• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Il congelamento artificiale del terreno
 

Il congelamento artificiale del terreno

on

  • 1,474 views

Tecniche di congelamento dei terreni per la realizzazione di opere sotto elevati battenti idraulici

Tecniche di congelamento dei terreni per la realizzazione di opere sotto elevati battenti idraulici

Statistics

Views

Total Views
1,474
Views on SlideShare
1,473
Embed Views
1

Actions

Likes
0
Downloads
17
Comments
0

1 Embed 1

http://www.slideshare.net 1

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Il congelamento artificiale del terreno Il congelamento artificiale del terreno Document Transcript

    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604 Il congelamento artificiale del terrenoDescrizione ed applicazioni.Il congelamento artificiale del terreno (di seguito denominato: AGF “Artificial GroundFreezing”) rappresenta una tecnica di consolidamento ed impermeabilizzazione del suolo,ottenuta mediante decremento della temperatura dell’acqua presente nel terreno sino ad unvalore ragionevolmente inferiore a quello di congelamento della stessa.Qualsiasi opera di scavo al di sotto del piano campagna, sia essa a cielo aperto od insotterraneo, seppure poco profonda, deve essere soggetta a verifica della stabilità del fronterispetto alla tendenza al collasso ed alle eventuali venute d’acqua.Con il duplice effetto di stabilizzare e proteggere dalle acque sotterranee, l’AGF risultaessere un’alternativa (quando non rappresenti l’unica soluzione possibile) efficace,affidabile e sicura ai tradizionali metodi di consolidamento e impermeabilizzazione delsuolo.Il metodo risponde in maniera eccellente a diverse necessità progettuali quali:stabilizzazione di scarpate, realizzazione di trincee, scavo di pozzi e tunnel sotterranei,realizzazione di temporanee strade di accesso su terreni incoerenti con scarse proprietàmeccaniche, etc.Data la sua natura provvisoria e l’ assoluta reversibilità del metodo, l’AGF risulta essere unprocesso ad impatto ambientale nullo che non comporta, quindi, alcuna alterazione delleproprietà chimiche delle acque che interessano il “muro di ghiaccio”.La Figura 1.1 mette in relazione le varie tecniche di consolidamento/allontanamento delleacque profonde con le tipologie di terreno su cui queste possono essere attuate; risultaimmediatamente evidente la completa applicabilità del metodo Ground Freezing.La prima applicazione del congelamento del terreno risale al 1862 per la realizzazione diuna miniera a Swansea, nel sud del Galles, dove vennero affondati nel terreno tubi in ferro----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604entro i quali circolava una soluzione salina in grado di congelare il suolo grazie a macchinefrigorifere; la stessa soluzione venne collaudata e definitivamente brevettata nel 1883dall’Ing. Poetsch per l’escavazione di un pozzo della miniera di Archibald nella cittadina diSchneidlüngen in Germania. Figura 1.1: Fattibilità dei metodi in relazione alla natura del terreno.Al fine di descrivere sinteticamente il “processo Poetsch” si riporta, di seguito, un estrattoda “Il giornale del Genio Civile”(volume 25, 1887):“ Il sistema Poetsch consiste essenzialmente nel far congelare l’acqua che imbeve ilterreno, ove trattasi di fare l’escavazione, col farvi passare, per mezzo di opportunetubazioni, una soluzione salina mantenuta a bassissima temperatura mediante una o piùmacchine a ghiaccio.Nel terreno congelato il lavoro di scavo viene eseguito all’asciutto e col mezzo degliordinari strumenti come se si trattasse di un’arenaria o d’una puddinga. ”; e poi,successivamente, si fa un accenno alle macchine frigorifere usate nel processo: “ Le----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604macchine adoperate per produrre il freddo sono del tipo Carrè il principio delle quali è,come è noto, il seguente.Riscaldando una soluzione d’ammoniaca, questo gas si sprigiona dall’acqua e passa in uncondensatore ove, per effetto della sua stessa pressione, si riduce allo stato liquido.Questo liquido si fa quindi nuovamente evaporare e si ricostituisce la soluzione primitivache viene nuovamente impiegata nel modo medesimo.È durante l’evaporazione che si ha la produzione del freddo; si possono otteneretemperature di oltre a -30° ma in pratica non conviene scendere oltre a -25°.Il rendimento delle macchine è di 2000 calorie negative per ogni chilogramma di carboneconsumato. “.Fra il 1884 ed il 1990 in tutto il mondo, sulla base di ricerche e studi bibliografici, sipossono annoverare circa 350 applicazioni di AGF concentrate prevalentemente in Belgio,Germania, Gran Bretagna, Stati Uniti e Canada e riguardanti soprattutto la realizzazione dipozzi minerari e gallerie.In Italia, tale tecnologia, non ha avuto molte applicazioni fatta eccezione di qualche casosporadico per lo scavo di brevi tratti di gallerie e tunnel; di recente applicazione possiamoricordare: • il congelamento del terreno per la realizzazione della nuova Linea 1 della Metropolitana di Napoli (progetto del 1997), in particolar modo dei pozzi di stazione della Tratta Bassa, ovvero quella più prossima al golfo di Napoli; • il congelamento del terreno nella realizzazione delle due gallerie nei pressi di Courmayeur (AO), sullautostrada Monte Bianco – Aosta.Da ciò emerge che, seppure questa tecnica sia largamente collaudata ed abbia semprerisposto efficacemente alle esigenze, è stata avvolta da un grande scetticismo sia da partedei contractors stessi per gli alti costi di investimento e per la necessità di formare tecnici emanodopera altamente specializzati, sia da parte delle committenze a causa dei costi direalizzazione, sicuramente non trascurabili, senza però analizzare fino in fondo gli enormivantaggi in termini di sicurezza, tempi di realizzazione ed affidabilità del metodo.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604Tecniche di congelamentoIl congelamento artificiale del terreno può essere applicato ogni qualvolta si presenti lanecessità di realizzare l’asportazione di una parte di terreno in totale sicurezza rispetto alcollasso e/o alla venuta d’acqua all’interno del foro praticato.Importante, al fine di valutare la fattibilità del metodo, è la presenza di condizioni diidrostaticità, aspetto indispensabile al fine di rendere fattibile o quantomeno vantaggiosa latecnologia rispetto ad altre possibili.La presenza di acqua fluente porterebbe, infatti, ad un immediato equilibrio termico fral’acqua e ed il fluido refrigerante della sonda, così da ridurre (se non annullare) la capacitàdelle tubazioni congelanti di sottrarre calore al terreno.Un attenta indagine deve essere anche finalizzata a rilevare la presenza di infiltrazioni,seppure di scarsa entità, di acque superficiali in prossimità della sezione di scavo poiché,causa la loro temperatura prossima a quella ambiente, potrebbero inficiare localmentel’efficienza di alcune sonde così da creare “finestre” sul “muro di ghiaccio” conconseguente allagamento del foro e perdita della resistenza meccanica cercata.L’AGF può essere utilizzata sia per creare una barriera verticale come nel caso di pozzi etrincee, (fig.1.2), sia in orizzontale per realizzare tunnel sotterranei (fig.1.3), sia indirezione obliqua come per lo scavo delle discenderie delle stazioni metropolitane, per larealizzazione di muri di sostegno e per opere di consolidamento temporaneo (fig.1.4) o, incaso di interventi di limitata profondità, per intervenire direttamente dal piano campagna(fig.1.5).Figura 1.2: Tecniche di congelamento per la realizzazione di pozzi e trincee; interventi dal p.c.(i,ii).----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604Figura 1.2: Tecniche di congelamento per la realizzazione di pozzi e trincee; interventi in profondità (iii,iv).Figura 1.3: Tecnica di congelamento per la realizzazione di tunnell sotterranei; particolare del nodo dicontinuità fra due steps successivi.Figura 1.4: Tecniche di congelamento per la realizzazione di muri di sostegno e consolidamento temporaneo.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604Figura 1.5: Tecniche di congelamento per la realizzazione di tunnel sotterrani di scarsa profondità;interventi dal p.c.Un sistema molto efficace, utilizzato nei centri abitati per consolidare il terreno mentrevengono approfondite le fondazioni di un edificio esistente (per es. al fine di realizzare unparcheggio sotterraneo), è quello di creare elementi di terreno congelato di forma ellittica esecanti fra loro in modo che possano scambiarsi mutuamente le sollecitazioni indotte dallasovrastruttura (figura 1.6); è necessario un attento monitoraggio al fine di evitare localiperdite di prestazione della barriera di ghiaccio che potrebbero inficiare la stabilità di tuttala costruzione. Figura 1.6: Tecniche di congelamento per la realizzazione di opere di consolidamento sottofondazione.La configurazione delle sonde congelatrici dipende dalla forma della sezione da scavare edalle dimensioni della stessa, anche se la disposizione ideale resta comunque quella----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604circolare dove le tensioni indotte si traducono in sforzi di compressione uniformi e sforzi ditrazione minimi.Le tubazioni vengono immerse fino alla profondità desiderata o, nel caso in cui lo scavo siaparticolarmente profondo, nei limiti di precisione garantiti dagli strumenti di perforazione;in casi particolari e piuttosto estremi, si può ricorrere alla tecnologia HDD (HorizzontalDirectional Drilling).Quando le sonde congelatrici vengono affondate nel terreno, si dà avvio alla prima fase delcongelamento (PFP “Primary Freeze Period”), ovvero quella in cui viene impiegata lamassima potenza frigorifera necessaria a formare i cilindri di terreno congelato attorno allasonda.Le colonne di ghiaccio aumentano gradualmente il loro raggio con il variare del tempo finoad accostarsi ed infine a compenetrarsi; a questo punto il “muro di ghiaccio” è formato e sidà avvio alla seconda fase, esclusivamente di mantenimento del freddo (SFP “SecondaryFreeze Period”) in cui la potenza frigorifera erogata è sensibilmente inferiore a quella dellaPFP.Non appena si è giunti al termine della PFP, la corona di terreno ghiacciato è formata, ilterreno è impermeabile e consolidato e si può procedere allo scavo ed alla posa in opera delrivestimento definitivo (figura 1.7); al termine dei lavori, quando ormai il foro ècompletamente protetto dalle acque profonde e stabilizzato grazie alle opere di sostegnodefinitive, si può procedere alla fasedi scongelamento proseguendo, comunque, con un attento monitoraggio al fine di garantireil ripristino delle condizioni preesistenti. Figura 1.7: Evoluzione del congelamento in funzione della disposizione delle sonde congelatrici.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604Le tubazioni infisse nel terreno, entro le quali circola il fluido refrigerante, sono formate dadue tubi concentrici aventi le funzioni di: − quello più interno capta il flusso di refrigerante dall’anello di distribuzione e lo convoglia fino alla base della sonda; − quello più esterno, a diretto contatto con il terreno, accoglie il flusso in risalita e permette lo scambio di calorie tra il liquido ed il terreno.Questa configurazione da luogo ad un elemento congelato dalla tipica forma a “pera”dovuta al fatto che il maggiore effetto refrigerante si ottiene alla base della sonda; il fluido,risalendo lungo l’anello esterno, acquista calorie dal terreno diminuendo progressivamenteil suo potere congelante.Questa disomogeneità che c’è fra la sezione basale e quella più superficiale potrebbecomportare problemi, ad esempio, di permeabilità dell’acqua causata da un non completoserraggio dei cilindri di ghiaccio in sommità; per ovviare a questo inconveniente, possonoessere istallate altre tubazioni refrigeranti più in superficie oppure si può invertire il cicload intervalli regolari, facendo passare il fluido prima nella tubazione esterna per poi farlorisalire in quella più interna (figura 1.8; i).Qualora il congelamento dovesse interessare solo alcuni strati profondi ed essere quindiselettivo, è possibile utilizzare delle specifiche sonde in cui è inserita una tubazionesecondaria che, alla quota desiderata, capta il fluido refrigerante e lo riconduce insuperficie evitando lo scambio termico con il terreno (figura 1.8; ii).La disuniformità del cilindro, lungo tutta la sua altezza, può essere dovuta anche alladifferenza di conducibilità termica, λ, fra gli strati attraversati (figura 1.8; iii).----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604 Figura 1.8: Schemi di sonde congelatrici (i,ii) e possibile profilo del “cilindro” di ghiaccio (iii).Sistemi di refrigerazioneIl metodo convenzionale, ovvero quello conosciuto fin dal 1883, viene denominato “BrineMethod” (o “Metodo indiretto”) ed utilizza impianti di refrigerazione di media-grossataglia dove il fluido termovettore è costituito da una “salamoia” di Cloruro di Calcio(CaCl2) ed acqua.Il metodo alternativo al suddetto prende il nome di “Cryogenic Method” (o “MetodoDiretto”) e consiste nel far circolare all’interno delle sonde congelatrici Azoto liquido (LN)che sarà, alla fine del ciclo, espulso direttamente in atmosfera.Esiste infine un altro metodo, “Metodo Misto”, nient’altro che la fusione dei suddettiprocessi in cui la fase primaria è affidata all’Azoto liquido mentre la fase di mantenimentoè garantita dalla salamoia.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604Brine MethodIl congelamento del terreno avviene per il tramite di una salamoia di Cloruro di Calcio edacqua (il punto di congelamento delleutettico CaCl2/H2O, che si ottiene allaconcentrazione del 29.85 % in massa di CaCl2, è di – 54,23 °C) che viene, a sua volta,raffreddata da potenti “chiller” ovvero macchine frigorifere compatte in cui il ciclofrigorifero è affidato a: compressore, valvola di laminazione, condensatore ed evaporatore(figura 1.9). Figura 1.9: Schema del funzionamento di un impianto di refrigerazione per il Ground Freezing.Il fluido frigorifero viene pompato all’interno del circuito a temperature che variano fra i -20°C ed i -40°C.In figura 1.10, dove vengono riportate le caratteristiche della salamoia, si può notarecome una soluzione troppo densa risulti pericolosa al pari di una troppo leggera, per ilrange di temperature suddette, causa il possibile passaggio allo stato solido all’internodell’evaporatore; il peso specifico del fluido si attesta su valori di 1,24 – 1,28 Kg/dm3.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604 Figura 1.10: Caratteristiche della salamoia Cloruro di Calcio – Acqua.Gli impianti utilizzati per il congelamento del terreno sono molto compatti, assemblati sumisura, facilmente trasportabili su camion e montabili in cantiere con rapidità; richiedonola presenza di acqua e di energia elettrica, che, qualora quest’ultima non fosse reperibilecon facilità, può essere prodotta da appositi gruppi elettrogeni diesel.La costruzione del “muro di ghiaccio” avviene in un lasso di tempo che può variare da 20 a90 giorni (da 3 settimane a 3 mesi) a seconda di: − volume di terreno da congelare; − natura del terreno; − conduttività termica degli strati; − contenuto d’acqua, w, del terreno; − temperatura di congelamento dell’acqua1; − passo fra le sonde congelatrici e loro profondità; − potenzialità dell’impianto scelto, etc.1 La temperatura di congelamento dell’acqua può risultare notevolmente depressa a causa di una forteconcentrazione di sali che alza notevolmente il punto di fusione del ghiaccio.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604Il metodo a salamoia fa affidamento su pompe di circolazione molto potenti che hanno ilcompito di gestire grandi portate di refrigerante e su temperature differenziali, fra mandatae ritorno, piuttosto basse.La temperatura passa repentinamente dai 15°C ai 5°C entro i primi 25 giorni dall’inizio delcongelamento e poi, al di sotto dei 0°C, decresce più lentamente portandosi ad un valorecostante di ∆T = 5°C fra la tubazione di mandata e quella di ritorno (figura 1.11).Durante il “Primary Freeze Period”, ovvero la fase più delicata del processo, possonoessere necessari più impianti collegati in serie al fine di garantire alte prestazioni dicongelamento; nel “Secondary Freeze Period” dove le potenze frigorifere richieste dalsistema sono notevolmente inferiori a quelle della precedente fase, l’impianto ausiliariodeve rimanere sempre disponibile al fine di garantire la sicurezza rispetto a possibili guastidell’impianto principale oppure a temporanee necessità di potenziare il congelamento2. Figura 1.11: Curve caratteristiche della salamoia.Le sonde congelatrici verranno dimensionate sulla base dei tradizionali principi di idraulicaal fine di garantire un regime di moto laminare (minimo scambio termico) nella tubazione ×di mandata, ovvero quella più interna alla sonda (Re = numero di Reynolds = <2000; ν2 Come riportato dalla normativa anglosassone (BS “ British Standards”).----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604dove U=velocità media del fluido, d= diametro della tubazione, ν = viscosità cinematicadel fluido), mentre si cercherà di raggiungere un regime di moto turbolento (massimoscambio termico) nell’anello più esterno, quello dove il refrigerante torna in superficiescambiando con il terreno; i diametri utilizzati più frequentemente variano tra i 150 mm edi 250 mm.Le singole sonde possono essere collegate fra loro in parallelo mediante un anello didistribuzione ed uno di ritorno, in serie, oppure in serie e parallelo.Per la realizzazione di pozzi profondi, dove le tubazioni devono raggiungere profondità di50 m ed oltre, si utilizza il sistema in parallelo (figura 1.12; i) mentre per scavi pocoprofondi, la disposizione in serie potrebbe essere sufficiente; il metodo misto consiste nelcreare una breve “catena” di sonde collegate in serie e poi affiancata ad un’altra “catena”in cui il flusso di refrigerante circola in senso inverso a quella adiacente così da rendereomogenea l’estrazione di calore dal terreno (figura 1.12; ii). Figura 1.12: Possibili connessioni fra le sonde congelatrici.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604Cryogenic MethodIl metodo utilizza un gas molto comune in natura come l’Azoto (simbolo chimico “N”)presente nell’atmosfera terrestre per il 79% dei suoi costituenti.Tale gas, a pressione atmosferica, presenta una temperatura di ebollizione di -196°C,motivo per cui in atmosfera non è presente in forma liquida; comprimendo il gas ad altepressioni lo si riesce a portare allo stato liquido con notevole guadagno in termini divolume occupato.L’azoto liquido (LN “Liquid Nitrogen”) viene così facilmente trasportato e stoccato incantiere in apposite cisterne; sfruttando la sovrappressione che è stata necessaria perrenderlo liquido, lo si fa circolare all’interno delle tubazioni senza l’ausilio di pompe ocompressori e, una volta esaurito il ciclo, si fa espandere direttamente in atmosfera (cicloaperto).Risulta essere un metodo veloce, pulito in quanto l’azoto non è inquinante ambientale, nonrichiede ne macchine frigorifere ne grandi forniture di energia elettrica fatta eccezionedella corrente a 230 V per il funzionamento delle piccole strumentazioni elettriche dicontrollo e gestione; il costo, però, risulta essere notevolmente più alto rispetto al BrineMethod causa le ingenti quantità di fluido frigorigeno, a perdere, richieste dal sistema.Il metodo può risultare conveniente in caso di brevi periodi di congelamento e per volumimodesti di terreno interessato dal processo.Contrariamente a quanto visto con il precedente metodo, l’utilizzo di LN comporta bassaportata di refrigerante e ∆T molto elevati tanto che, per completare la fase attiva delcongelamento e formare la barriera di ghiaccio, si impiegano dai 2 giorni ad i 6 giorni.La temperatura alla quale il gas viene disperso in ambiente è di circa -100°C, temperaturaancora molto bassa che farebbe suggerire un riutilizzo del gas prima dell’evacuazione senon fosse che il potenziale termico si manifesta in termini di calore sensibile e l’azoto,ormai allo stato gassoso, presenta una capacità di scambio termico per metro di lunghezzaassai più bassa dell’azoto allo stato liquido:----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604 − Azoto allo stato liquido λ = 0,146050 × − Azoto allo stato gassoso λ = 0,025724 , (17,6 %). ×Si è dimostrato anche che la variazione di ∆T per unità di lunghezza delle sonde decadepiuttosto rapidamente così da formare delle “colonne di ghiaccio” disomogenee, conun’accentuata forma a “pera” in cui la sezione si restringe dal basso verso l’alto.I motivi sopraelencati hanno portato, dopo diversi tentativi, ad accantonare l’ipotesi di uneventuale ri-utilizzo del gas.Considerazioni conclusiveLa scelta del metodo più adatto, quindi, deve essere condotta in maniera scrupolosa enecessita di alcune considerazioni preliminari relative all’organizzazione del lavoro nei dueprocessi di congelamento che differiscono per: − attrezzatura e relativa istallazione; − tempi di messa a regime dell’impianto; − quantità e qualità della manodopera; − controllo e getione della sicurezza; − controllo e monitoraggio durante l’esecuzione dei lavori; − tempi di esecuzione dei lavori; − costi.Per quanto riguarda gli aspetti legati all’impegno economico - finanziario delle duesoluzioni possiamo riportare, in via del tutto esemplificativa, una valutazionedell’incidenza economica delle tre “macrofasi” di entrambe i metodi, sul costo totale(figura 1.13).----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604 Figura 1.13: Percentuale di incidenza delle macrolavorazioni sul costo complessivo .La scelta di uno dei due metodi, o di entrambe qualora opportuno (Metodo Misto), èinfluenzata, come vedremo più avanti, anche dalle caratteristiche del terreno che si andràad attraversare vista la stretta dipendenza che c’è fra resistenza meccanica - temperaturadel terreno congelato – tempi di applicazione dei carichi e, forse di maggiore rilevanza, larelazione che intercorre fra “suscettibilità al criosollevamento” e tempi di congelamento.È proprio il fenomeno del “criosollevamento” che induce, spesso, all’adozione del MetodoMisto che consente prestazioni ottimali su terreni difficili in cui sia previsto ilmantenimento del freddo per periodi piuttosto lunghi; il Metodo Diretto consente nellaprima fase (PFP) di congelare in tempi brevi il terreno così da arrestare, o quantomenolimitare, il fenomeno del sollevamento mentre il Metodo Indiretto permette, nella secondafase (SFP), di mantenere il range di temperature con un impegno di tipo economico assairidotto.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604Proprietà dei terreni congelatiClassificazioneTecniche di campionamentoProprietà termiche • Conducibilità termica • Capacità termica • Diffusività termicaIl Criosollevamento (Frost Heave) • Teoria capillare • Modello di Miller • SuscettibilitàEffetti dello scongelamento • Teoria della consolidazione • Riduzione dell’indice dei vuoti • Indebolimento allo scongelamento • Effetti del ciclo gelo-disgeloProprietà meccaniche dei suoli congelati • Resistenza a trazione, compressione e taglio • Comportamento al creepIl caso oggetto di studioLa “Linea B1: tratta Bologna – Jonio”della metropolitana di Roma----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604Il Pozzo di Ventilazione PI 30 • Storia del Pozzo • I cunicoli di raccordo tra il pozzo e le due gallerieIl progetto del congelamentoL’esecuzione del congelamentoIl monitoraggio del congelamentoFinalità del monitoraggioModalità di esecuzione e di acquisizione datiElaborazione e graficizzazione dei datiLa Modellazione con il Metodo agli Elementi FinitiIl Metodo agli Elementi Finiti (FEM)Analisi termiche agli elementi finitiApplicazioni FEM al congelamento del terreno • Diffusione dell’energia termica generata da una sonda congelatrice • Interazione tra 2 sonde congelatrici • Applicazione al caso reale (Back Analysis)----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.
    • ING. SIMONE DI MAGGIO Studio di Ingegneria EUROINGEGNERIAing.dimaggio@gmail.com via Giotto 7, 02100 Rieti (Ri)studio@euroingegneria.it Tel.0746/496206 - Fax. 0746/498604Note:Immagini, tabelle e grafici riportati nel presente documento sono estratti dai seguentitesti: − Harris J.S. (1995), Ground Freezing in Practice, Thomas Telford; − Gallavresi F. (1982), “Il congelamento del terreno nell’ingegneria civile”, L’industria delle costruzioni: rivista tecnica dell’Associazione Nazionale Costruttori Edili, anno: 16, n°133.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Il presente documento si intende di esclusiva proprietà dell’ Ing. Di Maggio Simone che ne vieta qualsiasi riproduzione (anche di parte dello stesso) senza espressa autorizzazione scritta.