L'installazione di pile annoiate dipende fortemente dalla condizione del suolo sottostante. I cumuli di terreno, noti anche come alberi forati, sono una soluzione di fondo comune per il trasferimento di carichi strutturali pesanti attraverso strati deboli o compressi a strati di cuscinetti competenti. Tuttavia, quando la sottosuperficie consiste di sabbia sciolta, argille morbide, depositi organici, o riempimento eterogeneo, il terreno può mancare la forza necessaria e rigidità per sostenere il mucchio progettato.

Comprendere le Fondazioni di Pile Bored e la loro sensibilità alle condizioni di terra

I pilastri borduati sono costruiti perforando un foro nel terreno a una profondità predeterminata, ponendo una gabbia di rinforzo, e poi riempiendo lo scavo con cemento. A differenza dei pilastri, i pilastri annoiati causano una minima vibrazione e rumore durante l'installazione, rendendoli ideali per ambienti urbani e siti con strutture sensibili esistenti.

La necessità di miglioramento del suolo nelle calze incalzanti

Il miglioramento del terreno è generalmente richiesto quando il terreno è classificato come problematico per fondazioni profonde.

  • Suoli granulari lisci[ (sabbia e ghiaia) che sono suscettibili di densificazione sotto carichi vibratori o possono presentare elevata comprimabilità.
  • Argilli e silts[] con bassa resistenza al taglio non disegnata, elevata plasticità e tendenza al consolidamento a lungo termine.
  • Suoli organici e pesanti[] che sono altamente comprimibile e possono decomporre nel tempo, portando a una perdita di terra inaspettata.
  • Fill materiali[] che sono spesso eterogenei, scarsamente compattati, e possono contenere detriti o vuoti.
  • Suoli colossi[] come la loess, che subiscono un volume improvviso diminuisce quando bagnato.

Senza miglioramento, i pilastri annoiati installati in questi terreni possono sperimentare una serie di problemi: un eccessivo insediamento totale o differenziale; un movimento inclinato o laterale; una ridotta capacità assiale dovuta all'ammorbidimento del suolo durante la perforazione; e anche un'insufficienza sotto carichi sismici o statici.

Investigazione completa del sito: La Fondazione per il miglioramento del suolo

Per quanto riguarda i metodi di drenaggio, i metodi di indagine standard includono le capacità di penetrazione dei coni (CPT), i test di penetrazione standard (SPT), le prove di taglio delle vane e le indagini geofisiche.

Tecniche dettagliate di miglioramento del terreno per i siti di pilo bovinato

È disponibile una vasta gamma di tecniche di miglioramento del terreno, adatte a specifiche tipologie di terreno e requisiti di progetto.

Compattazione

La compattazione comporta la densificazione meccanica del suolo per aumentare il peso unitario e la resistenza alla cesoia. Questo può essere ottenuto utilizzando rulli pesanti, piastre vibranti o compattatori di impatto. La compattazione superficiale è tipicamente applicata ai pochi metri superiori del profilo del suolo, spesso dopo lo scavo al grado. Per una compattazione più profonda, tecniche come compattazione profonda (che trasporta un peso pesante da un'altezza) o compattazione rapida sono utilizzati.

Grouting

La scanalatura comporta l'iniezione di un materiale fluido, come cemento, chimico o resina, nel terreno per riempire vuoti, legare particelle di suolo, e aumentare la resistenza e ridurre la permeabilità.

  • Gritta permeazione[[]: La granata a bassa viscosità viene iniettata sotto bassa pressione per infiltrarsi negli spazi dei pori dei suoli granulari, migliorando la coesione e riducendo la permeabilità senza disturbare la struttura del suolo.
  • Gritta di Compazione[: Una granata rigida e a basso contenuto di liquami viene iniettata sotto alta pressione per formare bulbi di grana che compattano il terreno circostante.
  • Gritatura frattura[: La gotta viene iniettata ad alta pressione per fratturare il terreno, creando una rete di cuciture a grana che migliorano la forza di massa complessiva.
  • Gritta di Jet[: getti ad alta velocità di grana, aria o acqua erodono il terreno e lo mescolano simultaneamente con granata cementizia, formando colonne di terreno migliorato.

La scanalatura è spesso impiegata per trattare zone isolate di terreno debole o per creare una base stabile direttamente sotto la punta del pila. Viene anche utilizzato per controllare l'afflusso delle acque sotterranee durante lo scavo dei pilastri. L'efficacia della grana dipende dalla dimensione del grano, dalla viscosità di grana, dalla pressione di iniezione e dall'uniformità del trattamento.

Precaricare e sovraccaricare

Il carico pre-scarico comporta l'immissione di un carico temporaneo (sovrapprezzo) sul terreno per accelerare il consolidamento di terreni morbidi e comprensibili prima della costruzione della fondazione permanente. Il sovrapprezzo è tipicamente fatto di riempimento della terra, ma può anche essere sacchetti riempiti d'acqua o altri materiali. Il carico applicato causa il terreno di espellere l'acqua e consolidare, riducendo il suo rapporto di vuoto e aumentando la sua resistenza allo shearstra nel tempo.

Vibroflotazione

La vibroflotazione, nota anche come vibro-compazione, è una tecnica usata per densificare terreni granulari sciolti. Una sonda cilindrica (vibroflot) è inserita nel terreno e vibrata orizzontalmente ad alta frequenza mentre i getti d'acqua aiutano la penetrazione. La vibrazione provoca che i cuscinetti del suolo si arrotolino in uno stato più denso.

Colonne di pietra

Le colonne di pietra sono costruite perforando un foro o utilizzando una sonda vibratoria per creare una cavità, che viene poi riempita con la pietra schiacciata o ghiaia. La pietra è compattata in strati, formando una colonna che agisce come un'inclusione più rigida all'interno del terreno morbido. Le colonne di pietra migliorano le prestazioni del terreno attraverso tre meccanismi: (1) Agiscono come scarichi verticali, accelerando il consolidamento perché la colonna di pietra ha una permeabilità molto più alta rispetto all'argilla circostante.

Miscela profonda del suolo

La miscelazione del suolo profondo (DSM) comporta la miscelazione meccanica del suolo in-situ con un legante cementizio (come cemento, calce o scorie) per creare colonne o pannelli di terreno migliorato con resistenza significativamente più elevata e minore permeabilità. La miscelazione può essere eseguita sia in un processo umido (dove il legante viene iniettato come un pelo di fango) o in un processo asciutto (dove il legante viene iniettato come polvere).

Compattazione dinamica

La compattazione dinamica (DC) comporta ripetutamente la caduta di un peso pesante (di solito da 5 a 20 tonnellate) da un'altezza di 10 a 20 metri sulla superficie del terreno. L'energia d'impatto ne riduce le profondità di diversi metri. Il metodo è più adatto per terreni grezzi-grained con moderati ad alta permeabilità. Può anche essere efficace nei luoghi di riempimento e di recupero. La compattazione dinamica può migliorare significativamente la capacità di cuscinetto e ridurre l'insediamento del terreno

Criteri di selezione per i metodi di miglioramento del terreno

La scelta della tecnica di miglioramento del terreno appropriata richiede il bilanciamento di diversi fattori.

  • Tipo di terreno e stratificazione[[[]]: I suoli granulari sono utilizzabili per la densificazione dei metodi (vibroflotazione, compattazione dinamica), mentre i suoli coesi possono richiedere il consolidamento (precarico) o il rafforzamento (colonna di pietra, DSM).
  • Depth of Treatment richiesto[: Alcuni metodi come il jet grouting o il DSM possono trattare zone profonde, mentre la compattazione superficiale è limitata a terreni vicino alla superficie.
  • Progetto timeline[[]: Precaricare può richiedere mesi o anni; compattazione dinamica o colonne di pietra può essere completato in settimane.
  • I vincoli di spazio[[]: La compattazione dinamica richiede una grande area chiara e può essere dirompente; la smaltitura può essere effettuata in spazi stretti intorno alle strutture esistenti.
  • Impatto ambientale[[[]]: I prodotti chimici di Grouting possono essere soggetti a restrizioni normative; la vibroflotazione produce rumore e vibrazioni. In aree sensibili, i metodi più silenziosi e meno invadenti come il precarico o le colonne di pietra possono essere preferiti.
  • Cost[]: I costi variano ampiamente; la compattazione semplice può essere a basso costo, mentre il getto di smaltimento o il DSM in depositi profondi può essere costoso.
  • I requisiti di conformità[[]: La forza del terreno, la rigidità e la permeabilità devono essere definiti dal disegno del pila. Ad esempio, se la mitigazione della liquefazione è critica, possono essere specificate colonne di vibroflotazione o pietra.

In molti progetti viene utilizzata una combinazione di tecniche, per esempio, il precarico con scarichi verticali può essere applicato per consolidare lo strato superiore di argilla morbida, seguito da vibroflotation per densificare depositi di sabbia più profondi, e infine colonne di pietra per rafforzare aree di alta pressione del cuscinetto.

Vantaggi del miglioramento del terreno prima dell'installazione del tubo

L'implementazione del miglioramento del terreno produce benefici sostanziali che vanno oltre semplicemente rendendo il terreno migliore.

  • Capacità di carico a pile potenziato[[[]: Il terreno migliorato fornisce una maggiore resistenza all'attrito della pelle e al cuscinetto finale, consentendo pile a supporto di carichi più elevati o riducendo la lunghezza e il diametro del pila richiesto.
  • insediamento ridotto[[]: Il miglioramento del terreno mitiga sia l'insediamento immediato che il consolidamento a lungo termine, proteggendo la sovrastruttura dai danni.
  • Il rischio di inclinazione o di buckling dei pili[[]: Un profilo del suolo più uniforme e più rigido riduce la deformazione laterale e garantisce l'allineamento assiale dei picchi.
  • Condizioni di perforazione migliorate[[]: I fori stabilizzati sono meno inclini a collassare, a scollare o a dover ricorrere a costosi fluidi di involucro o di perforazione.
  • Risparmio dei costi[]: Mentre il miglioramento del terreno aggiunge il costo in anticipo, può ridurre il numero di pile, la loro lunghezza e la quantità di rinforzo necessario.
  • Sicurezza avanzata[[[]: Una piattaforma di lavoro stabile è più facile da costruire e mantiene condizioni più sicure per i lavoratori e le attrezzature.

La costruzione del Burj Khalifa a Dubai ha richiesto un ampio miglioramento del terreno utilizzando colonne di vibroflotazione e pietra per mitigare i rischi di liquefazione e migliorare la capacità dei cuscinetti nei terreni sabbiosi. Allo stesso modo, molte basi di ponte autostradali negli Stati Uniti hanno usato precarica con scarichi verticali dimostra di trattare depositi di argilla morbida prima di guidare o perforare pile di terreno.

Conclusioni

Le tecniche di miglioramento del terreno sono un elemento vitale dell'ingegneria geotecnica moderna, che serve come passo essenziale prima dell'installazione dei pilastri annoiati in condizioni di terreno difficili. Denificando, rafforzando e omogeneizzando il terreno, questi metodi garantiscono che le fondazioni profonde possano svolgere in modo affidabile la vita progettuale della struttura.

Per ulteriori informazioni, la Federal Highway Administration fornisce linee guida complete sui metodi di miglioramento del terreno (FHWA Ground Improvement Methods, Volumes I e II), e il Deep Foundations Institute offre numerosi studi di casi sulle prestazioni dei pilastri nei terreni migliorati. Inoltre, la American Society of Civil Engineers (ASCE) pubblica documenti di ricerca sulle tecniche di miglioramento del terreno innovative e le loro applicazioni in fondazioni profonde.