Tubi da spinta e stringhe di tubazioni: fattori chiave per il successo di un microtunnel curvo — TBM: Tunnel Business Magazine

Il risultato desiderato di un lavoro di microtunneling è una tubazione installata in modo accurato e impeccabile. Idealmente, il tubo spintato funge anche da tubo portante, evitando il costoso rivestimento di un tubo aggiuntivo. Il miglior vantaggio di un'operazione di microtunnel per il proprietario è la tubazione più lunga possibile per albero: una volta che il sistema è in funzione, il costo per piede lineare diminuisce con ogni piede aggiuntivo sollevato. Gli allineamenti curvi consentono lunghezze di guida estese evitando ostacoli e alberi intermedi. Tuttavia, per garantire la qualità impeccabile del tubo installato, è necessario tenere presenti alcuni aspetti chiave riguardanti i tubi di spinta e le stringhe di tubi.

Oggi, le curve strette nel microtunneling sono nella maggior parte dei casi possibili solo con tubi rigidi e spessi con pareti spesse e giunti articolati, come il cemento armato o il cemento polimerico. Su un tracciato curvo, a causa della rigidità del materiale, la deflessione è concentrata nei giunti dei tubi.

Figura 1: Giunto idraulico JC260 installato su un tubo di sollevamento con diametro interno di 2.000 mm.

Un'elevata forza di sollevamento ammissibile è essenziale per un'operazione efficiente e, soprattutto quando le cose non vanno esattamente come previsto, alcune riserve sono auspicabili e dovrebbero far parte della gestione del rischio. Anche con la migliore indagine geotecnica, qualsiasi forma di tunneling riserva sempre delle sorprese.

Di conseguenza, trasferire in modo sicuro la forza di spinta da tubo a tubo in un giunto snodato è un aspetto fondamentale e necessario per comprendere la forza di spinta ammissibile senza causare danni ai tubi.

La determinazione della forza di spinta ammissibile in un giunto articolato dipende direttamente dal comportamento del materiale dell'anello di trasferimento della pressione, pertanto il comportamento prevedibile del materiale è fondamentale per un calcolo affidabile.

Nei tradizionali anelli di trasferimento della pressione in legno, la fessura del giunto all'esterno dello snodo, il carico puntuale e i picchi di sollecitazione imprevedibili all'interno sono le conseguenze inevitabili dovute al comportamento difficilmente prevedibile del materiale (Figura 2).

Figura 2: Distribuzione delle sollecitazioni e carico eccentrico con anello di trasferimento della pressione in legno.

Gli anelli di trasferimento della pressione progettati come il giunto idraulico (Figura 1) o l'EDAR possono fornire un trasferimento di pressione su tutta la superficie senza picchi di sollecitazione anche quando si sperimentano angoli di articolazione ampi e consentono una comprensione esatta delle sollecitazioni che agiscono sul tubo grazie alla loro intrinseca, perfetta comportamento meccanico prevedibile (Figura 3).

Figura 3: Distribuzione delle sollecitazioni e carico eccentrico con giunto idraulico.

Il trasferimento dei carichi attraverso i giunti snodati provoca sempre un carico eccentrico sul tubo. Gli anelli di trasferimento della pressione progettati riducono l'eccentricità in termini di dimensioni, ma l'effetto globale sul singolo tubo può comunque essere osservato e deve essere considerato. Il carico assiale eccentrico è bilanciato dalle forze laterali che agiscono sui tubi di spinta, aumentando significativamente il rischio di danni.

L'eccentricità rilevante non deriva solo dall'articolazione di un singolo giunto, ma è il risultato di diversi angoli di articolazione del giunto sull'estremità anteriore e posteriore del tubo (Figura 2 e Figura 3). Per ridurre al minimo l'eccentricità, sono fondamentali un anello di trasferimento della pressione adeguato e una sterzata fluida della macchina.

Oltre ad una progettazione strutturale robusta dei tubi di spinta, la progettazione dei giunti dei tubi è importante poiché l'articolazione è concentrata nei giunti dei tubi. Il giunto deve essere a filo sia all'interno che all'esterno del tubo e sigillare il tubo contro l'acqua freatica e il terreno anche in stato articolato. Tenendo presente il requisito di un comportamento prevedibile dell'anello di trasferimento della pressione, è fondamentale che il design del giunto sigilla anche l'area di trasferimento della pressione per evitare che il suolo o l'acqua incidano in modo imprevedibile sul comportamento dell'anello di trasferimento della pressione. Un modello di giunto adeguato è costituito da una fascia esterna in acciaio o da un collare in acciaio, gettato nel calcestruzzo e da un'estremità con raccordo con la guarnizione in una scanalatura all'esterno del tubo. Queste considerazioni sono valide anche per gli azionamenti rettilinei progettati poiché le correzioni dello sterzo impongono sempre deflessioni sui giunti dei tubi.