Capitolo 1 – Introduzione e Programma Sperimentale
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materiale da una cava di prestito, sono notoriamente ad elevato impatto
ambientale, quindi anche da evitare quando possibile.
Inoltre l’operazione di riutilizzo, se condotta a buon fine, potrebbe
comportare anche dei benefici di tipo economico, venendo meno tutti gli
oneri finanziari relativi al conferimento in discarica e
all’approvvigionamento di materiale da cava di prestito.
La presente sperimentazione si inserisce allora all’interno di quella
politica del riutilizzo finalizzato al cosiddetto sviluppo sostenibile alla
quale, specie negli ultimi anni, molti settori dell’ingegneria civile si
rifanno.
Per troppi anni, infatti, lo sviluppo è andato avanti senza considerare il
fatto che le risorse naturali fossero disponibili in misura limitata e perciò
da utilizzarsi in maniera parsimoniosa, per non incorrere in una loro
perdita completa e soprattutto definitiva. Questo ha portato a situazioni
nelle quali il patrimonio architettonico, naturalistico ed ambientale è stato
depauperato a tal punto da non poter più essere non solo sfruttato, ma
neanche recuperato, se non in tempi molto lunghi e con investimenti
cospicui.
Fortunatamente, però, recentemente c’è stata una decisiva inversione di
rotta, che ci ha portato, anche grazie ad una forte sensibilizzazione
dell’opinione pubblica, verso il concetto secondo cui lo sviluppo, deve
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andare di pari passo con il principio di salvaguardia e valorizzazione del
patrimonio ambientale.
Questa esigenza, negli ultimi anni è stata trasformata in leggi, che sono
state redatte con l’intento di normare le attività sul territorio, al fine di
preservarne lo sfruttamento e favorire uno sviluppo adeguato alle risorse.
Sono nate così diverse leggi come la n°431/85 (sulla tutela di zone di
particolare interesse ambientale), la n°183/89 (sulla tutela delle risorse
naturali), ecc.
La legislatura ha poi riservato, come era giusto attendersi, un trattamento
particolare per le aree protette e per i parchi naturali, per i quali si
adottano severe restrizioni e vincoli. La legge cui si fa riferimento è la
n°394/91 (legge quadro sulle aree protette), che tra le varie prescrizioni,
promulga il divieto assoluto in tali zone di aprire cave di prestito o di
realizzare discariche.
Ed è proprio in tali zone che la tecnica del riutilizzo di materiale povero
risulterebbe conveniente anche dal punto di vista economico, visto che le
operazioni di trasporto del materiale risulterebbero molto più onerose,
trovandosi le zone di cava o di discarica, al di fuori dell’area protetta.
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La suddetta operazione di riutilizzo dei materiali poveri, consiste nel
sottoporre tali materiali a tecniche e procedure che ne migliorino le
caratteristiche fisiche, meccaniche ed idrauliche, come ad esempio
aumentarne la resistenza o diminuirne la deformabilità. Alcune di queste
tecniche consistono nel mescolare tali terreni con altri di diverse
caratteristiche, oppure con altri tipi di materiali come la bentonite, il
cemento o la calce, o possono anche essere rinforzati con fibre
polimeriche, o con geosintetici o con altri tipi di geomateriali.
In questa sperimentazione, si è scelto di indagare gli effetti che
l’addizionamento con calce ha sul miglioramento delle proprietà
dinamiche del terreno naturale. Più precisamente, si sono fatte prove di
taglio torsionale ciclico e dinamico su un limo sabbioso del Parco del
Cilento, per vedere gli effetti dell’addizionamento sul modulo di taglio G
e sul fattore di smorzamento D. Infatti, la conoscenza di questi due
parametri, al variare della pressione di confinamento e all’aumentare
delle deformazioni, ci permette di caratterizzare un terreno dal punto di
vista ciclico, ossia di capire come il suo comportamento evolve
all’aumentare del numero di cicli di carico applicati.
In molte applicazioni dell’ingegneria geotecnica, è di fondamentale
importanza la conoscenza preventiva dei suddetti parametri, proprio per
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valutare se un terreno è adatto o meno ad essere impiegato in una
particolare opera o se necessita di qualche trattamento, che ne migliori le
caratteristiche, per poter essere utilizzato .
Le principali applicazioni che, appunto, necessitano di questa
conoscenza, sono tre :
• Utilizzo del materiale nella costruzione di rilevati stradali;
• Utilizzo del materiale per l’attenuazione del rischio sismico;
• Utilizzo del materiale per costruzioni marittime.
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VWUDGDOL
Quando si realizza un rilevato stradale la preoccupazione maggiore
riguarda i problemi legati ai cedimenti che esso può avere nel tempo,
essendo sottoposto a carichi ciclici con frequenze e intensità variabili
entro un range piuttosto ampio . Quindi l’esigenza primaria è quella di
avere un rilevato rigido e quanto meno deformabile possibile.
Una costruzione in terra siffatta, si compone di diversi strati, ognuno dei
quali adempie ad una precisa funzione; tra di essi, il più importante è
sicuramente il QXFOHR, perché soggetto a cedimenti dovuti ai carichi
sovrastanti.
Solitamente, esso viene realizzato con terreno prelevato in sito o
proveniente da cava di prestito. Per ottenere la massima densità
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possibile, che ci assicura una maggiore rigidezza e una minore
deformabilità, tale terreno verrà costipato in sito a strati, con l’utilizzo di
macchinari, detti rulli, che esplicano un’azione di carico statico
attraverso il loro peso, comprimendo lo strato di terreno ad essi
sottostante, al fine di diminuire gli spazi interparticellari, moltiplicare le
superfici di contatto tra le particelle ed aumentare così la rigidezza di tipo
attritivo. Ogni strato, inoltre, verrà costipato dopo aver aggiunto al
terreno una quantità d’acqua tale da raggiungere la massima densità secca
d secondo la curva di Proctor, preventivamente determinata in
laboratorio.
Proprio a causa delle esigenze di bassa deformabilità, nella realizzazione
del nucleo, si utilizzano soltanto terreni dalle buone proprietà
meccaniche, ossia quelli appartenenti alle classi A1-A3 della classifica
del CNR. Quando però, ci troviamo nella situazione in cui tali materiali
non sono facilmente reperibili e siamo costretti a utilizzare terreni
appartenenti alle classi A4-A7, allora è necessario procedere con
l’addizionamento o con qualsiasi altra tecnica atta a migliorare le
caratteristiche meccaniche dei terreni suddetti. La scelta della tecnica
andrà fatta, naturalmente, in relazione al tipo di terreno da trattare,
nonché a problemi di carattere economico ed ambientale.
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VLVPLFR
Gli studi condotti nel corso degli ultimi anni, riguardanti i danni causati
da un terremoto, hanno messo in evidenza il fatto che essi possono essere
interessati dalla presenza, nella parte più superficiale del suolo, di
spessori costituiti da terreni omogenei che quindi mostrano valori delle
proprietà meccaniche poco variabili da punto a punto. Inoltre tutte le
osservazioni e le sperimentazioni concordano col fatto che le oscillazioni
maggiori, interessano lo strato più superficiale del sottosuolo, ossia
quello a diretto contatto con le strutture. Questo comportamento ha
suggerito l’idea che si possa attenuare il rischio sismico, in zone
caratterizzate dalla presenza di terreni deformabili, migliorando le
caratteristiche meccaniche di tali terreni negli strati più superficiali con
l’impiego di varie tecniche, tra cui l’addizionamento con calce, oppure
sostituendo tali spessori prossimi alla superficie, con geomateriali di
maggiore rigidezza. La suddetta procedura viene denominata GAP
(Geomaterial Attenuation Procedure).
La GAP si basa sull’ipotesi, peraltro confermata dai risultati sperimentali,
che la variazione a grosse profondità delle proprietà di un terreno, gioca
un ruolo molto meno rilevante, sul movimento del suolo, rispetto
all’eterogeneità degli strati più superficiali. Quindi per ridurre il
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movimento in superficie, possiamo ivi introdurre degli elementi
eterogenei con tecnologie a basso costo, quali l’addizionamento.
Tramite l’utilizzo di tale tecnica, possiamo migliorare le prestazioni
statiche e sismiche delle fondazioni delle strutture da costruire o già
esistenti. Tale principio è giustificato dall’osservazione che questa
protezione rigida superficiale, costituita dallo strato di materiale trattato,
costringe molta dell’energia delle onde sismiche a rimanere intrappolata
all’interno dello strato deformabile sottostante e non le permette di
affiorare in superficie.
I risultati di uno studio fatto da d’Onofrio, Mancuso e Silvestri (1999),
atto a verificare la fattibilità del GAP e a stabilire dei criteri per la
progettazione, mostrano come l’introduzione di uno strato, relativamente
sottile, di tale materiale in superficie, può attenuare il movimento in
superficie dovuto al sisma; è stato notato come il GAP risulti di
particolare efficacia nell’intervallo dei periodi naturali in riferimento alle
costruzioni di rigidezza media, come muri a gravità, edifici con un
numero limitato di piani, monumenti o infrastrutture.
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Le costruzioni marittime sono quelle utilizzate nel campo dell’ingegneria
marittima costiera per la difesa e la salvaguardia dei litorali dai fenomeni
erosivi causati dal moto ondoso incidente.
Le tipologie più diffuse e famose sono sicuramente le VFRJOLHUH, disposte
parallelamente alla linea di riva, e i SHQQHOOL, disposti invece
ortogonalmente alla linea di riva.
Il principio ispiratore di questo tipo di opere, è quello di far si che
l’energia rilasciata dal moto ondoso all’atto del frangimento, non impatti
sulla costa da preservare, ma piuttosto su queste costruzioni, che quindi
hanno il compito di fare da scudo nei confronti dell’azione erosiva del
mare. Per questo motivo, esse saranno soggette a carichi dinamici
costituiti dalla forza con cui le onde impattano su di esse.
La parte più esterna di tali costruzioni, detta PDQWHOODWDè costituita da
massi il cui peso e le cui dimensioni dipendono dal tipo di moto ondoso e
dalla stabilità della costruzione; la parte più interna, invece, si chiama
QXFOHR e rappresenta il cuore della struttura; ha la funzione di ridurre la
trasmissione del moto ondoso a tergo dell’opera. Per la sua costituzione
si utilizzano o dei massi con peso limitato (1° categoria) oppure il
cosiddetto WRXWYHQDQWdi cava. Questo materiale è utilizzato anche nella
bonifica del terreno in fondazione di tali opere, necessaria per evitare
fenomeni di scalzamento al piede determinato dall’azione del moto
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ondoso. Allora possiamo migliorare le proprietà meccaniche di un
siffatto materiale, tramite la tecnica dell’addizionamento con calce, in
modo tale da poter utilizzare il materiale presente in sito (anche ad
esempio in ambiente marino) ed evitare così il prelievo da cava,
ottenendo vantaggi sia economici che ambientali.
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Questa sperimentazione si propone di mettere in risalto gli effetti che
l’addizionamento con calce ha sulle proprietà meccaniche a piccole
deformazioni di un terreno costipato.
Per fare ciò, sono state eseguite una serie di prove di taglio torsionale su
provini, facendo variare i tre principali fattori che possono influenzare il
comportamento e cioè la presenza o meno di calce, il contenuto d’acqua e
la pressione di confinamento. In questo modo, combinando in maniera
incrociata tali fattori, siamo riusciti a determinare l’influenza che
ciascuno di essi ha sul comportamento del terreno.
Per quanto riguarda l’addizionamento di calce, si è scelto di utilizzare,
oltre al contenuto nullo (terreno naturale), soltanto un contenuto pari al
3% del peso secco del materiale addizionato, considerando anche i
risultati ottenuti da molti ricercatori con contenuti maggiori o minori.
Invece, per quanto concerne il contenuto d’acqua, abbiamo considerato
due diversi contenuti : il wopt della curva di costipamento relativa al
materiale non addizionato, pari al 10,45% e il wwet sempre relativo alla
stessa curva, e pari circa al 13%. In realtà, il piano originario prevedeva
anche prove su campioni con contenuti d’acqua wdry, ma si è poi
abbandonata l’idea dopo aver constatato l’impossibilità di una loro
estrazione dal blocco Proctor, a causa della troppa fragilità del materiale
a quel contenuto d’acqua.
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Infine, per quanto riguarda la pressione di confinamento, si sono scelti i
due valori di p’=50KPa e di p’=200KPa, che ci dicono, per grandi linee,
come variano le caratteristiche del terreno man mano che esso si trova
più in profondità rispetto al piano campagna. Inoltre si sono effettuate
prove RC e TS anche alla pressione di confinamento di p’=100KPa , ma
solo fino al raggiungimento della soglia di linearità.
Nella tabella 1.1 si riporta lo schema delle prove eseguite, con le
principali caratteristiche relative al contenuto di calce, di acqua e alla
pressione di confinamento :
Prova Wteorico(%) Wmisurato(%) % calce p’ (kPa)
ma02 12,70 10,80 0 200
ma03 10,45 10,03 0 200
ma04 10,45 10,60 3 200
ma05 10,45 10,49 0 200
ma06 10,45 10,25 0 50
ma07 13,00 12,30 0 50
ma08 15,10 13,60 3 200
ma09 15,10 14,20 3 50
ma10 15,10 14,60 3 50
ma12 10,45 9,40 3 50
ma13 10,45 10,80 0 200
7DEHOOD – Schema delle prove
Nella tabella 1.2, invece, si riporta la mappa delle prove, che mostra
come le varie prove siano state studiate proprio per ottenere tutti gli
incroci possibili tra i tre parametri variabili in gioco :
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