ASSOCIAZIONE GEOTECNICA ITALIANA
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JET GROUTING RACCOMANDAZIONI Edizione provvisoria aprile 2012 EDIZIONI AGI
Copyright © 2012 by Associazione Geotecnica Italiana – Roma
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Edizione provvisoria, aprile 2012
L’Editore è a disposizione degli aventi diritto con i quali non è stato possibile comunicare nonché per eventuali involontarie omissioni o inesattezze nella citazione delle fonti riprodotte in quest’opera.
ISBN 978 88 97517 06-1
Stampato nello Stabilimento Litograf Editor - Città di Castello (PG)
ASSOCIAZIONE GEOTECNICA ITALIANA Presidente Segretario generale Consiglieri
Stefano Aversa Claudio Soccodato Marco d’Elia, Anna Maria Ferrero, Cristina Jommi, Paola Monaco, Nicola Moraci, Maria Cristina Pepe, Sebastiano Rampello, Pietro Rimoldi, Tatiana Rotonda, Francesco Silvestri.
Revisori dei conti
Enrico Conte, Sebastiano Foti, Guido Gottardi
Commissione AGI per la redazione delle “Raccomandazioni sul Jet Grouting” Paolo Croce (coordinatore), Alessandro Flora, Stefania Lirer, Vittorio Manassero, Giuseppe Modoni, Maurizio Siepi
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RACCOMANDAZIONI AGI
INDICE 1. OGGETTO .............................................................................................................................................. 1 2. TECNOLOGIE ........................................................................................................................................ 3 2.1. Modalità esecutive .......................................................................................................................... 3 2.2. Sistemi di trattamento...................................................................................................................... 5 2.2.1. sistema monofluido .................................................................................................................. 5 2.2.2. sistema bifluido ........................................................................................................................ 6 2.2.3. sistema trifluido ................................................................................................................... …. 6 2.3. Pretaglio .......................................................................................................................................... 6 2.4. Spurgo e sostegno del foro .............................................................................................................. 7 2.5. Attrezzature ..................................................................................................................................... 7 2.5.1. impianto di confezionamento della miscela cementizia ........................................................... 7 2.5.2. pompe e compressore ............................................................................................................... 8 2.5.3. perforatrici ................................................................................................................................ 8 2.5.4. batteria di aste ........................................................................................................................... 9 2.5.5. monitor ..................................................................................................................................... 9 2.6. Miscele di iniezione ..................................................................................................................... 10 2.7. Parametri di trattamento ............................................................................................................... 10 3. EFFETTI DEI TRATTAMENTI.......................................................................................................... 13 3.1. Principio di funzionamento .......................................................................................................... 13 3.2. Energia del getto .......................................................................................................................... 15 3.3. Interazione getto-terreno .............................................................................................................. 15 3.4. Diametro medio delle colonne consolidate .................................................................................. 16 3.5. Variabilità geometriche ................................................................................................................ 17 3.5.1. variazione del diametro .......................................................................................................... 17 3.5.2. variazione della direzione ....................................................................................................... 17 3.6. Caratteristiche fisico-meccaniche del materiale consolidato ........................................................ 19 3.6.1. resistenza ................................................................................................................................ 19 3.6.2. rigidezza ................................................................................................................................. 20 3.6.3. permeabilità ............................................................................................................................ 20 3.6.4. peso dell’unità di volume ....................................................................................................... 21 4. APPLICAZIONI................................................................................................................................... 22 4.1. Finalità degli interventi ................................................................................................................ 22 4.2. Fondazioni.................................................................................................................................... 22 4.2.1. fondazioni dirette ...................................................................................................................... 22 4.2.2. fondazioni a pozzo .................................................................................................................... 23 4.2.3. consolidamento di fondazioni preesistenti ................................................................................ 24
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RACCOMANDAZIONI AGI
4.3. Opere di sostegno ......................................................................................................................... 26 4.4. Gallerie ......................................................................................................................................... 28 4.4.1. trattamenti dall'esterno della galleria ........................................................................................ 28 4.4.2. trattamenti dall'interno della galleria ........................................................................................ 29 4.5. Diaframmi .................................................................................................................................... 30 4.6. Tamponi di fondo ......................................................................................................................... 31 5. PROGETTO ......................................................................................................................................... 33 5.1. Riferimenti normativi ................................................................................................................... 33 5.2. Sequenza progettuale ................................................................................................................... 35 5.3. Calcoli di verifica ......................................................................................................................... 37 5.3.1. caratteristiche geometriche delle colonne consolidate .............................................................. 40 5.3.2. caratteristiche meccaniche del materiale consolidato ............................................................... 41 5.4. Campo prove ................................................................................................................................. 42 5.4.1. misure dell'esito dei trattamenti ................................................................................................ 42 5.4.2. ottimizzazione del sistema di trattamento ................................................................................. 43 5.4.3. misura degli effetti sull'ambiente circostante ............................................................................ 43 5.4.4. messa a punto del sistema di controllo e monitoraggio ............................................................ 43 6. CONTROLLI ........................................................................................................................................ 44 6.1. Premessa ....................................................................................................................................... 44 6.2. Riferimenti normativi .................................................................................................................... 44 6.3. Controlli sui materiali ................................................................................................................... 45 6.3.1. leganti idraulici ......................................................................................................................... 46 6.3.2. additivi ...................................................................................................................................... 46 6.3.3. armature .................................................................................................................................... 46 6.3.4. acqua ......................................................................................................................................... 47 6.3.5. miscela cementizia .................................................................................................................... 47 6.4. Controlli delle modalità esecutive ................................................................................................. 47 6.4.1. controlli sulle attrezzature ......................................................................................................... 47 6.4.2. controlli sul processo produttivo ............................................................................................... 48 6.4.3. controlli della posizione dell'asse di trattamento ...................................................................... 48 6.5. Controlli finali sul prodotto ........................................................................................................... 48 6.5.1. controlli prestazionali ............................................................................................................... 49 6.5.1.1. prove di carico..................................................................................................................... 49 6.5.1.2. prove di permeabilità .......................................................................................................... 49 6.5.2. controlli delle caratteristiche degli elementi consolidati ........................................................... 49 6.5.2.1. prove in sito......................................................................................................................... 50 6.5.2.1.1. osservazione diretta degli elementi consolidati ............................................................. 50 6.5.2.1.2. sondaggi a carotaggio continuo ..................................................................................... 50 6.5.2.1.3. perforazioni strumentate ................................................................................................ 50
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RACCOMANDAZIONI AGI
6.5.2.1.4. carotaggio sonico .......................................................................................................... 51 6.5.2.1.5. cross-hole ...................................................................................................................... 51 6.5.2.1.6. tomografia sonica .......................................................................................................... 51 6.5.2.1.7. altre indagini in sito ....................................................................................................... 51 6.5.2.2. prove in laboratorio ............................................................................................................. 52 6.5.2.2.1. prove di compressione semplice.................................................................................... 52 6.5.2.2.2. prove di compressione triassiale e di taglio diretto ....................................................... 52 6.6. Controlli sui manufatti circostanti ................................................................................................. 52 BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................................... 55 ELENCO DEI SIMBOLI .......................................................................................................................... 58
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PREMESSA
Generalmente, il compito del Presidente dell'Associazione Geotecnica nel lavoro di predisposizioni di linee guida e raccomandazioni, oltre ad essere quello di scrivere una breve premessa al volume, consiste nel "perseguitare" il coordinatore del gruppo di lavoro incaricato della redazione del documento e nell'avere la pazienza di ascoltare le più disparate scuse addotte per il ritardo nella consegna del materiale e le vane promesse di una nuova scadenza "definitiva". La classica battuta "di quale anno?", segue puntualmente il "ti consegnerò il testo entro Natale! (o entro Pasqua!; o certamente prima dell'estate!!)" D'altronde, non si può pretendere di più da chi (coordinatore e membri della commissione) svolge un lavoro per la nostra Associazione a titolo totalmente gratuito, mettendo in campo tutte le proprie competenze, al solo fine di contribuire al miglioramento della cultura geotecnica italiana. Nel caso delle Raccomandazioni sul Jet-Grouting, invece, il mio compito è stato decisamente più facile. Il gruppo di lavoro (Paolo Croce, con il compito di coordinatore, Alessandro Flora, Giuseppe Modoni, Vittorio Manassero, Maurizio Siepi, Stefania Lirer, a cui è stata affidata la segreteria) si è subito dato un programma di lavoro intenso, con frequenti riunioni presso la sede dell'AGI, e in tempi relativamente brevi ha prodotto una prima bozza del testo, che è stata sottoposta ad un gruppo di revisori (Giovanni Calabresi, Sergio Gobbi, Sandro Martinetti, Claudio Soccodato), che ringrazio per il lavoro svolto, e poi ad una versione finale che era già disponibile in occasione dell'ultimo Convegno Nazionale di Geotecnica. La correzione di qualche residuo errore editoriale, l'impaginazione e la proposizione del testo in Edizioni AGI hanno richiesto, poi, i mesi trascorsi da tale evento. A me è toccato solo il piacere di leggere in anteprima il testo e di dare qualche modesto suggerimento agli autori. Come è tradizione dell'AGI, il testo è pubblicato in versione provvisoria (copertina rossa), aperta a suggerimenti dei soci, per poi aspirare alla copertina azzurra, tipica delle versioni definitive, dopo alcuni anni di circolazione nella nostra compagine sociale e, più in generale, nell'ambito delle persone interessate alla tematica. Al fine di raccogliere suggerimenti ed avviare un dibattito con i nostri soci su queste raccomandazioni, ho ritenuto opportuno aprire un Forum di discussione sul nostro sito web, affidando il compito di moderatore ad Alessandro Flora. Per le regole di gestione delle pagine interattive del sito, il Forum sarà aperto ai soli soci AGI che hanno compilato la propria pagina web, indipendentemente dal fatto che abbiano concesso o negato l'accesso ai propri dati agli altri soci. Sono certo che, visto il grande interesse da sempre manifestato verso la tecnica del jet-grouting, vi sarà un'ampia partecipazione. Entrando nel merito del lavoro svolto, mi preme evidenziare che questo ha tratto vantaggio dalla presenza nel gruppo di un giusto mix della componente universitaria, che da anni lavora su questa tematica, e di quella più legata al mondo della produzione, con grandissima esperienza anche sugli aspetti esecutivi. Il prodotto mi sembra un cocktail ben riuscito, frutto anche di una notevole sintonia che ha regnato nel corso dei lavori. Il testo è snello, volutamente sintetico e scritto nello stile asciutto tipico delle Raccomandazioni AGI. Non si dà grande spazio alle
trattazioni teoriche, per le quali si rinvia alla bibliografia, privilegiando gli aspetti legati alla modalità di progettazione ed esecuzione di questi interventi, in funzione delle loro diverse finalità. Il testo dedica, poi, attenzione ai controlli che assumono una importanza significativa soprattutto in alcuni tipi di realizzazione. Queste Raccomandazioni sono destinate sia ai professionisti già esperti sulla tecnica, che vi troveranno una sistematizzazione delle conoscenze, sia a quelli che - fino ad ora - hanno visto il jetgrouting come una tecnica un po' esoterica, e saranno utili ai progettisti, che troveranno indicazioni sul dimensionamento degli interventi, ma anche ai tecnici della committenza pubblica o privata, che avranno strumenti per valutarli. Ovviamente, concentrandosi su una specifica tecnica, non possono trattare tutto il processo progettuale che dovrebbe sempre partire dalla valutazione dell'opportunità di utilizzare il jet-grouting in un determinato progetto, anche in relazione a possibili interventi di miglioramento alternativi o, anche, alla possibilità di non intervenire affatto. Purtroppo, negli ultimi decenni vi è stato un certo abuso nell'utilizzo di tale tecnica, soprattutto per motivi di convenienza economica, così come era accaduto nel passato per i micropali. Credo, però, che il miglioramento delle conoscenze, che conseguirà dalla lettura di queste Raccomandazioni, sarà certamente utile anche per guidare queste scelte. In chiusura, a nome di tutta l'Associazione Geotecnica Italiana, desidero ringraziare sinceramente il gruppo di lavoro per l'eccellente lavoro svolto e per quello che, inconsapevolmente, ha deciso di svolgere nei prossimi anni, nella fase di inchiesta pubblica.
Il presidente dell’AGI Stefano Aversa
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RACCOMANDAZIONI AGI
1. OGGETTO Il jet grouting è una particolare tecnica di trattamento dei terreni che consente di realizzare nel sottosuolo elementi di terreno consolidato di forma e dimensioni svariate, dotati di buone caratteristiche meccaniche e di ridotta permeabilità. Si tratta di una tecnica particolarmente flessibile, utilizzata per la realizzazione o l’adeguamento di fondazioni, opere di sostegno, gallerie e opere di tenuta idraulica. Sebbene l’impiego del jet grouting sia largamente diffuso in tutto il mondo e sia particolarmente frequente in Italia, il tema non è trattato esplicitamente dalle norme tecniche vigenti nel nostro paese. E’ stata invece emanata nel 2001 una norma europea dedicata al jet grouting, recepita dall’UNI nel 2003 come UNI-EN 12716 “Esecuzione di lavori geotecnici speciali – gettiniezione (jet grouting)”, che appare tuttavia incompleta e non più aggiornata. Si segnala inoltre che in alcuni paesi come Stati Uniti e Giappone (JJGA, 2005; ASCE, 2009) sono state recentemente prodotte raccomandazioni tecniche sul jet grouting. La lettura di questi documenti evidenzia comunque una certa disomogeneità dei temi trattati, con una maggiore attenzione verso gli aspetti progettuali da parte delle raccomandazioni giapponesi e verso i controlli di qualità da parte delle raccomandazioni americane. Si è ritenuto quindi opportuno redigere le presenti Raccomandazioni Tecniche sul Jet Grouting per offrire una guida aggiornata a committenti, progettisti e costruttori sulla progettazione, l’esecuzione e il controllo degli interventi. Il testo è stato redatto in forma snella, concentrandosi sugli argomenti principali e rimandando ai riferimenti bibliografici per i necessari approfondimenti. Parimenti, le figure sono state disegnate in modo schematico con l’obiettivo di evidenziare e classificare le principali soluzioni tipologiche. Nel testo è stato mantenuto il termine originale in lingua inglese che si è affermato nella pratica tecnica anche nel nostro Paese, evitando il ricorso a traduzioni in italiano (es. gettiniezione) che non hanno incontrato il favore degli operatori. Le raccomandazioni si compongono di sei capitoli, compreso il presente capitolo introduttivo. Nel secondo capitolo, si illustra la tecnologia del jet grouting, distinguendo i diversi sistemi di trattamento attualmente in uso (Monofluido, Bifluido, Trifluido) e definendo per ciascuno di essi i cosiddetti parametri di trattamento. Si descrivono inoltre le attrezzature di cantiere, le modalità esecutive e le caratteristiche delle miscele di iniezione. Nel terzo capitolo vengono esaminati gli effetti che il jet grouting determina sui terreni. L’analisi viene condotta considerando l’influenza dei parametri di trattamento e delle caratteristiche geotecniche dei terreni, al fine di individuare i fattori principali dai quali dipende l’esito del trattamento. Ci si sofferma quindi sul prodotto finale, le cosiddette colonne consolidate, riportando intervalli di valori tipici del diametro e delle caratteristiche fisico-meccaniche del materiale consolidato. Nello stesso capitolo si forniscono alcuni abachi e tabelle utilizzabili, in fase di progetto, per una stima di massima delle caratteristiche geometriche e meccaniche delle colonne. Si segnalano inoltre i limiti di applicazione del trattamento e si evidenzia la variabilità fisiologica del diametro delle colonne e delle proprietà meccaniche del materiale consolidato.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Nel quarto capitolo si fornisce una descrizione delle più frequenti applicazioni del jet grouting (fondazioni, opere di sostegno, diaframmi, tamponi di fondo, gallerie), considerando diversi possibili obiettivi progettuali e varie soluzioni tipologiche. Si segnalano, inoltre, alcuni tipici inconvenienti che sono stati riscontrati in sede esecutiva. Il quinto capitolo è dedicato al progetto degli interventi. Il tema è trattato distinguendo i seguenti fattori principali: x
le funzioni richieste all’intervento di jet grouting;
x
le caratteristiche geometriche del trattamento;
x
i requisiti progettuali da rispettare;
x
le caratteristiche fisico-meccaniche da garantire.
Viene quindi indicata una sequenza ordinata di attività sperimentali, elaborazioni grafiche e calcoli di verifica, che dovrebbero essere rispettate nella redazione del progetto. Per quanto riguarda i calcoli di verifica, si evidenzia la necessità di modificare opportunamente criteri e metodi normalmente adottati per altre strutture interrate di uso convenzionale. Il carattere distintivo del problema è rappresentato dalla variabilità fisiologica delle dimensioni delle colonne e delle caratteristiche fisico-meccaniche del materiale consolidato. Il problema può essere affrontato sia con l’ausilio di metodi semplificati, di tipo deterministico, sia con un approccio più avanzato, di tipo probabilistico. Infine nel sesto capitolo si fornisce una dettagliata rassegna dei metodi di controllo degli interventi di jet grouting. Si distinguono, in particolare, i controlli effettuati durante l’esecuzione dei trattamenti da quelli eseguiti sugli elementi consolidati, dopo l’esecuzione dei trattamenti stessi. Per questi ultimi, si passano in rassegna diversi tipi di prova, in sito ed in laboratorio, e si presentano varie tecniche di misura, distruttive e non distruttive. Come può dedursi da questa succinta introduzione, il jet grouting è una tecnica di consolidamento particolarmente versatile, che si presta a fornire soluzioni a svariati problemi di ingegneria geotecnica. Si evidenzia tuttavia che non tutti i terreni possono essere efficacemente consolidati con questa tecnica. Si avverte inoltre che un uso improprio del jet grouting può determinare effetti indesiderati anche gravi sulle strutture circostanti. Ogni intervento di jet grouting deve quindi essere preceduto da un iter progettuale molto articolato (vedi Fig. 5.2) e deve essere confrontato con soluzioni alternative, che potrebbero rivelarsi più sicure e/o convenienti. In ogni caso i risultati dei trattamenti devono essere verificati e monitorati con particolare attenzione.
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RACCOMANDAZIONI AGI
2. TECNOLOGIE
2.1.
MODALITÀ ESECUTIVE
Il trattamento dei terreni mediante jet grouting avviene con l’iniezione ad alta velocità di uno o più fluidi che producono un complesso fenomeno di rimaneggiamento, sostituzione e/o permeazione, il cui risultato finale è la cementazione del terreno originario. Nella sua applicazione tradizionale con questa tecnica si realizzano volumi di terreno trattato approssimativamente cilindrici, comunemente denominati “colonne consolidate”, anche se esistono tecniche che consentono di ottenere elementi di forma diversa. Il trattamento si articola in due fasi successive (Fig. 2.1). Nella prima fase (perforazione), una batteria di aste cave viene inserita fino alla massima profondità di trattamento, utilizzando sistemi a rotazione o rotopercussione generalmente con l’ausilio di fluido di perforazione. Nella seconda fase (trattamento) si procede all’estrazione della batteria di aste a velocità di risalita e rotazione controllate. Contemporaneamente si procede all’iniezione dei fluidi da uno o più ugelli posti in prossimità dell’utensile di perforazione (monitor). Il processo di formazione della colonna produce un refluo, denominato spurgo (vedi par. 2.4), costituito dal fluido in eccesso e da una aliquota di terreno rimaneggiato, che risale in superficie attraverso l’intercapedine tra aste e foro. L’estrazione delle aste (fase di risalita) può essere effettuata in modo continuo o, secondo il metodo più diffuso, procedendo a gradini di altezza predeterminata (definiti generalmente steps). Il procedimento viene poi iterato per la realizzazione di più colonne, eventualmente adiacenti o compenetrate.
Figura 2.1 – Schema del trattamento con jet grouting: (a) perforazione; (b) e (c) formazione della colonna.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Le colonne possono essere realizzate con procedimenti alternativi alla modalità di iniezione in risalita descritta precedentemente. In particolare, con riferimento alla singola colonna, si può procedere anche come segue: x trattamento in discesa (o in avanzamento) eseguito contemporaneamente alla perforazione; x pretaglio, in cui la realizzazione di una colonna viene preceduta da una fase di disgregazione del terreno mediante un getto d’acqua ad alta velocità. Laddove sono previste colonne compenetrate, si possono seguire due modalità alternative (Fig. 2.2): x sequenza a fresco (fresh-in-fresh): le colonne di jet grouting sono realizzate in successione, senza attendere la presa della miscela cementizia negli elementi adiacenti o sovrapposti; x sequenza primaria-secondaria: la realizzazione di una colonna si effettua dopo aver atteso la presa delle colonne adiacenti.
Figura 2.2 - Possibili sequenze di trattamenti per colonne compenetrate: (a) sequenza a fresco; (b) sequenza primaria – secondaria.
La sequenza a fresco richiede particolare attenzione durante la fase di perforazione, per evitare il dilavamento degli elementi contigui precedentemente realizzati. A questo scopo si preferisce, generalmente, utilizzare miscela cementizia quale fluido di perforazione, almeno nella zona di sovrapposizione degli elementi stessi. A prescindere dalla tecnologia prescelta, si può incrementare la resistenza meccanica della colonna, con armature in acciaio o vetroresina, che possono essere inserite all’interno della colonna prima della presa oppure dopo parziale o completa maturazione, mediante riperforazione della colonna e successiva cementazione.
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2.2.
RACCOMANDAZIONI AGI
SISTEMI DI TRATTAMENTO
I procedimenti esecutivi attualmente in uso, denominati in modo diverso dalle varie imprese esecutrici, possono essere classificati in tre sistemi di trattamento: monofluido, bifluido e trifluido (Fig. 2.3).
Figura 2.3 – Sistemi di trattamento: a) monofluido; b) bifluido; c) trifluido.
2.2.1.
SISTEMA MONOFLUIDO
Il sistema monofluido, che è il più semplice ed è stato il primo ad essere sviluppato, è tuttora largamente utilizzato. Originariamente si definiva questa tipologia di trattamento con la sigla CCP (Chemical Churning Pile - Miki & Nakanishi, 1984). In fase di trattamento, dagli ugelli laterali si inietta un unico fluido (miscela acqua-cemento) che assolve le funzioni di rimaneggiamento, permeazione e cementazione del volume trattato (Fig. 2.3.a).
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2.2.2.
RACCOMANDAZIONI AGI
SISTEMA BIFLUIDO
Nel sistema bifluido, introdotto originariamente con la denominazione di Jumbo Jet Special Grout (JSG - Miki & Nakanishi, 1984), si effettua l’iniezione contemporanea di miscela cementizia ed aria compressa (Fig. 2.3.b). In particolare, l’aria compressa viene espulsa attraverso un ugello a forma di corona circolare, coassiale a quello preposto all’iniezione della miscela cementizia. Di conseguenza, il getto di miscela è circondato da un velo di aria compressa che ne incrementa l’efficienza idrodinamica e quindi il raggio d’azione. La presenza dell’aria ha anche un benefico effetto di trascinamento verso l’alto, facilitando la risalita dello spurgo verso il piano campagna. L’adozione di questa tecnica conduce in generale a diametri della colonna consolidata maggiori di quelli ottenibili con il sistema monofluido. Un altro tipo di sistema bifluido – meno diffuso del precedente - prevede l’impiego contemporaneo di acqua e miscela cementizia. In questo caso i due fluidi sono iniettati separatamente da due ugelli posti sul monitor a quote diverse (superiore per l’acqua e inferiore per la miscela cementizia). Il sistema così concepito assomiglia al sistema trifluido per il fatto che separa nettamente l’azione disgregante (affidata all’acqua) da quella legante (affidata alla miscela cementizia). 2.2.3.
SISTEMA TRIFLUIDO
Il sistema trifluido (Yahiro & Yoshida, 1973), a volte indicato con la denominazione originale di metodo Kajima, consente di incrementare ulteriormente il raggio di trattamento, separando le azioni di disgregazione e di cementazione del terreno. In particolare (Fig. 2.3.c), l’azione disgregante viene prodotta da un getto di acqua circondato da un velo di aria compressa, attraverso un doppio ugello coassiale simile a quello del sistema bifluido. Nell’impatto con il terreno, l’acqua produce il rimaneggiamento e la parziale asportazione del terreno. La miscela cementizia, iniettata tramite un ugello posto ad una quota inferiore rispetto ai precedenti, si mescola con il terreno rimaneggiato realizzando così la colonna consolidata.
2.3.
PRETAGLIO
Nei casi in cui il trattamento interessi terreni dotati di buone proprietà meccaniche e quindi difficilmente erodibili (ad esempio, argille consistenti o sabbie addensate), utilizzando la tecnica monofluido o bifluido, può risultare conveniente l’impiego del pretaglio (detto anche prelavaggio o doppia passata), che consiste nell’iniezione preliminare di acqua ad elevata velocità dagli ugelli del monitor. Generalmente, in questo modo si migliora l’efficienza del sistema perché l’acqua opera un primo rimaneggiamento del terreno con parziale asportazione della componente fine. In tal modo il terreno risulta così più facilmente trattabile dal getto di miscela cementizia immessa nella fase successiva. Il pretaglio può essere eseguito sia nella fase di perforazione sia durante la prima risalita delle aste, successivamente alla perforazione.
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2.4.
RACCOMANDAZIONI AGI
SPURGO E SOSTEGNO DEL FORO
Lo spazio anulare tra il terreno e la batteria di aste, dovuto alla maggiore dimensione dell’utensile di perforazione rispetto a queste ultime, permette il flusso verso la superficie del fluido in eccesso, comunemente definito spurgo. Quest’ultimo deve essere canalizzato e allontanato dall’area di perforazione per poi essere smaltito o riutilizzato nel rispetto delle normative vigenti. Generalmente, la portata dello spurgo è maggiore nei terreni a grana fine e in quelli più resistenti. Anche se lo spurgo costituisce apparentemente uno spreco, la sua assenza potrebbe essere indice di un cattivo esito del trattamento. In alcuni casi, infatti, può accadere che il foro tenda a richiudersi sulle aste, provocando un forte incremento di pressione nel fluido a valle degli ugelli. Di conseguenza, si potrebbe superare la resistenza meccanica del terreno provocandone la fratturazione (idrofratturazione o claquage). Questo fenomeno porta evidentemente all’insuccesso dell’intervento perché determina la formazione di lame di miscela cementante che si diffondono nel terreno anche molto lontano dal punto di iniezione, emergendo talvolta in superficie. Per evitare questo inconveniente, è indispensabile che durante tutta l’esecuzione della colonna lo spurgo sia il più possibile continuo, e che l’intercapedine tra terreno e batteria di aste sia libera. A tale scopo, si possono adottare diversi provvedimenti, quali la perforazione con miscela cementizia, con fanghi bentonitici o polimerici, oppure il rivestimento provvisorio del foro. Quest’ultimo rimedio rende tuttavia l’esecuzione delle colonne molto più complessa ed onerosa. In alcuni casi l’assenza di spurgo potrebbe non essere associata ad una ostruzione del foro e quindi non essere necessariamente indizio di un cattivo esito del trattamento. Ciò avviene ad esempio nelle ghiaie pulite o in presenza di cavità nel sottosuolo. D’altra parte, uno spurgo eccessivo è indicativo di scarsa efficacia del trattamento.
2.5.
ATTREZZATURE
Un tipico impianto di cantiere per l’esecuzione di jet grouting è organizzato secondo lo schema riportato in Fig. 2.4, relativo al caso della tecnica monofluido. Nei casi più complessi, in cantiere saranno presenti anche un compressore per l’aria compressa (bifluido e trifluido) ed una pompa ad alta pressione per l’acqua (trifluido). Le attrezzature fondamentali sono quindi: l’impianto di confezionamento della miscela cementizia, le pompe e il compressore, la perforatrice e i circuiti per il pompaggio dei fluidi (tubi flessibili ad alta pressione, testina di adduzione), le aste ed il monitor. 2.5.1.
IMPIANTO DI CONFEZIONAMENTO DELLA MISCELA CEMENTIZIA
La miscela cementizia è confezionata mediante un impianto, preferibilmente automatico, che deve assicurare continuità di produzione, con eventuale registrazione del numero di impasti confezionati e delle quantità dei singoli componenti costituenti ciascun impasto: il cemento viene dosato tramite bilancia; l’acqua e l’eventuale additivo con dosatori volumetrici o ancora con bilancia. La miscelazione dei componenti avviene in un mescolatore primario ad elevata turbolenza. Alla fine del ciclo di mescolazione, la miscela viene convogliata in un agitatore a bassa velocità (vasca secondaria di stoccaggio) da cui viene prelevata per il successivo pompaggio.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Il fabbisogno per ogni postazione esecutiva durante la fase di trattamento è in genere compreso tra i 10 e i 20 m3/h.
Figura 2.4 – Tipico impianto di cantiere per jet grouting monofluido.
2.5.2.
POMPE E COMPRESSORE
L’elemento chiave della tecnologia jet grouting è costituito dal sistema di pompaggio. Per l’immissione della miscela cementizia nei sistemi mono e bifluido e dell’acqua, nel sistema trifluido, si utilizzano pompe ad alta pressione (>40 MPa), a pistoni, comandate da un motore diesel e dotate di marce in modo da poter regolare le portate richieste. Nel caso del sistema trifluido, essendo l’azione disgregante demandata agli altri fludi, le pompe dedicate alla miscela cementizia possono essere a medio/bassa pressione (fino a circa 10 MPa). Il compressore per l’aria, necessario nei sistemi bifluido e trifluido, è in grado di garantire pressioni di 1.2-2.5 MPa con portate erogate dell’ordine di 200÷300 l/s. 2.5.3.
PERFORATRICI
Per eseguire la perforazione e la successiva iniezione vengono utilizzate perforatrici, che presentano caratteristiche diverse se destinate a lavori all’aperto o in sotterraneo, o in aree ristrette. Le macchine possono essere munite o meno di caricatori di aste per estendere le capacità operative.
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2.5.4.
RACCOMANDAZIONI AGI
BATTERIA DI ASTE
Le perforatrici sono equipaggiate con una batteria di aste cave, di diametro compreso tra 60 mm e 140 mm, alla cui estremità viene montato il monitor e l’utensile di perforazione. In superficie, la testa di adduzione è collegata alle pompe e al compressore attraverso un numero di tubi flessibili pari al numero di fluidi utilizzati. Le aste adottate nel sistema monofluido sono a condotto unico e risultano dotate di una maggiore robustezza rispetto a quelle più complesse utilizzate nei sistemi bifluido e trifluido, che sono rispettivamente a doppio e triplo condotto. In commercio sono disponibili anche speciali aste che consentono la perforazione a rotopercussione, utili nel caso in cui si debbano attraversare strati particolarmente consistenti oppure blocchi e/o murature. 2.5.5.
MONITOR
Le caratteristiche del monitor sono diverse a seconda che si adotti il metodo monofluido, bifluido o trifluido (Fig. 2.5). Nel metodo monofluido il monitor consiste in un cilindro di acciaio sulla cui parete sono posizionati i fori per l’alloggiamento di uno o più ugelli da cui fuoriesce la miscela cementizia (Fig. 2.5.a). Gli ugelli hanno generalmente diametro variabile da 2 mm a 8 mm e possono essere posizionati nel monitor in varie configurazioni.
Figura 2.5 – Schema dei monitor: (a) monofluido; (b) bifluido; (c) trifluido.
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RACCOMANDAZIONI AGI
All’interno del monitor, al di sotto degli ugelli, è alloggiata una valvola oppure una sede porta biglia. In fase di iniezione, questo dispositivo consente di chiudere il condotto che in fase di perforazione alimenta l’utensile tagliante, obbligando l’espulsione della miscela dagli ugelli laterali (Fig. 2.5.a). Il monitor utilizzato per il trattamento bifluido (Fig. 2.5b) presenta anche un condotto per l’aria compressa, la quale fuoriesce da un foro a forma di corona circolare, coassiale all’ugello per l’iniezione della miscela. Il monitor per il trattamento trifluido è dotato di due diverse uscite di iniezione sovrapposte (Fig. 2.5.c). Quella superiore, costituita da due ugelli coassiali, consente l’uscita di un getto di acqua ad alta velocità e di aria compressa al suo contorno, con uno schema analogo a quello del bifluido; dall’ugello inferiore si inietta invece la miscela cementizia ad una velocità minore.
2.6.
MISCELE DI INIEZIONE
Le miscele di iniezione sono composte da acqua (A) e cemento (C) dosati secondo rapporti in peso variabili, talvolta con l’aggiunta di additivi. Si adopera in genere una sospensione cementizia avente rapporto A/C compreso tra 0.6 e 1.25. A meno di prescrizioni vincolanti di progetto, non vi sono particolari restrizioni nella scelta del tipo di cemento da utilizzare nella preparazione della miscela. Tuttavia, in alcuni casi può essere necessario fare ricorso a particolari tipi di cemento. Ad esempio, se si ha necessità di ottenere tempi di presa rapidi, si può utilizzare cemento Portland macinato fine. Per garantire un buon esito del trattamento anche in ambiente chimicamente aggressivo, conviene invece l’impiego di cemento pozzolanico o eventualmente d’alto forno. Tra gli additivi utilizzabili il più diffuso è la bentonite, che può essere addizionata sotto forma di sospensione con funzione stabilizzante quando il rapporto A/C supera valori tali da rendere la miscela acqua-cemento eccessivamente instabile. Altri additivi che possono essere talvolta utilizzati sono il cloruro di calcio, con funzione di accelerante di indurimento, e il silicato di sodio, con funzione di accelerante di presa e di antidilavante; quest’ultimo non viene però, di norma, addizionato alla miscela prima del pompaggio, ma immesso attraverso un condotto separato da quello della miscela, in modo tale da mescolarsi al cemento all’uscita dal monitor del getto ad alta velocità, all’interno della colonna in fase di formazione, dove l’inizio della presa avviene con effetto praticamente immediato.
2.7.
PARAMETRI DI TRATTAMENTO
I parametri di trattamento (Tab. 2.1) possono essere distinti in tre categorie: parametri relativi alla geometria del sistema meccanico, parametri relativi al movimento delle aste, parametri relativi alle miscele di iniezione.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Tabella 2.1 - Parametri di trattamento. Parametri geometrici
movimento delle aste
miscele di iniezione
Definizione
Unità di misura
Simbolo
S.I.
pratica
Numero degli ugelli
M
-
-
Diametro degli ugelli
d
m
mm
Passo di sollevamento
's
m
cm
Intervallo di tempo per passo di sollevamento
't
s
s
Velocità di rotazione
Z
rad/s
giri/min
Rapporto ponderale acqua/cemento
A/C
-
-
pm, pw, pa
MPa
bar
Qm, Qw, Qa
3
l/min
Pressione dei fluidi (*) Portata dei fluidi
(*)
m /s
Nota: (*) I pedici si riferiscono rispettivamente alla miscela (m), all’acqua (w) e all’aria (a).
La pressione e la portata non sono indipendenti, e la loro correlazione dipende soprattutto dai parametri geometrici del sistema. Dai parametri elencati in Tab. 2.1 discendono alcune grandezze derivate, comunemente utilizzate per la descrizione del trattamento (Tab. 2.2). In Tab. 2.3 sono riportati gli intervalli di riferimento tipici dei parametri di trattamento più significativi, ricavati dalla pratica consolidata. L’evoluzione tecnologica nel settore è però molto rapida, per cui è lecito attendersi scostamenti dai valori orientativi indicati nella Tab. 2.3. Tabella 2.2 – Parametri di trattamento derivati. Parametro derivato
velocità media di risalita delle aste
numero di giri per passo di sollevamento volume di miscela iniettato per metro di trattamento massa di cemento iniettata per metro di trattamento*
Relazione con i parametri della Tab. 2.1
vr ng Vm
Wc
's 't
Unità di misura
[m/s]
Z 't 2S Qm vr
U m Vm 1 A/C
[m3/m]
[kg/m]
Nota: * Um è la densità della miscela.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Tabella 2.3 – Valori tipici dei parametri di trattamento. Parametri di Trattamento
Simbolo
Unità di Misura
Passo di sollevamento
's
mm
Velocità media di risalita
vr
mm/s
Velocità di rotazione
Z
Diametro ugelli
monofluido
bifluido
trifluido
40 y 50
40 y 80
40 y 100
4 y 10
1y8
0.5y5
giri/min
5 y 40
3y30
1y40
d
mm
2 y 8.0
2y8
2y8
Numero ugelli
M
-
1y2
1y2
1y2
Pressione miscela cementizia*
pm
MPa
30 y 55
20 y 40
2 y 10
Pressione aria*
pa
MPa
NA
0.5 y 2.0
0.5 y 2.0
Pressione acqua*
pw
MPa
NA
NA
20y55
Portata miscela cementizia
Qm
l/s
2 y 10
2 y 10
2.0 y 5
Portata aria
Qa
l/s
NA
200 y 300
200 y 300
Portata acqua
Qw
l/s
NA
NA
0.5 y 2.5
Rapporto ponderale acqua/cemento
A/C
-
0.60 y 1.25
0.60 y 1.25
0.40 y 1.0
Nota: * Valori misurati alla perforatrice Legenda: NA = non applicabile
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Sistema
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RACCOMANDAZIONI AGI
3. EFFETTI DEI TRATTAMENTI 3.1.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
Il jet grouting rimaneggia il terreno in sede grazie all’energia di impatto posseduta da uno o più fluidi iniettati ad alta velocità attraverso appositi ugelli. Uno dei fluidi iniettati (vedi capitolo 2) è una miscela cementizia che consolida il volume di terreno rimaneggiato. La capacità erosiva del getto all’impatto con il terreno dipende da: a)
energia fornita dalla pompa;
b)
perdite di carico lungo il circuito di alimentazione;
c)
perdite di carico concentrate all’ugello;
d)
dissipazione di energia successiva alla fuoriuscita del fluido dall’ugello e prima dell’impatto.
L’energia alla pompa (a) è nota perché imposta dall’operatore. Le perdite di carico lungo il circuito di alimentazione (b) possono essere determinate collocando appositi strumenti di misura (ad es. un trasduttore di pressione) il più vicino possibile alla fuoriuscita del getto, tipicamente sulla perforatrice. Queste perdite si riducono usando tubazioni di adduzione di diametro opportuno e collocando l’impianto il più vicino possibile al punto di trattamento. Una parte dell’energia viene tuttavia dissipata in alcuni particolari punti dell’impianto. Ad esempio, si stima che in corrispondenza della testina di adduzione posta in cima alla batteria di aste e del collegamento con il tubo flessibile, si dissipi un’energia pari solitamente al 2-3% di quella fornita dalla pompa. Le perdite distribuite crescono all’aumentare della profondità di trattamento e, per trattamenti molto profondi, possono assumere valori elevati. Le perdite di carico all’ugello (c) dipendono marcatamente dai dettagli tecnologici di quest’ultimo (Shibazaki, 2002) e dal suo stato di manutenzione. E’ necessario perciò che l’ugello abbia una forma tale da ridurre al minimo le perdite localizzate e che esso sia realizzato con materiali di elevata qualità e ridottissima rugosità superficiale. Dopo la fuoriuscita del getto dall’ugello e prima dell’impatto con il terreno in sede, il fluido subisce ulteriori perdite di energia (d). Queste sono causate dalla complessa interazione tra il getto e il materiale presente nell’intercapedine tra la batteria di aste e il terreno (composto da eventuale acqua di falda, fluido di perforazione e sostegno del foro, spurgo e terreno precedentemente rimaneggiato). Tale interazione genera un’apertura del getto ed una riduzione di velocità (Fig. 3.1), con una riduzione dell’energia di impatto. La quantificazione di queste perdite di energia dopo la fuoriuscita dall’ugello è molto difficile. In generale, esse si incrementano all’aumentare: x della viscosità del fluido iniettato; x della viscosità del fluido presente nell’intercapedine tra ugello e terreno non trattato; x della distanza tra l’ugello e il terreno indisturbato da rimaneggiare. La presenza di un getto coassiale d’aria in pressione, impiegato nei sistemi bifluido e trifluido, riduce sensibilmente lo scambio di energia tra i due fluidi (iniettato e di intercapedine) migliorando l’efficienza del sistema (Fig. 3.2). Per quanto detto, la massima energia di impatto si ha con un getto d’acqua circondato da un velo d’aria (sistema trifluido). Il sistema monofluido è invece quello meno efficace dal punto di vista fluidodinamico.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Figura 3.1 - Modifica dei profili di velocità in un getto sommerso.
Figura 3.2 - Efficacia di un getto d’acqua al variare della distanza dall’ugello (Shibazaki, 2003).
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3.2.
RACCOMANDAZIONI AGI
ENERGIA DEL GETTO
L’energia del getto si riduce nel percorso dall’impianto di produzione (pompa) al punto di impatto. Le possibili espressioni dell’energia specifica di trattamento (energia per unità di lunghezza del trattamento, tipicamente espressa in MJ/m) sono: x energia specifica alla pompa (Tornaghi, 1989): E s, p
p m Qm vr
(3.1)
x energia specifica agli ugelli (Croce e Flora, 2000):
E s ,u in cui vu (
U m Qm vu2
(3.2)
2 vr Qm d2 M S 4
) è la velocità di fuoriuscita del fluido all’ugello.
Il significato delle grandezze (eq. 3.1 e 3.2) è indicato nelle tabelle 2.1, 2.2 e 2.3 ed anche nell’elenco dei simboli alla fine del testo. Il calcolo dell’energia specifica di impatto è particolarmente complesso, e quindi in pratica si utilizzano le due espressioni (3.1) e (3.2). I valori dei parametri da introdurre nelle (3.1) e (3.2) sono relativi al fluido che esercita l’azione erosiva sul terreno, acqua o miscela a seconda del sistema utilizzato. Il limite di queste espressioni è quello di non tenere conto della possibile presenza del getto coassiale d’aria che, come visto precedentemente, aumenta l’efficacia dei trattamenti nei sistemi bifluido e trifluido. Il legame tra i due valori di energia si può esprimere come: E s ,u
F E s, p
(3.3)
con F<1. Per un impianto ben concepito e posto in prossimità del punto di iniezione, la somma delle perdite distribuite e concentrate è dell’ordine di grandezza del 10% dell’energia alla pompa. L’energia da impiegare nel trattamento dipende sia dal diametro della colonna che si intende ottenere, sia dalle caratteristiche del terreno da trattare. Per tale motivo, l’energia fornita può assumere valori compresi in un intervallo molto ampio. 3.3.
INTERAZIONE GETTO-TERRENO
Il diametro finale delle colonne dipende dal meccanismo di interazione tra il getto e il terreno, ed è quindi determinato sia dal sistema e dai parametri di trattamento prescelti, sia dalle proprietà geotecniche del terreno in sede. In generale, a parità di energia di trattamento, l’efficacia del getto è tanto maggiore quanto minore è la resistenza al rimaneggiamento idrodinamico dei terreni. Questa resistenza è in primo luogo legata all’erodibilità, intesa come la predisposizione di un mezzo granulare a modificare il proprio stato (o configurazione) sotto l’azione dinamica dell’acqua o di un altro fluido. L’erodibilità
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RACCOMANDAZIONI AGI
aumenta all’aumentare della dimensione dei grani e al diminuire della resistenza al taglio del terreno. In generale, i terreni sabbiosi non cementati sono i materiali più idonei ad essere trattati. Per essi, si riconosce il ruolo fondamentale della densità relativa, tanto che le colonne di diametro maggiore si ottengono solitamente in terreni sciolti. Per i terreni ghiaiosi, soprattutto se privi di componente fine e ben addensati, l’interlocking (mutuo incastro di particelle di grosse dimensioni) tra le particelle può essere tale da rendere modesta o addirittura nulla la capacità di rimaneggiamento del getto (Croce et al., 1990) che in casi del genere, funziona quasi esclusivamente per permeazione, consentendo comunque di ottenere colonne di grande diametro. L’erodibilità è minima nei terreni a grana fine dotati di elevata plasticità; i materiali a grana fine chimicamente inerti (ad esempio, le ceneri vulcaniche e le pozzolane), viceversa, sono trattabili in modo molto efficace. Per i terreni a grana fine, oltre alla plasticità del materiale gioca un ruolo negativo anche l’elevato valore della consistenza e del grado di sovraconsolidazione, e quindi della coesione non drenata. Infatti, quando la resistenza al taglio non drenata di questi terreni raggiunge valori abbastanza elevati (superiori a 40y60 kPa), è opportuno adottare il sistema bifluido o trifluido, ovvero impiegare il pretaglio. In ogni caso, il trattamento dei materiali a grana fine e plastici è oneroso anche per lo scadente rendimento volumetrico. 3.4.
DIAMETRO MEDIO DELLE COLONNE CONSOLIDATE
Le colonne consolidate non hanno forma cilindrica perfetta ma presentano una notevole variabilità del diametro lungo l’asse. Per definire l’esito del trattamento in termini dimensionali, è quindi conveniente fare riferimento ad un valore medio del diametro D ed alla sua variabilità rispetto a tale valore medio. Sulla base dell’esperienza italiana, i valori massimi del diametro medio di una colonna che è possibile ottenere con le differenti tecnologie esecutive nei diversi terreni sono riportati in Tab. 3.1. In questa tabella non sono riportati valori tipici per le torbe, per le quali si dispone di informazioni ancora insufficienti.
Tabella 3.1 – Valori orientativi dei diametri delle colonne consolidate. SISTEMA DI TRATTAMENTO
Diametro delle colonne (m) Argille mediamente consistenti
Limi e argille poco consistenti
Sabbia limosa
Sabbia e/o Ghiaia
Monofluido
S
0.4 – 0.8
0.6 - 1.0
0.6 - 1.2
Bifluido
0.5 - 1.0
0.6 - 1.3
1.0 - 2.0
1.2 - 2.5
Trifluido
0.8 - 1.5
1.0 - 1.8
1.2 - 2.5
1.5 - 3.0
Legenda: S = sconsigliato.
Per stimare il diametro medio, esistono in letteratura numerose indicazioni che suggeriscono valori orientativi per le diverse tecniche e i diversi terreni (Xanthakos et al., 1994, Kutzner, 1996, Croce et al., 2004). Queste indicazioni fanno riferimento alla tipologia di trattamento (monofluido,
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RACCOMANDAZIONI AGI
bifluido o trifluido) e alle proprietà del terreno, espresse in modo qualitativo attraverso una descrizione granulometrica oppure con riferimento ai risultati di prove in sito (tipicamente, SPT o CPT). Altri metodi di previsione del diametro sono basati sull’energia di trattamento (Tornaghi 1989, Croce e Flora 2000; Tornaghi e Pettinaroli 2004, Croce et al., 2011). Si segnala infine che in letteratura sono presenti anche modelli analitici più complessi, che si prefiggono di simulare i meccanismi di diffusione del getto e di interazione con i diversi tipi di terreno (Modoni et al., 2006). 3.5.
VARIABILITÀ GEOMETRICHE
3.5.1.
VARIAZIONE DEL DIAMETRO
Per effetto di differenze anche minime delle caratteristiche iniziali del terreno, si possono registrare diametri talora molto variabili anche all’interno di una singola colonna. Le implicazioni che ciò comporta sulla riuscita di un trattamento dipendono ovviamente dalla tipologia di opera da realizzare e dalla finalità degli interventi, e devono essere considerate attentamente in sede di progetto e di controllo. Sulla base di una raccolta di informazioni sperimentali, Croce et al. (2004) hanno osservato che in un terreno omogeneo la variabilità del diametro è rappresentabile con una legge di distribuzione di tipo normale, con una dispersione dei dati (espressa attraverso il coefficiente di variazione CV(D)) che dipende essenzialmente dalla granulometria del terreno (Tab. 3.2).
Tabella 3.2 - Coefficienti di variazione dei diametri delle colonne per terreni privi di discontinuità stratigrafiche (da Croce et al., 2004). TERRENO CV(D)
Argilla e Limo
Sabbia
Ghiaia
0.02-0.05
0.02-0.10
0.05-0.25
Sulla base delle indicazioni di Tab. 3.2 è possibile effettuare una stima cautelativa del diametro di progetto, definito in riferimento ad una data probabilità P che i valori siano minori di esso (si veda al proposito il Capitolo 5). Fissando una probabilità P pari al 5%, ad esempio, tale valore può essere calcolato semplicemente con la relazione:
D 5%
3.5.2.
D medio 1 1.65 CV(D)
(3.4)
VARIAZIONE DELLA DIREZIONE
Un’altra importante differenza riscontrata in sito tra lo schema di progetto e la colonna reale riguarda la posizione dell’asse, che può essere diversa da quella teorica. A prescindere da eventuali
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RACCOMANDAZIONI AGI
errori di posizionamento della macchina, la deviazione casuale della direzione di perforazione può essere rilevante per colonne lunghe e può rappresentare un difetto critico dal punto di vista progettuale nel caso in cui è necessario garantire la sovrapposizione di colonne contigue. Questa deviazione si può rappresentare (Croce et al., 2004) attraverso i due angoli D e E (Fig. 3.3) rispettivamente pari, nel caso di colonna verticale, all’angolo di deviazione dalla verticale e all’azimut. Le misure disponibili per colonne verticali indicano che la variabilità di D e E può essere rappresentata mediante distribuzioni rispettivamente di tipo normale per D ed uniforme per E. Si può inoltre ipotizzare che l’inclinazione D sia caratterizzata da un valore medio nullo e da una deviazione standard correlabile all’accuratezza e alla lunghezza della perforazione, solitamente dell’ordine di grandezza della frazione di grado. Per definire la legge di variazione dell’azimut E non occorre invece alcun parametro, dato che ogni valore tra 0° e 180° ha la stessa probabilità di verificarsi. Per colonne orizzontali, l’errore sistematico è solitamente dominante dato che le colonne deviano generalmente verso il basso.
Figura 3.3 – Deviazione dell’asse di una colonna dall’asse di progetto.
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3.6. 3.6.1.
RACCOMANDAZIONI AGI
CARATTERISTICHE FISICO-MECCANICHE DEL MATERIALE CONSOLIDATO
RESISTENZA
Le caratteristiche meccaniche del materiale consolidato dipendono dalla composizione granulometrica originaria del terreno e dal grado di cementazione che il jet grouting può di conferire al terreno stesso. Nella pratica, analogamente a quanto si è mostrato precedentemente per i diametri, anche le caratteristiche meccaniche sono affette da una forte variabilità ed è pertanto logico trattare anche tali grandezze in termini di distribuzioni statistiche. Con riferimento alla resistenza a compressione semplice, la Fig. 3.4 riporta valori indicativi della resistenza in funzione della tipologia di terreno e del peso di cemento iniettato per unità di volume di terreno trattato (espresso in kN/m3) (Fiorotto, 2000). In generale , nei terreni a granulometria molto grossolana, il jet grouting determina resistenze poco inferiori a quelle di un calcestruzzo, ma la resistenza del materiale si riduce per i terreni a grana fine, anche per dosaggi di cemento relativamente elevati. Inoltre, nei terreni con significativa presenza di frazione fine può accadere che il rimaneggiamento avvenga senza una perfetta miscelazione col terreno, e pertanto è possibile che le colonne contengano zolle di terreno non consolidate, presentando quindi una marcata disomogeneità in termini di resistenza.
Figura 3.4 - Campi di valori di resistenza a compressione semplice per diversi tipi di terreno.
Occorre poi tenere presente il ruolo svolto dal contenuto di acqua della miscela di iniezione sui valori della resistenza del materiale consolidato. Dati sperimentali riportati da Kutzner (1996) mostrano che sono possibili riduzioni della resistenza a compressione fino al 50% passando da rapporti acqua-cemento pari a 0,67 a rapporti pari ad 1. Oltre che sul valore finale della resistenza a compressione, l’aumento del contenuto d’acqua della miscela incide anche sul tempo di
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RACCOMANDAZIONI AGI
maturazione, determinando un ritardo che potrebbe non essere compatibile con i tempi previsti per le lavorazioni. La variabilità della resistenza a rottura del materiale consolidato, valutata direttamente in base ai risultati di prove di compressione semplice, è generalmente molto elevata (con coefficienti di variazione in alcuni casi prossimi all’unità). Qualora si faccia riferimento alla resistenza puntuale del materiale consolidato, si raccomanda di tenere conto di tale variabilità. Tuttavia il parametro di maggiore interesse tecnico è la resistenza a compressione di porzioni più estese di terreno consolidato (ad esempio la sezione trasversale delle colonne o l’area di intersezione di colonne compenetrate). Su questa grandezza la variabilità della resistenza risulta molto più contenuta e i relativi valori dei coefficienti di variazione possono essere stimati dalla Tab. 3.3.
Tabella 3.3 - Coefficienti di variazione della resistenza a compressione semplice del materiale consolidato (Croce et al., 2004)
3.6.2.
Terreno
Argille
Sabbie
Ghiaie
CV(Vc)
0.02-0.05
0.02-0.1
0.05-0.15
RIGIDEZZA
La rigidezza dei materiali consolidati è solitamente molto più elevata di quella dei terreni circostanti non trattati. Ai fini pratici è possibile correlare il modulo E alla resistenza a compressione Vc con legami di tipo lineare (Croce et al., 1994) del tipo E=kVc, con k solitamente compreso nell’intervallo 200-700. I pochi dati di letteratura disponibili (Katzenbach et al., 2001) mostrano che i valori del modulo di rigidezza E sono affetti da un’elevata variabilità e che le distribuzioni di frequenza assumono una forma simile a quella della resistenza a compressione semplice. I parametri di distribuzione dei moduli di rigidezza possono essere quindi stimati direttamente dai corrispondenti parametri della Vc, applicando le seguenti relazioni:
E
kV c
CV ( E ) CV (V c ) 3.6.3.
(3.5)
PERMEABILITÀ
Escludendo il caso particolare di ghiaie pulite, per le quali la permeazione della miscela potrebbe non saturare i pori, in generale la permeabilità dei terreni trattati con jet grouting è bassa o molto bassa. Si può assumere che il coefficiente di permeabilità del terreno trattato abbia valori compresi tra 10-7 e 10-9 m/s in funzione delle caratteristiche fisiche del terreno in sede. Solitamente, il problema della permeabilità si pone in grande, cioè per l’opera nel suo complesso a causa della
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RACCOMANDAZIONI AGI
presenza di difetti dimensionali o di posizione delle colonne, piuttosto che per la permeabilità del materiale trattato in sé. 3.6.4.
PESO DELL’UNITÀ DI VOLUME
Il peso dell’unità di volume del terreno trattato è non molto diverso da quello del terreno originario, di solito appena più basso. Nel caso in cui si usi la tecnica bifluido, il peso dell’unità di volume è sistematicamente minore di quello del terreno originario perché le bolle di aria compressa, intrappolate nella miscela fresca, la alleggeriscono significativamente. Questa riduzione è molto meno sentita per la tecnica trifluido, perché in questo caso l’aria circonda il getto d’acqua, posizionato superiormente rispetto al getto di miscela, e quindi le bolle d’aria vengono espulse più facilmente.
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RACCOMANDAZIONI AGI
4. APPLICAZIONI
4.1.
FINALITÀ DEGLI INTERVENTI
Il jet grouting può essere utilizzato con diverse finalità poiché consente di costituire nel sottosuolo elementi consolidati di forma e dimensioni svariate, dotati di buone caratteristiche meccaniche e di ridotta permeabilità. Infatti, gli elementi consolidati possono essere sagomati riducendo opportunamente l'interasse dei trattamenti, al fine di collegare tra loro diverse colonne consolidate, e ricorrendo a diversi possibili accorgimenti costruttivi, ad esempio variando l’inclinazione delle colonne o interrompendo il trattamento in alcuni tratti di perforazione (perforazione a vuoto). Gli elementi consolidati possono essere inoltre rinforzati con l’inserimento di armature metalliche o di vetroresina, per conferire alle colonne una certa resistenza a trazione e/o a flessione quando richiesto. In questo capitolo, si illustrano le principali tipologie costruttive distinguendo quattro campi di applicazione del jet grouting: fondazioni, opere di sostegno, gallerie, opere di tenuta idraulica (diaframmi e tamponi). Per ciascuna categoria di opere, si considerano le diverse funzioni progettuali e si descrivono le possibili modalità di intervento, evidenziandone vantaggi e limitazioni. Si segnalano, inoltre, alcuni effetti indesiderati dei trattamenti.
4.2. 4.2.1.
FONDAZIONI
FONDAZIONI DIRETTE
Il jet grouting viene frequentemente utilizzato per consolidare preventivamente il terreno al di sotto di plinti, travi o platee di fondazione, con il duplice scopo di incrementare il carico limite e di ridurre i cedimenti. In generale, lo sviluppo in pianta della porzione di terreno da consolidare ricalca quello del sovrastante elemento strutturale di fondazione. Le altre caratteristiche geometriche dell’intervento sono rappresentate dalla profondità, dall’interasse e dal diametro delle singole colonne consolidate. E’ comunque opportuno distinguere due tipologie d’intervento profondamente diverse tra loro. La prima tipologia si ottiene quando l’interasse dei trattamenti è maggiore del diametro delle colonne, e pertanto ciascun trattamento verticale dà luogo a un elemento consolidato cilindrico, separato dagli altri. Dal punto di vista meramente geometrico, la disposizione delle colonne risulta quindi simile a quella di una palificata (Fig. 4.1.a). La seconda tipologia di consolidamento si consegue invece quando l’interasse dei trattamenti è inferiore al diametro delle colonne, che risultano quindi compenetrate. In questo secondo caso, l’intervento produce dunque un unico grande blocco di materiale consolidato (Fig. 4.1.b). Questi tipi di intervento risultano generalmente efficienti per limitare i cedimenti ma non consentono di assorbire forti sollecitazioni orizzontali. Per ovviare a tale limitazione è possibile inserire armature metalliche ed eventualmente inclinare l’asse dei trattamenti (Falcao et al., 2001; Croce et al., 1990).
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RACCOMANDAZIONI AGI
Figura 4.1 - Fondazioni dirette su terreno consolidato (a) colonne isolate (b) colonne compenetrate.
4.2.2.
FONDAZIONI A POZZO
Un’altra frequente applicazione del jet grouting riguarda la costruzione di fondazioni a pozzo di grandi dimensioni (Balossi Restelli e Profeta, 1985; Croce et al.,2006). In questo caso, il consolidamento serve principalmente ad assicurare la stabilità dello scavo durante la sua esecuzione. A tal fine, le colonne consolidate sono disposte al contorno del pozzo, in singola o doppia fila, in modo da realizzare un elemento consolidato di forma approssimativamente cilindrica comunemente denominato “coronella” (Fig. 4.2). Nel caso di pozzi a sezione circolare, se la coronella risulta effettivamente continua e presenta uno spessore adeguato, lo scavo del pozzo può essere eseguito senza introdurre ulteriori elementi resistenti, dato che l’elemento consolidato ha un comportamento meccanico “ad anello” compresso. Per assorbire eventuali sforzi di trazione e flessione è possibile inserire armature metalliche verticali in corrispondenza delle colonne consolidate. Durante la fase di scavo è generalmente opportuno realizzare comunque un rivestimento provvisionale all’interno del pozzo, attraverso la posa in opera di centine, rete metallica e calcestruzzo proiettato. Nel caso di scavo sotto falda la coronella svolge anche la funzione di impermeabilizzare le pareti dello scavo. In tali circostanze è generalmente necessario eseguire anche il trattamento del terreno posto sotto la base del pozzo, realizzando il cosiddetto “tampone di fondo”. Tale operazione viene in genere eseguita prima di effettuare lo scavo, operando direttamente dal piano campagna mediante una perforazione a vuoto di opportuna lunghezza. Trattamenti sotto falda vanno controllati con particolare attenzione verificando l’effettiva compenetrazione delle colonne.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Figura 4.2 - Pozzo di fondazione con l’ausilio di jet grouting (a. in assenza di falda; b. in presenza di falda).
4.2.3.
CONSOLIDAMENTO DI FONDAZIONI PREESISTENTI
Il jet grouting viene a volte utilizzato per consolidare le fondazioni di opere già esistenti. In questi casi è necessario eseguire i trattamenti in modo da collegare adeguatamente le colonne consolidate con le fondazioni (Fig. 4.3). I trattamenti possono essere eseguiti in verticale ovvero inclinati e nelle colonne vengono a volte inserite armature metalliche. Per strutture in muratura il consolidamento deve essere realizzato con particolare prudenza, evitando di provocare vibrazioni e di indurre sforzi concentrati o spostamenti indesiderati.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Figura 4.3 – Alcuni esempi di consolidamento di fondazioni preesistenti.
Talvolta i trattamenti di jet grouting vengono eseguiti in corrispondenza di pile di viadotti ubicati in alveo, la cui stabilità potrebbe essere compromessa dall’azione erosiva della corrente idrica. In questo caso i trattamenti sono configurati in modo da creare, intorno alle fondazioni esistenti, delle paratie di colonne compenetrate, per impedire il fenomeno dello scalzamento idraulico (Fig. 4.4).
25
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RACCOMANDAZIONI AGI
Figura 4.4 – Esempio di intervento di consolidamento per la protezione dallo scalzamento idraulico.
4.3.
OPERE DI SOSTEGNO
I trattamenti di jet grouting vengono impiegati anche per garantire il sostegno di scavi a cielo aperto. In uno scavo a pianta circolare, i trattamenti sono configurati in modo da produrre una struttura a guscio, di forma cilindrica, simile a quella descritta nel caso delle fondazioni a pozzo (vedi Fig. 4.2). Invece, in uno scavo di sbancamento di grandi dimensioni o in uno scavo con andamento lineare, le colonne consolidate sono disposte in modo da formare elementi verticali con andamento planimetrico rettilineo o sub-rettilineo (Fig. 4.5). Nei due casi citati, le sollecitazioni agenti sugli elementi consolidati risultano quindi profondamente diverse. In particolare, nei trattamenti di forma cilindrica, si genera un effetto arco in direzione orizzontale ed il materiale consolidato viene quindi sollecitato prevalentemente da sforzi di compressione. Questo stato
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RACCOMANDAZIONI AGI
tensionale è adatto alle caratteristiche meccaniche del materiale consolidato, generalmente dotato di buona resistenza agli sforzi di compressione ma di resistenza molto modesta agli sforzi di trazione. La buona riuscita dell’intervento risulta dunque in genere assicurata a patto che le colonne siano effettivamente compenetrate tra loro, in modo da garantire la continuità dell’elemento consolidato cilindrico, con spessori minimi adeguati. Nel caso di interventi finalizzati al sostegno di scavi a fronte piano, negli elementi consolidati si producono invece significative sollecitazioni di flessione. Questo problema può essere affrontato inserendo nelle colonne opportune armature metalliche (Fig. 4.5.a), dimensionate in modo da assorbire gli sforzi di trazione, realizzando colonne inclinate ed armate (Fig.4.5.b) (Santoro e Bianco, 1995) o impiegando ancoraggi sub orizzontali (Fig. 4.5.c) (Sondermann e Toth, 2001).
Figura 4.5 - Sostegno di scavi a fronte piano (a. colonne rinforzate con armature; b. colonne inclinate; c. con tiranti di ancoraggio; d. trattamenti massivi).
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RACCOMANDAZIONI AGI
Occorre tuttavia considerare che la presenza di eventuali discontinuità di trattamento potrebbe compromettere la stabilità complessiva della parete. Una soluzione alternativa più sicura può essere ottenuta mediante consolidamenti massivi, in modo da ottenere un blocco consolidato di adeguato spessore (Fig. 4.5.d), il cui comportamento meccanico può essere paragonato a quello di un muro a gravità (Miyasaka et al., 1992).
4.4.
GALLERIE
Il jet grouting viene frequentemente impiegato nella costruzione delle gallerie, per contribuire al sostegno provvisionale della sezione di scavo. I trattamenti possono essere effettuati operando dall’esterno della galleria, prima di effettuare lo scavo, o più frequentemente dall’interno della galleria stessa durante l’avanzamento. 4.4.1.
TRATTAMENTI DALL’ESTERNO DELLA GALLERIA
Questo procedimento costruttivo (Fig. 4.6) presenta il vantaggio di svincolare i trattamenti dalle operazioni di scavo e può quindi consentire di abbreviare i tempi di costruzione. Tuttavia, i trattamenti dall’alto sono applicabili solo nei tratti con bassa copertura e se la superficie del terreno è facilmente accessibile.
Figura 4.6 - Esecuzione di gallerie con trattamento dall’alto.
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4.4.2.
RACCOMANDAZIONI AGI
TRATTAMENTI DALL’INTERNO DELLA GALLERIA
I trattamenti sono eseguiti operando dall’interno della galleria, in modo da realizzare una serie di elementi consolidati di forma tronco-conica detti comunemente “coronelle” o “ombrelli” (Fig.4.7). La tecnica viene spesso adottata in associazione con altri interventi di preconsolidamento e presostegno (“infilaggi” metallici, elementi di vetroresina, iniezioni, calcestruzzo proiettato, ecc.). La geometria dell’intervento dipende dalla dimensione e dalla forma della galleria e può variare significativamente in dipendenza della sequenza costruttiva prescelta. In particolare, si distinguono due soluzioni tipologiche di base, che corrispondono rispettivamente alla metodologia di avanzamento a “piena sezione” ovvero a “sezione parzializzata”. La scelta e il dimensionamento degli interventi più opportuni varia notevolmente da caso a caso. Si precisa comunque che, nei trattamenti eseguiti dall’interno della galleria, si adotta il sistema monofluido che pone meno problemi di sicurezza nel corso delle lavorazioni poiché non richiede l’uso di aria compressa. La sequenza costruttiva è organizzata procedendo per campioni successivi di scavo, di lunghezza compresa di norma tra 6 e 10 m circa, detti “campi”. Per ciascun campo, si distinguono i seguenti interventi provvisionali (Fig. 4.7): x preconsolidamento, mediante jet grouting, del contorno di scavo ed eventualmente del fronte; x eventuale inserimento di tubi metallici sul contorno (“infilaggi”) e di elementi in vetroresina (VTR) sul fronte; x eventuale inserimento di dreni sub-orizzontali; x prerivestimento della sezione di scavo mediante centine, rete metallica e calcestruzzo proiettato (ovvero calcestruzzo proiettato fibrorinforzato).
Figura 4.7 - Esecuzione di galleria con trattamento in avanzamento.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Per quanto riguarda il consolidamento del fronte di scavo, il jet grouting può essere impiegato per garantirne la stabilità e per ridurre le deformazioni del terreno retrostante, limitando quindi i cedimenti del piano campagna. Considerato lo stato tensio-deformativo, è opportuno integrare il trattamento del fronte con l’inserimento di elementi dotati di adeguata resistenza a trazione. In particolare, per facilitare le successive operazioni di scavo, si adottano generalmente barre o tubi in vetroresina (VTR). Un altro aspetto da considerare, quando si impiega il jet grouting nella costruzione delle gallerie, è rappresentato dal rischio di generare sollevamenti eccessivi del piano campagna durante l’esecuzione dei trattamenti (Croce et al. 2004).
4.5.
DIAFRAMMI
Il jet grouting può essere adottato per realizzare diaframmi di tenuta (cut-off) sia nell’ambito delle opere di ingegneria idraulica (dighe e traverse) sia nel campo dell’ingegneria ambientale (confinamento di siti contaminati e discariche).
Figura 4.8 - Schemi planimetrici di diaframmi in jet grouting.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Le applicazioni più documentate riguardano i diaframmi di tenuta delle dighe e delle traverse idrauliche. In alcuni casi, i diaframmi di jet grouting sono previsti in sede di progetto e realizzati durante la costruzione della diga (Sembenelli e Sembenelli, 1999; Attewill et al., 1992; Croce e Modoni, 2005); in altri casi, i trattamenti sono effettuati su dighe già esistenti, con l’obiettivo di migliorare l’efficienza del sistema di tenuta (Bell, 1993; Croce e Modoni, 2005). Per opere in esercizio l’uso del jet grouting ha il vantaggio di consentire la realizzazione del diaframma senza effettuare scavi e consente inoltre di concentrare l’intervento su particolari strati dei terreni di fondazione o entro un prestabilito intervallo di profondità, mediante perforazione a vuoto. Per garantire la continuità del diaframma le colonne sono realizzate ad un interasse minore del loro diametro. La sequenza dei trattamenti viene calibrata in modo da ottenere un’effettiva compenetrazione delle colonne consolidate, secondo quanto illustrato nel Cap. 2. Alcuni tipici schemi progettuali sono riportati nella Fig. 4.8. In generale, si ritiene preferibile adottare soluzioni basate sull’impiego di colonne cilindriche compenetrate, ma non mancano esempi di diaframmi costituiti da elementi a pannello. Questi ultimi sono realizzati eseguendo il trattamento senza ruotare le aste.
4.6.
TAMPONI DI FONDO
Un’altra tipica applicazione del jet grouting come elemento di tenuta idraulica è rappresentata dall’impermeabilizzare del fondo di scavi eseguiti sotto falda.
Figura 4.9 - Schemi di tamponi di fondo realizzati con jet grouting.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Questa tipologia di intervento viene comunemente denominata “tampone di fondo”. I trattamenti sono eseguiti dal piano campagna, con una tratto superficiale di “perforazione a vuoto”. Anche in questo caso, il trattamento ha successo solo se la sezione di terreno risulta consolidata con continuità. D’altra parte trattamenti troppo ravvicinati aumentano la probabilità di inefficacia a causa dell’”effetto ombra” che colonne già consolidate possono creare sui nuovi trattamenti. E’ stato inoltre segnalato (Van Tol et al., 2001) che il rischio di difetti tende a crescere se si infittisce in modo eccessivo il trattamento. E’ stato infine osservato che trattamenti molto intensi possono determinare spostamenti significativi del terreno circostante e movimenti delle strutture adiacenti (Eramo et al., 2011). In ogni caso, è necessario che il tampone sia in grado di resistere alla sottospinta dell’acqua. Tale sottospinta può essere contrastata con il semplice peso proprio del tampone e del terreno sovrastante (Fig. 4.9.a), con l’adozione di forme ad arco (Fig. 4.9.b) o con l’uso di tiranti (Fig. 4.9.c).
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RACCOMANDAZIONI AGI
5. PROGETTO 5.1.
RIFERIMENTI NORMATIVI
Le attuali Norme Tecniche sulle Costruzioni (D.M. 14 Gennaio 2008) riportano nel § 6.9 le prescrizioni relative al miglioramento e rinforzo dei terreni e delle rocce. Nel § citato, il cui testo integrale è mostrato in Fig. 5.1, non si tiene conto della specificità delle diverse tecniche, limitandosi a formulare requisiti di carattere generale per il progetto, la verifica sperimentale ed il monitoraggio degli interventi. In generale, l’applicazione delle NTC al caso specifico del jet grouting richiede l’identificazione dei “fattori geotecnici modificabili” e degli “effetti meccanici connessi a tali modificazioni”, nonché le “indicazioni per poter valutare l’efficacia degli interventi”. Nei casi in cui il jet grouting sia impiegato per realizzare interventi di Consolidamento Geotecnico di Opere Preesistenti, come raccomandato nel § 6.10 delle NTC, occorre “valutare l’efficacia del consolidamento geotecnico quando agli interventi consegue una ridistribuzione delle sollecitazioni al contatto terreno-manufatto”. Quando, a causa della particolare complessità della situazione geotecnica e dell’importanza e impegno dell’opera, dopo estese ed approfondite indagini permangano documentate ragioni di incertezza risolvibili solo in fase costruttiva, la progettazione può essere basata sul metodo osservazionale descritto nel § 6.2.4 delle NTC. 6.9 MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI TERRENI E DELLE ROCCE Le presenti norme riguardano la progettazione, la costruzione e il controllo degli interventi di miglioramento e rinforzo dei terreni e delle rocce, realizzati per diverse finalità applicative. 6.9.1 SCELTA DEL TIPO DI INTERVENTO E CRITERI GENERALI DI PROGETTO La scelta del tipo di intervento deve derivare da una caratterizzazione geotecnica dei terreni da trattare e da un’analisi dei fattori tecnici, organizzativi e ambientali. Gli interventi devono essere giustificati, indicando i fattori geotecnici modificabili e fornendo valutazioni qualitative degli effetti meccanici connessi con tale modificazioni. Le indagini geotecniche devono riguardare anche l’accertamento dei risultati conseguiti, avvalendosi di misure ed eventualmente di appositi campi prova. Questi ultimi sono necessari nei casi in cui la mancata o ridotta efficacia degli interventi possa comportare il raggiungimento di uno stato limite ultimo o possibili danni a persone o cose. Nel progetto devono essere definiti il dimensionamento degli interventi, le caratteristiche degli elementi strutturali, e degli eventuali materiali di apporto, le tecniche necessarie e le sequenze operative, nonché le indicazioni per poter valutare l’efficacia degli interventi realizzati. 6.9.2 MONITORAGGIO Il monitoraggio ha lo scopo di valutare l’efficacia degli interventi e verificare la rispondenza dei risultati ottenuti con le ipotesi progettuali. Ha inoltre lo scopo di controllare il comportamento nel tempo del complesso opera-terreno trattato. Il monitoraggio deve essere previsto nei casi in cui gli interventi di miglioramento e di rinforzo possano condizionare la sicurezza a la funzionalità dell’opera in progetto o di opere circostanti. Figura 5.1 – Estratto dalle Norme Tecniche sulle Costruzioni – D.M. 14 gennaio 2008.
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JET GROUTING
RACCOMANDAZIONI AGI
Il jet grouting è oggetto di una specifica norma europea (EN-12716: Execution of special geotechnical works – jet grouting ). Tra le diverse indicazioni contenute in tale norma si evidenziano in Tab. 5.1 le operazioni raccomandate per il progetto e l’esecuzione di trattamenti con jet grouting.
Tabella 5.1 – Elenco delle operazioni raccomandate per il progetto e l’esecuzione di trattamenti con jet grouting (estratto da EN 12716, 2001). No
Operazioni
1
Reperimento dei risultati di indagini in sito per l’esecuzione del jet grouting.
2
Scelta sull’eventuale impiego del jet grouting: prove preliminari ed eventuali indagini; redazione di specifiche tecniche.
3
Ottenimento delle autorizzazioni dagli organismi di controllo e da eventuali soggetti coinvolti.
4
Progetto completo della struttura da realizzare con il jet grouting e definizione della categoria geotecnica.
5
Definizione delle più importanti fasi esecutive.
6
Verifica dei risultati delle indagini in sito in relazione alle ipotesi progettuali.
7
Verifica della fattibilità del progetto.
8
Esecuzione di campi prove, ove richiesti, e di altre eventuali indagini.
9
Valutazione dei risultati dei campi prove e delle indagini.
10
Scelta del sistema di trattamento.
11
Verifica del sistema prescelto e definizione delle procedure di prova.
12
Definizione delle dimensioni, delle posizioni e degli allineamenti degli elementi di jet grouting.
13
Istruzioni, ove richieste, riguardanti la sequenza delle operazioni.
14
Definizione della sequenza costruttiva.
15
Comunicazione a tutte le parti coinvolte degli elementi più importanti della progettazione per le quali è richiesta una particolare attenzione.
16
Indicazioni per il monitoraggio degli effetti delle lavorazioni sulle strutture adiacenti (tipo ed accuratezza degli strumenti, frequenza delle misure) e per l’interpretazione dei risultati.
17
Definizione dei limiti di tolleranza per gli effetti delle lavorazioni sulle strutture adiacenti.
18
Esecuzione dei lavori di jet grouting e monitoraggio dei parametri esecutivi.
19
Supervisione dei lavori e definizione dei requisiti di qualità.
20
Monitoraggio degli effetti delle lavorazioni sulle strutture adiacenti e presentazione dei risultati.
21
Controllo della qualità dei lavori.
Come si può osservare, le norma europea si concentra maggiormente sugli aspetti tecnologici e sui metodi di controllo, e fornisce soltanto indicazioni di carattere generale riguardo la progettazione degli interventi.
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JET GROUTING
5.2.
RACCOMANDAZIONI AGI
SEQUENZA PROGETTUALE
Il progetto di un intervento di jet grouting dovrebbe: a) stabilire le caratteristiche geometriche e meccaniche degli elementi di terreno consolidato, necessarie per adempiere i compiti richiesti dall’intervento; b) indicare le modalità di trattamento più opportune per ottenere le suddette caratteristiche; c) evitare effetti indesiderati dei trattamenti sulle costruzioni preesistenti e sull’ambiente circostante. Dopo aver identificato gli obiettivi dell’intervento, si raccomanda di organizzare il progetto secondo la sequenza ordinata di attività sperimentali, elaborazioni e verifiche di calcolo, rappresentata schematicamente in Fig. 5.2. Il primo passo del progetto consiste nell’esecuzione delle indagini finalizzate alla caratterizzazione geotecnica del sottosuolo. Particolare cura deve essere posta all’esame delle condizioni stratigrafiche, in modo da individuare possibili variazioni anche locali delle caratteristiche del terreno, vista la spiccata influenza di queste ultime sugli effetti del jet grouting. Sulla base di questi dati sperimentali è possibile verificare l’idoneità dei terreni al trattamento. Si raccomanda, in particolare, di non prevedere interventi di jet grouting in argille fortemente sovraconsolidate, terreni cementati e rocce per i quali il trattamento è inefficace. È necessario successivamente valutare dal punto di vista logistico ed ambientale la compatibilità delle lavorazioni previste (spazi disponibili, accesso e movimentazione dei mezzi di trasporto e dei macchinari, gestione dei reflui, ecc.). In molti casi, le particolari condizioni operative (dalla superficie, in sotterraneo, ecc.), la presenza di edifici o altre strutture nelle vicinanze, i vincoli ambientali e le condizioni di accesso all’area di lavoro possono condizionare il progetto o addirittura sconsigliare l’uso del jet grouting. Nel caso in cui le verifiche precedenti diano esito positivo, si può procedere alla scelta del sistema di trattamento (monofluido, bifluido o trifluido) e conseguentemente ad una stima preliminare delle caratteristiche geometriche e meccaniche delle colonne. La determinazione di tali grandezze consente di dimensionare l’intervento e di definire in prima approssimazione la disposizione delle colonne. Il progetto dovrà inoltre essere corredato da un piano di controlli in corso d’opera, che identifichi le metodologie sperimentali necessarie per certificare il buon esito dei trattamenti, e da un piano di monitoraggio che stabilisca strumenti, metodi e soglie di tolleranza per il controllo in tempo reale dei possibili effetti indesiderati (es. spostamenti del piano campagna e dei manufatti circostanti). Infine, prima di procedere all’esecuzione dell’intervento è necessario verificare la correttezza di tutte le ipotesi formulate in progetto, mediante i cosiddetti campi prove (vedi NTC, par 6.9.1). Questi ultimi consistono nella realizzazione di elementi consolidati nelle medesime condizioni geotecniche previste per l’intervento, con il duplice obiettivo di ottimizzare il procedimento esecutivo e di verificare i risultati dei trattamenti. Infatti le conoscenze attualmente disponibili consentono di stimare solo approssimativamente le caratteristiche delle colonne consolidate, che risultano generalmente variabili anche lungo l’asse della colonna.
35
JET GROUTING
RACCOMANDAZIONI AGI
Indagini geotecniche e rilievo delle condizioni al contorno
Verifica dell’idoneità dei terreni al trattamento di jet grouting Scelta di un intervento alternativo SI Verifica della compatibilità del trattamento di jet grouting con l’ambiente circostante Scelta di un intervento alternativo SI Scelta del sistema esecutivo: mono, bi, trifluido
Stima del diametro delle colonne e delle caratteristiche del materiale cementato
Definizione della geometria di intervento e delle modalità esecutive
Calcoli di verifica
Definizione delle prove di controllo e monitoraggio
Campo prove
Figura 5.2 - Rappresentazione schematica della sequenza progettuale.
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RACCOMANDAZIONI AGI
Evidentemente, sarebbe opportuno realizzare i campi prove in fase di progetto. Tuttavia nella maggior parte dei casi ciò risulta alquanto problematico e pertanto i campi prove vengono di norma realizzati in sede di esecuzione dell’opera. Di fatto quindi gli interventi di jet grouting vengono progettati secondo l’approccio osservazionale (vedi § 6.2.4 delle NTC) adeguando le soluzioni progettuali ai risultati dei campi prove. E’ comunque necessario eseguire calcoli di verifica che attestino il rispetto degli stati limite ultimi e di esercizio, secondo quanto prescritto dalla normativa.
5.3.
CALCOLI DI VERIFICA
I calcoli di verifica devono essere condotti conformemente alla normativa vigente al fine di garantire il soddisfacimento dei seguenti requisiti: - sicurezza nei confronti di stati limite ultimi (SLU); - sicurezza nei confronti di stati limite di esercizio (SLE); - robustezza nei confronti di azioni eccezionali; Tali verifiche devono riguardare tutte le fasi del processo costruttivo. In particolare, se il jet grouting è impiegato con funzioni provvisionali, vale quanto stabilito dalle Norme Tecniche, ovvero che “Le verifiche sismiche di opere provvisorie o strutture in fase costruttiva possono omettersi quando le relative durate previste in progetto siano inferiori a 2 anni”. Le verifiche agli stati limite ultimi (SLU) dovranno esaminare le seguenti condizioni, prendendo in considerazione tutti i possibili cinematismi di collasso e prestando particolare attenzione a quelli che coinvolgono le porzioni di terreno cementato. - stato limite di equilibrio come corpo rigido (EQU); - stato limite di resistenza della struttura, compresi gli elementi di fondazione (STR); - stato limite di resistenza del terreno (GEO). Le verifiche devono essere condotte sia globalmente per l’intera opera, sia localmente sugli elementi consolidati. Per le verifiche globali è possibile adottare i metodi in uso per le diverse categorie geotecniche (fondazioni, opere di sostegno, ecc.) considerando la presenza del materiale cementato. Per gli interventi con funzione statica, si raccomanda di verificare che gli stati tensionali agenti sugli elementi consolidati siano compatibili con la resistenza del materiale. Si raccomanda inoltre di verificare la continuità degli elementi consolidati nei casi in cui questo requisito sia necessario. Nella Tab.5.2 si riportano le applicazioni più frequenti del jet grouting, evidenziando le possibili funzioni del materiale consolidato, le configurazioni geometriche tipiche, le caratteristiche geometriche e meccaniche fondamentali per il buon funzionamento e le verifiche da compiere. Nelle verifiche statiche sono possibili due approcci diversi: il primo consiste nell’ammettere che gli elementi consolidati contribuiscano ad incrementare le caratteristiche medie del terreno, e nel calcolare queste ultime mediante opportune tecniche di omogeneizzazione; con il secondo
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RACCOMANDAZIONI AGI
approccio si schematizzano gli elementi consolidati come corpi solidi, distinti dal terreno circostante, similmente alle consuete sottostrutture geotecniche. In ogni caso, è necessario stimare le dimensioni delle colonne e le caratteristiche fisicomeccaniche del materiale cementato, attribuendo ad esse opportuni valori caratteristici, che devono intendersi come una stima ragionata e cautelativa delle grandezze considerate, secondo quanto previsto dalle NTC 2008. Successivamente si raccomanda di definire valori di progetto dei parametri di calcolo applicando opportuni coefficienti riduttivi. Quest’ultimi non sono definiti dalla normativa vigente e sono pertanto affidati alla libera scelta del progettista. Nei paragrafi successivi si forniscono alcune indicazioni per la stima di tali coefficienti. In alternativa si possono adottare metodi probabilistici di calcolo. Tali metodi hanno il pregio di fornire risultati in termini di affidabilità ovvero di probabilità di collasso delle opere, ma la loro validità è subordinata alla conoscenza della variabilità delle grandezze caratteristiche del problema. Applicazioni di metodi probabilistici sono disponibili in letteratura nella verifica di fondazioni su colonne isolate (Modoni et al, 2010), fondazioni a pozzo (Croce et al., 2006), diaframmi (Croce e Modoni, 2005), tamponi di fondo (Eramo et al., 2010; Flora et al, 2011) e gallerie (Flora et al., 2007; Arroyo et al., 2011).
38
Consolidamento di opere preesistenti
· Bassa permeabilità · Resistenza
· Bassa permeabilità
· Continuità
· Elementi bidimensionali o massivi · Interventi puntuali
· Impermeabilizzazione
· Integrazione/riparazione di altri interventi
39
· Resistenza/Rigidezza · Bassa permeabilità
· Bassa permeabilità
· Resistenza/Rigidezza
Tabella 5.2 – Requisiti e verifiche per le tipiche applicazioni del jet grouting.
· Intensità dei trattamenti
· Intensità dei trattamenti
· Diametro minimo delle colonne · Resistenza/Rigidezza · Intensità dei trattamenti
· Elementi massivi
· Colonne isolate · Elementi massivi
· Continuità
· Riduzione della spinta a tergo di opere di sostegno
· Sottofondazione
· Impermeabilizzazione degli · Elementi bidimensionali o · Continuità/intensità scavi dei trattamenti massivi · Incastro di paratie
Tamponi di fondo
· Elementi bidimensionali
· Bassa permeabilità · Resistenza/Rigidezza
· Spessore minimo · Continuità/Intensità di trattamento
· Barriera al passaggio dei fluidi (acqua, fanghi, fluidi contaminanti etc.)
· Bassa permeabilità · Resistenza
· Continuità/intensità dei trattamenti
Diaframmi di tenuta idraulica
· Bassa permeabilità · Resistenza/Rigidezza
· Continuità · Spessore minimo
Gallerie
· Resistenza/Rigidezza
· Resistenza/Rigidezza
· Continuità/intensità dei trattamenti
· Sostegno dei terreni sul · Calotte tronco coniche contorno · Rinforzo del fronte di scavo · Elementi massivi sul · Impermeabilizzazione dello fronte scavo · Riduzione della spinta sul · Elementi continui rivestimento definitivo realizzati dall’alto
· Elementi massivi
· Contenimento della spinta dei terreni
Opere di sostegno
· Spessore minimo
· Elementi bidimensionali
· Resistenza/Rigidezza
· Continuità/intensità dei trattamenti
· Elementi massivi
Fondazioni
· Diametro minimo delle · Resistenza/Rigidezza colonne
Requisiti del materiale cementato
· Colonne isolate
Funzioni del trattamento Possibili configurazioni Requisiti geometrici
· Incremento della capacità portante · Riduzione dei cedimenti
Applicazioni
· Filtrazione · Continuità
· Stabilità · Resistenza del materiale cementato
· Stabilità · Cedimenti · Resistenza del materiale cementato
· Filtrazione · Resistenza alla sottospinta idraulica · Continuità · Resistenza del materiale cementato
· Filtrazione · Sifonamento · Continuità
· Stabilità · Cedimenti (ove richiesto) · Continuità · Resistenza del materiale cementato
· Stabilità · Spostamenti · Resistenza del materiale cementato
· Stabilità · Spostamenti · Continuità · Resistenza del materiale cementato
· Carico limite · Cedimenti · Resistenza del materiale cementato
Verifiche
JET GROUTING RACCOMANDAZIONI AGI
JET GROUTING
5.3.1.
RACCOMANDAZIONI AGI
CARATTERISTICHE GEOMETRICHE DELLE COLONNE CONSOLIDATE
L’attribuzione delle caratteristiche geometriche delle colonne consolidate costituisce uno dei passi più delicati nello svolgimento delle verifiche. Ai fini del calcolo è, infatti, necessario definire la posizione e le dimensioni delle colonne tenendo conto in maniera sufficientemente cautelativa di tutti i fattori di incertezza insiti nel trattamento. Se per alcune grandezze geometriche, come la lunghezza delle colonne e la posizione del punto iniziale di perforazione, i margini di incertezza sono relativamente contenuti e le strumentazioni consentono un accurato controllo, non altrettanto può dirsi per il diametro delle colonne e per l’inclinazione del loro asse. In assenza di dati sperimentali, si può stimare un valore di progetto del diametro Dd basandosi su correlazioni di letteratura (vedi Cap.3). Tale valore dovrà essere comunque verificato mediante misure sperimentali da campo prove (vedi par 5.4). In presenza di un numero limitato di misure, si suggerisce di individuare un valore caratteristico Dk mediante una analisi ragionata e cautelativa dei dati disponibili, e di ridurre tale valore con un coefficiente di sicurezza parziale JD. Pertanto il diametro di progetto può essere definito come:
Dd
Dk
(5.1)
JD
Per i valori di JD si suggeriscono i valori riportati in Tab. 5.3.
Tabella 5.3 - Coefficienti di sicurezza parziali sui diametri delle colonne.
JD
ARGILLA
SABBIA
GHIAIA
1.1
1.2
1.3
In presenza di un campione statistico sufficientemente rappresentativo, si suggerisce di adottare una distribuzione probabilistica normale e di attribuire al diametro di progetto il frattile superiore al 5%, calcolato nel seguente modo:
Dd
D 1.65 s D
(5.2)
in cui D e sD rappresentano la media e lo scarto quadratico medio del campione di dati. Si raccomanda comunque di verificare sperimentalmente tale valore con i risultati di un campo prove. Il secondo fattore geometrico da considerare è l’inclinazione dell’asse delle colonne, che risulta fondamentale per garantire la sovrapposizione di colonne adiacenti. Deviazioni casuali dalla direzione prevista possono rappresentare un difetto critico dal punto di vista progettuale laddove la continuità rappresenti un fattore imprescindibile (es. tamponi di fondo, coronelle di sostegno, diaframmi di tenuta). Nelle verifiche di continuità si raccomanda quindi di considerare la divergenza ǻD tra colonne adiacenti nelle condizioni più sfavorevoli. Il valore di progetto da attribuire a ǻD dovrebbe essere scelto dal progettista in funzione del rischio associato alla perdita di
40
JET GROUTING
RACCOMANDAZIONI AGI
continuità dell’elemento consolidato. In assenza di misure sperimentali si suggerisce di adottare una divergenza ǻD tra colonne contigue pari a 0.4-0.8° raccomandando di verificare sperimentalmente tali valori con un adeguato piano di controlli in corso d’opera. 5.3.2.
CARATTERISTICHE MECCANICHE DEL MATERIALE CEMENTATO
La resistenza a rottura del materiale cementato viene generalmente rappresentata dalla resistenza a compressione uniassiale (V). In casi particolari può essere opportuno adottare il criterio di Mohr-Coulomb valutando coesione ed angolo di attrito con prove di compressione triassiale. In assenza di dati sperimentali si può stimare un valore di progetto Vd basandosi su correlazioni di letteratura. Tale valore dovrà essere comunque verificato mediante misure da campo prove. In presenza di un numero limitato di misure, si suggerisce di individuare un valore caratteristico Vk e di ridurre tale valore applicando un coefficiente di sicurezza parziale JV .
Vd
Vk JV
(5.3)
Per la definizione di questo coefficiente si suggerisce di adottare i valori indicati in Tab. 5.4.
Tabella 5.4 - Coefficienti parziali di sicurezza per la resistenza a compressione semplice del materiale cementato.
JV
ARGILLA
SABBIA
GHIAIA
1.4
1.5
1.6
Quando è disponibile un campione statisticamente significativo di dati sperimentali, si suggerisce di adottare una distribuzione probabilistica log-normale e di attribuire come valore di progetto della resistenza a compressione semplice il frattile superiore al 5%, calcolato con la seguente espressione:
Vd
ª §s ° V exp ®ln V c 0.5 ln «1 ¨¨ c « © Vc ° ¬ ¯
· ¸ ¸ ¹
2
ª §s º » 1.65 ln «1 ¨ V c « ¨© V c » ¬ ¼
· ¸ ¸ ¹
2
º ½° »¾ »° ¼¿
(5.4)
in cui V c e sV c rappresentano la media e lo scarto quadratico medio del campione di dati. Per quanto concerne le proprietà tensio-deformative del materiale cementato, i risultati delle prove di laboratorio rivelano un andamento approssimativamente lineare. È possibile quindi adottare un legame tensio-deformativo elastico lineare, senza commettere gravi errori assumendo un modulo di rigidezza Ed proporzionale alla resistenza di progetto Vd:
Ed
k V d
(5.5)
41
JET GROUTING
RACCOMANDAZIONI AGI
I dati attualmente disponibili indicano valori di k compresi generalmente tra 200 e 700.
5.4.
CAMPO PROVE
Il campo prove consiste nel simulare la fase esecutiva realizzando un numero ridotto di trattamenti, colonne singole o gruppi di colonne a seconda dell’intervento previsto e delle finalità della prova, verificandone gli effetti. Esso costituisce un delicato e fondamentale momento di passaggio tra progetto ed esecuzione degli interventi, in quanto ha l’obiettivo di sciogliere le incertezze che contraddistinguono la prima fase impedendo che si ripercuotano negativamente nella seconda. L’esame dei risultati potrebbe in alcuni casi portare a riformulare l’iter progettuale e a correggere le soluzioni in esso proposte. Vista la sua importanza, si raccomanda di progettare il campo prove con la massima cura, mettendo in risalto tutti gli aspetti che necessitano di chiarimenti attraverso le più accurate tecniche sperimentali (vedi Cap.6). La significatività dei risultati dipenderà fortemente dalla similitudine delle condizioni geotecniche e della strumentazione impiegata nel campo prove con quelle dell’intervento da realizzare. A tale scopo è opportuno che le prove siano eseguite nelle immediate vicinanze dell’opera, o quanto meno in un analogo contesto geotecnico. Le finalità specifiche del campo prove possono essere di seguito riassunte: - accertare l’esito dei trattamenti in relazione ai requisiti fissati in progetto; - ottimizzare il sistema di trattamento; - verificare gli effetti sull’ambiente circostante; - mettere a punto il sistema di controllo e monitoraggio. 5.4.1.
MISURA DELL’ESITO DEI TRATTAMENTI
In relazione a questo punto le prove saranno mirate a valutare le caratteristiche geometriche e meccaniche delle colonne consolidate (Tab.5.2). È opportuno che le verifiche delle singole proprietà (diametro delle colonne, deviazione dall’asse di progetto, resistenza a compressione) siano effettuate con criteri statistici, in modo da quantificare la variabilità prodotta dall’accoppiamento del sistema di trattamento con le condizioni stratigrafiche del sottosuolo. A tale scopo si raccomanda di acquisire un campione abbastanza numeroso di misure per effettuare la stima dei parametri delle distribuzioni statistiche (media e scarto quadratico medio) con sufficiente affidabilità. Qualora nel campo prove vengano eseguite colonne con diversi parametri di trattamento, è possibile stimare la variabilità sull’insieme complessivo dei dati dividendo i dati di ciascuna serie per il rispettivo valore medio. Come mostrato nei precedenti paragrafi, la verifica sperimentale di un dato consisterà nel confrontare il valore assunto in progetto con quello corrispondente ad un predeterminato frattile della distribuzione statistica. La scelta del frattile più opportuno dovrebbe derivare da considerazioni sull’importanza dell’opera e sulle conseguenze di un eventuale esito negativo del trattamento.
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5.4.2.
RACCOMANDAZIONI AGI
OTTIMIZZAZIONE DEL SISTEMA DI TRATTAMENTO
Tale operazione ha lo scopo di determinare il sistema di trattamento ed il relativo set di parametri che garantiscono la maggiore affidabilità per il raggiungimento dei requisiti di progetto. L’obiettivo può essere raggiunto realizzando colonne di prova con diverse combinazioni dei parametri e confrontando tra loro i risultati ottenuti. Il confronto, fondamentale per scegliere la soluzione ottimale, dovrà avvenire su base quantitativa, ponendo in relazione i parametri adottati nei diversi sistemi di trattamento con i risultati ottenuti. 5.4.3.
MISURA DEGLI EFFETTI SULL’AMBIENTE CIRCOSTANTE
La misura degli effetti del jet grouting sull’ambiente circostante può essere necessaria in contesti particolarmente sensibili. A tale scopo è opportuno misurare gli effetti (sollevamenti, abbassamenti, variazioni delle pressioni interstiziali, variazioni di temperatura ecc.) prodotti dalla realizzazione delle colonne di prova. 5.4.4.
MESSA A PUNTO DEL SISTEMA DI CONTROLLO E MONITORAGGIO
L’esame dei risultati del campo prove, sia in termini di efficacia dei trattamenti sia come effetti sull’ambiente circostante, presuppone l’impiego di tecniche sperimentali di controllo analoghe a quelle che saranno messe in azione nella fase esecutiva dei trattamenti. Durante la realizzazione del campo prove è quindi opportuno verificare l’efficacia delle metodologie di indagine e degli strumenti di monitoraggio, possibilmente confrontando tra loro diverse metodologie, per stabilire quali rispondano con maggiore affidabilità e prontezza interferendo meno con le operazioni di cantiere.
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RACCOMANDAZIONI AGI
6. CONTROLLI
6.1.
PREMESSA
Per verificare il rispetto dei requisiti progettuali è necessario prevedere opportune prove di controllo da attuare nelle diverse fasi esecutive e al termine dei lavori. Tali controlli devono essere applicati sia nella fase di realizzazione dei campi prove, sia in sede di esecuzione dei consolidamenti. In quest’ultima fase, è inoltre importante controllare gli effetti secondari indotti dal jet grouting sull’ambiente circostante prevedendo, se necessario, un piano di monitoraggio. In sintesi, le attività di controllo devono mirare a: x
verificare che i materiali impiegati posseggano caratteristiche idonee;
x
verificare che le operazioni di cantiere siano svolte correttamente senza subire modifiche impreviste e dannose per gli elementi consolidati e/o per l’ambiente circostante;
x
assicurare che gli elementi consolidati rispondano, localmente e globalmente, alle prestazioni loro richieste in progetto. Conformemente a queste specifiche esigenze, è quindi possibile suddividere i controlli in:
x
controlli sui materiali;
x
controlli delle modalità esecutive;
x
controlli finali sul prodotto;
x
controlli sull’ambiente circostante.
Prima di esporre in dettaglio le modalità con cui tali controlli possono essere eseguiti, è opportuno ricordare che gli elementi consolidati presentano generalmente una forte variabilità.
6.2.
RIFERIMENTI NORMATIVI
Il tema dei controlli è trattato, sebbene in maniera sintetica, nel testo aggiornato delle Norme Tecniche per le Costruzioni (Decr. Min. del 18 gennaio 2008). In particolare, nel § 6.9 dedicato al Miglioramento e Rinforzo dei Terreni e delle Rocce, si precisa che: x Nel progetto devono essere definiti il dimensionamento degli interventi, le caratteristiche degli elementi strutturali e degli eventuali materiali di apporto, le tecniche necessarie e le sequenze operative, nonché le indicazioni per poter valutare l’efficacia degli interventi realizzati (§ 6.9.1). x Il monitoraggio ha lo scopo di valutare l’efficacia degli interventi e di verificare la rispondenza dei risultati ottenuti con le ipotesi progettuali. Ha inoltre lo scopo di controllare il comportamento nel tempo del complesso opera-terreno trattato. Il monitoraggio deve essere previsto nei casi in cui gli interventi di miglioramento e di rinforzo possano condizionare la sicurezza e la funzionalità dell’opera in progetto o di opere circostanti (§ 6.9.2). Inoltre nel § 6.10 dedicato al Consolidamento Geotecnico di Opere Esistenti si afferma che:
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RACCOMANDAZIONI AGI
x Il controllo dell’efficacia del consolidamento geotecnico è obbligatorio quando agli interventi consegue una ridistribuzione delle sollecitazioni al contatto terreno-manufatto. I controlli assumono diversa ampiezza e si eseguono con strumentazioni e modalità diverse in relazione all’importanza dell’opera, al tipo di difetto del manufatto e ai possibili danni per le persone e le cose. Il monitoraggio degli interventi di consolidamento deve essere previsto in progetto e descritto in dettaglio – indicando le grandezze da misurare, gli strumenti impiegati e la cadenza temporale delle misure – nel caso di ricorso al metodo osservazionale. Gli esiti delle misure e dei controlli possono costituire elemento di collaudo dei singoli interventi (§ 6.10.4). Il tema dei controlli è trattato anche nella norma UNI-EN 12716, denominata “Esecuzione di Opere Geotecniche Speciali: gettiniezione” (vedi Cap.5). La norma prescrive di verificare le proprietà dei materiali utilizzati, ponendo particolare attenzione alle caratteristiche dei cementi, dell’acqua, degli additivi e delle armature. In mancanza di esperienze dirette, acquisite in condizioni simili a quelle in esame, la normativa suggerisce di eseguire campi prove specifici, che hanno il duplice scopo di determinare la fattibilità degli interventi e di stabilire i parametri di trattamento più appropriati. Tali indagini possono essere eseguite con l’ausilio di diversi strumenti: scavo ed ispezione diretta delle colonne; carotaggio; verifica con metodi indiretti. Qualora sia possibile attuare simultaneamente diverse tecniche di indagine occorre verificare la congruenza dei risultati sperimentali ponendoli in relazione tra loro. I controlli attuati durante l’esecuzione dei trattamenti hanno lo scopo di verificare la qualità del processo produttivo e la sua conformità alle specifiche di progetto. Tra le indicazioni riportate nella norma europea è prevista la misura in continuo (ed eventualmente la registrazione elettronica) dei parametri di trattamento, la verifica periodica delle caratteristiche della miscela iniettata e dei materiali impiegati per il suo confezionamento, l’osservazione diretta e la misura di alcuni parametri significativi sulla miscela rifluente a boccaforo (spurgo). I controlli finali sulle colonne servono, infine, a verificare la conformità del prodotto dei trattamenti alle ipotesi di calcolo progettuale. A questo scopo la norma europea prescrive che siano eseguite verifiche sperimentali per determinare la geometria delle colonne, le caratteristiche di resistenza e di permeabilità sia in grande scala, con l’ausilio di prove di pompaggio e/o misure piezometriche, sia sui singoli elementi con prove in foro.
6.3.
CONTROLLI SUI MATERIALI
Tali controlli hanno lo scopo di assicurare che i materiali utilizzati per il confezionamento delle miscele posseggano i necessari requisiti di conformità alle specifiche di progetto. In particolare, occorre operare una distinzione tra materie prime come cemento, additivi e armature, fornite dai produttori, e materiali reperiti o confezionati in cantiere (acqua, miscele). Infatti, mentre nel primo caso le caratteristiche sono controllate direttamente dai produttori e risultano riportate in appositi certificati che devono necessariamente accompagnare i prodotti, per le seconde è necessario predisporre uno specifico piano di controlli. Comunque, per tutte le tipologie di materiali è opportuno procedere ad una registrazione degli approvvigionamenti, delle produzioni e dei quantitativi impiegati nell’esecuzione di ogni singolo elemento consolidato.
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6.3.1.
RACCOMANDAZIONI AGI
LEGANTI IDRAULICI
Nel confezionamento delle miscele di iniezione devono impiegarsi i leganti idraulici previsti dalle disposizioni vigenti in materia, dotati di certificato di conformità ad una norma armonizzata della serie UNI EN 197. Nel caso di leganti non conformi a tale norma, sono da prevedersi prove preliminari in accordo con la norma armonizzata UNI EN 12716. I cementi giungono in cantiere generalmente in forma sfusa, e occorre richiedere i certificati rilasciati dal fornitore, al quale è affidata la cura di eseguire i controlli direttamente all’interno della propria linea produttiva. Ulteriori controlli possono essere richiesti in relazione all’uso specifico del jet grouting ed alle condizioni ambientali. Ad esempio, è opportuno valutare la compatibilità dei cementi con le caratteristiche chimiche dell’acqua usata per confezionare le miscele, degli additivi eventualmente utilizzati, dei terreni da trattare e dell’acqua di falda. Questi controlli possono essere richiesti direttamente ai produttori, oppure possono essere eseguiti a cura dell’impresa, in conformità alle specifiche contenute nella serie di norme standardizzate UNI EN 196, avvalendosi di laboratori in possesso dei requisiti di idoneità. 6.3.2.
ADDITIVI
Gli additivi possono essere usati nel confezionamento delle miscele con obiettivi diversi. Per le specifiche sulle caratteristiche degli additivi si può fare riferimento alle normative europee armonizzate UNI EN 480 e UNI EN 934-2, in vigore per il confezionamento dei calcestruzzi. Tra gli additivi maggiormente adoperati vi è la bentonite la cui composizione chimicomineralogica deve essere chiaramente indicata nel certificato che correda il prodotto. Tipici controlli sulla bentonite consistono nella verifica della sua composizione granulometrica, dei limiti di consistenza, del pH e dell’umidità. I controlli sulla miscela acqua-bentonite riguardano invece la verifica del tempo di sedimentazione e della viscosità (con prova Marsh). 6.3.3.
ARMATURE
Per le caratteristiche delle armature metalliche si rimanda alle Norme Tecniche per le Costruzioni (Decr. Min. del 14.01.2008), che stabiliscono tre forme di controllo obbligatorie: x in stabilimento, da eseguirsi sui lotti di produzione; x nei centri di trasformazione, da eseguirsi sulle forniture; x di accettazione in cantiere, da eseguirsi sui lotti di spedizione. Per gli elementi di rinforzo in vetroresina, la rispondenza ai requisiti progettuali deve essere verificata negli stabilimenti di produzione e pertanto, in sede di posa in opera, è richiesto un controllo della documentazione che accompagna i prodotti. Questa deve quindi specificare chiaramente le proprietà del materiale con particolare riferimento alla sua resistenza, alla sua rigidezza ed alla durabilità.
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6.3.4.
RACCOMANDAZIONI AGI
ACQUA
In generale l’acqua potabile, priva di odori e sapori particolari può essere utilizzata per produrre miscele di jet grouting. Tali requisiti non sono tuttavia indispensabili e possono subire deroghe in assenza di fonti di approvvigionamento nelle vicinanze del cantiere. L’acqua usata per il confezionamento delle miscele deve comunque possedere caratteristiche tali da non compromettere le reazioni di presa ed indurimento del cemento. 6.3.5.
MISCELA CEMENTIZIA
Le prove sulla miscela cementizia si eseguono in cantiere su campioni prelevati periodicamente durante la produzione. Le prove più significative consistono nella misura della densità e della viscosità della miscela fresca e della perdita d’acqua. Tutti questi controlli hanno lo scopo di verificare l’efficacia delle operazioni di confezionamento e l’effetto degli additivi eventualmente utilizzati. La misura della densità della miscela può essere eseguita con la bilancia Baroid o con un picnometro tarato. La viscosità viene valutata attraverso la prova dell’imbuto di Marsh (UNI EN 445, 1997). Tale misura è convenzionale in quanto la miscela acqua-cemento, essendo una sospensione, non è assimilabile un fluido newtoniano. La perdita d’acqua può essere quantificata attraverso il risultato di una prova di sedimentazione (bleeding). Tale prova consiste nel versare la miscela all’interno di un recipiente graduato standard e nel misurare, dopo un determinato intervallo di tempo, l’altezza della frazione liquida (norma UNI 7122). È prassi comune inoltre misurare la resistenza a compressione della miscela indurita. Si avverte tuttavia che i risultati ottenuti non sono rappresentativi delle caratteristiche del materiale consolidato.
6.4.
CONTROLLI DELLE MODALITÀ ESECUTIVE
6.4.1.
CONTROLLI SULLE ATTREZZATURE
I controlli sulle apparecchiature di perforazione e di iniezione, e sul loro corretto impiego, sono non meno importanti delle verifiche sui materiali. E’ inoltre opportuno effettuare una calibrazione periodica dei dispositivi di dosaggio presenti nell’impianto di miscelazione. Per il monitoraggio delle fasi di perforazione e di iniezione si raccomanda di registrare in continuo i principali parametri. Nelle apparecchiature più moderne l’esecuzione di queste misure è affidata ad un sistema di acquisizione automatico, composto da sensori, centralina, computer portatile e software di acquisizione ed elaborazione dati. Particolare importanza assume in questi casi la taratura periodica dei sensori, che deve essere eseguita prima di ogni campagna di lavori e, per lavori di lunga durata, deve essere ripetuta più volte con cadenza periodica.
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6.4.2.
RACCOMANDAZIONI AGI
CONTROLLI DEL PROCESSO PRODUTTIVO
Durante la fase di perforazione si registrano in funzione della profondità i valori della spinta e della coppia applicate, delle velocità di rotazione e di avanzamento delle aste e delle quantità di fluido di perforazione. Tali valori consentono di rilevare tempestivamente eventuali anomalie nei terreni attraversati, quali cavità, ostruzioni oppure livelli di maggiore consistenza. Durante la fase di iniezione si registrano i valori delle velocità di rotazione e di risalita delle aste, delle pressioni e delle portate con cui vengono iniettati i diversi fluidi. Tali valori dovrebbero essere restituiti in tempo reale al fine di individuare eventuali malfunzionamenti e di apportare gli opportuni correttivi. La loro registrazione permette inoltre di certificare le operazioni svolte anche ai fini del collaudo. Tutte queste misure divengono poi assolutamente necessarie nei casi in cui si preveda di variare i parametri di iniezione lungo la profondità, per ottenere colonne di forma predeterminata o per assecondare le variazioni delle caratteristiche dei terreni naturali. Tra i controlli da eseguire in corso d’opera, è infine opportuno procedere all’osservazione dello spurgo, annotandone eventualmente le anomalie in termini di portata, all’eventuale campionamento per la misura delle proprietà fisiche e/o meccaniche dello spurgo stesso. 6.4.3.
CONTROLLI DELLA POSIZIONE DELL’ASSE DI TRATTAMENTO
Un altro requisito di fondamentale importanza è rappresentato dalla corretta ubicazione dell’asse di trattamento. Al fine del rispetto di tale requisito, si raccomanda di controllare la posizione del punto di inizio delle perforazioni. Tale controllo può essere effettuato mediante tecniche topografiche tradizionali. Un metodo più rapido, anche se meno preciso, per il posizionamento dei macchinari consiste nell’impiego di sistemi di guida GPS, limitati tuttavia ai casi in cui le lavorazioni si svolgono in presenza di una adeguata copertura satellitare (all’aperto e senza ostacoli). Questi sistemi permettono di dialogare con i sistemi di registrazione dei parametri di iniezione, fornendo loro la profondità della perforazione e l’identificativo della colonna, riducendo così il margine di errore. In alcune particolari applicazioni (ad esempio coronelle in galleria, oppure diaframmi o tamponi) è inoltre opportuno controllare la direzione delle perforazioni avvalendosi di strumentazioni in grado di rilevare e di registrare in continuo la deviazione dall’asse teorico di progetto.
6.5.
CONTROLLI FINALI SUL PRODOTTO
I controlli finali hanno lo scopo di verificare che le caratteristiche delle colonne siano conformi ai requisiti progettuali. Essi possono essere classificati in due categorie distinte: • controlli prestazionali, che servono ad accertare la funzionalità dei consolidamenti sottoponendoli alle condizioni d’esercizio ed esaminandone la risposta; • controlli delle caratteristiche degli elementi consolidati, finalizzati ad accertare le caratteristiche geometriche e meccaniche delle colonne.
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6.5.1.
RACCOMANDAZIONI AGI
CONTROLLI PRESTAZIONALI
Tali controlli devono riguardare le specifiche funzioni del consolidamento previste in sede di progetto. 6.5.1.1. Prove di carico Le modalità esecutive di queste prove sono analoghe a quelle tipicamente adottate per i pali di fondazione (AGI, 1984), con la differenza che le colonne di jet grouting presentano una minore resistenza del fusto e quindi una maggiore propensione al collasso strutturale. Tra i pochi esempi riportati in letteratura si segnalano Cicognani e Garassino (1989), Maertens e Maekelberg (2001) e Bzòwka e Pieczyrak (2008). A causa dell’elevata eterogeneità che solitamente caratterizza la geometria e le caratteristiche meccaniche delle colonne, è logico attendersi peraltro una notevole variabilità dei risultati. 6.5.1.2. Prove di permeabilità Le prove di permeabilità sono controlli prestazionali mirati a verificare la tenuta idraulica di elementi consolidati lineari (diaframmi) o massivi (tamponi di fondo). Esse possono talvolta essere utili per la stima indiretta della continuità del trattamento. Le prove possono essere condotte in fori di sondaggio con l’immissione o l’emungimento di portate idriche a carico costante o variabile (prove Lefranc) o di emungimento da pozzo. A causa dei bassi valori di permeabilità attesi, le prove a carico variabile sono le più indicate (UNI CEN ISO/TS 17892-11). Esempi di prove di permeabilità di questo tipo sono riportati da Sembenelli e Sembenelli (1999). Al fine di velocizzare l’esecuzione delle prove, si può fare ricorso alle prove Lugeon, in uso per le indagini su ammassi rocciosi, avendo però l’attenzione di eseguirle senza danneggiare il terreno consolidato, limitando quindi la pressione di espansione del packer e quella dell’acqua immessa. Siccome queste prove sono limitate a piccoli volumi di terreno trattato, per ottenere informazioni su volumi più ampi può essere utile misurare le pressioni interstiziali nell’intorno del punto di prova. In alcuni casi, quando le colonne di jet grouting vanno a formare camere chiuse, può essere utile verificare la continuità dei trattamenti e l’impermeabilità delle barriere mediante prove di emungimento. Queste prove consistono nel rimuovere da tali camere il loro iniziale contenuto di acqua e nel monitorare l’eventuale riempimento successivo o la risalita delle pressioni interstiziali a mezzo di piezometri. 6.5.2.
CONTROLLI DELLE CARATTERISTICHE DEGLI ELEMENTI CONSOLIDATI
Tali controlli hanno lo scopo di esaminare alcune caratteristiche (geometriche, fisiche, meccaniche, idrauliche) dei terreni trattati correlabili alle prestazioni richieste agli elementi consolidati. I diversi metodi consentono di fare luce soltanto su alcuni aspetti e ad oggi non esiste un metodo in grado di fornire, da solo, risposte sicure sull’affidabilità complessiva di un trattamento. Per questo motivo i diversi metodi devono essere considerati tra loro complementari. I
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RACCOMANDAZIONI AGI
controlli delle caratteristiche degli elementi consolidati si avvalgono di prove in sito o di prove di laboratorio. 6.5.2.1. Prove in sito 6.5.2.1.1
Osservazione diretta degli elementi consolidati
Lo scavo finalizzato alla visione diretta degli elementi consolidati costituisce il mezzo più sicuro per valutare l’estensione e la continuità di un trattamento, nonché la qualità del terreno trattato. I profili dettagliati delle colonne, o di insiemi di esse, ottenuti mediante scavi esplorativi, consentono di valutare l'influenza dei parametri di trattamento sulle dimensioni delle colonne. Lo scavo degli elementi consolidati ha inoltre il vantaggio di consentire l’esecuzione di altre prove in sito e il prelievo di campioni indisturbati da sottoporre a successive analisi di laboratorio. Tuttavia, tale metodo risulta praticabile come strumento di controllo di routine soltanto nei campi prova e per profondità limitate. Nel caso di gallerie o pozzi, invece, l’osservazione sistematica degli elementi consolidati può rivelare eventuali difetti e può consentire una calibrazione delle procedure di trattamento da attuare nelle successive fasi di costruzione dell’opera (metodo osservazionale). Per verificare la dimensione, la regolarità e la corretta conformazione degli elementi consolidati, si raccomanda di procedere ad un ideale sezionamento delle colonne in tratti di dimensioni pari all’incirca al diametro teorico, e quindi alla misurazione dei singoli diametri per ogni tratto. È bene che i valori rilevati vengano diagrammati in funzione della profondità, del diametro teorico di progetto e delle caratteristiche dei terreni. 6.5.2.1.2
Sondaggi a carotaggio continuo
L’esecuzione di sondaggi a carotaggio continuo costituisce una delle tecniche di indagine più utilizzate per ricavare informazioni sulla qualità del trattamento. Il riconoscimento del diametro della colonna è tuttavia incerto. In particolare, il grado di approssimazione è decrescente con la profondità a causa della possibile deviazione della perforazione e della colonna stessa. Stime più attendibili del diametro possono essere ottenute rilevando l’inclinazione del sondaggio e dell’asse di trattamento. I sondaggi a carotaggio continuo consentono la stima della qualità del trattamento attraverso diversi criteri empirici quali percentuale di recupero, RQD (Rock Quality Designation), (Croce et al. 1990, Mongiovì et al., 1991). Si ritiene normalmente accettabile un trattamento in cui la percentuale di recupero sia maggiore dell’ 80%. 6.5.2.1.3
Perforazioni strumentate
Nelle perforazioni strumentate (ASTM D5434-97) si registrano con continuità i principali parametri di perforazione (spinta della punta, velocità di rotazione, velocità di avanzamento, coppia di torsione perforante, pressione del fluido perforante). Questa tecnica è più rapida ed economica rispetto al carotaggio continuo ma è in grado di fornire soltanto informazioni qualitative. Inoltre, i risultati delle perforazioni devono essere necessariamente confrontati con quelli relativi al terreno non trattato (Croce et al., 2001; Eramo et al., 2011).
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6.5.2.1.4
RACCOMANDAZIONI AGI
Carotaggio sonico
Il carotaggio sonico (ASTM D5753-95e1) consente di misurare la velocità delle onde di taglio e/o di compressione lungo un asse di perforazione. Supponendo che il terreno consolidato sia un mezzo elastico di densità costante, le velocità di propagazione delle onde (vp, vs) sono correlabili alla rigidezza del terreno consolidato (E , G). Nell’interpretazione delle misure occorre tuttavia considerare l’influenza dell’acqua nel caso di terreni saturi. 6.5.2.1.5
Cross – hole
Le prove cross-hole (standard ASTM D6760-02) sono particolarmente efficaci per valutare le caratteristiche di colonne contigue attraverso la misura delle onde di compressione e/o di taglio. Come per il carotaggio sonico, supponendo che il terreno consolidato sia un mezzo elastico di densità costante, le velocità di propagazione delle onde sono correlabili alla rigidezza del terreno consolidato. Si raccomanda di verificare la reale posizione dei fori mediante misure inclinometriche al fine di evitare errori nell’elaborazione dei dati. 6.5.2.1.6
Tomografia sonica
Questa tecnica si basa sullo stesso principio della prova cross-hole con la sola differenza che l’onda sismica prodotta dalla sorgente viene rilevata in vari punti di ricezione. Le misure vengono quindi elaborate in modo da restituire una mappatura delle velocità di propagazione delle onde nel volume analizzato. Qualora l’indagine venga eseguita tra due fori si ricostruisce un’immagine bidimensionale (tomografia sismica 2D); se l’indagine viene eseguita invece utilizzando una maglia di fori si può ottenere un modello tridimensionale del volume di terreno investigato (tomografia 3D). Questo tipo di indagine applicata all’esecuzione del jet grouting dà quindi la possibilità di verificare l’omogeneità e l’estensione del trattamento. 6.5.2.1.7
Altre indagini in sito
Sono stati proposti ulteriori metodi di indagine per la verifica dell’esito del trattamento. Tra questi si citano: • la sismica parallela, talvolta usata per la misura della lunghezza dei pali di fondazione e per la valutazione della velocità di propagazione delle onde elastiche all’interno del materiale costituente i pali stessi (Sols reconnaissance et essais – Auscultation d’un élément de fondation. Partie 3 : Méthode sismique parallèle (MSP) - NF P 94-160-39) ; • il metodo del cilindro elettrico, che misura la differenza di potenziale tra gli elettrodi posizionati in un foro al centro della colonna in jet grouting, su un elemento tubolare e su un foro all’eterno della colonna. Confrontando i voltaggi così misurati con quelli relativi al terreno vergine alle medesime profondità, è possibile risalire al diametro della colonna, per confronto con dati di calibrazione. • le prove geoelettriche, basate sulla circolazione di correnti elettriche ed utilizzate per la valutazione della permeabilità. Generando una differenza di potenziale tra due poli opportunamente disposti, e misurando il campo così generato mediante sensori distribuiti in superficie su una maglia regolare, è possibile valutare l’omogeneità del trattamento e l’esistenza di difetti.
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RACCOMANDAZIONI AGI
• le prove termiche, utilizzabili per scavi sotto falda isolati da tamponi di fondo e/o diaframmi in jet grouting. Tali prove consentono di localizzare eventuali perdite, sfruttando una serie di sensori di temperatura disposti secondo una maglia regolare, in piani a diverse quote. 6.5.2.2. Prove di laboratorio Le indagini di laboratorio sono eseguite, utilizzando opportunamente i metodi impiegati per i terreni, le rocce e i calcestruzzi, per valutare le proprietà meccaniche del terreno consolidato. La maggior parte delle prove viene eseguita su provini cilindrici ottenuti da campioni estratti dai sondaggi a carotaggio continuo. In casi particolari, possono anche essere preparati campioni cubici tagliando i blocchetti del terreno consolidato scavati dalle trincee o dai pozzi. È possibile effettuare prove di permeabilità anche in laboratorio, ma va evidenziata la scarsa significatività dei risultati, poco rappresentativi del comportamento generale del terreno consolidato, governato principalmente dalle sue discontinuità. 6.5.2.2.1
Prove di compressione semplice
Le procedure per l’esecuzione di questa prova sono di fatto analoghe a quelle adottate per il calcestruzzo. Le prove di compressione semplice, possibilmente con lettura delle deformazioni assiali, si realizzano nel rispetto della norma ASTM 2166 per una resistenza a rottura attesa minore di 10-15 MPa; per resistenze a rottura superiori al suddetto limite dovrà invece essere applicata la norma UNI EN 12390. 6.5.2.2.2
Prove di compressione triassiale e di taglio diretto
Le prove di compressione triassiale (UNI CEN ISO/TS 17892-9) e di taglio diretto (UNI CEN ISO/TS 17892-10) sono raramente utilizzate come indagini di controllo. Queste prove sono tuttavia necessarie quando le verifiche di calcolo fanno riferimento al criterio di resistenza di MohrCoulomb.
6.6.
CONTROLLI SUI MANUFATTI CIRCOSTANTI
Questi controlli sono indispensabili quando gli interventi di jet grouting avvengono in prossimità di manufatti sensibili alle variazioni dello stato tensionale e deformativo. L’obiettivo principale consiste nel valutare, con rapidità tale da consentire di prendere tempestivamente gli opportuni provvedimenti, gli effetti delle lavorazioni sui manufatti. Uno degli effetti indesiderati più frequenti consiste nel sollevamento del piano campagna, che si può determinare in trattamenti superficiali e massivi. A tal fine occorre in primo luogo predisporre un sistema di controllo topografico dell’area circostante. E’ inoltre opportuno effettuare misure piezometriche e/o inclinometriche. I dati rilevati in corso d’opera devono essere confrontati con le soglie di accettabilità definite in progetto.
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RACCOMANDAZIONI AGI
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JET GROUTING
RACCOMANDAZIONI AGI
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RACCOMANDAZIONI AGI
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JET GROUTING
RACCOMANDAZIONI AGI
ELENCO DEI SIMBOLI D = diametro della colonna di terreno consolidato M = numero degli ugelli d = diametro degli ugelli 's = passo di sollevamento delle aste 't = intervallo di tempo per passo di sollevamento delle aste Z = velocità di rotazione delle aste A/C = rapporto ponderale acqua/cemento della miscela Pm = pressione della miscela Pw = pressione dell’acqua Pa = pressione dell’aria Qm = portata della miscela Qw = portata dell’acqua Qa = portata dell’aria vr = velocità media di risalita delle aste n = numero di giri per passo di sollevamento Vm = volume di miscela iniettato per metro di trattamento Um= densità della miscela Wc = massa di cemento iniettata per metro di trattamento Es,p = energia specifica alla pompa Es,u = energia specifica agli ugelli vu= velocità di fuoriuscita del fluido all’ugello. Vc= resistenza a compressione semplice del materiale consolidato E = modulo di Young del materiale consolidato CV(D) = coefficiente di variazione del diametro D CV(Vc) = coefficiente di variazione della resistenza Vc CV(E) = coefficiente di variazione del modulo E D = angolo di deviazione dell’asse della colonna di terreno consolidato dalla posizione ideale E = azimuth dell’asse della colonna di terreno consolidato Dd = diametro di progetto delle colonne di terreno consolidato JD = coefficiente di sicurezza parziale (per il diametro della colonna di terreno consolidato) Vd = valore di progetto della resistenza a compressione semplice del materiale consolidato JV = coefficiente di sicurezza parziale (per la resistenza a compressione semplice del materiale consolidato) Ed = valore di progetto del modulo di Young del materiale consolidato
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