ITPC970024A1 - Attrezzatura migliorata, e relativo metodo, per l'iniezione di materia li nel sottosuolo - Google Patents

Description

“ATTREZZATURA MIGLIORATA, E RELATIVO METODO, PER L'INIEZIONE DI MATERIALI NEL SOTTOSUOLO”

La presente invenzione propone un’attrezzatura migliorata, ed il relativo metodo, per iniettare materiali nel sottosuolo per interventi di consolidamento, bonifica, ecc.

I In particolare l’apparecchiatura secondo l’invenzione comprende un’asta di perforazione costituita da due tubi coassiali e che è provvista, in prossimità della punta, di tre o più ugelli radiali, utilizzati rispettivamente il primo per iniettare ad elevata pressione un fluido avente lo scopo di disgregare il terreno, il secondo per iniettare del materiale quale ad esempio una miscela cementizia ed il terzo per iniettare un fluido anch’esso ad elevata pressione, avente lo scopo di miscelare il materiale precedentemente iniettato e distribuirlo uniformemente nel terreno.

Conformemente con ciò, il metodo secondo l’invenzione prevede di:

• iniettare un fluido ad alta pressione a mezzo di un'asta di perforazione mentre questa è mantenuta in rotazione e contemporaneamente sollevata;

· iniettare mediante un secondo ugello a valle del precedente, un materiale da distribuire nel sottosuolo;

• iniettare mediante un terzo ugello a valle dei due precedenti, un fluido ad elevata pressione.

Preferibilmente i due ugelli esterni, destinati ad alimentare il fluido ad alta pressione sono collegati con l'intercapedine fra i due tubi costituenti l’asta di perforazione, mentre il materiale da disperdere nel terreno viene immesso nel sottosuolo attraverso il condotto centrale.

Sono note diverse tecniche utilizzate per interventi nel sottosuolo quali ad esempio interventi di consolidamento oppure di bonifica del terreno, ed in particolare, negli anni più recenti, si è sviluppata una tecnica cosiddetta del jet-grouting, utilizzata per realizzare colonne di terreno consolidato e che consiste nell’iniettare ad elevata pressione, attraverso uno o più ugelli radiali presenti in un’asta di perforazione, del materiale che viene disperso nel terreno attorno al foro, per ottenere una colonna di terreno stabilizzato.

Generalmente le attrezzature utilizzate per questo tipo di interventi comprendono un’asta di perforazione costituita da un tubo che viene inserito nel terreno fino alla profondità richiesta e quindi ritirato lentamente mantenendolo in rotazione, mentre contemporaneamente si inietta il materiale necessario per consolidare il terreno.

Il brevetto WO 9011412 descrive un procedimento per formare colonne di terreno consolidato con armatura di rinforzo, che prevede di scavare un foro nel terreno a mezzo di un’asta di perforazione, inserendo nel foro un tubo per iniezione di cemento liquido, ritirare l’asta di perforazione lasciando il tubo nel terreno, posizionare un'armatura all'interno del tubo e contemporaneamente iniettare il calcestruzzo liquido attraverso il tubo nel foro ad elevata pressione, ritirando il tubo dal terreno.

Il brevetto USA 5,624,201, dello stesso richiedente, richiede un metodo per iniettare materiali nel sottosuolo, previsto sia per operazione di bonifica che di consolidamento del terreno, nel quale si fa uso di un’asta di perforazione costituita da due tubi coassiali e che presenta una coppia di ugelli radiali, anch’essi coassiali, in prossimità della punta.

L’ugello interno viene alimentato attraverso il condotto centrale con un fluido ad elevata pressione, mentre l'ugello esterno viene alimentato, attraverso l'intercapedine fra i due tubi, con un fluido a bassa pressione nel quale è disperso il materiale da iniettare nel terreno,

il fluido ad elevata pressione, che fuoriesce ad alta velocità daN'ugello centrale, disgrega il terreno e trascina con sè il fluido a bassa pressione con gli inerti o il materiale da miscelare al terreno,

Queste tecniche presentano numerosi vantaggi, poiché permettono di eseguire interventi alla profondità richiesta, senza dover ricorrere a sbancamenti o scavi a cielo aperto, preservando in tal modo l’integrità deH’ambiente.

L’efficacia di questi metodi, oppure l’entità degli interventi necessari, dipende molto anche dalla qualità del terreno, fra cui in particolare la composizione degli strati del sottosuolo, la compattezza degli stessi, ecc. E’ chiaro, infatti, che per ottenere una colonna di terreno consolidato avente determinate caratteristiche occorre che questa colonna sia quanto più uniforme ed omogenea, cosa resa difficile dalle diverse condizioni ambientali ed in particolare dalle discontinuità che si incontrano nel terreno.

Numerose sperimentazioni e prove effettuate dal richiedente hanno permesso di constatare che aumentando il grado di miscelazione del materiale iniettato con il terreno si ottiene una colonna più omogenea e con superiori caratteristiche di stabilità e resistenza.

Le tecniche note, di conseguenza, possono ulteriormente essere migliorate e scopo della presente invenzione è quello di proporre un’attrezzatura ed il relativo metodo che permettano di raggiungere questo risultato, garantendo una dispersione più omogenea ed uniforme del materiale iniettato negli strati da bonificare o da consolidare.

A questo scopo l’invenzione prevede di utilizzare un’asta di perforazione costituita da due tubi coassiali e che presenta, in prossimità della punta, almeno tre ugelli radiali nei quali quelli esterni vengono utilizzati per iniettare un fluido ad alta pressione e quello intermedio, collegato preferibilmente al tubo centrale, per iniettare il materiale da miscelare al terreno.

In questo modo, l’ugello superiore rompe e disgrega il terreno, quello intermedio inietta il materiale e quello inferiore miscela il materiale iniettato con le parti di terreno rotte e disgregate dal primo ugello.

I vantaggi offerti dal metodo secondo l’invenzione possono essere ottenuti senza costi aggiuntivi, dal momento che l’attrezzatura necessaria può essere ricavata semplicemente modificando ed adattando opportunamente le attrezzature già note ed esistenti nel settore.

La presente invenzione sarà ora descritta dettagliatamente, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento alle figure allegate in cui:

• la figura 1 illustra schematicamente, in sezione lungo l'asse, un’asta di perforazione facente parte dell’attrezzatura secondo l'invenzione;

• la figura 2 illustra schematicamente, in sezione, una fase di attuazione del procedimento secondo l’invenzione.

L’attrezzatura secondo l’invenzione comprende un impianto di perforazione indicato nel suo complesso con 1 in figura 2 e che può essere di tipo noto, il quale è provvisto di un'asta di perforazione 2 visibile in maggior dettaglio in figura 1.

L’asta 2 è costituita da una coppia di tubi coassiali, un tubo esterno 3 ed un tubo interno 4, ed è provvisto inferiormente di uno scalpello 5.

In prossimità dell'estremo superiore, l'asta è circondata da una camicia 6 con una camera anulare 7 attraverso la quale, lungo un condotto 8, una pompa 14 inietta materiale ad elevata pressione, 600 bar ed oltre, che scorre lungo l’asta attraverso l’intercapedine fra i tubi 3 e 4.

In prossimità della punta, nella parete dell'asta sono ricavati due ugelli radiali, ad una certa distanza l’uno dall’altro, indicati rispettivamente con i numeri 9 e 10.

Il condotto interno 4 è invece collegato, in corrispondenza della testata superiore 11, con una pompa 12 che invia lungo il condotto interno il materiale da iniettare nel terreno.

Questo materiale fuoriesce attraverso un terzo ugello 13, ricavato nella parete laterale fra gli ugelli 9 e 10.

Il materiale che viene diretto nel sottosuolo lungo il condotto 4 può essere materiale di consolidamento quale ad esempio betoncino, miscela cementizia, miscela cementizia arricchita con inserti metallici o fibre di vetro o simili, oppure materiale adatto alla bonifica del terreno quale ad esempio materiale ossidante oppure riducente ecc.

Questo materiale, solitamente disperso in un fluido che funge da veicolo, viene preferibilmente alimentato lungo il condotto centrale poiché quest'ultimo presenta un diametro abbastanza ampio ed anche l’ugello 13 può avere dimensioni tali da consentire a questo materiale, che viene iniettato a bassa pressione, di fluire senza problemi verso l’esterno.

E’ chiaro però che il fluido ad alta pressione, che può essere anche semplicemente acqua, può venire iniettato attraverso il condotto centrale, mentre il materiale a bassa pressione può essere diretto verso il fondo lungo l'intercapedine.

Allo stesso modo gli ugelli ad alta pressione potranno essere più di due, ad esempio potranno essere previste più coppie di ugelli, disposti parte sopra e parte sotto l'ugello a bassa pressione 13.

Conformemente con il metodo secondo l’invenzione, per eseguire un intervento nel sottosuolo si effettua, mediante l’asta 2 e lo scalpello 5, una perforazione fino alla profondità richiesta, dopo di che, mantenendo l’asta in rotazione, si inietta un fluido ad alta pressione tramite gli ugelli 9 e 10 e, contemporaneamente, si inietta il materiale da miscelare al terreno attraverso l’ugello 13.

Questa operazione avviene mentre si ritira lentamente l’asta.

In questo modo l’acqua o il fluido ad elevata pressione che esce dall’ugello 10 ad una velocità di 300-350 m/s rompe e disgrega il terreno attorno all'asta, per favorire la diffusione della miscela cementizia o del materiale che viene iniettato attraverso l’ugello 13.

Man mano che l’asta risale, di conseguenza, il materiale di consolidamento viene pompato nel terreno e si disperde attorno all’asta, dopo di che l’azione del fluido ad alta pressione che esce dall’ugello inferiore 9 completa questa operazione di miscelazione, permettendo cosi di ottenere una colonna perfettamente uniforme ed omogenea.

Potranno poi essere previste diverse modifiche e varianti, che dovranno però ritenersi tutte comprese nell'ambito del presente trovato.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1) Attrezzatura migliorata per l’iniezione di materiali nel sottosuolo, del tipo comprendente un'asta di perforazione costituita da almeno due condotti coassiali collegati rispettivamente a mezzi atti ad iniettare un fluido ad elevata pressione ed a mezzi atti ad iniettare del materiale a bassa pressione, caratterizzato dal fatto di prevedere, in detta asta, almeno tre ugelli radiali dei quali quelli esterni sono collegati con il condotto del fluido ad alta pressione e quello centrale con il condotto del materiale a bassa pressione.
2. 2) Attrezzatura migliorata secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta asta comprende due condotti coassiali.
3. 3) Attrezzatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che di detti condotti il condotto interno è collegato con i mezzi atti a pompare il materiale da disperdere nel terreno ed il condotto esterno è collegato a mezzi atti a pompare un fluido ad alta pressione, l'ugello centrale venendo alimentato nel condotto interno e gli ugelli superiore ed inferiore venendo alimentati attraverso il condotto esterno.
4. 4) Metodo per l’iniezione di materiale nel sottosuolo, caratterizzato dal fatto che: · si effettua una perforazione sino alla profondità richiesta; • si inietta radialmente un fluido ad alta pressione; • si inietta successivamente a bassa pressione il materiale da disperdere nel terreno; e • si inietta successivamente un ulteriore fluido ad alta pressione atto a miscelare omogeneamente detto materiale con il terreno disgregato dal primo fluido ad alta pressione.
5. 5) Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui si effettua una perforazione a mezzo di un’asta costituita da 2 condotti coassiali e provvista di almeno tre ugelli radiali, caratterizzato dal fatto che si inietta un fluido ad aita pressione attraverso i due ugelli esterni ed il materiale da disperdere nel terreno attraverso un ugello compreso fra i due precedenti, mantenendo in rotazione l'asta e ritraendolo contemporaneamente dal terreno.