Experimental study on the hydro-mechanical behavior of soils improved using the CSM technology

I metodi di miscelazione profonda (DMMs) possono essere intesi come tecnologie in costante evoluzione atte al miglioramento delle proprietà dei terreni naturali al fine di soddisfare predefiniti requisiti di progetto. La loro applicazione è molto comune nel campo dell’ingegneria geotecnica e, in un sempre maggior numero di ambiti d intervento, tali metodi possono rivelarsi una valida alternativa alle tecniche di costruzione più tradizionali. Nonostante i DMMs siano solitamente usati per incrementare la resistenza di terreni soffici quali torbe, argille e limi, essi possono anche essere impiegati molto efficientemente in configurazioni di sottosuolo diverse e per svariati scopi, come, ad esempio, per la mitigazione del rischio di liquefazione di sabbie sciolte o per la costruzione di muri di ritenuta e/o barriere idrauliche. Sebbene la miscelazione dei terreni sia entrata a far parte di diritto della prassi ingegneristica internazionale e malgrado numerosi ricercatori abbiano tentato in passato di sviluppare equazioni in grado di tener conto dei fattori più significativi aventi risvolti diretti sulle prestazioni delle costruzioni in terreno migliorato (tipo di legante utilizzato, natura del terreno stabilizzato, condizioni di miscelazione e maturazione), attualmente non esistono formule applicative di ampio utilizzo e caratterizzate da un ragionevole livello di accuratezza per la stima del resistenza in sito di questo tipo di strutture. Le stime, comunemente, sono basate sul comportamento meccanico di miscele appositamente preparate in laboratorio che, nella maggior parte dei casi, differiscono sensibilmente dai terreni trattati in sito, in ragione delle particolari e specifiche condizioni di miscelazione, di maturazione e stratigrafiche incontrate in cantiere. Diversi regolamenti tecnici sono stati recentemente sviluppati per fornire linee guida generali sulla preparazione in laboratorio di campioni di terreno stabilizzato di buona qualità. Allo stesso tempo, altre normative riguardanti i principali aspetti costruttivi di opere realizzate per mezzo della tecnica della miscelazione profonda sono state introdotte in molti paesi, allo scopo di completare e perfezionare le procedure di controllo di qualità (QA/QC) concepite per la verifica dell’efficacia di questi trattamenti. Tuttavia, una correlazione diretta tra le prestazioni ottenibili da una miscelazione in laboratorio ed una eseguita in sito è ad oggi ancora lontana dall’essere individuata, probabilmente a causa della limitata disponibilità di un numero sufficiente di casi reali ben documentati. A tal proposito, nel corso della ricerca è stato definito un valido strumento di comparazione a partire da considerazioni di carattere energetico basate sugli sforzi trasferiti al terreno da parte di dispositivi di miscelazione di laboratorio e di cantiere. Questo lavoro di tesi si concentra prevalentemente sui risultati di una vasta campagna d’indagine condotta su miscele stabilizzate ottenute mediante l’impiego della tecnica del Cutter Soil Mixing (CSM) in svariati cantieri nel mondo. Il CSM, introdotto nel 2003, è un innovativo ed efficiente sistema di miscelazione che, a differenza dei tradizionali DMMs, presenta il vantaggio di un elevato controllo del processo di produzione, in grado di fornire molteplici informazioni relative al trattamento in-situ. Dall’elaborazione di questi dati di supporto alle usuali procedure QA/QC, si è potuto derivare un nuovo parametro, facilmente determinabile in cantiere, legato intrinsecamente all’efficacia della miscelazione e, conseguentemente, alle prestazioni raggiunte dall’opera. L’attrezzatura CSM, al pari degli altri DMMs, genera, durante il suo impiego, del materiale di refluo contenente parte del legante introdotto nel sottosuolo per l’attivazione delle reazioni di idratazione dello stesso con l’acqua e i minerali presenti nel terreno. Dal momento che ad oggi non sono disponibili criteri di stima di tale perdita di legante, una quantità imprecisata di agente stabilizzante è solitamente aggiunta e miscelata al terreno vergine. Ciò rende ancora più difficoltosa la previsione del comportamento della miscela finale. Per ovviare a tale situazione, è stato ricavato, a partire da semplici e ragionevoli ipotesi sulla composizione del refluo, un nuovo approccio analitico attraverso il quale è possibile valutare un contenuto di legante certamente più rappresentativo delle reali condizioni in sito. Durante l’attività di ricerca sono state svolte prove di tipo meccanico, idraulico, mineralogico e micro-strutturale al fine di descrivere in modo dettagliato e sotto diversi punti di vista il comportamento del materiale trattato mediante CSM ed acquisire, così, una rappresentazione attendibile dei principali fattori in grado di influenzarne le più significative proprietà. I risultati ottenuti dalle prove hanno permesso di sviluppare una procedura per la determinazione dell’evoluzione della resistenza di terreni granulari e coesivi migliorati con CSM in funzione delle specifiche condizioni del sito. La formulazione individuata si è dimostrata affidabile nella stima della resistenza effettivamente raggiunta in cantiere nella maggior parte dei casi analizzati in questo lavoro.