Controlli non distruttivi su colonne di jet-grouting

 2
strutture portanti l’intero carico esterno ad elementi limitatori dei 
cedimenti. Parallelamente, è andata sempre più evidenziandosi la 
necessità di migliorare la capacità di accertare l’integrità strutturale dei 
pali e di verificare i loro comportamenti nelle condizioni di stato limite 
ultimo o di servizio. 
Oltre alle tradizionali prove non distruttive, negli ultimi anni, sono 
andati sempre più diffondendosi metodi dinamici per il controllo non 
distruttivo delle fondazioni profonde. Sfruttando il principio della 
propagazione dell’onda in un mezzo elastico, questi hanno il pregio 
della rapidità d’esecuzione e della relativa economicità; permettono 
inoltre di eseguire con flessibilità la progressiva esecuzione dei pali e, 
se opportunamente strumentati, di correggere eventuali errori 
sistematici in fase realizzativa.  
Di contro, la prova presenta una serie di limiti legati ai fenomeni fisici 
ad essa associati ed ai problemi di misura ed interpretazione dei dati 
sperimentali. Infatti, permette solo una visione qualitativa di ciò che si 
sta indagando, ed il tentativo di oggettivare tali prove è la maggiore 
difficoltà della loro utilizzazione. 
 3
Tra le prove non distruttive, quelle ecometriche hanno trovato sempre 
maggior impiego; esse permettono d’individuare, in modo qualitativo, 
la lunghezza del palo e l’esistenza di eventuali difetti strutturali, quali 
sbulbature e strozzature. 
Nel presente lavoro si è cercato, in forma sperimentale, di adattare la 
tecnica della misurazione ecometrica, nata per i pali di fondazione, alle 
“colonne” di jet-grouting o, con termine italianizzato, gettiniezione. 
Questa è una “giovane ” metodologia ingegneristica presentata in Italia 
circa trent’anni fa da parte di un team giapponese nonché autore del 
brevetto durante un congresso internazionale per il consolidamento 
della Torre di Pisa. 
Con particolare riferimento alle prove ecometriche, sarà proposto il 
lavoro, oggetto di studio, su pali-jet appartenenti ad un campo pilota 
della IV sottotratta, sita in località Acerra-Caivano: lavori per la 
costruzione di un impianto di sollevamento in supporto alla linea 
ferroviaria ad alta velocità Napoli-Milano, tratta Napoli-Roma, 
concessionaria T.A.V. S.p.a.   
 4
 
 
fig. 1 schema opera di pompaggio 
 
Questo particolare metodo di trattamento dei terreni, trova il suo 
utilizzo nei più svariati casi che spaziano dal consolidamento dei terreni 
al mantenimento delle volte delle gallerie, dal cosiddetto compensation 
grauting (vedi Torre di Pisa) alle opere di sostegno e/o idrauliche, etc.  
L’elevata flessibilità di utilizzo è dovuta essenzialmente dalla 
possibilità di lavorare anche in condizioni particolarmente difficili, 
operando in spazi ridotti o in luoghi impervi, sia a cielo aperto sia in 
sotterraneo, ed inoltre dalla sua facile esecuzione; questa consiste 
nell’iniettare attraverso un ugello, che ruota e risale lungo un foro 
 5
preesistente, una miscela di cemento ad altissima pressione. Esso si 
mescola al terreno disgregato, che funge da inerte, e riesce a realizzare 
delle colonne consolidate con buone caratteristiche meccaniche ed 
idrauliche. 
Di contro, però, come spesso accade, la tecnologia sopravanza la 
modellazione analitica rendendo non poco problematica la 
modellazione per l’individuazione dei parametri da adottare e 
soprattutto la scelta tecnologica da seguire che spesso si tramuta in una 
decisione dettata da casi preesistenti, non sempre pertinenti. Ne 
consegue, spesso, spreco di risorse in interventi inutilmente gravosi ma 
soprattutto costosi.  
 6
CAPITOLO 1  
JET-GROUTING 
1.1 GENERALITA’ 
Il jet-grouting è una particolare tecnica di trattamento dei terreni che 
consente di costruire nel sottosuolo elementi consolidati di forma e 
dimensioni svariate, dotati di buone caratteristiche meccaniche e di 
ridotta permeabilità. Si tratta quindi di una tecnica molto flessibile, 
adattabile ad impieghi molto diversi. Il metodo ha avuto un forte 
sviluppo ed utilizzo negli ultimi anni, anche se di contro si riscontra una 
quasi totale carenza negli studi sperimentali soprattutto per quanto 
riguarda la verifica. Ne consegue che i parametri, spesso, vengono tarati 
dal progettista stesso o su proprie esperienze passate o su casi analoghi, 
con il risultato di sopravvalutare l’opera con enorme spreco di risorse 
umane ed economiche.  
Si avverte, quindi, l’esigenza di strumenti di calcolo e di verifica 
relativamente semplici ma affidabili che consentano di tener conto della 
variabilità geometrica e meccanica del trattamento.  
 
 7
 
fig. 1.1 possibili usi del jet-grouting 
 
1.2 NORMATIVA E CAMPI D’APPLICAZIONE DEL JET-
GROUTING 
Dal punto di vista normativo, nel nostro Paese, manca un vero e proprio 
regolamento nazionale sull’uso di tale tecnica ingegneristica: sono state 
proposte solo raccomandazioni tecniche sull’argomento. Recentemente 
è stata emanata una specifica norma europea (EN 12716: Execution of 
special geotechnical works – jet-grouting), che appare relativamente 
dettagliata per i procedimenti tecnologici ed i metodi di controllo, ma 
che risulta piuttosto vaga per quanto concerne gli aspetti progettuali. 
 8
Dal punto di vista applicativo, invece, i trattamenti di jet-grouting, 
possono essere classificati sia per la loro forma che per la loro funzione. 
In particolare, con riferimento al primo aspetto, è possibile distinguere 
tre categorie principali: elementi monodimensionali, bidimensionali e 
tridimensionali.  
 ξ  Gli elementi monodimensionali corrispondono in pratica a 
singole colonne isolate che rispecchiano le tipiche fondazioni 
profonde, assolvendo la funzione di incremento del carico limite 
e di riduzione dei cedimenti. 
 
 
 
fig. 1.2.1 elementi monodimensionali 
 
 9
 ξ  Quando invece i trattamenti sono tra loro affiancati, è possibile 
realizzare elementi bidimensionali: si possono ubicare i 
trattamenti in modo che le colonne risultino tra loro 
compenetrate, su file singole o multiple, al fine di costituire 
elementi di forma piana, cilindrica o troncoconica. Questi 
elementi, planari, vengono di solito adottati per realizzare 
diaframmi di tenuta idraulica e, in qualche caso, anche per 
costruire strutture assimilabili a paratie di sostegno. Gli elementi 
cilindrici sono invece prevalentemente impegnati con lo scopo di 
sostenere le pareti di scavi verticali relativamente profondi, che 
in molti casi giungono anche al di sotto della falda. Tipico 
esempio è rappresentato dalle fondazioni a pozzo di grande 
diametro. Gli elementi troncoconici rappresentano infine una 
soluzione frequentemente adottata per il sostegno provvisorio 
degli scavi in galleria.  
 
 
 
fig. 1.2.2 elementi bidimensionali 
 10
 ξ  Terza ed ultima categoria, sono gli elementi tridimensionali che 
si configurano con una serie di interventi distribuiti 
planimetricamente lungo due direzioni ortogonali tra loro ed 
eseguiti con interasse molto ridotto. Si realizza, in questo modo, 
un unico grande blocco di materiale consolidato, al quale viene 
assegnata solitamente la funzione di migliorare la capacità 
portante di una fondazione o, come nel nostro caso, di costituire 
una barriera impermeabile all’acqua sul fondo di scavi sotto falda 
(propriamente detto tampone di fondo). 
 
fig. 1.2.3 elementi tridimensionali 
Indipendentemente dalla tipologia di intervento, va considerato che i 
trattamenti di jet-grouting possono essere previsti sia per la 
realizzazione di opere ex novo, sia per l’adeguamento di opere già 
esistenti.  
Sostanzialmente i campi di applicazione sono quattro:  
 11
        
1.fondazioni                      2.opere di sostegno 
         
      3.opere di tenuta idraulica                         4.gallerie 
anche se, a causa della flessibilità della tecnica, non mancano esempi di 
applicazione al di fuori delle quattro categorie considerate quali ad 
esempio, interventi per la stabilizzazione dei pendii e di consolidazione 
di opere marittime.  
                    
              stabilizzazione dei pendii                consolidamento  
 12
1.3 TECNOLOGIA ESECUTIVA DI BASE 
La tecnica consiste nell’iniezione di miscele fluide, spruzzate ad alta 
velocità nel sottosuolo attraverso uno o più ugelli di piccolo diametro 
posti all’estremità di una batteria di aste metalliche cave. 
 
 
 
fig.  1.3.1 sviluppo della tecnica del jet-grouting 
 
L’iniezione genera un complesso fenomeno disgregativo, miscelazione 
e/o permeazione del terreno, seguita da una fase di presa ed 
indurimento. Il jet grouting produce quindi un elemento di terreno 
cementato, di forma approssimativamente cilindrica, denominato 
 13
colonna consolidata, con diametri e proprietà che dipendono sia dalle 
modalità di iniezione sia dalle proprietà dei terreni. 
Diminuendo l’interasse dei trattamenti, è possibile collegare tra loro 
diverse colonne, al fine di costruire elementi consolidati di opportune 
caratteristiche geometriche le quali possono essere rinforzate con 
opportune armature metalliche. 
 
1.4 SISTEMI DI INIEZIONE 
Attualmente i procedimenti esecutivi in uso, brevettati e denominati in 
modo diverso dalle varie imprese esecutrici, possono essere classificati 
in tre categorie: 
 ξ  monofluido 
 ξ  bifluido  
 ξ  trifluido 
 
 ξ  il sistema monofluido è stato il primo ad essere sviluppato ed è 
tuttora in uso, considerato da molti il più semplice e quindi il più 
adottato nella pratica ingegneristica. La sua realizzazione prevede 
una perforazione di piccolo diametro (dai 7 ai 10 cm) con 
 14
eventuale circolazione di acqua o fango bentonitico qualora sia 
necessario sostenere le pareti del foro. Raggiunta la profondità di 
progetto s’inverte il verso di rotazione della batteria d’aste di 
scavo facendole risalire. Durante questa fase di risalita, viene 
chiuso il foro alla punta per la circolazione del fluido a bassa 
pressione, mentre dagli ugelli laterali viene iniettato un unico 
fluido: boiacca (acqua e cemento) ad elevata pressione, che 
assolve alle funzioni di rimaneggiamento del terreno, di 
penetrazione dello stesso e di cementazione del volume trattato. 
Particolari sono le aste che solo in questo sistema risultano essere 
più robuste rispetto a quelle adottate nelle altre metodologie, per 
questo motivo è possibile adottare un monitor (asta) 
autoperforante, dotato sia degli ugelli d’iniezione che 
dell’utensile tagliente. 
 
 
 
 
 
fig. 1.4.1  sistema monofluido 
 15
 
 ξ  il sistema bifluido si differenzia dal primo per il fatto che, nella 
fase di trattamento in risalita, ciascun ugello permette l’iniezione 
contemporanea di miscela cementizia ed aria compressa. La 
particolarità di questo sistema consiste nel posizionamento 
dell’ugello di espulsione dell’aria nei confronti della biacca; 
infatti, essendo questa ultima “vincolata ” coassialmente rispetto 
all’ugello della malta, ne impedisce la sua dispersione. Di 
conseguenza si incrementa l’efficienza idrodinamica e quindi il 
raggio d’azione. Ciò perché l’azione di disgregazione del terreno 
da parte del getto avviene a causa della sua alta velocità che, 
allontanandosi  dall’ugello, tende a ridursi in seguito all’apertura 
del getto stesso. La presenza dell’aria compressa riduce la 
dissipazione di energia sul contorno del getto, limitando tale 
apertura. Importante notare che all’interno del monitor sono 
alloggiate due diverse canalizzazioni, una per l’aria ed una per la 
biacca; ciò rende meno resistente l’attrezzatura e quindi meno 
adatta al suo uso in terreni più consistenti, dove non è possibile la 
perforazione a rotazione. Per ovviare a tale carenza si ricorre