Drenaggi e allontanamento dell acqua nel terreno

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1 Drenaggio e allontanamento dell acqua - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 1/6 Drenaggi e allontanamento dell acqua nel terreno Questioni principali ed obiettivi Questioni generali L acqua costituisce uno degli aspetti più pervasivi che occorre considerare nella progettazione e nella costruzione di edifici. Abbastanza frequentemente la presenza di acqua nel terreno richiede una pianificazione attenta dei procedimenti di cantiere. Il problema più ricorrente è quello di allontanare, temporaneamente o definitivamente, l acqua dalle aree interessate dalla costruzione. In particolare i sistemi di trattamento dell acqua presi in considerazione in questa unità sono temporanei, impiegati al fine di consentire le operazioni di costruzione sotto il piano campagna. Quando il sistema di allontanamento dell acqua cessa di essere utilizzato l acqua torna ad occupare il terreno e le opere che vi sono esposte devono risultare essere progettate e realizzate convenientemente. Sono a disposizione differenti tecniche allo scopo di prosciugare, ridurre il livello della falda esse vanno poste in relazione alle condizioni che occorre assicurare per lo svolgimento di opere sotto la quota del piano campagna e in particolare: a) l esigenza di drenare preventivamente il terreno; b) il controllo o la riduzione dell acqua presente nel terreno; c) l esigenza di rimuovere o deflettere la superficie della falda; d) l esigenza di migliorare le caratteristiche meccaniche del terreno al livello di fondazione. Argomenti correlati I processi strettamente correlati con il prosciugamento delle aree di cantiere sono la preparazione del cantiere, le attività di movimentazione del terreno e le attività di fondazione. Introduzione Le principali condizioni che influenzano la scelta della tecnica di prosciugamento più idonea riguardano: - le caratteristiche geologiche del terreno (stratigrafia, granulometria di ogni strato ecc.) - le caratteristiche della falda (livello, portata, pressione) - disponibilità di spazio attorno al cantiere per l impianto di asportazione dell acqua; - In relazione alle condizioni si rendono operabili tecnicamente ed economicamente differenti dispositivi ognuno dei quali presenta vantaggi e svantaggi relativi. I principali sono: - i drenaggi orizzontali; con abbassamenti della falda pari a circa 20 cm, si ricorrere a trincee drenanti; - well point - well point eductor: vengono utilizzati con prevalenze superiori a 6 m e si basano sul principio di produrre l aspirazione dell acqua mediante una depressione all interno di un circuito

2 Drenaggio e allontanamento dell acqua - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 2/6 idraulico, mentre i well point mettono la superficie di falda in depressione rispetto all atmosfera; - pozzi di accumulo utilizzati in terreni grossolani e con elevata conducibilità di falda per i quali i l'impiego di well-point è tecnicamente insufficiente. Per terreni ad elevata granulometria e conducibilità idraulica si verificano i limiti tecnici dei wellpoint rispetto alla costi di perforazione e installazione e alle portate ottenibili in relazione alla conducibilità idraulica. Prodotti In termini stretti non possiamo considerare che da questa attività risultino prodotti specifici se non in termini di risultati temporanei relativi alle condizioni del terreno. Equipaggiamenti Si possono distinguere due tipi di impianti di aspirazione in relazione alla prevalenza della pompa di aspirazione. Si hanno tipologie di impianti: - fino ad una prevalenza 6 m; - per prevalenze superiori ai 6 m. Alcuni dei componenti usati frequentemente sono: Pompe centrifughe. Elettriche o a gasolio/benzina hanno una produzione che può andare da 50 a 5000 litri al minuto. Pompe a immersione Perforatori a rotazione, a rotopercussione Trasportatori dotati di bracci idraulici Condotte di aspirazione Filtri di aspirazione (puntali dei well point) Drenaggio orizzontale Per drenaggi con abbassamenti della falda pari a circa 20 cm, si ricorrere a trincee drenanti. Il terreno viene tagliato di preferenza trasversalmente alla direzione di deflusso della falda, con l obiettivo di incanalare l acqua di falda, convogliandola verso punti di sollevamento e/o allontanamento. Dispositivi correnti prevedono l impiego di tubi drenanti eventualmente avvolti in fogli filtranti ricoperti con inerti. Parametri di esecuzione in funzione della portata di evacuazione progettata sono: il diametro della tubazione, la pendenza, la sezione della trincea. Per una stima della capacità drenante possono essere usati dei grafici che mettono in relazione la portata, le perdite di carico ed il diametro del materiale drenante di una trincea. Nel caso invece di una trincea completa di una tubazione drenante, la portata della trincea può essere ottenuta da un nomogramma che mette in relazione la portata a piena sezione, la velocità di flusso, il diametro e la pendenza di un tubo liscio in plastica. Se vi è l esigenza di aumentare la velocità di deflusso è possibile aggiungere ai dispositivi predetti una pompa centrifuga autoadescante con un incremento della portata ed una diminuzione dei tempi di drenaggio. Pozzi di accumulo (Bucket) In terreni grossolani si procede allo scavo di pozzi freatici rivestiti con tubi in cemento di diametro di 1,0 m innestati con connessioni maschi/femmina. Le profondità raggiunte sono dell ordine di 6,0 m 7,0 m e dipendono dal metodo di scavo impiegato che può essere eseguito:

3 Drenaggio e allontanamento dell acqua - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 3/6 - con una benna mordente applicata al braccio di un escavatore. La benna mordente penetra nel tubo, apre le proprie valve, scava il materiale rimuovendolo dal fronte del tubo che affonda sotto il proprio peso per l'asportazione della sabbia e della ghiaia nella quale è immerso - mediante la perforazione a rotazione; - per terreni non a granulometria elevata mediante pozzi di diametro ridotto, dell ordine di 100mm, posati analogamente ai well-point con l utilizzo di un getto d'acqua in pressione che provoca l affondamento di un tubo drenante di 100 mm. All interno dei tubi vengono collocate pompe ad immersione o dei tubi di aspirazione collegati ad una pompa autoadescante. Pozzi In questo caso è richiesta e la realizzazione di pozzi in cui posare elettropompe a immersione. La progettazione viene sviluppata in relazione alla geologia del sottosuolo, alle quantità e caratteristiche chimico fisiche dell acqua da asportare e deve fra l altro esplicitare: - il metodo di perforazione; - il tipo e la lunghezza del filtro da impiegare ( a ponte, a spirale continua, fresati sul corpo del PVC o PE, eseguiti in opera) e la sua profondità di collocazione; - la granulometria dei drenaggi eventualmente gettato. Dalle seguenti fasi: - perforazione con i seguenti metodi a percussione a rotazione (a circolazione diretta o inversa). - posa delle tubazioni e dei filtri; - getto del drenaggio eventuale; - cementazione e isolamento. Well point Schematicamente l'impianto well-point è costituito da una serie di condotti di aspirazione (diam. 1 pollice e ¼ o, 1 pollice e ½) dotato all estremità di un filtro attraverso il quale avviene l aspirazione. I condotti di aspirazione sono riuniti in un collettore a sua volta collegato ad una pompa che mette in depressione i condotti di aspirazione. Il flusso di falda verso i punti di aspirazione risulta così deviato; ogni well point modifica la superficie d acqua generando un conoide in asse sul punto di aspirazione e con il vertice rivolto verso il basso. Questioni inerenti la progettazione dell intervento Il drenaggio e la modifica dei livelli di falda risulta dalla sovrapposizione degli effetti prodotti dai singoli punti di drenaggio. In fase di progettazione viene definita la portata del prelievo e quindi vengono dimensionate le pompe ed il numero e tipo di wellpoint necessari ad assicurare la portata richiesta. Le pompe dovranno assicurare e la portata e la prevalenza necessaria a portare l acqua in superficie. Il numero di wellpoint viene stabilito: - mediante un normogramma che in base alla portata ed alle caratteristiche del terreno restituisce numero e interasse dei wellpoint; - mediante diagrammi che in funzione delle caratteristiche del terreno forniscono la portata di ogni singolo well point. Una disposizione ricorrente è quella che vede i well point circondare il perimetro dell area soggetta a sbancamento. Come ordine di grandezza si può assumere 1 m per la distanza fra i

4 Drenaggio e allontanamento dell acqua - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 4/6 well point mentre l ordine di grandezza per la profondità è di almeno 1,5 m sotto il fondo scavo previsto. In presenza di sbadacchiature che non assolvono ad alcuna funzione di tenuta dell acqua, i well point sono disposti all esterno del perimetro di scavo. Per paratie e diaframmi i well point sono disposti sia all interno che all esterno ma con più facilità all interno. Fondamenti di pianificazione del procedimento La procedura di installazione dei wellpoint si effettua mediante l iniezione di acqua in pressione a 4-5 bar nel tubo di aspirazione. Il puntale del tubo che funge da filtro di aspirazione è dotato di una valvola che in pressione si apre e proietta un getto d acqua che rimuove il terreno favorendo l autoaffondamento dei wellpoint fino alla profondità richiesta per il filtro di aspirazione. Posto il well point in depressione la valvola chiude l accesso dell acqua dalla parte terminale del filtro permettendo l ingresso dalle sole pareti del filtro. In presenza di terreni a granulometria fine, la posa dei wellpoint avviene mediante trivellazione, asportazione dei depositi fini mediante un lavaggio tenue, posa del wellpoint e successivo riempimento con sabbia grossa che viene ad interporsi fra il well point ed il terreno al fine di aumentare la capacità filtrante del punto di aspirazione e per collegare verticalmente strati a diversa conducibilità idraulica, separati da livelli argillosi. La trivella utilizzata può essere applicata al braccio di un escavatore idraulico e ha un diametro dell ordine di mm. L'installazione del wellpoint può essere eseguita anche con una macchina da perforazione. La prevalenza massima ordinaria, distanza verticale fra pompa e il punto di aspirazione, è di fino a circa di 6 m in ragione della prevalenza caratteristica della pompa. Per profondità superiori si procede mediante l esecuzione di gradoni. A quote differenti si realizzano più anelli perimetrali di well point. In questo caso occorre considerare la richiesta di disponibilità di spazio attorno all area di lavoro per potere eseguire le scarpate opportune. Impianto Wellpoint con prevalenza superiore ai 6m In particolari condizioni operative, ad esempio quando per ragioni di spazio, non è possibile realizzare un impianto ad anelli concentrici e a stadi progressivi, può essere richiesta una prevalenza di aspirazione superiore ai 6 m. In questi casi si ricorre generalmente ad un impianto wellpoint eductor Il wellpoint eductor applica il principio della circolazione forzata di acqua in pressione. In uscita dalla pompa centrifuga di superficie, l acqua (fluido motore) viene convogliata attraverso alcune condotte all ugello di ciascun eiettore collocato sopra il filtro wellpoint. la pressione atmosferica per il sollevamento dell acqua in superficie. Quindi, teoricamente, esso può garantire il pompaggio a qualsiasi profondità Attraverso l eiettore, l'acqua aumenta la propria velocità, generando una depressione al filtro wellpoint. L acqua motrice e quella pompata dal terreno risalgono in superficie. Mediante una condotta di scarico raggiungono la vasca di alimentazione generando un circuito chiuso. L acqua pompata dal terreno viene quindi scaricata per rigurgito dal troppo-pieno di detta vasca.

5 Drenaggio e allontanamento dell acqua - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 5/6 Rischi La principale restrizione concerne lo scarico dell acqua rimossa dall area di scavo in relazione all attenzione che va posta per non danneggiare le aree adiacenti mediante l alterazione dei flussi di acqua. La riduzione della falda e quindi dell acqua utilizzabile nelle aree adiacenti per usi agricoli ad esempio o industriali, può provocare contenziosi legali. Per contro lo scarico dell acqua può causare problemi al drenaggio nelle zone circostanti. Critica è inoltre l influenza che può comportare l alterazione delle proprietà meccaniche dei terreni circostanti sui quali e di conseguenza alle fondazioni degli edifici. Rispetto ai well point due sono i rischi principali legati alle conseguenze: - i cedimenti del terreno per effetto del pompaggio; questione complessa legata alle modificazioni degli equilibri fra le spinte connesse al peso idrostatico, da valutare in sede di progettazione dell intervento; - asportazione della frazione fine dal suolo per effetto del pompaggio; si è osservato che sia nel caso della corretta esecuzione di un filtro per sabbia o di un filtro per ghiaia, l'asportazione della frazione fine è ridotta e comunque limitata essenzialmente ai primi minuti di aspirazione. La velocità di afflusso dell acqua verso il filtro wellpoint decresce progressivamente allontanandosi dai punti di aspirazione. La diminuzione della velocità comporta una riduzione della capacità di trasporto solido dell'acqua che non intacca le frazioni fini distanziate dal punto di aspirazione. Esempio di gestione delle interfacce: Si consideri l'applicazione di un impianto wellpoint posato per ottenere il drenaggio di scavi eseguiti per realizzare un parcheggio sotterraneo multipiano di servizio ad un centro commerciale. Lo scavo viene eseguito mediante la disposizione di paratie di diaframmi a causa della profondità di scavo e della vicinanza di edifici. Il progetto prevede: - diaframmi che raggiungono la profondità di 18,0 m; - falda presente a 8,0 m; - fondo scavo a 12,0 m; - l abbassamento della superficie di falda è di 4,0 m, in terreni a granulometria variabile tra sabbie, sabbie e ghiaie. L'intervento viene eseguito con l'installazione di un primo anello d'impianto wellpoint all'interno della paratia, consentendo l'abbassamento di 2,0 m del livello di falda. Un secondo anello di well point è stato installato per ottenere l abbassamento di ulteriori 2,0 m posizionato ad una maggiore profondità. Si è posto il problema di gestire l interferenza dell impianto di well point e le operazioni di getto della platea di fondazione sul fondo scavo. Si prospettano due alternative: - incamiciare i singoli wellpoint all'interno di tubi in ferro o in Pvc per consentire e la protezione dei well point che lo sfilamento a getto avvenuto; - impiantare una trama di tubazioni drenanti orizzontali in PVC, di diametro da 125 mm, protette da una garza in nylon contro l intasamento. Tali tubazioni sono da collocarsi a circa un metro di profondità sotto la quota di fondo scavo e da collegare all impianto di aspirazione dei well point.

6 Drenaggio e allontanamento dell acqua - Corso Int. di Progettaz. Tecn. e Impianti Prof. - M. Masera- 6/6 Esercizio: graficizzare il processo e di allestimento delle attrezzature. Discutere vantaggi e svantaggi delle due alternative di drenaggio del fondo scavo (suggerimento: la seconda soluzione riduce i punti di attraversamento della platea a 4/5 punti, è un opera aggiuntiva che introduce costi ulteriori rispetto all utilizzo dell impianto già installato)