4.3 Prove di laboratorio per la determinazione del condizionamento ottimale
4.3.3 Prova di permeabilità
64 Il condizionamento tra l’altro avviene a pressione atmosferica prima di essere immesso nel serbatoio, mentre nella realtà la miscelazione di terreno e agenti condizionanti avviene alle ben più alte pressioni di esercizio della macchina.
65 Figura 4.7 - Schema del test di permeabilità (Martinelli, 2016)
La prova consiste nel valutare il tempo impiegato da 2 litri di acqua a passare attraverso il campione in esame alla pressione atmosferica.
Il battente d'acqua utilizzato per questo test era di solito uguale a 1 metro (0,1 bar), ma per testare il materiale condizionato e confrontare poi con il terreno naturale è stato utilizzato un valore di 1 bar (10 m d'acqua).
Dalle prove eseguite si è ricavato che maggiore è il FIR maggiore è il tempo impiegato per far filtrare il 2 litri di acqua e perciò si ha una impermeabilizzazione migliore (Borio
& Peila, 2011).
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5 Caso Studio
L’oggetto dello studio è stato quello di descrivere e valutare, qualitativamente e quantitativamente, attraverso prove di laboratorio come le caratteristiche geomeccaniche del terreno in esame, dopo che questo aveva subito un processo di condizionamento, variassero nel tempo al degradarsi del tensioattivo utilizzato.
La necessità di effettuare il condizionamento deriva dal fatto che il materiale studiato proviene da un sito dove è prevista la realizzazione di una galleria ferroviaria ad alta velocità, per la quale la metodologia di scavo designata è mediante l’utilizzo di una Tunnel Boring Machine di tipo Earth Pressure Balance shield.
Più precisamente il condizionamento in questo studio è stato condotto impiegando cinque differenti agenti condizionanti: tre diversi tipi di tensioattivi denominati in questo elaborato rispettivamente come Prodotto A, Prodotto B e Prodotto C; un Prodotto D (slurry bentonitico) e un Prodotto E (slurry polimerico).
Lo studio ha interessato la valutazione di cinque differenti tipi di condizionamento applicati al terreno in esame che hanno utilizzato i prodotti appena citati: tre condizionamenti hanno riguardato l’applicazione dei tre tensioattivi ciascuno dei quali usato separatamente, un condizionamento ha coinvolto l’uso del tensioattivo Prodotto C insieme allo slurry bentonitico Prodotto D ed infine un condizionamento ha previsto l’impiego simultaneo sempre del tensioattivo Prodotto C con lo slurry polimerico Prodotto E
Uno dei motivi per cui è nata la necessità di compiere questo studio è a scopo di carattere logistico e organizzativo del cantiere di scavo. Infatti, immediatamente dopo che il terreno condizionato viene estratto dalla galleria è sottoposto a una normativa che impone vincoli dal punto di vista ambientale derivanti dalla presenza degli agenti condizionanti.
Perciò, inizialmente si è costretti a doverlo accumulare in vasche di raccolta all’interno dell’area di cantiere posta all’imbocco dello scavo, in attesa che si abbassi il livello di concentrazione dei tensioattivi al di sotto della soglia imposta per poterlo trasferire al di fuori del cantiere.
67 Risulta evidente che il tempo impiegato dal tensioattivo a degradarsi fino a scendere al di sotto della soglia limite e la produzione giornaliera in avanzamento prefissata definiscano il volume delle vasche adibite ad accogliere il materiale. Spesso tale spazio richiesto è molto grande e non è ricavabile nel cantiere che ha dimensioni limitate, di conseguenza l’unica soluzione è ridurre i volumi scavati diminuendo la velocità di avanzamento, però questa misura si ripercuote inevitabilmente sui costi che subiranno un aumento.
Successivamente, quando i vincoli ambientali sono rispettati, il terreno è trasferito all’esterno del cantiere in un'altra area di stoccaggio. È proprio in questa fase che trova una delle maggiori rilevanze questo studio. Infatti è utile determinare lo stato in cui si trova il terreno in questo momento, ovvero determinare se la sua consistenza è ancora troppo fluida e pastosa oppure presenta caratteristiche già tali per poter permettere un suo abbancamento. Nel caso ci trovassimo nella prima situazione, allora è altresì importante valutare il tempo impiegato dal materiale a riottenere il comportamento adatto a poterlo abbancare. Questi fattori sono interessanti perché determinano il tempo che il terreno dovrà rimanere nel sito di stoccaggio intermedio prima di giungere al deposito finale e lo spazio ad esso necessario con il quale si va a scegliere e dimensionare l’area adibita a questo.
Infine, l’altro motivo principale che ha condotto a questo studio è quello di valutare se il materiale di scavo soggetto a condizionamento, anziché finire nei siti di deposito e restare inutilizzato, presentasse caratteristiche meccaniche, e nell’ipotesi che avvenga dopo quanto tempo dal condizionamento le riacquistasse, tali da poter essere reimpiegato come materiale da costruzione per opere in terra come possono essere i rilevati.
Si ritiene proprio il rilevato particolarmente interessante in questo specifico caso in quanto la galleria in questione si incontra lungo lo sviluppo di una linea ferroviaria e quindi il terreno potrebbe essere riutilizzato per le costruzioni delle parti appunto in rilevato di questa.
In particolare, in conseguenza a quanto appena spiegato, lo studio si è focalizzato sulla comparazione del terreno condizionato tramite i vari agenti condizionanti sopra citati
68 con lo stesso terreno allo stato naturale non soggetto a condizionamento. Si è voluto evidenziare per ogni agente condizionante se, ed eventualmente dopo quanto tempo dalla loro applicazione, si recuperassero le caratteristiche presentate in principio dal terreno.
Nello studio è stato sviluppato il confronto anche tra i vari agenti condizionanti analizzando come il terreno, considerando le sue caratteristiche geomeccaniche, reagisse diversamente nel tempo al degrado di ognuno di essi.
Le prove di laboratorio effettuate per questo studio servono a determinare alcune proprietà geomeccaniche caratterizzanti il terreno utili a comprendere il suo comportamento nei confronti del condizionamento con il fine di raggiungere gli obiettivi delineati in precedenza.
Nel dettaglio le prove svolte a questo scopo sono state:
• Slump;
• Miscelatore torsionale;
• Prova scissometrica;
• Prova di taglio diretto;
• Proctor.
Ognuna di queste prove ha fornito risultati che permettono di interpretare dal punto di vista geomeccanico da loro indagato come il terreno ha risposto ai diversi condizionanti in specifici istanti di tempo prestabiliti.