Perforazione a coclea: particolarità della tecnologia e dell'attrezzatura per la trivellazione manuale e meccanizzata
La trivellazione a coclea dei pozzi per acqua potabile è oggi il metodo di perforazione più diffuso nelle proprietà private. Si può realizzare autonomamente un pozzo freatico poco profondo con una trivella manuale per terra. Per facilitare il lavoro, vengono spesso utilizzati impianti di perforazione compatti con motorizzazione.
Spiegheremo perché questo metodo è così popolare. Analizzeremo in cosa si differenzia dagli altri metodi di trivellazione e in quali situazioni è efficace applicarlo. Nell'articolo viene descritta in dettaglio la tecnologia a coclea e la costruzione delle attrezzature di perforazione, nonché gli utensili di perforazione utilizzati nella trivellazione manuale e meccanica.
Indice dei contenuti:
Specifiche della trivellazione a coclea
Un pozzo di perforazione è uno scavo di forma cilindrica nella crosta terrestre che, pur avendo una grande lunghezza, ha una piccola sezione trasversale. Il suo inizio viene chiamato imbocco, la superficie laterale pareti, e il fondo dello scavo fondo pozzo.
Il metodo di perforazione ottimale viene scelto in base alla funzione del pozzo, al diametro e alla profondità richiesti. È importante considerare le proprietà fisico-meccaniche dei terreni che devono essere attraversati durante la formazione dello scavo di presa d'acqua.
Influisce anche la fattibilità tecnico-economica della perforazione in condizioni specifiche. Questa è una fase importante nella progettazione dei pozzi, durante la quale vengono determinate le soluzioni tecnologiche di base – il tipo di attrezzatura utilizzata e i regimi di perforazione.
Nella progettazione e nella successiva perforazione dei pozzi di presa d'acqua, è necessario orientarsi proprio alla durabilità d'uso. È importante la capacità di mantenere una portata stabile e una permeabilità all'acqua invariata della zona di fondo pozzo per un lungo periodo di tempo.
Il processo di trivellazione del pozzo include diverse operazioni:
- Distruzione della roccia sul fondo pozzo, cioè separazione delle particelle dalla massa.
- Trasporto del terreno di risulta in superficie.
- Preparazione del pozzo per l'esercizio mediante pulizia e sistemazione del fusto, nonché esecuzione del lavaggio della perforazione di presa d'acqua.
L'efficienza della perforazione dipende direttamente dalle proprietà fisico-meccaniche intrinseche, vale a dire: densità di compattazione, porosità, permeabilità all'acqua dei terreni incoerenti, consistenza delle rocce argillose coerenti.
Per la perforazione di rocce caratterizzate da monoliticità e da legami cristallini tra le particelle, questo metodo non è adatto. Quanto più sono consolidati i grani minerali nella roccia, tanto maggiore è il lavoro necessario per frantumarla.
Vantaggi e svantaggi del metodo
La variante di perforazione a coclea viene utilizzata nell'industria, nell'edilizia civile e nella perforazione manuale di pozzi. La sua caratteristica distintiva è che la roccia frantumata viene rimossa non con liquido di lavaggio o speciali miscele gas-liquido, ma direttamente con i componenti dell'attrezzatura a coclea.
Si distinguono la perforazione a coclea verticale e quella orizzontale. Il primo metodo è impiegato per la realizzazione di pozzi d'acqua e per la formazione di fori per pali. Il secondo è utilizzato per la posa di condotte con metodo senza scavo.
Questo metodo garantisce contemporaneamente un'elevata velocità di avanzamento in terreni non rocciosi fino a una profondità di 50-80 metri, consentendo di formare immediatamente le pareti dello scavo mediante l'installazione di una colonna di tubi di rivestimento.
Un altro vantaggio è l'estrazione del terreno di risulta in superficie senza sollevare l'utensile. Inoltre, poiché la perforazione a coclea non necessita di fluido di circolazione, viene utilizzata con successo in regioni aride e anche in periodi con temperature prevalentemente basse.
Oggi la perforazione con attrezzature a coclea viene utilizzata:
- Per la realizzazione di pozzi d'acqua individuali;
- Nella costruzione di fondazioni su pali elicoidali/pali trivellati;
- Per l'installazione di recinzioni e supporti in cemento armato;
- Nell'esecuzione di posa di condotte senza scavo;
- Per la costruzione di pozzi poco profondi e pozzetti.
Tuttavia ci sono anche svantaggi. Con le coclee non è possibile perforare un pozzo in rocce di elevata durezza. Durante l'avanzamento in terreni argillosi compatti e semicompati, argille con strati di calcare, possono insorgere complicazioni, mentre nella perforazione di rocce abrasive si registra un elevato consumo dell'utensile di perforazione.
Inoltre, esiste un limite alla profondità dello scavo. Realizzare un pozzo di profondità superiore a 80 metri con questo metodo è molto difficile.
Tecnologia di perforazione verticale
La coclea è un tubo di perforazione ad alta resistenza con spirale avvolta, che svolge la funzione di trasportatore verticale a vite. Sotto l'azione del carico assiale, la parte operativa dell'utensile di perforazione penetra nella roccia e la distrugge mediante taglio e dissodamento. Contemporaneamente, il trapano a coclea alimenta il terreno di risulta sulla spirale della coclea.
Sotto l'azione delle forze centrifughe, il terreno dissodato sale lungo le pale della colonna di perforazione. La risalita avviene grazie allo scorrimento lungo la spirale, poiché l'attrito del terreno contro la coclea è minore di quello contro le pareti del pozzo.
Così la roccia frantumata viene trasportata allo stato frantumato dal fondo alla superficie e viene espulsa attraverso l'imboccatura del pozzo. In caso di trasporto senza ostacoli, il terreno occupa il 30-40% del volume totale dello spazio tra le spire.
I parametri della colonna a coclea devono garantire il rapido sollevamento di tutta la massa di terreno frantumato dalla coclea. Tuttavia, durante la perforazione, una parte del terreno dissodato ricade sul fondo. Pertanto, durante l'esecuzione della perforazione a coclea, è necessaria una pulizia più intensa del foro, e al termine è obbligatorio un lavaggio.
Trivellazione direzionale orizzontale a coclea
Per l'installazione di condutture tecniche di vario scopo funzionale sotto ostacoli (autostrade, binari ferroviari, foreste), si utilizza la perforazione orizzontale direzionale a coclea.
Nella fase iniziale dei lavori vengono scavate due fosse: una fossa di partenza (di lavoro) e una fossa di ricezione. Devono trovarsi allo stesso livello del pozzo progettato. Successivamente, nella fossa di lavoro vengono calate e montate le attrezzature necessarie.
Questa attrezzatura ha una lunga corsa di alimentazione ed è dotata di una testa di perforazione resistente all'usura in acciaio altolegato. È inoltre installata una sonda per il monitoraggio della perforazione. Ricevendo i segnali su un monitor, l'operatore controlla l'avanzamento del processo e può correggere la direzione di movimento nonché l'angolo di inclinazione della testa di perforazione.
Quando la coclea entra nella fossa di ricezione, cioè il punto finale secondo il progetto, il trapano viene rimosso. Al suo posto vengono fissati un allargatore e un tubo. Successivamente, si avvia la rotazione delle pale in senso inverso per trascinare il tubo nel pozzo finito. Al termine delle operazioni di perforazione, l'impianto a coclea viene rimosso dalla fossa di partenza.
Il metodo senza scavo consente di posare tubi sotto le condutture al di sotto del livello della falda acquifera per lunghezze fino a 80 m. In questo caso, tutti i lavori complessi vengono eseguiti senza lo scavo faticoso di trincee, il che consente di ridurre al minimo i tempi di esecuzione e di ridurre i costi finanziari.
La perforazione orizzontale a coclea viene utilizzata per la posa di condotte in pressione e l'installazione di sistemi di comunicazione in aree dove non è possibile realizzare la posa con altri metodi. Il principale vantaggio della posa senza scavo è l'economicità. Inoltre, per mantenere la stabilità dello scavo finito, non è necessario utilizzare bentonite o altri polimeri.
Caratteristiche della trivellazione in diversi terreni
I parametri tecnologici di base della perforazione di un pozzo sono il carico assiale e la frequenza di rotazione della vite del trasportatore a coclea. Con l'aumento del carico, aumenta inevitabilmente anche la velocità di avanzamento, il che può portare a diverse situazioni di emergenza.
Pertanto, è necessario assicurarsi che il volume di roccia separato dalla coclea nell'unità di tempo non superi la capacità del trasportatore. In caso contrario, si formano tappi sulle spire.
Di norma, le rocce argillose plastiche, le sabbie sciolte e di media densità vengono perforate senza l'applicazione forzata del carico assiale. L'utensile a coclea penetra nel terreno sotto il proprio peso e anche grazie alla forza reattiva che si genera quando il materiale di risulta viene portato alla bocca dello scavo cilindrico.
Carichi assiali fino a 5 kN vengono generalmente applicati durante l'inizio della perforazione del pozzo, nella perforazione in terreni sabbiosi compatti, argille limose, argille, argilliti, siltiti. La frequenza di rotazione della colonna non deve superare 1,7-3,3 s-1.
A frequenze più elevate si verificano vibrazioni all'interno, a causa delle quali i giunti della colonna di perforazione potrebbero perdere la connessione. Di conseguenza, l'attrezzatura di perforazione rimarrà sul fondo, sarà quasi impossibile recuperarla, quindi sarà necessario perforare un nuovo pozzo. A basse frequenze, invece, il trasporto del terreno di scarto verso l'alto è fortemente ostacolato.
Con l'aumento della durezza delle rocce, si aumentano i carichi assiali. La perforazione in terreni ghiaiosi e detritici, argille limose ghiacciate, sabbie saturate d'acqua, siltiti con inclusioni di quarzo viene eseguita con un carico assiale di 8-10 kN sul scalpello e una frequenza di rotazione della colonna di 1,3-2,2 s-1.
I ciottoli e le rocce con inclusione di massi non vengono perforati con il metodo a coclea. Questi frammenti arrotondati di roccia vengono frantumati con il scalpello e sollevati in superficie con una cucchiara.
La perforazione in sabbie di diversa densità e grado di saturazione d'acqua, depositi ghiaiosi e pietrosi viene condotta a regimi elevati e contemporaneamente si rinforzano le pareti dello scavo con rivestimenti tubolari.
Per evitare ciò, si riduce la velocità di perforazione al minimo possibile, si muove la colonna e si aggiunge acqua nel pozzo. In una situazione simile, aiuta anche il sollevamento periodico dell'utensile di perforazione in superficie e la pulizia dell'argilla adesa.
Utensili per la trivellazione a coclea
Gli strumenti per la perforazione a coclea dei pozzi si distinguono per tipo di costruzione in base al numero di spire e alla geometria della parte tagliente. Per la perforazione in terreni sabbioso-limosi e argillosi duri e semiduri, spesso si utilizzano attrezzature di perforazione il cui bordo è dotato di frese aggiuntive.
Il più delle volte, per la realizzazione di un pozzo di presa d'acqua per privati, si utilizza solo una coclea di partenza senza alcun accessorio, poiché si devono perforare terreni sedimentari coesivi e non coesivi. Durante l'approfondimento, l'utensile viene semplicemente allungato con aste di perforazione.
In questo caso, l'attrezzatura viene estratta dal foro ogni 0,5 – 0,7 m per pulire la trivella e il fondo del foro dalla roccia distrutta. Questa è una modalità di perforazione più economica ma anche più laboriosa.
Per frantumare massi e ciottoli che possono essere presenti nei terreni sedimentari, si passa al metodo a percussione con cavo. Di solito si utilizza uno scalpello in acciaio per utensili. Questa punta appuntita all'estremità inferiore viene “lanciata” con forza sul fondo del foro fino a quando non viene distrutta la “barriera dura”.
Dopo la frantumazione di ghiaia o massi, i frammenti vengono estratti in superficie con un bicchiere (carotiere) o con una cucchiaia. Successivamente si torna al metodo a coclea. Spesso, per la perforazione di un pozzo, è necessario utilizzare più metodi di perforazione in combinazione.
Per la perforazione di sabbie sciolte e argille tenere, si utilizzano attrezzature a coclea con pale rivolte verso il fondo del foro con un angolo di 30-60°, mentre per la perforazione in terreni argillosi coesivi – 90°.
Questa spirale si ottiene avvolgendo un nastro d'acciaio ad alta resistenza di diametro 5-7 mm su un mandrino elicoidale. Viene tesa sul tubo/asta e poi saldata.
Maggiore è il diametro del tubo di base, minore è la capacità di trasporto della coclea. Tuttavia, il diametro del prodotto lungo è limitato dalla resistenza meccanica della coclea e dalla tecnologia di produzione.
Oggi vengono prodotti due tipi di coclee:
- Con foro centrale, cioè cave;
- Pesanti – senza foro.
Per minimizzare l'usura del trasportatore a vite durante la perforazione in terreni abrasivi, sul bordo esterno viene avvolta una striscia di acciaio o viene depositato uno strato di metallo sulla superficie.
Ad alte velocità di perforazione a coclea, sopra l'attrezzatura viene fissato un adattatore speciale con avvolgimento a doppia entrata di nastro d'acciaio. In questo modo, la maggior parte del terreno finisce sul trasportatore a vite senza essere triturata.
All'estremità del tubo con spirale avvolta vengono saldati degli elementi di giunzione. Si distinguono due tipi di collegamento delle coclee: senza filettatura e filettato. Nel primo caso le coclee vengono unite con giunti a manicotto e tenute da perni metallici con fermi, nel secondo caso – mediante avvitamento.
Il collegamento filettato delle coclee nella colonna di perforazione permette di meccanizzare l'unione e lo smontaggio durante le operazioni di sollevamento e abbassamento e durante l'immissione di fluido sul fondo. Ma c'è anche uno svantaggio significativo: in questo caso non è possibile la rotazione inversa delle coclee. Per questo motivo il collegamento senza filettatura ha avuto una diffusione più ampia.
Le attrezzature di perforazione speciali includono generalmente un set di coclee di diversi diametri.
Le coclee cave con collegamento filettato vengono utilizzate nella perforazione con soffiaggio, per il pompaggio dell'acqua durante lo scavo di scavi cilindrici nella crosta terrestre, per l'installazione di cariche in pozzi geofisici, per l'iniezione di calcestruzzo nei fori dei pali. Possono anche essere utilizzate come colonna di rivestimento.
Durante la perforazione a fondo continuo, il canale centrale viene ostruito dall'utensile di perforazione su una fune.
Panoramica degli impianti di perforazione
Per la perforazione a coclea vengono utilizzati sia utensili manuali che impianti meccanizzati. Il più semplice nella costruzione è la trivella manuale per terra. Consiste in un'asta/tubo con una lama elicoidale e un manico a T rigidamente fissato.
L'utensile di perforazione di questo tipo viene avvitato nel terreno come un cavatappi. Durante la perforazione, viene esteso con aste. Le trivelle manuali per terra sono costruite smontabili per essere trasportate comodamente in auto. Ciò consente anche di variare la lunghezza della colonna di perforazione a coclea.
Con l'utensile manuale si possono realizzare fori profondi fino a 2 metri con un diametro massimo di 20 centimetri. Esistono anche mototrivelle con motore a benzina o elettrico. La loro costruzione comprende un trasportatore a vite, cioè una coclea, e un motore con riduttore. La rotazione dell'albero motore garantisce il movimento della coclea.
Utilizzando un utensile motorizzato con aste di perforazione per l'estensione, è possibile perforare pozzi fino a 25 metri di profondità. Con un diametro fino a 30 centimetri, viene utilizzato per l'installazione di pali dell'illuminazione stradale, montaggio di pali di recinzione, scavi per ispezione di fondazioni e basi del terreno.
Le unità mobili sono macchine di piccole dimensioni con motore elettrico o a benzina. Con il loro aiuto è possibile perforare rapidamente un pozzo per una casa di campagna e preparare un gran numero di buche per supporti di vari scopi funzionali.
Spesso queste trivelle vengono costruite come rimorchi per autovetture, per facilitare il trasporto nel luogo di lavoro.
Nell'edilizia civile e industriale, per realizzare scavi di grande profondità e diametro si utilizza attrezzatura speciale a coclea montata su veicoli mobili – camion, trattori.
Viene utilizzato per l'installazione di sostegni di linee elettriche ad alta tensione e pali per illuminazione stradale, per la posa di recinzioni di stadi, impianti sportivi, strutture industriali, aeroporti. Inoltre, con le trivelle a coclea su veicoli mobili si realizzano palancole per scavi e si installano pali elicoidali.
Video utile sull'argomento
Perforazione a coclea di un pozzo di captazione profondo 20 m nel terreno di una proprietà privata:
In questo video viene mostrata la tecnologia della perforazione orizzontale a coclea per la posa di sottoservizi sotto un'autostrada:
Realizzazione di pali con coclea continua di grande diametro e canale centrale. Per i lavori si utilizza la trivella Bauer BG-30 e una pompa per calcestruzzo fissa ad alta capacità Liebherr:
Il metodo a coclea garantisce velocità elevate di perforazione. Lo scavo del pozzo e il trasporto del terreno di risulta dal fondo alla bocca dello scavo avvengono in modo simultaneo e continuo, risparmiando tempo, fatica dei perforatori e risorse investite nel progetto. Per questo il metodo di perforazione a coclea è popolare.
Lasci prego i commenti nel modulo sottostante. Racconti, le è capitato di utilizzare un utensile a coclea manuale o di perforare con una trivella di piccole dimensioni usando una coclea? Condivida i dettagli tecnici che potrebbero essere utili ai visitatori del sito.
Trivellazione rotativa dei pozzi: panoramica della tecnologia di perforazione e delle attrezzature necessarie 
Metodi di perforazione dei pozzi: principi tecnologici e caratteristiche dei metodi principali 
Trivellazione manuale dei pozzi d'acqua: come perforare manualmente un pozzo di presa d'acqua 
Trivellazione di pozzo con sonda a percussione: panoramica completa della tecnologia di trivellazione con metodo a percussione e cavo 
Trivellazione a carotaggio dei pozzi: tecnologia e dettagli dell'esecuzione dei lavori 
Impianto di perforazione fai da te: costruzione di una trivella autocostruita per perforare pozzi 
Quanto costa l'allacciamento del gas a una casa privata: prezzo dell'organizzazione della fornitura di gas 
Le migliori lavatrici con asciugatrice: classifica dei modelli e consigli per gli acquirenti 
Cos'è la temperatura del colore della luce e le sfumature della scelta della temperatura delle lampade per le proprie necessità 
Sostituzione dello scaldabagno a gas in appartamento: documentazione per la sostituzione + norme e requisiti principali
La perforazione a coclea con macchinari – è l'opzione ottimale per pozzi poco profondi. Non a caso il metodo è popolare. Quanto alla perforazione manuale a coclea, è per masochisti, oppure quando non ci sono soldi ma il pozzo è indispensabile.