Heavy tamping, compattazione dinamica

Il costipamento del terreno, ottenuto mediante martellamento dinamico intensivo del soprassuolo, si basa sul seguente principio: l’impatto di masse pesanti cadenti da altezze elevate agisce con un’energia, funzione dell’altezza di caduta e della massa impiegata, provocando la diffusione di onde di compressione e di taglio di bassa frequenza (da pochi hz a circa 20 hz).

Una rapida sequenza di colpi (da 3 a 6) provoca un cambiamento della struttura con conseguente effetto di addensamento per l’avvicinamento reciproco dei grani dovuto nei terreni sopra falda allo scorrimento degli stessi sotto le sollecitazioni delle onde di taglio e, in quelli in falda, alla fluidificazione del terreno con conseguente espulsione dell’acqua dai pori.
Menard (1974) e altri autori documentano esiti positivi anche in terreni limoargillosi a bassa permeabilità attribuendo il fatto alla compressibilità dell’acqua interstiziale dovuta alla presenza di microbolle d’aria e all’aumento della permeabilità come conseguenza dei fenomeni di liquefazione e (o) fratturazione idraulica del terreno.
Come risultato finale della compattazione dinamica si ottiene un aumento della densità secca e delle tensioni orizzontali efficaci il che comporta:
a) aumento della resistenza al taglio e del modulo di deformabilità;
b) riduzione dei cedimenti dovuti ai carichi verticali oltre la misura dovuta alla riduzione di deformabilità.

 

Heavy Tamping a Laives (Bolzano)

Il comune di Laives (Bolzano) ha destinato un’area a nord dell’abitato per la realizzazione di un centro sportivo.
Come evidenziato dalle indagini geognostiche, il terreno dell’area in esame non risultava idoneo a ospitare le strutture previste. Il profilo stratigrafico evidenziava infatti uno strato superficiale costituito, per uno spessore di 10-15m, da sedimenti di origine fluvio-lacustre di tipo limo-argilloso sottoconsolidato soffice con intercalanti potenti bianchi di torba. Questo livello presenta scarsissime caratteristiche geotecniche e si poneva perciò il problema di bonificarlo.

Crateri d'impatto dopo il secondo stadio di compattazione. Sullo sfondo materiale porfirico misto granulare utilizzato per il riempimento

L’area interessata dal primo lotto (campo di calcio regolamentare, tribuna ovest, ingresso, parcheggi e rilevato per la pista di atletica) fu bonificata sostituendo il terreno torboso con materiale di classe superiore costituito da materiali di risulta di scavi e demolizioni. Questo fu possibile grazie alla richiesta torba per uso agricolo e di zone da destinarsi a discarica per materiali provenienti da demolizioni e scavi. Le aree destinate ai lotti 3 e 4 (palazzina servizi, tribuna est, campi di allenamento) hanno subito parzialmente il processo di sostituzione, ma essendo diminuite le aree di stoccaggio per il materiale estratto e diminuendo sempre più ai tempi a disposizione, è venuta parzialmente a mancare l’azione di precarica. Si poneva, a questo punto, l’esigenza di migliorare il terreno in modo efficace e sicuro, e in tempi brevi.

Lo studio associato geologia e ambiente del dott. M. Nobile e del dott. L. Cadrobbi di Bolzano, ha elaborato un progetto di miglioramento del terreno tramite martellamento dinamico (heavy tamping). Il lavoro è stato eseguito dalla società Saces di Rovereto.

 

Il lavoro eseguito

Il progetto d’intervento prevedeva il martellamento in due o tre “passate” (a seconda dei risultati ottenuti) secondo una griglia a maglia quadrate di 5 m di lato, traslata nelle due direzioni principali dopo ogni passata.
Dopo ogni fase, i crateri venivano riempiti con materiale porfirico mista granulare, successivamente compattato e vibrato con rullo, per rendere più efficace il successivo stadio di compattazione.
Il lavoro è stato eseguito dalla società Scs di Rovereto utilizzando una gru cingolata FMC LS 118.


la massa battente aveva un peso di circa 12t e l’altezza di caduta è stata imposta a circa 12m. Sulla base di una relazione empirica dipendente dall’altezza di caduta e dalla massa del grave (perciò dall’energia), è stata prevista una profondità di efficienza teorica del trattamento pari a circa 8m.
All’inizio dei lavori è stata utilizzata una massa battente a base quadrata appositamente realizzata, di dimensioni 1.200 x 1.200 x 1.000 mm (1,44 m3), del peso di 11,93t. Il sistema di sganciamento a frizione adottato causava una forte usura e una conseguente bassa durata dei cavi, imponendo perciò la ricerca di un sistema alternativo di sgancio.
Il problema fu brillantemente risolto ricorrendo a un sistema di distacco elettromagnetico composto da un elettromagnete della potenza di 9 kW/h funzionante con una tensione continua di 220 Volt.
I crateri derivati dal martellamento avevano diametri variabili da un massimo di 3 m a un minimo di 1,8m, e profondità variabili da un massimo di 1,5 m a un minimo di 0,5m.
Il controllo dell’efficacia del trattamento è stato eseguito:
un modo deterministico attraverso la realizzazione di un piano quotato prima e dopo l’intervento, e la misurazione delle quantità di materiali di riempimento utilizzato.;
in modo statistico attraverso l’esecuzione su settori a caratteristiche omogenee di prospezioni geofisiche (sismica a rifrazione), e l’esecuzione di prove di carico su piastra, prima e dopo le varie fasi di intervento.

Zone
(stendimenti)
Velocità media prima del tamping
m/s
Velocità media dopo il tamping
m/s
Variazione percentuale %
Zone soggette a due passate
(2,3,4,5,6,7,8,10,11)
238 460 93,28
Zone soggette a tre passate
(1,9,14,15,16)
227 467 105,73
Zone soggette a quattro passate
(9)
205 460 124,39
Totale Zona Trattata 237 463 95,36

Variazione delle velocità dell’onda sismica prima e dopo il trattamento di compattazione

 

L’intervento, in questo caso particolare, può dirsi ottimamente riuscito. Il confronto delle livellazioni eseguite, e la misura del materiale riportato (6.500 m3 su un’area complessiva di 20.000 m2) hanno permesso la determinazione di un abbassamento medio di tutta l’area di circa 40cm (con conseguente aumento dell’addensamento del materiale).
La misurazione delle velocità dell’onda sismica rifratta, prima e dopo l’intervento, hanno evidenziato un miglioramento medio del 90% con punte massime superiori al 100%;

 

Società esecutrice lavori: Scs (Sega di Trambileno, Rovereto)
Indagini geognostiche: Geologia Applicata
Progetto intervento: Studio Associato Geologia e Ambient, dott. M. Nobile dott. L. Cadrobbi (Bolzano)
Direzione e assistenza lavori: Ing. I. Bonomi

 

Matteo Spagnolli
(Direttore tecnico – Scs)

 

Articolo tratto da “Costruzioni” del 1992