante e di materiali naturali o artificiali con cui possono essere combinati e associati sono variabilissimi, così da riuscire ad individuare in ogni tipo di intervento la soluzione architettonica più adeguata.
Dimensionamento del progetto
L'analisi relativa agli interventi di consolidamento mediante la tecnica CLOUJET si basa sulla verifica di tre condizioni di stabilità (fig.2):
a) la stabilità del volume totale del terreno che verrà armato, considerato come un corpo rigido a forma di parallelepipedo; vengono analizzati i rischi di scorrimento legati alle sollecitazioni laterali e i rischi di basculamento dovute al peso del volume stesso, secondo la teoria della spinta delle terre
b) la stabilità interna del volume entro il quale vengono infissi i chiodi che devono prevenire lo sviluppo di superfici di scorrimento interne rappresentate da cerchi critici associati a determinati coefficienti di sicurezza; la lunghezza e la densità dei chiodi sono funzioni dei risultati di questa verifica
c) la stabilità globale del masso nei confronti di potenziali superfici di scivolamento esterne al volume armato.
I risultati dell’analisi sono rappresentati da (fig.3) : la lunghezza utile dei chiodi (lunghezza oltre la potenziale superficie di scorrimento), la resistenza a trazione e la resistenza al taglio mobilizzabili nel terreno dal chiodo, i raggi dei cerchi di scorrimento e la posizione dei loro centri, i fattori di sicurezza relativi a ciascun cerchio (calcolati considerando rispettivamente il masso di terreno senza armatura, il masso di terreno con sovraccarico senza armatura, il terreno con sovraccarico e con armatura tipo CLOUJET).
Il progetto esecutivo è realizzato sulla base dei risultati relativi alla superficie critica, corrispondente al coefficiente di sicurezza più basso.