L uso del primo sottosuolo per la qualificazione urbana

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1 1 L uso del primo sottosuolo per la qualificazione urbana Tecnologie per la realizzazione di paratie a protezione di scavi profondi Bologna 25 Ottobre 2014 Ing. Bruno Vingiani Ufficio R&S TREVI

2 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 2 Tecniche di costruzione e caratteristiche di Paratie Strutturali e Impermeabili Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica Diaframmi con Idrofresa Pali Secanti Tubati (CSP)

3 3 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica Geometria I diaframmi sono solitamente formati da elementi di forma rettangolare accostati fra di loro in modo da formare una parete continua impermeabile Nel caso di sollecitazioni flessionali particolarmente elevate (banchine portuali) è possibile utilizzare sezioni a T 1 st 2 nd 1 st 3 rd 2 nd

4 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 4 Sequenza Costruttiva del Singolo Elemento Scavo La benna viene calata lentamente nello scavo, le valve vengono caricate, poi la benna viene sollevata a velocità controllata per evitare un effetto pistone che potrebbe generare delle instabilità locali Man mano che lo scavo viene approfondito, si aggiunge bentonite fresca (o rigenerata) in modo da mantenere costante il livello del fango stabilizzante Il livello del fango (bentonite o polimero) deve essere mantenuto circa m aldisopradellafalda

5 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 5 Sequenza Costruttiva del Singolo Elemento Scavo Dissabbiamento A scavo ultimato, il fango bentonitico viene riciclato con un dissabbiatore, fino a raggiungere il contenuto di sabbia richiesto (solitamente 4% prima del getto) Il dissabbiatore separa le particelle di terreno che sono in sospensione nel fango. Inizialmente un vibrovaglio separa la parte più grossolana (> 6 mm) e successivamente dei cicloni (separatori a centrifuga) separano il materiale più fine Ilfangoèpompatodalfondodelloscavo Il livello del fango dentro lo scavo è mantenuto costante aggiungendo (dalla sommità) fango fresco alla stessa velocità di quello estratto dal fondo

6 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 6 Sequenza Costruttiva del Singolo Elemento Scavo Dissabbiamento Inserimento Gabbia Solitamente le gabbie sono composte da elementi lunghi 12 m che sono sovrapposti e collegati tra loro per mezzo di morsetti o saldatura Se richiesto, nella gabbia possono essere inseriti dei tubi per i controlli sonici o delle riservazioni per le testate degli ancoraggi

7 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 7 Sequenza Costruttiva del Singolo Elemento Scavo Dissabbiamento Inserimento Gabbia Getto del Calcestruzzo Si inserisce il/i tubo getto (d = 280 mm) sino al fondo dello scavo mantenendolo sospeso alla piattaforma di getto. Il numero dei tubi getto dipende dalle dimensioni del pannello Si getta il calcestruzzo che risale dal fondo dello scavo spiazzando il fango di scavo

8 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 8 Sequenza Costruttiva del Muro Scavo Pannello Primario Installazione gabbia, stop-end e getto Estrazione stop-end Scavo di un altro pannello primario Inserimento gabbia e getto Scavo pannello secondario Gabbia e getto pannello secondario Dimensione pannelli = m (singolo elemento) Spessore = cm Profondità tipica = m Profonditàmassima=50 60m Errore di verticalità 1 2%

9 9 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica Fango di Sostegno delle Pareti DIN 4126 h> m Cake p=pmud-pw> Psoil La pressione idrostatica del fango bentonitico fa permeare il fango nel terreno, creando uno strato impermeabile sulle pareti di scavo ( cake )

10 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 10 Muri Guida I muri guida sono importanti perché sono il punto di partenza di tutte le operazioni Servono per: Evitare il franamento del terreno superficiale Guidare per il corretto posizionamento della benna Sostenere la gabbia di armatura durante il getto e la maturazione del calcestruzzo

11 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 11 Giunti tra i pannelli I giunti rappresentano un altro aspetto molto importante, perché se non sono realizzati(o puliti) correttamente si possono verificare infiltrazioni I giunti si possono realizzare nei seguenti modi: UtilizzandotubiinPVCaperdereoinmetalloleggero Con stop-ends recuperabili che sono estratti verticalmente o di lato (eventualmente possono essere dotati di water-stop) Lasciando in opera la trave in acciaio o in calcestruzzo prefabbricato

12 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 12 Giunti TubiinPVCaperdere SicolleganoduetubiinPVCsuiduelaticortidellagabbia deipannelliprimariesiesegueilgetto. Quando lo scavo del pannello secondario è completato, all interno del tubo in PVC si inserisce un dispositivo speciale(dente) che rompe e pulisce il tubo. Durante il getto del pannello secondario il calcestruzzo riempie lo spazio lasciato vuoto dal tubo, realizzando il giunto impermeabile.

13 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 13 Giunti Stop-Ends recuperabili Gli Stop-ends(palancole) vengono installati all interno dei pannelli primari prima di procedere al getto Appena il calcestruzzo comincia a fare presa vengono estratti per mezzo di martinetti idraulici Quando lo scavo del pannello secondario è completato, la superficie del giunto viene pulita tramite un apposito utensile montato sulla benna. La superficie di contatto dei pannelli adiacenti (giunto) rimane scabra e irregolare.

14 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 14 Giunti Water Stop Nel caso sia necessario inserire di water-stop, si può utilizzare una trave prefabbricata in cls. a perdere o delle palancole metalliche(stop-end) recuperabili Inquestocasosonoinseriteneipannelliprimarielasciateinoperadopoilgetto Dopo lo scavo del pannello adiacente la palancola è estratta lateralmente con uno speciale scalpello pulitore, che distacca la palancola dal calcestruzzo, lasciando il water-stop in opera Questo sistema può essere utilizzato anche con l idrofresa

15 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 15 Giunti TuboinPVCaperdere (perpozzicircolari) Dopo lo scavo dei pannelli primari si inseriscono due tubi in PVC, riempiti con ghiaia, prima della posa della gabbia e del getto del calcestruzzo Duranteloscavodeipannellisecondari,itubisonorottieripulitiprimadelgetto

16 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 16 Installazione della gabbia Per elementi molto pesanti si usano due grueunbilancinodi sollevamento

17 Installazione della gabbia Caratteristiche Esecutive di Paratie realizzate con Diaframmi e Pali Secanti 17 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica

18 Installazione della gabbia Caratteristiche Esecutive di Paratie realizzate con Diaframmi e Pali Secanti 18 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica

19 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 19 Attrezzatura Le benne possono essere: Sospese a fune, con benna meccanica Sospese a fune, con benna idraulica Tipo Kelly-bar, con benna idraulica; facili da riposizionare nello scavo, ma con limitata profondità operativa(generalmente m)

20 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 20 Attrezzatura Le benne della serie Soilmec BH/GH combinano i principi operativi dei dispositivi a fune con quelli ad antenna, in modo da sfruttare i vantaggi offerti da entrambi i sistemi Le benne BH/GH sono inizialmente guidate da un asta telescopica, che permette un veloce riposizionamento sul pannello dopo ogni bennata e successivamente continua lo scavo sospesa ad una fune

21 21 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica Attrezzatura

22 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 22 Impianto della Bentonite Per preparare il fango bentonitico fresco, è possibile utilizzare un impianto automatico a ciclo continuo(tipo Soilmec BE-12/50) L intero impianto è assemblato all interno di un container standard da 6 metri con due sili per la bentonite in polvere montati al di sopra del container Per gestire il fango bentonitico, vengono di solito utilizzate tre vasche interrate: 1) per la produzione di fango bentonitico fresco 2) Per il fango maturato pronto per l utilizzo 3) Per il fango riciclato ancora da dissabbiare Negli spazi stretti si possono utilizzare vasche in acciaio sovrapposte o sili verticali

23 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 23 Controlli Le benne possono essere dotate di dispositivi elettronici (inclinometri) per controllare e monitorare la deviazione verticale lungo 2 o 3 assi. I dispositivi a ultrasuoni(i.e. Koden), che misurano la distanza tra una sonda calata dentro lo scavo ed il lati del pannello, forniscono un profilo dello scavo. Con questo metodo bisogna fermare lo scavo del pannello

24 Tecnologie - Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica 24???

25 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa 25 Metodi Costruttivi e Caratteristiche Tecnologiche per la Realizzazione di Paratie Strutturali Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica Diaframmi con Idrofresa Pali Secanti Tubati (CSP)

26 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa 26 Principio di Funzionamento L idrofresa può essere considerata l attrezzatura più evoluta per lo scavo dei diaframmi; i primi modelli sono apparsi alla fine degli anni 80 L idrofresa è costituita da tre elementi principali: a) Gru cingolata di sostegno b) Unità fresante(idrofresa) c) Impianto di trattamento fanghi a L idrofresa viene inserita nel pannello e avanza progressivamente scavando il terreno e/o frantumando la roccia c Una pompa sommersa crea una circolazione inversa del fluido stabilizzante (bentonite o acqua), che trasporta i detriti all impianto di trattamento dei fanghi Idetritisonoseparatidalfangopermezzo di vagli vibranti e/o cicloni Il fango riciclato, miscelato con quello nuovo, viene reimmesso all interno dello scavo b

27 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa 27 Unità Fresante (Idrofresa) L unitàfresanteèformatadaunrobustotraliccioinacciaiosucui sono montate due coppie di ruote fresanti controrotanti in modo indipendente In base alle caratteristiche del terreno è possibile adottare ruote con forma, dimensione e coppia diversa, attrezzate con varie tipologie di denti La pressione esercitata sui denti può essere regolata sostenendo la fresa con l argano idraulico istallato sulla gru I detriti sono evacuati per mezzo di una pompa fanghi situata immediatamente sopra le ruote Pompa Fango

28 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa 28 Sequenza Costruttiva del Muro Realizzazione di un prescavo, profondo 3 4 m, necessario per azionare la pompa sommersa Scavo dei pannelli primari Trattamento del fango di perforazione Inserimento della gabbia di armatura Getto del calcestruzzo Scavo del panello secondario Trattamento del fango di perforazione Inserimento della gabbia di armatura Getto del calcestruzzo Dimensione tipica: 2.4 o 2.8 m Spessore: cm Profondità: m (250m) Errore di verticalità: % Adattainognitipoditerrenoeinrocciacon UCSfinoa60 80MPa(picchidi 150MPa)

29 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa 29 Giunti Fresati I giunti sono ottenuti tramite sovrapposizione parziale tra il pannello primario ed i pannelli secondari(generalmente, mm) Durante lo scavo dei pannelli secondari, le ruote fresanti tagliano una piccola porzione di calcestruzzo dei due pannelli primari adiacenti, creando in tal modo una superficie di contatto ruvida e pulita

30 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa 30 Attrezzatura L unità fresante può essere sospesa tramite cavo al braccio di una gru idraulica oppure ad una speciale attrezzatura chiamata citycutter, la quale può operare in spazi ristretti, con altezze sgombre da ostacoli di circa5.5m

31 31 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa Attrezzatura Prototipo Soilmec costruito per lo scavo di250mdiprofondità

32 Installazioni di Cantiere Caratteristiche Esecutive di Paratie realizzate con Diaframmi e Pali Secanti 32 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa Per la gestione del fango di perforazione si utilizzano impianti che trattano circa 500metricubi/ora Il fango proveniente dallo scavo passa prima attraverso i vibrovagli che trattano i detriti più grossolani (> 6 mm) e successivamente nei cicloni che separano il materiale più fine Il fango rigenerato viene stoccato in vasche o sili fino a quando non viene rimandato nello scavo Setacci Cicloni

33 33 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa Installazioni di Cantiere 1200m 3

34 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa 34 Controlli L idrofresa consente di controllare in tempo reale tutti i parametri di scavo. La sua posizione viene continuamente monitorata con una serie di sensori installati direttamente nel telaio del corpo fresante, consentendo all operatore di eseguire correzioni prima che le deviazioni raggiungano la tolleranza di progetto. La correzione in direzione X può essere ottenuta: Muovendo i flap laterali Regolando la velocità di rotazione delle ruote fresanti La correzione in direzione Y può essere ottenuta: Muovendo I flap frontali Variando l inclinazione delle ruote rispetto al corpo fresa

35 Tecnologie - Diaframmi con Idrofresa 35 Vantaggi Le caratteristiche principali della tecnologia con idrofresa possono riassumersi come: Prodotto di alta qualità, in termini di contatto tra i giunti e verticalità dei pannelli I giunti fresati assicurano una maggiore impermeabilità ed un ottima resistenza al taglio Il monitoraggio e la conseguente correzione di verticalità in tempo reale durante le operazioni di scavo, consentono di raggiungere profondità di metri, con deviazioni dalla verticale comprese tra % Adatta a tutti i tipi di terreno e di roccia, con valori di resistenza a compressione non confinata fino a MPa Riduzione dell impatto ambientali in aree urbane; il rumore e le vibrazioni sono molto ridotte Il cantiere rimane più pulito grazie al sistema di circolazione inversa, che convoglia il fango ed i detriti direttamente all impianto

36 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) 36 Metodi Costruttivi e Caratteristiche Tecnologiche per la Realizzazione di Paratie Strutturali Diaframmi con Benna Meccanica o Idraulica Diaframmi con Idrofresa Pali Secanti Tubati (CSP)

37 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) 37 Sequenza Costruttiva della Parete La tecnica CSP è stata sviluppata dalla Trevi per la realizzazione dei paratie strutturali continue ed a tenuta idraulica La sequenza costruttiva prevede l esecuzione dei pali primari (calcestruzzo o malta plastica).. e successivamente dei pali secondari (calcestruzzo armato) realizzando una corretta sovrapposizione Diametropali: mm Interasse: mm Profonditàmax:27m (20m intubati) Errore Verticalità: < % Adattointuttiitipiditerreno e RocciaconUCSfinoa30-40MPa Spessore effettivo della paratia

38 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) 38 Attrezzatura Ilsistemadiscavoècompostoda: Attrezzatura idraulica Elica inserita all interno del tubo Pompa per il calcestruzzo L elica ed il tubo sono azionati da due rotary indipendenti e controrotanti Rotary Elica Rotary Tubo

39 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) 39 Sequenza Costruttiva del Singolo Palo Perforazione Getto del Calcestruzzo Posa della Gabbia L elica continua ed il tubo di rivestimento esterno sono infissi simultaneamente nel terreno. Quando il tubo è completamente infisso (massimo 20 m), si continua lo scavo del paloconlasolaelica(finoa 27m). Quando lo scavo è completato, l elica ed il rivestimento vengono estratti ed il calcestruzzo viene gettato attraverso il passaggio interno dell elica. Se richiesto, nei pali secondari, l armatura (gabbie, tubi o putrelle) viene inserita nel calcestruzzo fresco.

40 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) 40 Calcestruzzo La consistenza del calcestruzzo è l aspetto fondamentale per armare i pali Quando la profondità di infissione gabbia è superiore a m si impiegano generalmente calcestruzzi autocompattanti(scc). Calcestruzzo consistenza S5 slump = cm Calcestruzzo SCC Flow > 700 mm; T 500 < 2 sec

41 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) 41 Gabbia d Armatura Di solito sono armati solo i pali secondari

42 Cordoli Guida Caratteristiche Esecutive di Paratie realizzate con Diaframmi e Pali Secanti 42 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) L esecuzione dei Cordoli Guida è sempre necessaria per assicurare il corretto posizionamento planimetrico dei pali e guidare il tubo di rivestimento in superficie.

43 43 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) Utensili di Scavo Gli utensili vengono scelti in funzione del tipo di terreno e/o roccia Coperchio apribile per il passaggio del calcestruzzo

44 44 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) Convogliatore dei Detriti Il materiale scavato viene scaricato dall elica, sulla sommità del tubo di rivestimento, all interno di un convogliatore che trasporta a terra i detriti in completa sicurezza

45 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) 45 Controlli Per garantire un continuo controllo della qualità e semplificare l attività dell operatore, il Soilmec Drilling Mate System (DMS), ubicato nella cabina della macchina, controlla e registra i parametri di lavorazione: Durantelafasediscavoilsistemacontrolla: Profondità si scavo Rotazione e velocità di avanzamento dell elica e del rivestimento Velocitàecoppiadelleduerotary Durante la fase di getto il sistema controlla: Pressione e quantità del calcestruzzo Velocità di estrazione Diametro stimato del palo Tutti i dati registrati sono memorizzati su una scheda ed eventualmente inviati con e stampati

46 Tecnologie Pali Secanti Tubati (CSP) 46 Vantaggi Il metodo CSP può essere impiegato su un ampia gamma di terreni coesivi ed incoerenti, anche in presenza di falda, senza l uso di fango di sostegno dello scavo Il terreno estratto non è quindi miscelato con la bentonite, evitando così problemi di smaltimento e costi extra E una tecnologia che non produce urti, né rumori o vibrazioni, consentendo pertanto di lavorare in ambienti urbani L attrezzatura necessaria molto ridotta consente di minimizzare i lavori di impianto cantiere e di operare in spazi molto ristretti Grazie alla rigidezza del rivestimento, la deviazione dalla verticalità è inferiore allo % Adatto a perforare strati rocciosi con valori di UCS fino a MPa (conpicchifinoa80mpa)

47 47 GRAZIE PER L ATTENZIONE bvingiani@trevispa.com