JET GROUTING: campi di applicazione e impiego come opera di sostegno

02/10/2014 6457
Intervista a Massimo Chiarelli, esperto in tecniche avanzate di scavo in sotterraneo
 
Ingegnere, a valle del corso di alta formazione sul jet grouting che si è appena concluso a Roma ed al quale è intervenuto insieme ad altri relatori, ci potrebbe illustrare brevemente in cosa consiste questa tecnologia e quali sono i campi di applicazione?
Innanzitutto si definisce jetting o jet grouting una tecnologia che consiste nell’iniezione di un fluido stabilizzante (acqua/cemento con l’eventuale aggiunta di additivi e/o bentonite) ad altissima pressione nel terreno e che ha come scopo il consolidamento di volumi delimitati di terreno in posto al fine di migliorarne le caratteristiche meccaniche quali la resistenza e la permeabilità.
Nella pratica, il principio del jet grouting consiste nell’iniettare ad altissima pressione (20÷70 N/mm2 equivalenti 200÷700 bar) attraverso appositi ugelli, una miscela stabilizzante con la quale il terreno viene disgregato e mescolato in situ, a formare, una volta decorso il tempo di presa della miscela, un elemento di terreno conglomerato (elemento o colonna jetting) con caratteristiche meccaniche migliorate rispetto alle condizioni iniziali.
L’obiettivo principale di questo metodo e quello di riuscire ad ottenere questo miglioramento in maniera controllata, sia fisicamente (delimitando il raggio del trattamento), sia qualitativamente (ottenendo delle caratteristiche dell’elemento jetting predefinite), obiettivi di norma difficilmente raggiungibili mediante iniezioni convenzionali.
A questo scopo il fluido (normalmente una miscela acqua/cemento con rapporto A/C≈1) viene iniettato attraverso degli ugelli situati alla base delle aste di iniezione, che nella maggior parte dei casi sono le stesse aste di perforazione.
Il jet grouting trova applicazione in tutti i campi della geotecnica, sia per scavi in sotterraneo, sia per scavi a cielo aperto. È proprio nel campo dei lavori a cielo aperto che il jet grouting trova il suo maggior impiego anche come opera di sostegno, ad esempio:
·         Consolidamento di sottomurazioni;
·         Realizzazione di diaframmi impermeabilizzanti (argini, dighe in terra);
·         Preconsolidamenti per fondazioni;
·         Consolidamento di fondazioni esistenti;
·         Sostegni di scavi e trincee;
·         Tamponi di fondo;
·         Preconsolidamenti dall’esterno per scavi in sotterraneo;
·         Stabilizzazione di pendii.
 
Esiste una specifica tipologia di terreni trattabili con questa tecnologia oppure può essere impiegato in maniera generalizzata e senza alcuna distinzione di sorta?
La tecnica del jet grouting consente il trattamento e il miglioramento di una ampia varietà di terreni. Il jet grouting è una tecnologia basata sull’erosione del terreno e della sua parziale sostituzione e, quindi, l’erodibilità del terreno gioca un ruolo fondamentale sul risultato dell’intervento. Infatti, il diametro della colonna jetting diminuisce all’aumentare della consistenza del terreno e, pertanto, si avranno colonne di grande diametro in terreni scioli e soffici e colonne di diametro più piccolo in terreno coerenti; l’applicabilità è condizionata dallo spessore delle fessure nelle rocce e dalla dimensione e volume dei pori nei terreni sciolti. In base a quanto sinora detto, è ovvia l’impossibilità ed il non senso a trattare con questa tecnologia suoli compatti o rocciosi.
 
Si è fatto riferimento all’impiego jet grouting quale opera di sostegno. Quali sono le possibili applicazioni ed i vantaggi?
Premesso che gli elementi jetting presentano la non secondaria possibilità di essere armati con gabbie, barre, tubi o profilati in acciaio, l’applicazione del jetting quale opera di sostegno non differisce sostanzialmente dai sistemi utilizzati allo scopo e che richiedono un pretrattamento del terreno, prima di qualsiasi attività di scavo, come i pali e le paratie. A differenza di questi metodi, il jet grouting presenta il notevole vantaggio di una flessibilità esecutiva maggiore rispetto ad altri metodi, grazie alla quale è possibile attuare strutture complesse formate da singoli elementi jetting combinati. È inoltre possibile, con le dovute precauzioni, intervenire non solo a ridosso, ma anche direttamente al di sotto di strutture esistenti (edifici, fondazioni ecc.), cosa parecchio complicata e/o addirittura inattuabile con altri sistemi di sostegno. Per questi motivi il jetting è indicato sia per il sostegno di pareti, sia per sottomurazioni.
Come dicevo, il sostegno di pareti con il sistema jetting può essere considerato alla stessa stregua di altri tipi di sostegni. L’esecuzione avviene realizzando una serie lineare di colonne secanti verticali eventualmente armate con profilati o barre in acciaio, di dimensioni adeguate ai carichi statici/dinamici che la struttura è chiamata ad assumere. Queste possono essere eventualmente completate da una serie di colonne ad inclinazione diversa a creare ad esempio delle mensole, degli ancoraggi o semplicemente un maggior spessore della parete a seconda delle necessità.
Per l’elevata aderenza al terreno non trattato che circonda la colonna, questa tecnologia trova un’estesa applicazione nel campo dei pali di fondazione ove sia richiesto il massimo sfruttamento dell’attrito laterale rispetto alla resistenza alla punta. Infatti, l’area di contatto tra terreno consolidato e terreno naturale non e regolare e, oltre a questa causa di attrito, un apporto non indifferente e dato dalla compressione dinamica generata dal getto del fluido sul terreno interessato che crea una sorta di precompressione laterale delle colonne. Questa tecnologia, quindi, si adatta in particolar modo alla realizzazione di fondazioni profonde. La messa in opera può avvenire sia sopra che sotto livello di falda.
 
Se volessimo addentrarci nei metodi esecutivi e negli aspetti tecnici di questa tecnologia, come potremmo descriverla in generale?
Molto semplicemente, abbiamo detto che il jet grouting consiste nel mescolare il terreno con un fluido stabilizzante iniettato ad altissima pressione attraverso degli ugelli situati alla base delle aste d’iniezione.
Il procedimento consiste inizialmente nell’esecuzione di una perforazione realizzata con utensili di uso normale (trivelle) adeguate alle esigenze della perforazione stessa e nel successivo trattamento mediante graduale e progressiva estrazione delle aste in rotazione (entrambe a velocita prestabilite), iniettando contemporaneamente il fluido composto da acqua e cemento ed con l’aggiunta di eventuali additivi e/o bentonite. Ovviamente, le aste di trivellazione devono essere adeguate a sopportare pressioni di iniezione che possono raggiungere i 700 bar.
Raggiunta la profondità voluta, un dispositivo a valvola chiude le vie di accesso all’utensile di perforazione in modo che il fluido che viene inviato nel foro attraverso le aste sia obbligato ad uscire da uno o più ugelli di sezione molto ridotta. Dall’ugello (o dagli ugelli) il fluido legante sottomesso ad elevata pressione, normalmente dai 200 ai 700 bar, esce con una velocità che si aggira sui 180÷280 m/sec. Il terreno viene cosi investito da un getto dotato di notevole energia e di conseguenza disgregato, entro un certo limite, nei suoi componenti litoidi che sono cosi costretti a miscelarsi intimamente con il fluido legante.
Con la rotazione della batteria di aste si ottiene cosi un cilindro di terreno miscelato la cui sezione è in relazione alla resistenza del terreno stesso e alla quantità e qualità di energia che il sistema è in grado di trasmettere al punto d’applicazione.
In casi particolari è possibile, limitando l’angolo di rotazione o escludendolo completamente, ottenere elementi di forma semicircolare oppure, setti o pareti.
Attualmente sono utilizzati tre diversi metodi per l’esecuzione del jet grouting. Questi si differenziano essenzialmente per la posizione degli ugelli lungo le aste ma, soprattutto, per il tipo ed il numero di fluidi utilizzati durante il trattamento. Questi metodi hanno differenti gradi d’efficacia e sono impiegati in base al tipo di terreno da trattare. Si distinguono:
> Jetting monofluido o monofase;
> Jetting bifluido o bifase;
> Jetting trifluido o trifase

Il jetting trifase è quello più potente e porta ad un raggio d’azione maggiore e ad una più accentuata rimozione della componente fine del terreno. Esso è indicato per i terreni più consistenti.