Elementi fondamentali del modello di consolidamento dei terreni

Il modello è stato sviluppato a partire dalla teoria dell’espansione di una cavità all’interno di un terreno dilatante presentata da Yu H.S. e Houlsby G.T. nel 1991 opportunamente integrato ed adattato dall’ufficio tecnico Uretek sulla base dei test effettuati in collaborazione con l’Università di Padova.
Dalla teoria si è poi passati ad un software che è stato testato e calibrato su decine di casi reali.
Il modello di calcolo definisce innanzitutto la fattibilità dell’intervento e quindi, note le caratteristiche del terreno, permette di stimare la quantità di resina Uretek Geoplus da utilizzare per ottenere la resistenza del terreno voluta.
Tale quantità è determinata per ogni singolo punto di iniezione: la distribuzione dei punti di iniezione deve essere definita in fase di progetto.

Il modello descritto dalla teoria sopraccitata può essere sintetizzato come segue:
– la resina viene iniettata in un punto ben definito all’interno di un terreno di caratteristiche fisico-meccaniche note;
– la resina espande nel terreno per reazione chimica e forma una sfera il cui volume dipende dal tipo e dalla quantità di resina immessa;
La sfera di resina induce pressioni diverse a seconda della distanza dal punto di iniezione:
– Il volume di terreno più prossimo alla sfera di resina entra in campo plastico (si rompe) per effetto della notevole compressione subita dall’espansione della resina;
– Il volume di terreno presente oltre tale zona rimane in campo elastico e risente di un incremento di stato di tensione che decresce con l’aumentare della distanza dal punto di iniezione;
– Il terreno presente oltre tale zona non risente dell’effetto di compressione prodotto dall’iniezione; – La geometria delle tre zone è rappresentata da tre sfere concentriche: sfera costituita da sola resina;
– sfera costituita da terreno compresso plasticizzato;
– sfera costituita da terreno compresso in campo elastico;
Le dimensioni delle tre sfere concentriche sopra descritte dipendono dalle seguenti variabili:
– coefficiente di miglioramento atteso;
– caratteristiche del terreno prima dell’intervento di iniezione;
– caratteristiche della resina utilizzata per l’intervento;
– quantità di resina impiegata;
Il software integra il modello sopra riassunto, permettendo di progettare un intervento di consolidamento che tiene conto, oltre che di tutti i parametri relativi ad ogni iniezione, anche degli elementi specifici come la geometria delle fondazioni, la profondità e la distribuzione delle iniezioni.
Parametri da inserire nel software
Il software di calcolo richiede una serie di parametri: alcuni relativi alla geometria della fondazione ed alla distribuzione delle iniezioni ed altri relativi al terreno. Parametri relativi alla fondazione ed alla distribuzione delle iniezioni
– lato minore della fondazione
– lato maggiore della fondazione
– profondità della fondazione
– pressione esercitata dall’edificio
– numero di livelli d’iniezione
Con il termine pressione esercitata dall’edificio si intende il carico per metro quadrato trasmesso dalla fondazione al terreno.
L’intervento di consolidamento Uretek Deep Injections, coperto dal brevetto europeo n. 0.851.064, prevede di trattare il terreno di fondazione nel bulbo delle pressioni (distribuzione alla Boussinesq), laddove l’incremento delle tensioni dovute al sovraccarico è significativo.
Raramente vengono eseguiti interventi con una profondità inferiore a 3.00 m dal piano di imposta della fondazione. In ogni caso occorre verificare che sotto il volume trattato non vi sia terreno particolarmente cedevole ed eventualmente estendere il trattamento a maggiore profondità.

Parametri riguardanti il terreno
Da indicare per ogni livello di iniezione:
– profondità del livello d’iniezione calcolata dal piano di appoggio delle fondazioni;
– interasse longitudinale tra le iniezioni;
– pressione verticale in sito in condizioni indisturbate calcolata alla profondità di iniezione; nello specifico si considera la pressione totale in presenza di materiali coesivi e la pressione efficace in presenza di materiali granulari;
– modulo di Young;
– coefficiente di Poisson;
– resistenza al taglio non drenata;
– angolo di resistenza al taglio;
– profondità della falda.

Limiti di applicabilità
La tecnologia Uretek Deep Injections presenta i seguenti limiti di applicabilità:
a) Terreni coesivi:
Terreno a bassa consistenza fino a profondità elevate;
Essiccazione/rigonfiamento: IAC maggiore di 1,25 dove: IAC = IP / %minore di 2 u03bcm;
Materiale organico: Mo maggiore di 10%;
b) Terreni granulari:
Terreni con indice dei vuoti u201ceu201d molto elevato;
Terreni a bassa consistenza fino a profondità elevate;
Il coefficiente di miglioramento atteso
Il software di calcolo ha infine bisogno del coefficiente di miglioramento atteso, cioè del coefficiente da applicare alla resistenza del terreno prima dell’intervento per ottenere il risultato voluto.
Per resistenza si intende il valore medio di resistenza alla punta di un penetrometro statico nel volume oggetto del trattamento sotto la fondazione che, con buona approssimazione, è proporzionale alla capacità portante.

Normalmente il coefficiente di miglioramento atteso varia tra 1.2 e 2.2 ed è correlato al valore di resistenza del terreno prima dell’intervento.

I risultati forniti dal software
Per ogni livello d’iniezione, sarà possibile ottenere:
– pressione limite del terreno;
– volume di terreno interessato dall’iniezione;
volume occupato dalla resina dopo l’espansione;
quantità di resina iniettata;
coefficiente di miglioramento medio ottenuto;
Al tecnico verrà fornita una relazione di calcolo in formato elettronico contenente un’elaborazione dei risultati ottenuti con il software. Tale relazione specialistica potrà essere integrata dal tecnico nel progetto generale di ristrutturazione.

Verifica dell’efficacia dell’intervento
Ogni intervento è monitorato con livelli laser per rilevare gli spostamenti verticali della struttura in fase di iniezione. Attraverso tale controllo viene verificato empiricamente che il terreno circostante il punto di iniezione ha incrementato il proprio stato di tensione fino a rendere possibile il sollevamento della porzione di fabbricato presente al di sopra del punto di iniezione.
Lo stato di tensione indotto è quindi necessariamente superiore alle tensioni trasmesse al terreno dalla struttura soprastante.

Oltre a ciò verranno eseguite in sito delle prove geotecniche comparative nel volume di terreno trattato a diverse distanze dall’asse di iniezione.

Esecuzione dell’intervento e prove penetrometriche
L’intervento Uretek Deep Injections progettato con il modello di calcolo è eseguito nel modo seguente:
– esecuzione di una prova penetrometrica1 prima dell’intervento in una zona rappresentativa;
– trattamento Uretek Deep Injections nella zona sopra scelta;
– esecuzione di una seconda prova penetrometrica di comparazione e calibrazione;
– completamento dell’intervento.
Attraverso le prove penetrometriche comparative sarà quindi possibile valutare la precisione del modello ed eventualmente adattare l’intervento per raggiungere il coefficiente di miglioramento atteso in fase di progetto.
Infatti è possibile in corso d’opera variare a seconda delle necessità la quantità di resina iniettata e la geometria delle iniezioni.
La geometria del miglioramento e il fattore di riduzione
Il miglioramento ottenibile decresce all’aumentare della distanza dal punto di iniezione.
Infatti, se si misura il coefficiente di miglioramento ad una certa distanza dall’asse della fondazione, esso sarà necessariamente inferiore a quanto si sarebbe misurato sotto la fondazione.
Per tale motivo il coefficiente di miglioramento atteso dovrà essere moltiplicato per un fattore di riduzione funzione della distanza dal punto di iniezione.

I test eseguiti
Il modello di calcolo è stato testato su 21 casi reali di consolidamento del terreno con resine espandenti ad alta pressione di rigonfiamento.
La sperimentazione è stata condotta nel corso di un intero anno solare ed ha portato alla redazione di una tesi di laurea in ingegneria geotecnica presso l’Università di Padova.

Ogni cantiere è stato valutato seguendo lo schema seguente:
– analisi del dissesto in atto presso il fabbricato oggetto di intervento;
– individuazione delle cause che hanno procurato il dissesto;
– analisi dettagliata delle caratteristiche geotecniche dei terreni di fondazione delle porzioni dissestate ed individuazione della resistenza del terreno prima del trattamento integrando, quando possibile, le relazioni fornite dalla committenza;
– progettazione dell’intervento di consolidamento del terreno con metodo Uretek Deep Injections;
– stima del coefficiente di miglioramento atteso con l’intervento;
– esecuzione dell’intervento di consolidamento del terreno secondo progetto;
– misura della resistenza del terreno a seguito dell’intervento nella zona trattata;
– confronto fra i valori di resistenza post-trattamento calcolati ed i valori di resistenza post-trattamento misurati;
Nel corso della sperimentazione la resistenza del terreno misurata prima e dopo il trattamento è stata dedotta trasformando il numero di colpi ottenuto con il penetrometro dinamico DPM 30 in resistenza dinamica alla punta secondo la formula degli Olandesi.

I risultati dello studio si possono riassumere nei seguenti punti:
– il coefficiente di miglioramento effettivamente ottenuto in sito non è stato influenzato dalla stagione in cui è stato eseguito il lavoro a parità di altre condizioni;
– per un campo di valori della resistenza penetrometrica statica pre-trattamento compreso tra 1 MPa e 4 MPa l’accuratezza dei risultati è assai soddisfacente. In queste condizioni iniziali, comprendenti la maggior parte dei terreni trattati con la tecnica di miglioramento dei terreni Uretek, il valore calcolato con il software sembra corrispondere in larga misura al valore sperimentale post-trattamento.

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