Compattazione profonda

Qualora si passi dalla compattazione superficiale alla compattazione profonda i terreni coinvolti possono essere saturi ed essere interessati da iniezioni d’acqua o da parziale sostituzione del terreno originario.

L’addensamento del terreno in profondità si ottiene con le seguenti tecniche:

Precompressione. Un’area viene precaricata per mezzo di un sovraccarico o dell’abbassamento del livello della falda, e ciò provoca il consolidamento del terreno. In seguito al ripristino degli originali livelli di sforzo, le strutture che poi verranno costruite su quest’ area manifesteranno cedimenti inferiori di quelle fabbricate su un suolo non trattato.

Questa tecnica è di solito riservata ai terreni coesivi; la loro consolidazione è un processo a lungo termine, a meno che i percorsi di drenaggio più lunghi non vengano ridotti attraverso l’installazione di colonne di sabbia, stoppini di carta o dreni geocompositi. Dal momento che il successo della precompressione dipende essenzialmente dai parametri idraulici del terreno, questo intervento è considerato un metodo di modifica idraulica.

Esplosione. Vengono fatti detonare degli esplosivi, o in superficie o più frequentemente in una serie di fori, e ciò provoca il crollo della struttura di un terreno sciolto e un conseguente assetto più compatto delle particelle.

La densità finale non può essere raggiunta immediatamente poiché la dissipazione delle sovrapressioni interstiziali impiega un po’ di tempo ad avvenire.

Heavy tamping (martellamento dinamico). Una massa pesante è fatta cadere da diversi metri di altezza sulla superficie del deposito, provocando la compattazione e talvolta la consolidazione a lungo termine del terreno, perciò questa tecnica prende anche il nome di “consolidazione dinamica”.

Vibrazione. L’addensamento è ottenuto attraverso la vibrazione di una sonda o di un palo, eventualmente facilitata da getti d’acqua o d’aria in pressione, e l’aggiunta di materiale granulare con talvolta agenti cementanti.

Compaction grouting (iniezioni compattanti). Una malta di zero slump è iniettata ad alta pressione nel suolo e ciò causa lo spostamento e l’addensamento del terreno circostante.

La vibrazione è adatta a terreni incoerenti liberi di drenare, mentre il carico dinamico trasmesso con l’esplosione o con l’heavy tamping è più appropriato per sabbie limose, meno permeabili, ma può trovare applicazione anche in limi e sabbie argillose.

La precompressione è una delle poche tecniche fattibili in terreni argillosi però nei terreni permeabili è meno economica degli altri metodi.

 

Esplosione

Gli esplosivi sono adottati per modificare terreni granulari, sciolti e saturi, rocce sciolte e terreni speciali come il loess, il quale è caratterizzato da una porosità relativamente alta e da un distinto scheletro solido. Essi sono inseriti all’interno di un foro di sondaggio ottenuto mediante perforazione (sostenuto da bentonite o da casing).

Sigillato il foro, la detonazione delle cariche è provocata a intervalli regolari secondo una sequenza prestabilita.

La detonazione produce onde P che dal fondo si propagano radialmente con vP ≈1,5 km/s provocando un aumento di pressione Δu. Quando le onde P raggiungono il piano campagna si rifrangono e si creano onde Rayleigh (di taglio), che si propagano di nuovo nel terreno con frequenza <10 Hz. Queste onde sollecitano a taglio il terreno e, grazie alla diminuita tensione effettiva, facilitano l’addensamento del terreno.

Gli sforzi di taglio, infatti, provocano la rottura della struttura del terreno, e di conseguenza il riorientamento delle particelle e compressione volumetrica.

Fig. 1.2.2.1: Sezione di un tubo con esplosivo

Fig. 1.2.2.2: Esempio di un’applicazione di esplosivo

Nei terreni saturi si ha quindi un incremento delle pressioni interstiziali e, di conseguenza, si verifica la liquefazione; queste sovrapressioni interstiziali semidinamiche sono indispensabili per un efficace addensamento.

Nell’usare esplosivi bisogna fare attenzione che non vengano colpite le strutture prossime alla zona di brillamento e che non si producano slittamenti su larga scala o rotture per taglio.

La pressione interstiziale in eccesso (rispetto alla pressione idrostatica) è in relazione con il rapporto

dove:

Nh = numero di Hopkinson

W = peso di esplosivo [kg equivalenti di TNT]

R = distanza radiale dal punto di esplosione [m]

 

Si ha quindi che:

Se Nh è inferiore a 0.09 ÷ 0.15 o non si verifica liquefazione o comunque tale processo è di poca rilevanza. Questa relazione può essere usata per stimare la distanza dall’esplosione “sicura”. Secondo quanto affermato da Barendsen e Kok (1983) il rapporto tra la sovrapressione interstiziale Δu e la pressione effettiva s’, e il rapporto tra il cedimento superficiale Δh e l’altezza dello strato interessato dall’esplosione h, sono entrambi in relazione con Nh.

Esperienze condotte su sabbie nei Paesi Bassi hanno suggerito, in seguito ad un’analisi statistica dei risultati delle prove, le seguenti relazioni:

 

in cui Nh è calcolato con W in kg e R in m.

Secondo quanto affermato da Barendsen e Kok, per avere un addensamento ottimale è necessario sia soddisfatta la disequazione

Se il rapporto Δu/s’ è inferiore a tale valore, si verifica una liquefazione parziale e si ha di conseguenza un’efficienza di compattazione inferiore.

Il numero di Hopkinson permette di definire anche il cedimento del terreno per effetto dell’addensamento. Si ha una relazione empirica:

dove:

H = spessore del terreno da addensare;

f’ = funzione dipendente dal sito.

Ad esempio nel caso del porto di Amsterdam si è ottenuta la relazione:

Fattori che devono essere stabiliti sono:

Ø    valore della carica: Ivanov (1983) suggerisce un valore ottimo di 10 kg TNT, ma di questo non ci sono evidenze sperimentali o analitiche. Indicativamente si adottano tra 15 e 150 g di carica per m3 di terreno;

Ø    distribuzione delle cariche: possono essere concentrate in uno o due punti o distribuite lungo un tratto di foro. In ogni caso è bene siano poste a sufficiente profondità in modo da non avere la creazione di crateri in superficie;

Ø    sequenza delle detonazioni. Per i polacchi si inizia da una estremità di una fila e in successione si fanno esplodere le cariche di tutta la fila.

Fig. 1.2.2.3: Esempio di sequenza delle detonazioni

L’intervallo non deve essere troppo breve in modo da permettere all’onda P di arrivare in superficie e rifrangersi.

Ø    vibrazioni indotte: Van-Impe suggerisce un diagramma di possibile danno basato su una relazione tra l’accelerazione e la frequenza.

L’effetto di compattazione dipende dalla densità iniziale: per sabbie sciolte (DR<50%) si ottengono incrementi di densità del 15-30%. Per sabbie medio dense (DR≈60%) è difficile avere miglioramenti ed è meglio usare altre tecniche.