A. GAMBI M. LENZI M. CAMPRINIDirezione Tecnica, Gruppo ACMAR di
Ravenna
VIBROFLOTTAZIONE DI RIEMPIMENTI A MARE REALIZZATI CON MATERIALE
PROVENIENTE DA ATTIVITA DI DEMOLIZIONERiguardo questo ambito
tecnico nella memoria si analizzano i criteri di progetto, i
requisiti di accettazione del materiale per il riempimento, le
modalit di compattazione, i risultati dei campi prove e quelli
effettivi conseguiti mediante vibroflottazione nei lavori di
ampliamento del Cantiere Nautico SLYS (Spezia Luxury Yacht Service)
sito nel porto di La Spezia e di propriet del Gruppo Ferretti di
Forl. Il progetto di ampliamento citato comprende lespansione di
aree produttive in zone originariamente a mare, da conseguire
mediante linfissione di palancolati metallici ed il successivo
riempimento a tergo con materiale arido sino alla banchine
esistenti radicate a terra (Foto 1). La operazione di rinterro,
eseguita per progressivo avanzamento da terra con scarico mediante
ribaltabili, comporta inevitabilmente assestamenti del materiale di
riporto che senza apporto di energia meccanica si addensa sotto il
solo peso proprio efficace. Al fine di migliorare le
caratteristiche del riporto idraulico stato perci proposto ed
effettuato un trattamento di compattazione profonda mediante
vibroflottazione, individuando in sede di progetto sia i requisiti
degli aggregati che le tecniche per il costipamento del
riempimento, di circa 9.00 m di spessore medio. Essendo reperibili
in zona aggregati C&DW (Construction and Demolition Waste),
ossia di materiale di riciclo ottenuto per frantumazione e
successiva omogeneizzazione di materiali provenienti da costruzioni
e attivit di demolizioni, stata considerata nello specifico tale
opzione tenuto conto sia della difficolt di reperire inerti
naturali che del volume di materiale da porre in opera, di oltre
130.000 metri cubi. Labbinamento della tecnica della
vibroflottazione con limpiego di materiale proveniente da attivit
di demolizione e lentit del volume di riempimento trattato
inseriscono lintervento in oggetto nel novero delle applicazioni pi
significative di compattazione profonda realizzate recentemente in
Italia [6].
SOMMARIO Larticolo illustra i lavori di avanzamento della linea
di costa effettuato nel porto di La Spezia per lampliamento di aree
per cantieristica nautica. Nello specifico vengono illustrati i
criteri di progetti ed i risultati ottenuti mediante la
vibroflottazione dei riempimenti a mare, eseguiti impiegando
materiale di riciclo proveniente da attivit di demolizione.
SUMMARY In the paper the vibratory deep compaction of underwater
fill made using construction and demolition waste materials is
presented together with the design criteria and the tests results
of a case hstory.
PREMESSA In campo portuale i riempimenti a mare eseguiti con
riporto di materiale arido naturale o proveniente da demolizione di
prodotti da costruzione necessitano di un trattamento di
compattazione profonda per conseguire omogeneit, resistenze e
rigidezze adeguate alla destinazione duso delle aree
produttive.
REQUISITI DI PROGETTO Le caratteristiche principali del progetto
di ampliamento sono schematicamente riassunte nella planimetria
riportata in fig. 1, nella quale sono evidenziate le aree 1
Foto 1 - Vista da mare delle palandole e del riempimento.
di espansione a mare. Tra gli obiettivi fissati dal progetto di
ampliamento lutilizzo delle aree produttive imponeva requisiti
impegnativi dovendo il riempimento far fronte a: carichi rilevanti
circolanti sui piazzali e sui coronamenti delle banchine durante le
operazioni di varo dei natanti (Travell con portata sino a 3000 KN)
; stoccaggio di materiale a tergo delle banchine (sovraccarico di
30 KPa); carichi rilevanti trasmessi alle fondazioni dei capannoni
industriali (2400 KN / plinto) azione sismica, conseguente alla
classificazione con lOrdinanza 3274 dellarea in zona 3. Il
soddisfacimento di questi requisiti era peraltro condizionato al
rispetto dei seguenti vincoli: forma articolata del contorno delle
banchine; presenza ed interferenza dei tiranti di ancoraggio delle
palandole; garanzia di agibilit dei siti produttivi, requisito ad
alto valore economico in relazione alla qualit dei prodotti del
cantiere nautico (yacht di lusso). Allo scopo di conseguire questi
obiettivi stato eseguito un trattamento generale su tutta larea di
riporto mediante vibroflottazione, integrata in corrispondenza
delle fondazioni delle strutture portanti dei capannoni e dei
fabbricati da colonne di jet-grouting (fig. 2 3) del diametro di
1200 mm e lunghezza di 16 m. Lesecuzione della vibroflottazione e
del jet-grouting stata affidata alla Soc. KELLER Fondazioni, con la
cui collaborazione stato messo a punto lintervento illustrato nel
seguito.
Foto 2 - Punta Vibrante.
VIBROFLOTTAZIONE a) Come gi indicato il materiale di riporto
posto in opera per avanzamento da terra con scarico diretto a mare
risulta addensato sotto la sola pressione del peso proprio efficace
e pertanto viene a trovarsi in uno stato sciolto caratterizzato da
una modesta densit relativa. Al fine quindi di aumentarne la
resistenza, di migliorarne il comportamento dinamico sotto lazione
sismica (in termini di potenziale di liquefazione) e di
incrementarne la rigidezza al fine di limitare i cedimenti assoluti
e differenziali, stata effettuata nel corpo del riempimento un
trattamento di vibroflottazione con lobiettivo di incrementarne in
misura sostanziale la densit relativa. La tecnologia della
vibroflottazione ha ovviamente un suo ben specifico campo di
applicazione essendo l efficacia delladdensamento per vibrazione
massima in terreni naturali o in materiali di riporto la cui curva
granulometrica risulta compresa allinterno del fuso riportato in
fig. 4 (Brown [1], [2]). Tale criterio stato quindi quello adottato
per la scelta del materiale da utilizzare per il riempimento, la
cui curva granulometrica media riportata in fig. 5 per la pezzatura
0-70 mm del materiale selezionato di riciclo, scelta 2
dopo ripetute prove di qualificazione illustrate nel seguito.
Definito lambito di pertinenza e di efficacia dellintervento, si
ritiene utile presentare alcuni aspetti caratteristici della
tecnologia unitamente ai valori assunti per i parametri di
progetto. Il trattamento colonnare di vibroflottazione consiste
nellindurre nel terreno granulare tramite una vibrazione impressa
uno stato di sostanziale liquefazione che riduce a valori minimi
lattrito interno tra i grani. Al cessare della vibrazione indotta
le particelle si aggregano per gravit in uno stato tanto pi denso
quanto maggiore lenergia impressa con la vibrazione. Nel caso in
esame il trattamento colonnare stato eseguito adottando uno schema
planimetrico a maglia rettangolare, con vertici disposti ad
interasse variabile da 2.00 m a 3.00 m. La maglia dei punti di
infissione stata adattata localmente alla geometria dei vincoli
esistenti rappresentati sia dalle palancole a mare che dalle
palancole di contrasto, rispetto alle quali stata mantenuta per
entrambe una distanza minima di sicurezza di 3.00 m verificata con
test in sito. Nelle zone di interferenza con i tiranti di
ancoraggio,
Fig. 1 Planimetria generale dellintervento.
Foto 3 - Fase di vibroflottazione con reintegro di
materiale.
Foto 4 - Materiale di riciclo utilizzato per il riempieneto.
disposti ad interasse di 2.00 m, lintervento di addensamento del
riempimento stato eseguito secondo allineamenti paralleli ai
tiranti stessi ed in asse tra un tirante e laltro. In campo libero
invece stata scelta una maglia quadrata di 3.00 m di lato sulla
scorta dei risultati di un campo prove eseguito in sito per tarare
lintervento di vibroflottazione in relazione alla potenza del
macchinario utilizzato, ossia dellenergia trasmessa e della
frequenza della vibrazione impressa, ed allassortimento
granulometrico del materiale utilizzato per il riempimento e per il
reintegro del volume addensato. Con tali prove stata determinata la
curva di influenza del trattamento di vibroflottazione, valutata in
termini di incremento di resistenza alla punta al variare della
distanza dal punto trattato. b) Da un punto di vista esecutivo la
vibroflottazione consiste nellinserire, mediante un maglio montato
su un escavatore a fune, una punta vibrante (vibratory probe) sino
alla profondit massima prevista per il trattamento, sfruttando la
vibrazione del maglio ed il peso dellutensile (foto 2).
Una volta raggiunta la profondit di progetto la punta viene
messa in vibrazione nel piano orizzontale dalla rotazione di una
massa eccentrica, su di essa calettata. La punta vibrante viene
fatta risalire lentamente provvedendo nel contempo al riempimento
del foro con materiale arido per compensare la riduzione di volume
conseguente alladdensamento del terreno. Nel caso in esame il mezzo
vibrante impiegato, denominato S300, sviluppa una potenza di 150 KW
ed una forza centrifuga di 300 KN. Durante la fase di infissione
della camicia dacciaio e durante la fase vera e propria di
vibroflottazione stata utilizzata anche acqua in pressione al fine
di rimuovere dal terreno le parti pi fini, di peggiori
caratteristiche geotecniche, sostituendole con il medesimo
materiale inerte C&DW utilizzato per il riempimento (foto 3-4),
ma di pezzatura maggiore (30-100 mm). Il criterio adottato per
selezionare il materiale di reintegro consistito nel verificare che
il numero di idoneit proposto da Brown [3] soddisfisi la relazione:
N = 1.7 [ 3/D + 1/D + 1/D ] < 202 2 2 1/2 50 20 10
Fig. 2 Sezione tipica sui pennelli.
Fig. 3 Particolare maglia di vibroflottazione (campo libero e
zona tiranti).
3
Fig. 4 - Fuso di idoneit della vibroflottazione.
Fig. 5 Fuso granulometrico del materiale di riciclo.
nella quale D , D , D sono le dimensioni in millimetri del
passante al 50%, al 20% e 10% ai setacci ASTM. Nel caso del
materiale C&DW utilizzato per il reintegro il numero di idoneit
risultato mediamente pari circa a 10.50 20 10
c) Sulla base di quanto illustrato ed in relazione alle modalit
esecutive della vibroflottazione risulta chiaro che laddensamento
massimo nel materiale di riempimento si verifica in corrispondenza
della verticale del punto di infissione della punta vibrante e si
riduce man mano che ci si allontana da questa in direzione radiale.
La compattazione conseguita in un dato punto della maglia risulta
poi dal cumularsi degli effetti indotti nel riporto dal
costipamento effettuato nei vari punti di infissione della punta
vibrante. Laddensamento risulta pertanto massimo in corrispondenza
dei punti trattati e minimo nel baricentro della maglia elementare
scelta per il trattamento. Per valutare quantitativamente in sede
di progetto lefficacia dellintervento di vibroflottazione si
possono utilizzare correlazioni reperibili in letteratura, che
consentono di individuare la curva di influenza del singolo
intervento (Fig. 6) , nota la quale si pu poi ricavare per
sovrapposizione lefficacia complessiva del trattamento in un dato
punto (fig. 7). Peraltro la curva di influenza risente di
molteplici fattori e pu essere definita con precisione solo in via
sperimentale essendo laleatoriet dei parametri decisiva
sullefficacia della vibroflottazione. Tra questi hanno, in
generale, grande influenza la natura del materiale di riempimento,
lenergia impressa (misurata tramite lamperaggio assorbito), la
frequenza di vibrazione orizzontale indotta, la metodologia
utilizzata per il riempimento (ossia la densit relativa iniziale),
la quota della falda (terreno saturo o immerso), la percentuale di
materiale fine e la pressione efficace di confinamento. Alla luce
di queste considerazioni ed al fine di sostanziare le scelte
progettuali, stato programmato ed eseguito come indicato un campo
prove in sito con verifica del grado di addensamento raggiunto
mediante prove penetrometriche dinamiche eseguite prima e dopo il
trattamento di vibroflottazione, a varie distanze
Fig. 6 Curva di influenza della vibroflottazione.
Fig. 7 Sovrapposizione degli effetti di vibroflottazione.
4
Fig 8 Campo prove: Resistenza prima e dopo la vibroflottazione
in prossimit delle colonne.
Fig 9 Campo prove : Resistenza prima e dopo la vibroflottazione
nel centro della maglia Elementare.
dallasse di infissione della punta vibrante, procedendo secondo
la filosofia del Design by Testing. Il risultato delle prove
preliminari, espresso in termini di resistenza alla punta, ha
fornito indicazioni sia di tipo diretto, relative allincremento di
resistenza, che indiretto, relativamente al grado di addensamento
ottenuto, come illustrato in dettaglio nel seguito in sede di
valutazione dei risultati Le prove penetrometriche comparative sono
state inoltre effettuate anche dopo alcuni giorni dal termine del
trattamento colonnare al fine di verificare linfluenza della
dissipazione delle sovrappressioni interstiziali generate dalla
operazione di vibroflottazione senza peraltro verificare incrementi
apprezzabili di resistenza, diversamente da quanto sovente
riscontrare nei terreni naturali. Ci imputabile alla mancanza di
significative frazioni coesive o cementanti nel materiale di
riporto.
REQUISITI DEL MATERIALE DI RIEMPIMENTO Per la caratterizzazione
e la selezione del materiale di riempimento si fatto diretto
riferimento alla norma tecnica UNI 10006, ancora in vigore durante
i lavori, Costruzione e manutenzione delle strade: Tecnica di
impiego delle terre - Aggiornamento 2002 ed in particolare
dellAppendice A - Aggregati provenienti dalle attivit di
demolizione e costruzione e dalle loro miscele con rifiuti minerali
recuperabili per impieghi stradali ed assimilati: Requisiti . Tale
norma riportava appunto i requisiti richiesti per laccettazione del
materiale C&DW per impieghi in campo stradale, nei riempimenti
e nelle colmate relativamente sia alla provenienza
delle materie prime e secondarie che alla granulometria e alle
caratteristiche meccaniche del prodotto omogeneizzato . I materiali
provenienti da attivit di demolizione contengono in prevalenza
materiali litici, pietrisco, calcestruzzi, laterizi, ecc. di cui
debbono possedere una adeguata percentuale in massa (>70%),
limitati quantitativi di materiali minerali di cui ammesso il
recupero nel corpo stradale (
