Liquefazione dei terreni in Emilia-Romagna: mitigazione del rischio con soluzione GEOSEC


Premessa.
Diverse sono le metodologie di consolidamento per il mitigazione del rischio liquefazione dei terreni. Nell'ambito di quelli ad iniezione di miscele chimiche, la recente esperienza acquisita in occasione dell'evento sismico 2012 in Emilia Romagna, ha permesso di allargare il campo delle soluzioni tecnologiche anche ad una innovativa metodologia messa a punto dal centro Italiano di ricerca e sviluppo del gruppo GEOSEC.
L'azienda si è impegnata nel periodo post sisma in diversi campi prova eseguiti sul territorio per l'implementazione di metodologie innovative rivolte alla mitigazione del rischio Liquefazione. I test sono stati condotti interamente con fondi propri dell'azienda senza alcun finanziamento pubblico e su siti danneggiati dall'evento sismico messi volentieri a disposizione da privati proprietari danneggiati dal sisma. I risultati sono stati successivamente portati condivisi e sottomessi al Servizio Geologico Sismico della Regione Emilia Romagna che ha recentemente emesso un parere positivo per la successiva replica in opera di diversi interventi su più ampia scala richiesti da Committenti privati colpiti dal sisma.

1. I metodi di intervento tradizionali.
Secondo la determina della regione Emilia Romagna (n. 12418 del 02/10/2012 - p.to 6) possiamo distinguere i seguenti trattamenti:

- Trattamenti di tipo “passivo”
In generale sono utilizzati quando le metodiche di intervento di tipo “attivo” - che presenteremo di seguito - risultano eccessivamente onerose, dunque giustificabili solo per edifici di particolare importanza, come quelli pubblici e strategici ed inoltre poco estendibili ad ampie aree di trattamento. Questi metodi non alterano le condizioni attuali dei terreni ma intervengono in maniera passiva al ripresentarsi del fenomeno, riducendo vantaggiosamente il generarsi della sovrappressione dell’acqua (IPS) o favorendone la sua dissipazione (dreni).

- Trattamenti di tipo “attivo”
Si definiscono invece attivi quegli interventi che migliorano le proprietà meccaniche dei terreni mediante azioni dirette quali addensamento o cementazione.
Le tecnologie di intervento di tipo “attivo”, per la mitigazione del rischio liquefazione in presenza di edifici esistenti, dovrebbero utilizzare attrezzature di limitato ingombro che operino possibilmente solo all’esterno della struttura realizzando raggiere di perforazioni di piccolo-diametro sub-verticali o curvilinee direzionate o sub-orizzontali e tali da non produrre vibrazioni che compromettano la statica della costruzione.
La determina Regionale richiede poi che qualunque intervento di miglioramento dovrà incrementare la resistenza ciclica dei materiali trattati di una quantità almeno sufficiente a evitare il ripetersi del fenomeno in caso di un sisma di entità paragonabile a quelli del 20 e 29 Maggio 2012, avere un basso impatto ambientale, risultare il meno invasivo possibile per le aree edificate, interessare superfici limitate, non dovrà alterare (se non localmente in corrispondenza degli edifici) il regime delle acque interstiziali di falda e il loro chimismo, e dovrà avere caratteristiche stabili e permanenti nel tempo, ben certificate.
Sulla base delle conoscenze sinora acquisite, i metodi più idonei e sui quali esiste anche una esperienza maggiormente consolidata sono i seguenti:

a) Iniezioni di permeazione con miscele leganti (“permeation grouting”)
Lo scopo della tecnica è generare una leggera cementazione o coesione vera tra i grani del terreno facendo penetrare nei pori interstiziali una miscela “legante” opportunamente calibrata (es. soluzioni o sospensioni silicatiche). La cementazione provoca un aumento della resistenza a liquefazione, una riduzione della permeabilità ed un incremento della rigidezza.
La riuscita del trattamento dipende dalla permeabilità dello strato di terreno e dalla penetrabilità della miscela all’interno dello strato. È quindi necessaria una accurata scelta del prodotto da iniettare che non deve spostare i grani di terreno (spiazzamento, fenomeni di claquage), ma deve permearli.
La sabbia sciolta trattata dovrà raggiungere la resistenza ciclica e la rigidezza iniziale in campo elastico tipiche della stessa sabbia addensata, mentre la rigidezza a medie e grandi deformazioni non dovrà cambiare significativamente. Infine il trattamento dovrà risultare irreversibile, stabile nel tempo e la miscela iniettata dovrà essere completamente inerte nei confronti di agenti aggressivi, non dovrà avere interazioni di tipo chimico o alterare il chimismo dell’acqua interstiziale.

b) Iniezioni di compattazione (“compaction grouting”)
La tecnica consente di ridurre l’indice dei vuoti di terreni granulari mediante iniezioni di miscele cementizie che spiazzano il terreno circostante che si compatta con conseguente incremento della resistenza alla liquefazione, della rigidezza e riduzione della permeabilità.
Allo stato si prevede che una boiacca di malta venga pompata a pressioni elevate fino a 3.5 MPa dal basso verso l’alto da tubi di acciaio infissi o trivellati nel terreno secondo una griglia con interesse 1.5 – 3.0 m. Il volume di boiacca immesso può variare dal 3 al 20% del volume di terreno trattato.
Le iniezioni di compattazione generano solitamente elementi colonnari “consolidati” che hanno funzione portante se realizzati sotto le fondazioni di edifici esistenti o di nuova costruzione; possono essere utilizzate per riportare in piano edifici che hanno subito rotazioni anche significative; inoltre rappresentano un ulteriore fattore di miglioramento delle proprietà meccaniche del sottosuolo.


2. L'esperienza GEOSEC nella mitigazione del rischio liquefazione.
Per lo scopo è stata concepita una nuova speciale miscela chimica con particolari connotazioni di stabilità nel tempo e adeguata compatibilità ambientale una volta raggiunto lo stato inerte solidificato. In questo articolo saranno omessi per ragioni di tutela del know how ulteriori dettagli tecnici sia sul prodotto utilizzato che sulle modalità applicative che saranno invece oggetto di future pubblicazioni e ci soffermeremo invece sui risultati e sui vantaggi ottenuti per il progresso dello stato dell'arte.
Nell'occasione sono stati approntati diversi campi prova in vera grandezza secondo differenti approcci e modalità applicative che hanno permesso di stabilire l'efficacia della metodologia, le idonee modalità di azione e applicazione operativa.
Preliminarmente alle iniezioni sono state condotte sequenze multiple di prove CPTU che hanno per l'identificazione di strati potenzialmente liquefacibili risultati a profondità comprese tra - 7 e - 10 m dal p.c. .
Le prove CPTU post-intervento sono state eseguite in numero significativo e ad opportune distanze dalle verticali di iniezione così come suggerite e condivise con il  Servizio Geologico Sismico della Regione Emilia-Romagna. Tale procedura ha vantaggiosamente consentito di ottenere una maggiore robustezza dei dati, verificare il volume di azione della miscela chimica e dunque definire un successivo progetto d'intervento dedicato ai differenti casi in esame.
Confrontando le prove CPTU pre-intervento con quelle CPTU post-intervento  si è potuto apprezzare un notevole miglioramento dei valori di resistenza alla punta e di resistenza all’attrito laterale lungo tutto lo strato trattato. Il fattore di sicurezza FS ha altresì evidenziato un incremento medio sullo strato del 214% con picchi talvolta pari anche a 15 volte il valore iniziale pre - trattamento e la verifica a liquefazione è risultata ampiamente soddisfatta.
I riscontri ottenuti mostrano un significativo miglioramento delle prestazioni geotecniche del terreno trattato in assoluta conformità con le norme tecniche di settore e le prescrizioni indicate dal Servizio Geologico Sismico della Regione Emilia Romagna. Ne consegue che il metodo si è confermato a pieno titolo quale soluzione alternativa e di significativo interesse per la  risoluzione dei problemi di mitigazione del rischio liquefazione ed in grado di apportare allo stato dell'arte i seguenti vantaggi in confronto alle soluzioni di iniezione più tradizionali:

Nel recupero edilizio: Vantaggi per le strutture
- Non necessità di scavi e trivellazioni pesanti e non produce vibrazioni alle opere;
- Non richiede opere di demolizione e ricostruzione delle fondazioni esistenti;
- Non produce sollevamenti impropri.

Vantaggi per il terreno
- Non necessità di alta pressione di spinta in fase di iniezione come ad esempio nel metodo jet grouting e dunque riduce notevolmente il rischio di dispersione della miscela, consentendo invece un'azione mirata nel volume di terreno bersaglio;
- Non appesantisce il terreno dopo il trattamento: il peso specifico della miscela risulta molto inferiore alle miscele cementizie in un rapporto modulabile compreso tra 1/10 e 1/100;
- Tempi di maturazione della miscela pressoché incomparabili rispetto alle tradizionali iniezioni di miscele cementizie e più precisamente in un rapporto minimo pari ad almeno 1/30;
- Non inquina, un terreno dopo il trattamento rimane non inquinato (D. Lgs. 152/06 e s.m.i);

Ing. Marco d'ATTOLI -  Ing. Fabio NAVI - Ing. Marco OCCHI
GEOSEC group

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BIBLIOGRAFIA
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AGI - Gruppo di Lavoro dell’AGI per gli Edifici Industriali  - Linee di indirizzo per interventi su edifici industriali mono piano colpiti dal terremoto della pianura padana emiliana del maggio 2012 non progettati con criteri antisismici: aspetti geotecnici