Jet Jet groutinggrouting

1. La tecnica1. La tecnica

2. I parametri di controllo2. I parametri di controllo

3. L3. L’’efficaciaefficacia

4. Il controllo4. Il controllo

5. Il progetto5. Il progetto

Lezione 1

Lezione 2

Lezione 3

Fasi e tipologie di trattamentoFasi e tipologie di trattamento

••PerforazionePerforazione

••Estrazione ed iniezioneEstrazione ed iniezioneprogrammataprogrammata

•••PerforazionePerforazionePerforazione

•••Estrazione ed iniezioneEstrazione ed iniezioneEstrazione ed iniezioneprogrammataprogrammataprogrammata

1. technology

Single systemSingle system

groutgrout

1. technology

DoubleDouble system (system (classicalclassical))

groutgrout and airand air

1. technology

water and water and groutgrout

DoubleDouble system (alternative)system (alternative)

1. technology

Triple systemTriple system

water and air, water and air, groutgrout

LL’’importanza dello spurgoimportanza dello spurgo

Metodi esecutivi

1. Sistema monofluido: iniezione di un unico fluido con elevata energia cinetica avente funzione di rimaneggiamento, permeazionee cementazione;

2. Sistema bifluido: iniezione contemporanea di aria e boiacca, la prima con funzione di riduzione delle resistenze idrodinamiche, la seconda con funzione di permeazione e cementazione;

3. Sistema trifluido: azione disgregante prodotta da getti coassiali di acqua e aria, azione cementante prodotta da getto di boiacca da ugello(i) posto(i) al di sotto dei precedenti.

ApplicabilitApplicabilitàà del metododel metodo

Vantaggi• semplicità: la tecnica è di facile applicazione in qualsiasi tipo di terreno

• rapidità: possibilità di realizzare un elevato numero di colonne in tempi brevi

• flessibilità: possibilità di utilizzarlo in svariati contesti strutturali

• economia: richiede esigua manodopera

• soluzione di problemi complessi

SvantaggiIncertezza del risultato legata a:

1. Variabilità del diametro e difficoltà di misura del valore medio

2. Variabilità delle proprietà meccaniche

3. Variabilità del risultato in funzione dello scopo prefisso

1. technology

nozzlesnozzles checkcheck and and cleaningcleaning

1. technology

1. technology

Jet grouting: i campi provaJet grouting: i campi prova

Low pressureJet grouting

When technology is involved, it is a good When technology is involved, it is a good habit to check personally the results on site!habit to check personally the results on site!

1. technology

ConstructiveConstructive procedure of a jet procedure of a jet columncolumn

Production Production stagesstagesGroutGrout HeavyHeavy dutyduty

pumppump

NozzlesNozzlesjetjet--soilsoil

interactioninteraction

CementCement HH22OO

WasteWaste

verticalverticaloutflowoutflow

GroutedGroutedsoilsoil

SoilcreteSoilcrete

delayeddelayedhardeninghardening

1) mixing & 1) mixing & pumpingpumping

Stage 1Stage 1

2) 2) groutgrout––soilsoil interactioninteraction

Stage 2Stage 2

3) 3) soilcretesoilcrete hardeninghardening

Stage 3Stage 3

TYPICAL APPLICATIONS OF JET GROUTINGTYPICAL APPLICATIONS OF JET GROUTING

Settlements reduction reduction -- Bearing capacityBearing capacity Excavation support

Tunnelling support Seepage cut-off

cutcut--offsoffs

Evoluzioni tecnologicheEvoluzioni tecnologiche

Ugelli convergenti (U)Ugelli convergenti (U) U su pale U su pale deepdeep mixingmixing

Effetto positivo degliUgelli convergenti

Ugelli con motorelativo rispettoal moto della batteria di aste

(roba da giapponesi!)

Accorgimenti esecutiviAccorgimenti esecutivi

Il sostegno del foroIl sostegno del foro: : il jet il jet groutinggrouting funziona se la funziona se la

miscela miscela èè dotata di elevata velocitdotata di elevata velocitàà. Lo spurgo in . Lo spurgo in

superficie deve sempre essere consentito, superficie deve sempre essere consentito,

eventualmente sostenendo il foro eventualmente sostenendo il foro

Il prelavaggioIl prelavaggio: : consente un primo trattamento senza consente un primo trattamento senza

costi aggiuntivicosti aggiuntivi

LL’’importanza del monitorimportanza del monitor

• A parità di distanza, l’efficienza aumenta per ugelli con minori

perdite di carico

• A parità di ugello, l’efficienza si riduce con la distanza

Effective pressure rate: rapporto tra p(x) e p(x=0)

Miscele di iniezioneMiscele di iniezione

Sono composte da acqua (A) e cemento (C), con rapporto in

peso A/C compreso in genere tra 0.5 ed 1.5.

Al diminuire del rapporto A/C la miscela aumenta di densità,

e in genere dà luogo ad un terreno trattato (soilcrete) di

migliori proprietà meccaniche. Questo perché in genere con

bassi valori di A/C si ha una maggiore sostituzione di

terreno, con un aumento del contenuto finale in cemento e

del peso dell’unità di volume del soilcrete.

Il tipo di cemento da usare dipende dalle finalità. Ad

esempio:

•Per abbreviare i tempi di presa si usa cemento Portland

•In ambiente chimicamente aggressivo conviene il cemento

pozzolanico

Miscele di iniezioneMiscele di iniezione

Come in ogni opera in cui si usa il cemento, è

prassi fare ricorso ad additivi per risolvere

problemi particolari

-0.5AntidilavanteSilicati di magnesio ed

alluminio

Rendono necessaria l’adozione di agitatori in

cantiere per evitare la sedimentazione

1.5-2Appesantimento della miscela

Barite, ematite

-1-2AntidilavanteSilicato di sodio

Aggressivi su eventuali ferri di armatura

2-4Acceleranti di presa

Cloruri

6Impermeabilizzante

Da considerare il fatto che riduce anche la

resistenza a compressione

1-2Antidilavante, Bentonite

NOTEPERCENTALI IN PESO TIPICHE

(%)

EFFETTOADDITIVO

AdditiviAdditivi

Parametri di trattamentoParametri di trattamento

11')(

Nf

xreq

Cvxd

Nr

rdrvv xo

o

eq

r

x

eq

eq

*22

20

La portata di miscela può essere ricavata con tipiche relazioni di foronomia

m

mm

pUhgUQ

22 [m3/s]

• = coefficiente di efflusso, tipico della geometria del problema e costante (nel caso in esame, si può assumere con buona approssimazione il valore =0.55)

• g= l’accelerazione di gravità (9.81 m/s2) • U è l’area totale degli ugelli,• pm e m rispettivamente la pressione e la densità della boiacca• h il dislivello piezometrico tra monte e valle delle luci considerate

Parametri di trattamento(variabili imposte dall’operatore)

l/minm3/sQm, Qw, QaPortata deifluidi(**)

barMPapm, pw, paPressione dei fluidi all’impianto(**)

--aRapporto ponderaleacqua/cemento

A/C (*)

delle miscele di iniezione

giri/minrad/sVelocità di rotazione delle aste

minstIntervallo di tempo per il sollevamento s

cmmsPasso di sollevamento

di movimento delle aste

mmmDDiametro degli ugelli di iniezione

--MNumero di ugelli di iniezionegeometrici del sistema

meccanico

Unità di misura(di cantiere)

Unità di misura(S.I.)

SimboloDefinizioneParametri

(*) Da usare per la determinazione della densità della miscela nell’ipotesi di assenza di additivi;(**) I pedici sono rispettivamente per la miscela (m), l’acqua (w) e l’aria (a).

tsvr

t2R

r

mm v

QV

a1V

W mmc

[kg/m]

massa di cemento per metro di trattamento

[m3/m]volume di miscela iniettato per metro di trattamento

[-]numero di giri per passo di

sollevamento

[m/s]velocità media di risalita

delle aste

Unità di misuraRelazione con i parametri indipendentiGrandezza derivata

Parametri derivabili dalle variabili imposte dall’operatore

* a: rapporto acqua/cemento in peso

*

Le due variabili Vm e Wc hanno un ovvio significato fisico, indicando la quantità di miscela immessa per metro di trattamento

Parte di questa miscela costituisce lo spurgo, che è uno spreco indispensabile per garantire circolazione e non stagnazione di fluido

Uno spurgo ottimale non dovrebbe eccedere il 30%, con valori che sono maggiori nei terreni coesivi o in quelli molto resistenti

Osservazioni varieOsservazioni varie

Tornaghi (1989) propone di considerare come variabile influente l’energia alla pompa dell’impianto per unità di lunghezza del trattamento Es:

rs v

QpE

Come scegliere le variabiliCome scegliere le variabiliimposte dallimposte dall’’operatore?operatore?

Nella quale p e Q sono rispettivamente la pressione e la portatadel fluido considerato (miscela, aria, acqua), e vr la velocità di risalita del monitor.

E’ una scelta soddisfacente?

valori di energia all’impianto per i diversi fluidi e metodi.

6020015804512040100520truifluido

20110540--1570Bifluido

540---540Monofluido

totaleAriaBoiacca + acqua

acquaBoiacca

Energia per unità di lunghezza Es [MJ/m]SISTEMA

Lvm

21E

2u

u

r

3u

2

u vvdM

8E

Che considera in modo esplicito l’influenza della densità del fluido considerato, del numero M e del diametro d degli ugelli, della velocità del getto vu e della velocità di risalita vr della batteria di aste. Si osserva che l’influenza di vu è notevole, visto che nella (3.3) compare al numeratore elevata alla terza potenza.

dove m è la massa di fluido espulsa dall’ugello nell’intervallo di tempo t corrispondente ad una lunghezza di trattamento L (vr=L/t) e vu è la velocità di uscita dall’ugello.

No! L’energia influente è quella agli ugelliCroce e Flora (2000) propongono come variabile di riferimento l’energia cinetica agli ugelli per unità di lunghezza trattata

Nel programmare o verificare le variazioni di parametri di

trattamento da sperimentare in sito in campi prova, sarebbe

buona norma verificare che le combinazioni proposte portino

a valori diversi dell’energia Eu, in modo da porre in atto

effettivamente trattamenti con diversi contenuti energetici e

quindi con diversi effetti sul terreno.

La scelta dei parametri di trattamento

correlazione Ep/Eu

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80

Ep (energia alla pompa Mj/m)

Eu (e

nerg

ia a

gli u

gelli

Mj/m

)

campo prova 1

campo prova 2

Croce e Flora 1998 Eu=0,8Ep

interpolante campo prova 2

interpolante campo prova 1

0

10

20

30

0 10 20 30

Energia alla pompa, Es (MJ/m)

Ener

gia a

gli u

gelli,

Eu

(MJ/m

) Eu=0.8 EsABCD1D2

Evidenze da campi sperimentali

Eu<Ep a causa delle perdite di carico nell’impianto.

E’ buona norma (se possibile!) mettere l’impianto il più possibile nelle vicinanze del sito di iniezione

Results from field trials

Eu<Es because of head losseswithin the plant

0

10

20

30

0 10 20 30

Energia alla pompa, Es (MJ/m)

Ener

gia a

gli u

gelli,

Eu

(MJ/m

) Eu=0.8 EsABCD1D2

Energy at the pump, Es (MJ/m)

Ener

gy

at t

he

nozz

les,

Eu

(MJ/

m)

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80

Ep (energia alla pompa Mj/m)

Eu (e

nerg

ia a

gli u

gelli

Mj/m

)

campo prova 1

campo prova 2

Croce e Flora 1998 Eu=0,8Ep

interpolante campo prova 2

interpolante campo prova 1

Ener

gy

at t

he

nozz

les,

Eu

(MJ/

m)

Energy at the pump, Es (MJ/m)

Eu=0.5 Es

1.Good habit to put plant as close as possible to the drilling machine

2. Good maintenance needed

First set of data

Second set of data

1. technology 2. parameters

Larger losses (Eu 0.5 Ep)Flora (2005)

Reasonably small losses(Eu 0.8 Es)(Croce and Flora, 1998)

0.601.50.601.50.601.5-Rapporto in peso acqua/cemento, A/C

0.52.5--10-3 m3/sPortata d’acqua, Qw

7015070150-10-3 m3/sPortata dell’aria, Qa

13.511011010-3 m3/sPortata della boiacca, Qm

2055--MPaPressione dell’acqua, pw

0.52.00.52.0-MPaPressione dell’aria, pa

21020404055MPaPressione della boiacca, pm

121212-Numero di ugelli, M

24241.2410-3 mDiametro degli ugelli, d

540540540Giri al minuto

Velocità angolare,

0.551841010-3 m/sVelocità di risalita del monitor, vr

40504050405010-3 mPasso di soll. Del monitor, s

88061046sTempo di trattamento per passo di risalita, t

TRIFLUIDOBIFLUIDOMONOFLUIDOUNITA’DI

MISURA

PARAMETRO DI TRATTAMENTO

Valori tipici dei parametri di trattamento