ITTO20080335A1 - Testa di iniezione per l'esecuzione di tecniche di jet grouting - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Testa di iniezione per l'esecuzione dì tecniche di jet grouting"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una testa per iniettare miscele consolidanti fluide pressurizzate in un terreno al fine di formare porzioni di terreno consolidate.

Le tecniche note con l'espressione "jet grouting" sono utilizzate per formare nel terreno strutture colonnari di conglomerato artificiale. Queste tecniche sono basate sulla miscelazione delle particelle del suolo stesso con leganti, solitamente miscele cementizie, che vengono iniettate a pressioni elevate attraverso ugelli radiali di piccole dimensioni formati in una testa di iniezione {comunemente denominata "monitor" nel settore} fissata in prossimità dell'estremo inferiore di una batteria di aste tubolari che viene comandata in rotazione ed estratta verso la superficie. I getti ài legante disgregano e si miscelano con il terreno circostante, generando un elemento di conglomerato, generalmente di forma cilindrica, che una volta indurito, costituisce un consolidamento del terreno. L'efficacia disgregante del getto può essere aumentata con l'aggiunta di iniezione d'acqua e/o aria in pressione.

Al fondo della batteria di aste tubolari, sotto il monitor, è fissato un utensile di perforazione che va lubrificato, durante la fase di scavo, con un fluido di perforazione alimentato attraverso 1'asta .

Nelle modalità di impiego fino ad oggi prevalenti, sia la miscela consolidante e sia il fluido di perforazione vengono alimentati, in fasi successive, attraverso un medesimo condotto interno all'asta. Al raggiungimento della profondità desiderata, si arresta l'alimentazione del fluido di perforazione e si inizia ad iniettare la miscela consolidante. Il flusso verso l'utensile di perforazione viene bloccato mediante un otturatore a sfera o una valvola automatica, deviando così tutta la portata della miscela consolidante verso gli ugelli laterali.

Recentemente sono stati compiuti progressi per limitare le perdite di carico che si generano all'interno del monitor. Queste perdite di carico sono originate da turbolenze provocate dal brusco cambio di direzione (da verticale a orizzontale) all'interno del monitor, e riducono l'efficienza del sistema.

In anni recenti è stato proposto un sistema nel quale la miscela consolidante viene deviata dal condotto verticale agli ugelli laterali attraverso uno o più condotti curvi che convogliano i filetti fluidi lungo un percorso a cambiamento graduale di direzione, riducendo in tal modo le turbolenze. In US-5 228 809 si fa uso di un condotto a sezione costante e curvatura regolare. In EP-1396 585 si usano condotti a curvatura variabile rastremati in modo progressivo.

La tecnologia di perforazione richiede, anche in questi casi, di alimentare il fluido di perforazione all'utensile o scalpello durante la fase iniziale di perforazione, mentre l'iniezione della miscela consolidante è successivamente eseguito in risalita. Siccome i sistemi noti con cui vengono realizzati gli utensili jet ad alta efficienza (de-nominati "teste d'iniezione ad alta efficienza") sono caratterizzati dalla continuità del condotto dall'asta all'ugello, per lubrificare l'utensile di perforazione è necessario predisporre un ulteriore canale dedicato al solo passaggio del fluido di perforazione. Si avrà perciò una batteria di perforazione a due passaggi nel caso in cui si utilizzi il sistema monofluido, una batteria a tre passaggi nel caso in cui si utilizzi un sistema doppio fluido e così via. In alternativa è necessario realizzare un pre-foro, entro il quale calare successivamente la batteria di jet grouting con un monitor, senza la possibilità di lubrificare un utensile di perforazione. Si veda, ad esempio, JP-10-195862.

In molti monitor di tipo tradizionale la miscela cementizia necessaria per realizzare il trattamento jet tende ad occludere i canali dedicati ad alimentare il fluido lubrificante all'utensile di perforazione. Una volta che la miscela è indurita, la pressione bassa con la quale viene iniettato il liquido lubrificante non è sufficiente a liberare le canalizzazioni che portano all'utensile; di conseguenza, ad ogni nuovo ciclo di perforazione occorre ogni volta smontare il monitor per ripulirlo dai residui di miscela cementizia indurita. Inoltre occorrono pompe indipendenti per alimentare il condotto per la perforazione e quello per il trattamento jet grouting.

È scopo della presente invenzione proporre una testa di iniezione in grado di risolvere gli inconvenienti suddetti. Questo ed altri scopi e vantaggi che saranno compresi meglio in seguito sono raggiunti, secondo l'invenzione, da una testa di iniezione ad alta efficienza come definita nella rivendicazione l. Altre caratteristiche importanti sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.

Verrà ora descritta una forma di realizzazione preferita ma non limitativa dell'invenzione; si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista laterale in alzato di una testa di iniezione o monitor secondo 1'invenzione ;

la figura 2 è una vista in sezione trasversale secondo la traccia II-II della figura 1;

la figura 3 è una vista dall'alto del monitor della figura 1;

la figura 4 è una vista in sezione longitudinale secondo la traccia IV-IV della figura 3; e

la figura 5 è una vista in sezione longitudinale secondo la traccia V-V della figura 3.

Facendo riferimento ai disegni, una testa di iniezione o monitor di forma esterna cilindrica allungata, indicato nel suo insieme con 10, serve per erogare un getto pressurizzato di una miscela fluida consolidante, solitamente una miscela cementizia, attraverso uno o più ugelli laterali 11 per disgregare il terreno circostante e consolidarlo. L'estremità superiore del monitor 10 è collegabile ad una batteria di aste tubolari (non illustrate) al fine di movimentare il monitor in verticale e metterlo in rotazione. Le apparecchiature ed i procedimenti di jet grouting sono ben note nel settore della ingegneria geotecnica e pertanto non verranno qui descritti né illustrati.

Superiormente il monitor presenta un condotto di ingresso 12 attraverso il quale vengono convogliati nel monitor sìa la miscela consolidante pressurizzata da erogare agli ugelli di iniezione laterali, e sia il liquido dì perforazione che serve a lubrificare un utensile o scalpello di perforazione (non illustrato) montabile all'estremità inferiore del monitor.

Uno o più ugelli laterali 11, che nell'esempio illustrato sono in numero di due, sono situati in prossimità dell<1>estremità inferiore del monitor e sono collegati ciascuno al condotto di ingresso 12 mediante rispettivi condotti secondari 13 di diametro più ristretto. Sono previsti tratti di condotto ricurvi 14, in questo esempio di sezione trasversale costante (ma potrebbero anche essere convergenti in uscita all'ugello) atti a limitare la turbolenza della miscela in pressione per farla deviare dalla direzione verticale ad una direzione sostanzialmente orizzontale, o anche inclinata, in uscita dal corpo cilindrico delle aste di perforazione. Il numero, la forma, e la disposizione degli ugelli laterali il potrà variare a seconda delle esigenze; in particolare, essi potranno essere orientati secondo direzioni radiali rispetto all'asse longitudinale centrale x, oppure secanti (come nell'esempio illustrato) o tangenti rispetto alla forma essenzialmente circolare della sezione trasversale del monitor.

Per alimentare il liquido lubrificante all'utensile di perforazione inferiore, nella forma di realizzazione preferita illustrata nel disegno (figura 5) sono previsti due condotti 15 che si estendono parallelamente all'asse longitudinale del monitor. Tra il condotto di ingresso 12 e i condotti 15 per il fluido di perforazione è interposta una valvola 20 o un altro mezzo o dispositivo di occlusione del passaggio, ad esempio a sfera, a piattello, saracinesca, membrane elastiche. Ciascun condotto 15 si estende da un canale o cavità trasversale 16, disposto immediatamente a valle della valvola 20, ad una camera inferiore 17 aperta verso il basso che è in comunicazione di fluido con l'utensile di perforazione.

La valvola 20 comprende un otturatore 21 scorrevole in un passaggio 22 che collega il condotto di ingresso 12 con i condotti 15 del fluido di perforazione. L'otturatore 21 è associato ad una molla 23 che tende a trattenerlo nella posizione sollevata di valvola aperta illustrata nella figura 5. La superficie superiore dell’otturatore 21 si affaccia sul condotto di ingresso 12 dal quale pervengono sia il liquido di lubrificazione dell'utensile di perforazione e sia la miscela consolidante pressurizzata .

Durante la fase di perforazione, il fluido di perforazione è iniettato ad una pressione generalmente minore di quella del fluido consolidante di iniezione, indicativamente nell'ordine dì qualche decina dì bar. La molla 23 è scelta in modo che la pressione del fluido di perforazione non sia sufficiente a comprimerla oltre la configurazione considerata ottimale per il passaggio residuo 22 necesearlo ad alimentare l'utensile di perforazione. Il fluido di perforazione transita così attraverso il passaggio 22 e i canali 16 e 15 e perviene all’utensile di perforazione. Sì nota che una piccola percentuale di questo fluido passa anche per i ca-nali 13, che bypassano la valvola 20, e perviene così agli ugelli laterali 11 . Poiché questi ugelli hanno una sezione trasversale molto stretta, la portata del fluido di perforazione attraverso di essi è minima e comunque non penalizzante per l'esecuzione del lavoro.

Quando si inietta la miscela cementizia, a pressione dell'ordine di qualche centinaio di bar (ad esempio 300-400 bar}, al superamento di un valore predeterminato per il quale è tarata la valvola, la molla 23 viene compressa fino a che l'otturatore 21 ostruisce completamente il passaggio 22. In questa posizione, il flusso della miscela in pressione viene convogliato interamente nei condotti 13 verso gli ugelli laterali 11, mentre il flusso attraverso i canali che portano all'utensile di perforazione è automaticamente e immediatamente interrotto .

Come si potrà apprezzare, grazie alla configurazione sopra descritta, la miscela cementizia non può raggiungere le canalizzazioni dedicate all'alimentazione del fluido di perforazione, e si evita quindi l'inconveniente delineato nella parte introduttiva della descrizione. L'invenzione quindi evita la necessità di realizzare un condotto dedicato per il fluido per la perforazione, consentendo quindi l'utilizzo di aste jetting convenzionali. In altri termini, l'invenzione ottimizza l'uso di un singolo condotto di alimentazione per entrambi i fluidi {miscela consolidante e fluido di perforazione) , sia nel monitor e sia attraverso la batteria di aste cave che lo sostiene. Ciò implica che, a parità di diametro esterno del monitor e della batteria di aste, 1'unico condotto di alimentazione avrà sezione maggiore rispetto al caso in cui la batteria di aste deve prevedere due o più condotti paralleli e separati per ciascun fluido. Siccome le perdite di carico sono proporzionali alla quarta potenza del diametro del condotto di alimentazione, utilizzando un condotto di sezione maggiore, agli ugelli del monitor perviene un getto di energia ancora superiore a quella delle teste di iniezione ad alta efficienza precedentemente citate. Di conseguenza il processo di jet grouting risulterà più efficace perché a parità di potenza impiegata si otterrà una colonna di terreno consolidato di diametro maggiore. In alternativa o in aggiunta a ciò, è possibile anche ridurre il diametro esterno della batterìa dì aste, che sarà così più leggera e ri* sulterà più manovrabile in cantiere, causando meno problemi di instabilità sulla macchina perforatrice semovente che la trasporta e la aziona. Inoltre si potrà utilizzare un'unica pompa, che servirà sia per alimentare i due condotti in fase di perforazione, sia per la successiva fase di jetting.

Si intende che l'invenzione non è limitata alla forma di realizzazione qui descritta ed illustrata, che sono da considerarsi come un esempio di attuazione del monitor; l'invenzione è invece suscettibile di modifiche relative a forma e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e di funzionamento. Ad esempio, il monitor potrebbe prevedere un singolo condotto 15 o più di due di questi condotti per convogliare la miscela dal condotto di ingresso al condotto inferiore di uscita.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Testa di iniezione (10) per iniettare miscele consolidanti fluide pressurizzate in un terreno al fine di formare porzioni di terreno consolidate, dove la testa include: un condotto di ingresso superiore {12} per ricevere fluidi da una batteria di aste tubolari montabile superiormente alla testa, almeno un primo condotto (13) con tratto intermedio curvilineo (14) che collega il condotto di ingresso superiore (12) con almeno un ugello di iniezione laterale (11), almeno un secondo condotto (15) per convogliare un fluido proveniente dal condotto di ingresso (12) ad un condotto inferiore di uscita (17) collegabile ad un utensile di perforazione, mezzi valvolari (20-23) attivabili per interrompere il flusso del fluido verso il condotto inferiore di uscita (17), caratterizzata dal fatto che i mezzi valvolari (20-23) sono posti in una posizione che si trova a valle del condotto di ingresso superiore (12) e superiormente o a monte dell'almeno un ugello laterale (11) e dell'almeno un secondo condotto (15).
2. 2. Testa di iniezione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi valvolari (20-23) sono sensibili alla pressione del fluido immesso nella testa, per interrompere il flusso del fluido verso il condotto inferiore di uscita (17).
3. 3. Testa di iniezione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che i mezzi valvolari (20-23) comprendono un otturatore (21) che si affaccia sul condotto di ingresso (12).
4. 4. Testa dì iniezione secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che l'otturatore (21) è idoneo ad occludere completamente il passaggio sul condotto (15).
5. 5. Testa di iniezione secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che i mezzi valvolari (20-23) comprendono mezzi di ritorno (23) atti a riportare l'otturatore (21) in una condizione di apertura quando la pressione di iniezione è inferiore ad un valore predeterminato.
6. 6. Testa di iniezione secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che i mezzi di ritorno (23) comprendono almeno una molla.
7. 7. Testa di iniezione secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzata dal fatto che il secondo condotto (15) si estende da un passaggio (22) occludibile per mezzo dell'otturatore (21) e il condotto inferiore di uscita {17}.
8. 8. Testa di iniezione secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende almeno due secondi condotti (15) paralleli che si estendono da una cavità trasversale (16) disposta immediatamente a valle del passaggio (22) e comunicante con questo al condotto inferiore di uscita (17).
9. 9. Testa di iniezione secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i mezzi valvolari (20-23) sono interposti tra il condotto di ingresso superiore (12) e detto almeno un secondo condotto (15).