SOIL MIXING CONFRONTI APPLICATIVI TRA MISCELAZIONE IN LABORATORIO E IN SITO

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1 SOIL MIXING CONFRONTI APPLICATIVI TRA MISCELAZIONE IN LABORATORIO E IN SITO M. Grisolia, I. P. Marzano Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale, Sapienza Università di Roma massimo.grisolia@uniroma1.it; paolo.marzano@uniroma1.it R. Papa, M. Ramondini Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale, Università degli Studi di Napoli Federico II rafpapa@unina.it; ramondin@unina.it Sommario Il miglioramento delle caratteristiche meccaniche dei terreni di fondazione rappresenta una delle tecniche più utili ed efficaci negli interventi di recupero di strutture esistenti. Oltre ai metodi tradizionalmente impiegati a tale scopo (micropali e jet grouting), recentemente anche in Italia sta avendo una grande diffusione l impiego di tecnologie di miscelazione profonda tipo Deep Mixing (DM). Queste presentano notevoli vantaggi rispetto ai metodi tradizionali legati soprattutto all elevata produttività e ai costi ridotti. Nonostante la sua crescente diffusione per il Deep Mixing non sono ancora stati definiti degli standard per le procedure di QC/QA (controllo e assicurazione di qualità). In particolare le molte variabili in gioco fanno si che i risultati ottenuti in laboratorio non sono sempre direttamente correlabili con i risultati ottenuti in sito. Con questa nota si vuole evidenziare una collaborazione intrapresa tra la Sapienza Università di Roma e l Università di Napoli Federico II al fine di elaborare metodologie riproducibili per correlare i risultati di laboratorio con quelli in sito ed ottenere, per i diversi terreni, una relazione diretta che consenta di utilizzare in modo corretto i risultati di laboratorio per le applicazioni in sito. Introduzione Il Deep Mixing è un metodo di consolidamento efficace ed economicamente vantaggioso che consiste nel trattamento del terreno mediante miscelazione meccanica in situ con cemento, calce o altri leganti. Tale metodo prevede generalmente l inserimento nel terreno di un utensile rotante su cui sono calettate delle eliche e/o pale miscelatrici che assicurano la disgregazione del terreno ed il rimescolamento dello stesso con il legante inserito mediante appositi ugelli. Si viene a formare così una colonna di materiale che presenta caratteristiche di resistenza, deformabilità e permeabilità migliori del terreno circostante non trattato. Negli ultimi anni si va sempre più affermando l impiego di tale metodologia per la realizzazione di diverse configurazioni di consolidamento dei terreni, considerando i numerosi vantaggi offerti se paragonata con le altre disponibili quali elevata produttività e limitata produzione di materiale di risulta, che ne favoriscono l impiego soprattutto per applicazioni ambientali. Una intensa attività di laboratorio a supporto delle procedure di QC/QA (controllo e assicurazione di qualità) accompagna le diverse fasi di progettazione, esecuzione e monitoraggio di un intervento Deep Mixing e riguarda per esempio i test di miscelazione per il confezionamento di provini di miscela terreno-legante o il prelievo di campioni di miscela fresca o indurita in situ su cui eseguire le opportune prove di laboratorio. Pur dimostrandosi di assoluta importanza ai fini del buon esito di un intervento di Deep Mixing, le relative procedure di laboratorio impiegate nei processi di QC/QA non risultano essere ancora standardizzate a livello nazionale ed internazionale, con evidenti impatti e ricadute sulla corretta

2 applicazione di tale tecnica. Presso la Sapienza Università di Roma da diversi anni è in corso lo studio sull effetto delle procedure di laboratorio sulle caratteristiche fisiche e meccaniche di provini di terreno miscelati con cemento parte di una ricerca internazionale per la standardizzazione delle procedure di QC/QA. Presso l Università di Napoli Federico II è stato invece attivato da cinque anni un filone di ricerca avente per oggetto lo studio del comportamento dei terreni miscelati con cemento in sito, ovvero estratti da trattamenti in scala reale con differenti perforatrici in diversi terreni. Pertanto è sembrato utile far convergere le due attività in un percorso comune che correlando nel miglior modo possibile i risultati ottenuti da sperimentazione in sito e laboratorio potesse portare ad individuare i fattori che influenzano i risultati ed elaborare delle procedure per indirizzare le scelte progettuali e per avere indicazioni già a partire dalle fasi esecutive della bontà della miscelazione e quindi della qualità dell intervento. Sperimentazione in corso Per la sperimentazione sono stati impiegati numerose tipologie di terreni (da alluvionali a piroclastici, da coesivi a granulari) provenienti da diversi campi sperimentali eseguiti in Italia. In particolare si stanno studiando terreni a grana grossa provenienti da alcuni comuni presenti in provincia di Napoli e terreni a grana fine provenienti da comuni in provincia di Roma, Livorno e Benevento. A tal fine la sperimentazione prevede: - prelievo dei campioni di terreno prima dell esecuzione del trattamento in sito. Su tali campioni viene eseguita una completa caratterizzazione fisica e laddove possibile prelevare campioni indisturbati anche meccanica (prove triassiali, prove di taglio, prove edometriche e prove di permeabilità); - prelievo del materiale per la miscelazione in laboratorio quindi la preparazione di provini da sottoporre a prove specifiche per la determinazione dei parametri meccanici e fisici del terreno trattato da confrontare laddove possibile con quelli del terreno vergine per stabilire l efficacia dell intervento (fig. 1). Le prove vengono eseguite a diversi giorni di stagionatura per seguire come le proprietà del terreno trattato variano nel tempo; - miscelazione meccanica del materiale in sito con opportuna perforatrice (fig. 2). Della perforatrice si conosce la velocità di rotazione, la velocità di avanzamento e risalita, la pressione di iniezione, il volume di iniezione della boiacca, il rapporto A/C della boiacca, le caratteristiche dell utensile. Tali parametri risultano di fondamentale importanza per l elaborazione di relazioni tra i risultati ottenuti in laboratorio e quelli in sito; - prelievo, laddove possibile, del materiale di risulta derivante dalla miscelazione per il confezionamento dei provini fatti sul refluo e successiva fase di prova post maturazione a diversi giorni di stagionatura; - prelievo di provini di terreno trattato subito dopo la miscelazione (sul fresco) e successiva fase di prova post maturazione a diversi giorni di stagionatura. In particolare i campioni attualmente disponibili si riferiscono a prelievi di materiale effettuati solo nella parte superficiale della colonna di terreno trattato; per superare tale limitazione è stato progettato ed in fase di realizzazione un particolare campionatore che consente il prelievo del materiale fresco anche in profondità. In tal modo sarà possibile verificare anche l omogeneità del trattamento; - prelievo dei campioni in sito, in diversi punti della colonna ed a diverse profondità e con diversi giorni di stagionatura, per eseguire prove meccaniche come sui campioni preparati in laboratorio; - estrazione della colonna trattata in sito, quando possibile, per verificare l omogeneità del trattamento (fig. 3).

3 Figura 1. Provini preparati in laboratorio Figura 2. Attrezzatura utilizzata per il trattamento in sito

4 a) b) c) Figura 3. Colonne di terreno consolidato Commenti e conclusioni Gli obiettivi proposti dalla collaborazione avviata sono molto ambiziosi in quanto affrontano delle problematiche che, anche prese singolarmente, risultano di difficile risoluzione. Ciò nonostante, vista la grande esperienza che ogni singolo gruppo ha maturato sul tema oggetto di studio, sia in sito sia in laboratorio, alcuni problemi sono stati già risolti dal semplice confronto di idee ed esperienze fatte in passato. Ne consegue che mettendo insieme le forze si potranno raggiungere i vari obiettivi ed ottenere utili indicazioni sia per il corretto dimensionamento che per la corretta applicazione di importanti procedure QC/QA al fine di ottenere un affidabile ed omogeneo intervento di consolidamento in fondazione con la tecnica Deep Mixing. Bibliografia Bellato, D., Gerressen, F.W., Grisolia, M., Leder, E., Marzano, I.P., Simonini, P., Vohs T. (2012a): Procedure di QC/QA per trattamenti di tipo soil mixing - Considerazioni energetiche. IARG 2012, Padova, 2-4 Luglio Bellato, D., Simonini, P., Marzano, I.P., Leder, E., Grisolia, M., Vohs T., Gerressen, F.W. (2012b): Mechanical and physical properties of a CSM cut-off/retaining wall International Conference on Ground Improvement and Ground Control (ICGI 2012), University of Wollongong, Australia 30 Ott. - 2 Nov Bruce, D.A., Bruce, M.E.C., DiMillio, A.F.. (2000): "Deep Mixing: QA/QC and Verification Methods." Grouting Sol Improvement, Geosystems Including Reinforcement. Proceedings of the 4th International Conference on Ground Improvement Geosystems. Finnish Geotechnical Society, Helsinki, Finland, Giugno 7-9, pp Bruce, D.A., Cali., P.R. (2005): "State of Practice Report: Session 3 - Design of Deep Mixing Implications," International Conference on Deep Mixing, Swedish Geotechnical Institute, Stockholm Sweden, Maggio, 12 pp. Bruce, D., (2012): The Deep Mixing Methods - background and history of usage in U.S.. Deep soil mixing

5 specialty short course, forth International conference on Grouting and Deep Mixing, Marriott New Orleans, LA February 16-18, GRISOLIA M., LEDER E., MARZANO I.P., (2013). Standardization of the molding procedures for stabilized soil specimens as used for QC/QA in Deep Mixing application. Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris Grisolia, M., Marzano, I.P., De Lentinis, D., Leder, E. (2010): Performance of CSM stabilised soils in geotechnically complex formations. Proc. Geotechnical challenges in megacities Giugno Kitazume, M., (2012): An Application of Wet Grab Sampling to Quality Assurance of DEEP-Mixed Soil forth International conference on Grouting and Deep Mixing, Marriott New Orleans, LA February 16-18, Kitazume, M. & Nishimura, S., Terashi, M., Ohishi, K., (2009a): International Collaborative Study Task 1: Investigation into Practice of Laboratory Mix Tests as Means of QC/QA for Deep Mixing Method International Symposium on Deep Mixing & Admixture Stabilization, Okinawa, Japan, May CD- ROM, IC-2. Kitazume, M., Ohishi, K., Nishimura, S., Terashi, M., (2009b): International Collaborative Study Task 2 Report: Interpretation of comparative test program International Symposium on Deep Mixing & Admixture Stabilization, Okinawa, Japan, May CD-ROM, IC-3. Papa R. & Ramondini M. (2011). Il consolidamento dei terreni mediante Fast Deep Mixing. Proceedings of the XXIV Convegno Nazionale di Geotecnica, Napoli: ISBN: Edizioni AGI. Papa R., & Ramondini M. (2012). Soil deep mixing by small equipment. Proceedings of the 4th International Conference on Grouting and Deep Mixing. New-Orleans. Ed. L.F. Johnsen; D.A. Bruce; M.J. Byle. Geotechnical Special Publications. ISBN/ISNN: Terashi, M., and Kitazume, M. (2011): QA/QC for deep-mixed ground: current practice and future research needs. Proceedings of the Institution of Civil Engineers Ground Improvement 164(3): Vitale E., Papa R., Ramondini M. (2013). Caratteristiche geotecniche e comportamento meccanico di terreni a grana fina stabilizzati mediante Deep Mixing. Incontro annuale ricercatori geotecnica (2013). Perugia, settembre 2013.