Negli ultimi anni la progettazione di grandi opere che richiedono l’impiego di risorse naturali non rinnovabili e materiali con elevate capacità prestazionali, è stata caratterizzata non solo dalla maggiore sensibilità ambientale ma anche dalla coerente e progressiva difficoltà, da parte degli Enti competenti, al rilascio di concessioni per la coltivazione di nuove cave di inerti ghiaioso-sabbiosi.
Nei casi di studio proposti viene affrontato il problema, sempre più frequente, della presenza di terreni di imposta con scadenti qualità meccaniche e pertanto inadatti a garantire i requisiti di progetto.
La soluzione tradizionale a questo problema sarebbe la bonifica, ovvero la sostituzione di un determinato spessore del terreno naturale in sito con un materiale selezionato di cava, di opportune caratteristiche fisiche e meccaniche.
La soluzione al momento più diffusa che consente di migliorare le proprietà fisico-chimiche e meccaniche di un terreno argilloso giustificando il reimpiego del terreno originario è rappresentata dalla tecnica della stabilizzazione con calce.
In questo contesto il ruolo del Laboratorio diviene di primaria importanza. Infatti nelle attività sperimentali preliminari, finalizzate alla scelta della miscela terra-acqua-calce ottima, il Laboratorio è il principale interlocutore del Progettista, interpreta le richieste di prestazione ed elabora il relativo programma di prove. Successivamente, per conto dell’Impresa Esecutrice e/o del Direttore dei Lavori, interviene per controllare la correttezza delle modalità della posa in opera e per verificare la conformità ai requisiti di progetto del prodotto finale.
L’intervento di stabilizzazione a calce su un tratto della S.S. 640 “di Porto Empedocle”
Le indagini sperimentali hanno avuto come obiettivo principale lo studio di una miscela ottimale terra-acqua-calce da adottare per migliorare le caratteristiche di portanza dei terreni interessati dai “Lavori di ammodernamento e adeguamento alla cat. B del D.M. 05/11/2001 dal km 44+000 allo svincolo con l’A19 della S.S. 640 “di Porto Empedocle””.
Su incarico del Contraente Generale Empedocle 2 Scpa, la Sidercem Srl ha provveduto ad effettuare lo studio di formulazione delle miscele da impiegare nella realizzazione del piano di posa del rilevato e del corpo del rilevato con la tecnica della stabilizzazione a calce.
L’indagine suddetta si è articolata nelle seguenti fasi:
- prequalifica dei materiali;
- studio delle miscele sperimentali terra-calce;
- realizzazione di campi prova sperimentali;
- controlli in corso d’opera.
Lo studio di formulazione delle miscele terra-calce
Terminata la caratterizzazione preliminare è stato richiesto lo studio di formulazione delle miscele terra-calce per i campioni della galleria Favarella.
È stata realizzata una miscela al 50% di due campioni e su questa è stato eseguito lo studio ai seguenti dosaggi in calce: 2,0%, 2,8% e 3,5%. Sulle miscele oggetto di studio pertanto sono state eseguite:
- prove di costipamento AASHTO standard (UNI EN 13286-2);
- prove di portanza immediata IPI (UNI EN 13286-47);
- prove di portanza CBR4i su campioni compattati secondo AASHTO standard, dopo quattro giorni di immersione in acqua dei provini (UNI EN 13286-47);
- prove di portanza CBR7+4i su campioni compattati secondo AASHTO Modificata che dopo sette giorni di maturazione in condizioni protette di evapotraspirazione subiscono un periodo di immersione in acqua di 96 ore (UNI EN 13286-47);
- prove di rigonfiamento accelerato (UNI EN 13286-49).
I campi prova sperimentali
Allo studio delle miscele è seguita la realizzazione di un campo prova per la validazione, a scala reale, dei dati sperimentali ottenuti in laboratorio. I controlli del trattamento a calce del terreno, su indicazione della Committente, hanno interessato le seguenti fasi:
- preparazione del terreno;
- spandimento della calce;
- miscelazione;
- verifica delle proprietà meccaniche delle miscele;
- costipamento.
Le strisce laterali del rilevato sono state utilizzate per i controlli di:
- dosaggio di calce;
- IPI effettuate in laboratorio sulle miscele prodotte in cantiere;
- omogeneità delle miscele (confronto tra i pH della parte superiore d inferiore di un singolo strato);
- finezza di miscelazione (granulometria apparente dei grumi).
Le strisce centrali, invece, sono state utilizzate per i seguenti controlli:
- dosaggio di calce (in misura limitata rispetto alle strisciate laterali);
- addensamento (misure con volumometri di grande diametro che andavano a interessare l’intero spessore dello strato);
- portanza in situ, mediante prove di carico su piastra.
Lo spandimento della calce
Il dosaggio della calce in corso d’opera è stato eseguito subito dopo il passaggio della spanditrice, prima della miscelazione, valutando la quantità in peso di legante raccolta all’interno di contenitori di alluminio, di superficie e peso noti, poste sull’area da trattare.
La miscelazione
Il terreno sul quale è stato steso il legante è stato successivamente fresato, polverizzato e quindi miscelato con il legante stesso. La finezza della miscelazione e la dimensione massima delle zolle è stata valutata mediante stacciatura a secco.
La verifica delle proprietà meccaniche delle miscele
Sulle miscele di cantiere, impiegate nei rilevati sperimentali, è stata anche eseguita la verifica delle prestazioni meccaniche mediante misura dell’Indice di Portanza Immediato IPI, in accordo alla Norma UNI EN 13286/47.
Il costipamento
L’attività di messa a punto del processo di compattazione ha riguardato:
- il controllo dell’umidità delle miscele al momento del costipamento;
- il controllo dell’addensamento utilizzando un volumometro con imbuto da 30 cm di diametro per la misura della densità in situ;
- la verifica della portanza, entro poche ore dal costipamento, mediante prove di carico con piastra statica per la misura dei moduli di deformazione.
I controlli in corso d’opera
L’esito della campagna sperimentale, di laboratorio e nei campi prova, ha consentito alla Committente di elaborare le Norme Tecniche Integrative per l’esecuzione dei lavori in terra-calce, in seguito approvate dall’ANAS come “Variante al Piano di Gestione delle Terre e Rocce da Scavo” nell’ambito dei lavori di ammodernamento ed adeguamento della S.S. 640 “di Porto Empedocle”.
Secondo le Norme Tecniche Integrative i controlli in corso d’opera sulle miscele prodotte in cantiere prevedono da parte del laboratorio le seguenti prove in situ:
- verifica dell’umidità della miscela;
- controllo dello spandimento del legante;
- controllo della polverizzazione del terreno;
- controllo dell’Indice di Portanza Immediato;
- controllo del Modulo di Deformazione MD;
- controllo della densità in situ.
Conclusioni
I casi di studio proposti presentavano il problema della presenza, lungo il tracciato, di terreni di imposta limoso-argillosi, con scadenti caratteristiche meccaniche, non conformi ai requisiti di progetto, per le rispettive opere, e pertanto non idonei all’impiego nelle condizioni naturali. La Committente, scartata la soluzione tradizionale della rimozione con bonifica, per problemi ambientali e di maggiori costi, ha affrontato sperimentalmente quella del trattamento, per stabilizzazione con calce, dei terreni naturali.
L’approccio sperimentale ha consentito in prima istanza di valutare la fattibilità del trattamento a calce e successivamente di operare, quantificando i parametri di controllo, la migliore scelta in termini di dosaggio di legante (calce).
Nel caso relativo al rilevato stradale esaminato la sperimentazione – in laboratorio e in situ – ha consentito di elaborare delle specifiche tecniche operative, inerenti sia i mezzi d’opera e le attrezzature che i requisiti limite per il controllo delle modalità di esecuzione e posa in opera e delle caratteristiche prestazionali di progetto.