Categoria: Geotecnica

Quattro allineamenti di pali in calcestruzzo armato, profondi circa 16 metri, sono al centro del progetto di consolidamento idrogeologico del versante su cui sorge il centro storico di Cermignano, comune di circa 1600 abitanti della provincia di Teramo. Le opere rispondono a un dissesto che il PAI classifica con pericolosità da frana P3 e rischio R4, riferito a deformazioni superficiali lente e a scorrimenti rotazionali attivi.

Un alto morfologico esposto al dissesto

Il nucleo antico è arroccato su un alto morfologico allungato in direzione ENE-WSE, a quota di circa 550 m s.l.m., sui versanti in destra idrografica del fiume Vomano, nel dominio collinare periadriatico. Le frazioni, costruite su versanti planari meno acclivi, completano un insediamento ricompreso nella Comunità Montana del Vomano, Fino e Piomba. Dal punto di vista geologico il territorio ricade nel bacino di avanfossa mio-pleistocenico che affiora in continuità dalle pendici del Gran Sasso fino alla costa adriatica.

Fisiograficamente domina la medio-bassa collina: versanti regolari, interrotti da bruschi cambi di pendenza in corrispondenza delle emergenze sviluppate sui termini litologici a maggiore competenza. La natura dei terreni affioranti convoglia le acque meteoriche lungo assi di drenaggio preferenziale, generando fossi e rii a carattere stagionale.

Le criticità prendono corpo nelle coltre, in posto o rimaneggiate, dove coesistono una componente argillosa e una granulare incoerente. La saturazione di questi materiali allenta i legami interparticellari, accresce il peso di volume e abbassa i parametri meccanici, che finiscono per non essere più adeguati alle pendenze di degradazione. Ne derivano movimenti lenti ma continui verso valle, che l’erosione al piede e le precipitazioni abbondanti possono trasformare rapidamente in instabilità estese. Uno scenario diffuso in molte aree della penisola, dove la fragilità geomorfologica si somma alla vulnerabilità del patrimonio edificato.

P3 e R4: la lettura del PAI e della microzonazione

Le Carte della Pericolosità e del Rischio del PAI vigente collocano il versante meridionale del centro storico, così come l’area di via Nazionale, tra le zone soggette a pericolosità P3 per deformazioni superficiali lente e scorrimenti rotazionali, con conseguente rischio R4.

Determinante, ai fini del dimensionamento, il contributo della carta di microzonazione sismica di I livello del comune, che individua l’intero versante come zona di attenzione per instabilità di versante attiva, comprendendo sia lo scorrimento rotazionale sia la frana per deformazioni superficiali lente. Sulla base di questa lettura si presume che le superfici di scorrimento dello scorrimento rotazionale siano poco profonde, con ogni probabilità confinate nello spessore della coltre di riporto: il pendio viene quindi trattato come globalmente instabile e su di esso sono state progettate le opere di risanamento.

Le evidenze sul campo confermano la gravità del quadro. L’avanzamento del fenomeno franoso lento ha coinvolto i terreni di sottofondo degli edifici sul lato meridionale di via Roma, provocando dissesti fondali e lesioni in alcune porzioni delle strutture portanti, con restrizioni al passaggio. Il fronte interessato si estende per circa 200 metri lungo la zona valliva della strada.

L’ammasso in frana di via Nazionale

L’area di intervento n.2, una zona ristretta a est del nucleo antico lungo via Nazionale, è interessata da uno scorrimento rotazionale allo stato attivo, le cui forme sono ben leggibili in superficie. Il fenomeno si è manifestato nel dicembre 2013, a seguito di intense precipitazioni, e da allora risulta in movimento con velocità di spostamento ridotta.

L’ammasso in frana scorre lungo la superficie che lo separa dal substrato stabile, formato da argille marnose e marne argillose, e coinvolge la coltre colluviale di spessore variabile tra 3 e 6 metri, costituita da terreni limo-argillosi con intercalazioni sabbiose e blocchi arenacei.

Nelle aree retrostanti le abitazioni erano già stati realizzati interventi di consolidamento, con muri fondati su pali di grosso diametro. Le forme di instabilità oggi rilevabili in superficie, riconducibili a sovrascorrimenti e accompagnate da danni alle strutture, attestano però la persistente attività dell’ammasso.

Le paratie di pali per il centro storico

Sul centro storico, area di intervento n.1, il consolidamento del pendio naturale passa per quattro palificate da realizzare poco a valle dei fabbricati più prossimi al pendio, secondo due tipologie.

La TIPO1 è costituita da una singola fila di pali in c.a. con diametro esterno di 60 cm, disposti a interasse di 75 cm e con profondità complessiva di circa 16,0 m. L’armatura prevede 14 barre di acciaio Φ24 e spirale Φ12/20. Sopra i pali è previsto un muro di contenimento in c.a. a sezione di L rovescia, con trave di fondazione di 2,0×1,0 m e mensola di elevazione di 3,50×0,40 m, con armature in filanti Φ12/30 e staffe Φ18/20: l’elemento predispone un terrapieno funzionale all’allargamento dei piazzali scoperti compresi tra alcuni edifici.

La TIPO2 replica lo stesso allineamento di pali, con pari diametro, interasse, profondità e armatura, e aggiunge in testa un cordolo di coronamento a sezione 1,0×0,8 m.

I materiali previsti sono calcestruzzo C25/30 XC2 S4 per le paratie di pali e acciaio tipo B450C per le armature delle strutture in c.a.

Trincee drenanti e regimentazione delle acque

Il presidio idraulico completa la stabilizzazione. Subito a valle delle paratie di TIPO2 sono previste trincee drenanti realizzate con elementi modulari di larghezza pari a 0,30 m e profondità di 2,0 m. Il loro compito è allontanare le acque piovane che ruscellano in superficie e filtrano a valle delle paratie, riducendo al minimo gli scorrimenti superficiali sul pendio ed evitando la saturazione delle coltri, causa principale dell’innesco del movimento gravitativo lento.

La regimentazione delle acque provenienti da via Roma e dagli slarghi retrostanti le opere si chiude con una rete di drenaggio mediante canalette grigliate, a cui seguirà il rifacimento delle pavimentazioni. Le superfici saranno realizzate con lastre di pietra locale da 5 cm su un massetto in cemento armato da 10 cm e su uno strato di fondazione in misto granulare stabilizzato da 15 cm. La medesima finitura è prevista per le scale e le rampe esistenti ricadenti nell’area di intervento, mentre gli slarghi saranno delimitati da un parapetto alto 1,10 m complessivi, con balaustra metallica e pannelli di lamiera microforata.

Un caso che mostra come la stabilizzazione di un borgo collinare non si esaurisca nelle opere di contenimento: pali profondi e drenaggi operano su fronti complementari, rispettivamente sulla stabilità del versante e sul controllo delle acque che ne innescano l’instabilità.

La trattazione completa, con l’inquadramento geologico e geotecnico del sito e gli elaborati di progetto, è pubblicata nel numero 27 della rivista Lo Strutturista, consultabile anche attraverso l’abbonamento annuale.

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Un impianto sperimentale che affianca la prova a colonna risonante all’analisi al microscopio elettronico a scansione è alla base di uno studio pubblicato sulla rivista Buildings, vol. 16, articolo 3919. L’oggetto è l’influenza del contenuto di NaCl sul modulo di taglio a piccole deformazioni e sulla microstruttura dei terreni salini, con la doppia lettura, macroscopica e microscopica, a caratterizzare l’intero lavoro.

Salinità come variabile sperimentale

La ricerca affronta il rapporto tra tenore di cloruro di sodio e rigidezza a piccole deformazioni, espressa dal modulo G0, e allo stesso tempo il rapporto tra salinità e organizzazione interna del materiale. Il contenuto di sale viene trattato come variabile esplicita del programma di prove, così che il suo effetto sulla risposta in rigidezza possa essere isolato e quantificato. Nei terreni salini la fase salina condiziona il comportamento geotecnico, e la sua quantificazione diventa quindi un passaggio necessario di ogni caratterizzazione dinamica del materiale.

La colonna risonante per la misura di G0

La determinazione del modulo di taglio a piccole deformazioni è affidata alla prova a colonna risonante, tecnica di laboratorio dedicata alla caratterizzazione dinamica dei terreni nel campo delle deformazioni molto basse. Nel disegno sperimentale questa prova costituisce il versante macroscopico dell’indagine: la risposta in rigidezza del suolo salino viene rilevata al variare del contenuto di NaCl, fornendo la base sperimentale della correlazione tra salinità e G0.

La lettura della microstruttura con l’analisi SEM

Il secondo binario dell’indagine passa dall’osservazione diretta della microstruttura mediante microscopia elettronica a scansione. L’accostamento delle due tecniche è l’elemento distintivo dell’impostazione. Alla misura numerica della rigidezza si aggiunge la descrizione dell’organizzazione interna del terreno, cosicché le variazioni di G0 possano essere interpretate anche alla scala microscopica, anziché restare grandezze puramente sperimentali.

Lettura per la pratica geotecnica

Per chi si occupa di caratterizzazione geotecnica di depositi interessati da salinità, l’interesse dell’impostazione sta nel modo in cui i tre elementi vengono messi in relazione: contenuto di NaCl, rigidezza a piccole deformazioni e microstruttura. Il modulo di taglio a piccole deformazioni non è affrontato come parametro isolato, ma come esito del tenore salino e della tessitura che il sale contribuisce a definire. Un quadro di questo tipo fornisce riferimenti concreti quando si tratta di interpretare i valori di G0 di un terreno salino alla luce della sua composizione.

Dalla misura dinamica all’osservazione al microscopio, il percorso proposto dallo studio tiene insieme i due versanti della stessa domanda: quanto sale è contenuto nel terreno e come questo sale modella rigidezza e struttura del materiale.

Sovrapressioni interstiziali fino a 7,7 kPa generate dalla sola produzione di anidride carbonica all’interno di una colonna satura: è l’ordine di grandezza emerso dalle prove di laboratorio alla base di una diversa chiave di lettura delle liquefazioni spontanee che interessano le discariche di sterro delle miniere di lignite della Lusazia. Il gas scaricato durante le prove è risultato essere CO2, un dato che fornisce un ancoraggio quantitativo alla spiegazione chimica del fenomeno.

Liquefazioni spontanee nelle discariche di sterro della Lusazia

Le discariche dei materiali di scoperto che accompagnano l’estrazione della lignite nel distretto della Lusazia registrano episodi di liquefazione spontanea, con ricadute rilevanti sia sul piano geotecnico sia su quello ambientale. Il fenomeno è stato affrontato in prevalenza dal punto di vista meccanico: le influenze di questa natura sono state studiate in modo estensivo. Le indagini idrochimiche hanno però suggerito l’esistenza di un innesco interno, fortemente correlato alla generazione di CO2 attribuibile alle reazioni di tamponamento (buffering) che si sviluppano all’interno degli accumuli.

Su questo presupposto si fonda la ricerca di Donata N. W. Wardani, Nils Hoth, Sarah Amos, Kofi Moro, Johanes Maria Vianney e Carsten Drebenstedt, pubblicata sulla rivista Geotechnics (vol. 6, doi: 10.3390/geotechnics6010001).

CO2 disciolta e gas libero dietro la crescita della pressione

Il meccanismo ipotizzato parte dall’attività delle reazioni di tamponamento: la loro azione genera anidride carbonica, che si accumula nel mezzo saturo sia in forma disciolta sia come gas libero. L’obiettivo del lavoro è duplice. Da un lato comprendere il processo che collega produzione di gas ed evoluzione della pressione; dall’altro quantificare l’andamento transitorio della sovrapressione interstiziale indotta da tale accumulo.

Le prove in colonna e i 7,7 kPa misurati

Per dare consistenza numerica al fenomeno è stata allestita una serie di esperimenti in colonna su mezzo saturo, seguendo nel tempo la crescita della pressione in relazione allo svolgersi delle reazioni e alla produzione gassosa associata. Le misure hanno restituito valori di sovrapressione fino a 7,7 kPa, registrati a valle di un intervallo di reazione di tamponamento, mentre il gas scaricato dal sistema è stato confermato essere CO2.

La catena risulta quindi documentata in laboratorio: reazioni chimiche, generazione di gas, crescita della pressione interstiziale. Nel mezzo saturo è proprio la pressione interstiziale il canale attraverso cui la fase gassosa si riflette sul comportamento del terreno, e la sua evoluzione transitoria costituisce il punto di contatto quantitativo tra chimica interna e liquefazione.

Retroazione tra processo chimico e pressione interstiziale

I risultati mostrano che il processo di tamponamento influenza in modo forte le pressioni elevate, mentre a sua volta l’aumento della pressione condiziona le condizioni chimiche all’interno della colonna. Le due componenti non operano quindi in sequenza a senso unico: instaurano un circuito di retroazione in cui ciascuna modula l’altra, con effetti che si propagano sulla risposta complessiva del sistema.

Minerali secondari, struttura dei pori e risposta in pressione

Tra gli effetti osservati figura la precipitazione di minerali secondari. Questo processo riduce la reattività del sistema di tamponamento e modifica la struttura dei pori, alterando di conseguenza la risposta in pressione della colonna. La geometria del mezzo poroso, in altre parole, non resta immutata durante il processo: evolve insieme alla chimica e la sua evoluzione entra nel bilancio delle pressioni misurate.

Verso una lettura idro-chimico-meccanica della stabilità

Nel quadro che ne emerge, la retroazione idrochimica si colloca tra gli inneschi interni e gli amplificatori critici degli eventi di liquefazione, affiancando alle spiegazioni di tipo meccanico una componente complementare. La stabilità di questi siti viene così ricondotta ai processi accoppiati idro-chimico-meccanici: la risposta in pressione del mezzo saturo dipende anche da ciò che accade a livello chimico e dalla modificazione della struttura dei pori nel tempo.

Per chi si occupa di grandi accumuli di sterro carbonifero, il contributo offre un riferimento concreto: la chimica interna, in presenza di reazioni di tamponamento attive, produce da sola sovrapressioni misurabili e in crescita transitoria, un tassello che si aggiunge alle consuete valutazioni di natura meccanica.

Sedici anni dopo il trattamento superficiale con Cement Kiln Dust (CKD), un pendio di terreno conserva un coefficiente di permeabilità oltre cento volte inferiore a quello del materiale nativo, nella configurazione al 15% di additivo sul peso secco. La verifica, condotta nel 2024 su campioni prelevati dal pendio realizzato nel 2008, è documentata in uno studio pubblicato su Geotechnics, vol. 5, pag. 87 (doi: 10.3390/geotechnics5040087), firmato da Sandra A. A. O. Donkor, Mehrdad Razavi, Claudia Mara Dias Wilson, Benjamin Abankwa, Richard Otoo e Abraham Armah.

La permeabilità come parametro di sicurezza per pendii e tailings

Nel settore minerario e geotecnico la permeabilità del terreno condiziona direttamente la stabilità dei pendii e la gestione dei tailings. Dal suo valore dipendono la stabilità delle strutture, il controllo delle acque nei bacini di decantazione e la sicurezza degli operatori. Qualsiasi variazione significativa di questo parametro, inoltre, altera il comportamento del materiale trattato.

Per intervenire su permeabilità e stabilità delle strutture di terra si ricorre a additivi di natura diversa: oltre al CKD, bentonite, ceneri volanti, polimeri, calce e asfalto. Resta però largamente inesplorato l’effetto di lungo periodo della maggior parte di questi prodotti sulle opere in esercizio, un ambito in cui le verifiche ripetute a distanza di anni forniscono il contributo più determinante.

Il campo prova: dosaggi dallo 0 al 15% applicati nel 2008

La superficie del pendio è stata trattata nel 2008 con dosi di CKD pari allo 0%, 5%, 10% e 15% del peso secco del terreno. La condizione priva di additivo fa da termine di confronto con il terreno nativo. L’arco di sedici anni tra applicazione e ricontrollata costituisce il nucleo sperimentale dello studio: nel 2024 il pendio è stato ricontrollato, prelevando campioni sui quali sono state eseguite le prove di permeabilità.

Risultati: il coefficiente k cala all’aumentare del CKD

I dati raccolti confermano la relazione inversa tra contenuto di additivo e permeabilità: il coefficiente di permeabilità k si riduce progressivamente all’aumentare del dosaggio di CKD. Con il 15% in peso secco, k risulta più di 100 volte inferiore a quello del terreno nativo non trattato. Il quadro sperimentale indica inoltre che, quando il contenuto sale al 20% del peso secco del terreno, il materiale trattato diventa praticamente impermeabile.

Effetti del tempo: erosione e ridistribuzione dell’additivo in superficie

La dimensione temporale introduce un aspetto da non trascurare. La permeabilità del pendio trattato è aumentata nel corso degli anni, un comportamento attribuito con ogni verosimiglianza all’erosione, che riduce il contenuto di CKD disponibile in superficie. Si aggiunge la variabilità spaziale: la permeabilità superficiale del pendio mostra oggi una distribuzione irregolare, conseguenza dell’evoluzione nel tempo della ripartizione del Cement Kiln Dust sul pendio stesso.

Per la pratica geotecnica, dati di verifica a sedici anni di distanza dal trattamento rappresentano un riferimento poco comune. La maggior parte degli additivi impiegati nel miglioramento dei terreni non dispone ancora di una documentazione di lungo periodo, e questo caso quantifica insieme la riduzione di permeabilità ottenibile con il CKD e la sua evoluzione nel tempo sotto l’azione dell’erosione. Per chi impiega trattamenti con additivi su pendii e bacini di decantazione, il messaggio operativo è che l’effetto sulla permeabilità non costituisce una caratteristica statica del materiale, ma un parametro che evolve con la superficie trattata.

Proprietà dei materiali, condizioni di carico, decisioni operative: in una diga per il contenimento di rifiuti minerari e acqua, queste famiglie di variabili coesistono per l’intera vita dell’opera e ciascuna introduce una quota di incertezza propria. I procedimenti probabilistici di primo ordine diffusi nella progettazione di tali dighe faticano a restituire una stratificazione così articolata. Keith Mandisodza e David Williams esaminano la pratica corrente su Geotechnics e propongono una strada alternativa, costruita intorno alle reti bayesiane.

Un problema di stabilità complicato dall’incertezza

Le dighe di tailings trattengono i rifiuti dell’attività mineraria insieme all’acqua e devono conservare stabilità e funzionalità lungo l’intera durata dell’impianto. Un requisito che va assodato su tempi lunghi e con un insieme di parametri molteplici: le caratteristiche dei materiali, gli scenari di carico e le decisioni di gestione concorrono tutte alla stessa verifica.

La progettazione e la valutazione del rischio di queste opere si complicano proprio per la natura multivariabile dei dati di ingresso. Mandisodza e Williams passano in rassegna la pratica progettuale attuale delle dighe di tailings e ne individuano il limite principale: le procedure consolidate si affidano prevalentemente ad approcci probabilistici di primo ordine, che non catturano appieno la natura complessa e stratificata delle incertezze in campo.

Incertezza epistemica e aleatoria nella stessa rete

La proposta ruota intorno alle reti bayesiane, applicate all’analisi delle due componenti che pesano sui parametri di progetto e sulla valutazione del rischio: l’incertezza epistemica, legata alla conoscenza disponibile sulle grandezze in gioco, e quella aleatoria, riconducibile alla loro variabilità intrinseca.

La differenza non è formale. Un’incertezza che nasce da informazioni incomplete può ridursi all’avanzare delle indagini; una variabilità intrinseca accompagna invece il sistema per tutta la sua esistenza. Distinguere le due componenti all’interno dello stesso modello permette di dare a ciascuna un posto esplicito e, di conseguenza, di impostare strategie di progetto più robuste e più mirate.

Il percorso metodologico, dalla parametrizzazione all’integrazione

L’impianto si articola in fasi successive. Apre il ciclo la parametrizzazione: ogni variabile di ingresso di progetto viene descritta mediante la propria funzione di densità di probabilità, unitamente all’incertezza che la caratterizza. Segue l’elicitation della conoscenza, ossia la formalizzazione delle informazioni che alimentano la rete. La sequenza si chiude con la valutazione dei modelli e con la loro integrazione nell’impianto complessivo.

Cosa cambia per progetto e gestione del rischio

La copertura dell’intero spettro delle incertezze agisce su due piani concreti: l’affidabilità delle progettazioni delle dighe di tailings e la qualità delle decisioni di gestione del rischio. Quando la rete rende visibile la struttura delle incertezze, la scelta dei parametri smette di essere un esercizio aggregato e diventa una selezione consapevole di ciò che entra nel modello, con quali distribuzioni e con quale peso.

Per chi redige progetti e valutazioni di rischio su opere di contenimento, l’interesse della proposta sta proprio nell’organizzazione esplicita dell’informazione che alimenta le verifiche.

La distinzione tra ciò che ancora non si conosce e ciò che varia per natura resta il nodo di ogni verifica di stabilità in geotecnica. Tradurla in una struttura di calcolo esplicita è il contributo principale di questo lavoro.

Keith Mandisodza, David Williams, Bayesian Networks: Application in Tailings Design Process and Risk Assessment, Geotechnics, vol. 5, pag. 86, doi: 10.3390/geotechnics5040086.

Contenuto volumetrico di acqua e suzione matrica registrati ogni 15 minuti a 0.46 m di profondità, in due pendii di argilla compattata esposti alle stesse condizioni atmosferiche: con questo livello di dettaglio è stato ricostruito il confronto idrico tra una configurazione rinforzata con geosintetici e una non rinforzata. Il dato ha un peso specifico per la geotecnica, perché il rinforzo con geogriglie e geotessili è pratica diffusa per la stabilità dei pendii, mentre la sua interazione con la curva caratteristica suolo-acqua (SWCC) in condizioni climatiche reali risulta ancora scarsamente caratterizzata.

Il lavoro, firmato da Robi Sonkor Mozumder, Md Jobair Bin Alam, Fyaz Nafin Rahman e Naima Rahman e pubblicato sulla rivista Geotechnics (MDPI, vol. 6, articolo 96; doi: 10.3390/geotechnics6040096), quantifica questa interazione su campo, combinando un monitoraggio continuo con un trattamento statistico basato su ricampionamento.

Due pendii gemelli sotto lo stesso clima

Il confronto si regge su due modelli di pendio in argilla compattata, geometricamente identici, realizzati in scala ridotta e installati all’aperto. Nel primo sono intercalati tre strati di geotessile con geogriglia integrata; il secondo, privo di rinforzo, costituisce il riferimento. L’esposizione naturale alle condizioni climatiche permette di osservare i due sistemi sotto pioggia ed essiccamento reali, con tutte le variabilità che ne derivano.

A 0.46 m di profondità, i sensori hanno acquisito contenuto d’acqua volumetrico (VWC) e suzione matrica a intervalli di 15 minuti, producendo serie temporali sincrone per i due modelli. Questa base dati alimenta sia la ricostruzione delle curve di ritenzione sia l’analisi degli eventi di pioggia.

Curve di van Genuchten sul percorso di essiccamento

Le curve caratteristiche sono state determinate sul percorso di essiccamento, limitando la stima al dominio di suzione affidabile comune ai due modelli, compreso tra 5.0 e 51.1 kPa. La procedura combina una classificazione basata su una finestra arretrata di 24 ore con 2000 ricampionamenti bootstrap appaiati per giorni di calendario: le condizioni dei due pendii vengono così confrontate nelle stesse date e la variabilità della differenza tra le curve può essere quantificata insieme ai suoi intervalli.

Nel dominio esaminato, la curva del modello rinforzato resta al di sopra di quella del controllo per tutta l’estensione: a parità di suzione, il contenuto d’acqua del terreno rinforzato risulta più elevato.

Differenze mediane di VWC lungo il dominio di suzione

La distanza tra le due curve non è uniforme. A 5 kPa la differenza mediana di VWC tra rinforzato e controllo vale 0.0454 m³/m³, con intervallo condizionale al 95% tra 0.0351 e 0.0590; a 51.1 kPa la mediana scende a 0.0126 m³/m³, con intervallo tra 0.0074 e 0.0180. Il divario tende a ridursi all’aumentare della suzione, pur restando distinguibile su tutto il dominio.

Suzione (kPa)	Differenza mediana di VWC (m³/m³)	Intervallo condizionale al 95% (m³/m³)
5.0	0.0454	0.0351-0.0590
51.1	0.0126	0.0074-0.0180

Un aspetto rilevante riguarda la robustezza del risultato. La differenza tra le curve persiste attraverso 182 configurazioni di sensitività, mentre i singoli parametri del modello mostrano una identificabilità debole. Il segnale d’insieme, in altri termini, si rivela più stabile della stima dei parametri considerati uno a uno.

Ventiuno eventi di pioggia, una risposta più contenuta

L’analisi si estende alla dinamica transitoria. Sui 21 eventi di pioggia di entità pari ad almeno 5 mm registrati durante il monitoraggio, il modello rinforzato presenta incrementi mediani di VWC minori e riduzioni di suzione meno accentuate rispetto al riferimento non rinforzato. Il rinforzo si riflette quindi anche nella fase di bagnatura, oltre che nella curva di ritenzione ricostruita in essiccamento.

Limiti sperimentali e portata delle conclusioni

I risultati vanno calibrati sulla struttura stessa dello studio. Ogni configurazione è rappresentata da un unico modello, per cui manca una replicazione sperimentale; le prestazioni meccaniche, inoltre, non sono state misurate. Le conclusioni restano perciò condizionate: i dati non dimostrano un effetto replicato del rinforzo né un miglioramento della stabilità del pendio.

Ciò che resta disponibile è comunque utile: un insieme di riferimenti quantitativi per interpretare e modellare la risposta idrica di sistemi in argilla rinforzata, dalle curve di ritenzione sul percorso di essiccamento fino ai valori mediani delle differenze con i relativi intervalli.

Per chi lavora su pendii rinforzati in argilla compattata, questa serie di valori offre un termine di confronto concreto per le analisi idriche. La dimensione meccanica del problema, non coperta dalla campagna di misura, resta invece fuori dal perimetro dei risultati.

Ridurre di circa il 30% il cedimento totale di una fondazione composta sottoposta al carico di un rilevato, lavorando a parità di rapporto di sostituzione areale: è il margine che il confronto numerico registra a favore delle colonne DMJ rispetto alle colonne di miscelazione profonda convenzionali.

All’origine del risultato è uno studio pubblicato su CivilEng, la rivista MDPI di ingegneria civile, firmato da Haining Wang, Yuhe Zhang, Yang Wang, Weizhe Feng, Jie Li, Kaixing Zhang, Yu Rong, Zhanyong Yao e Kai Yao. L’oggetto dell’indagine sono le caratteristiche portanti delle fondazioni composte su gruppo di colonne DMJ sotto carico da rilevato, analizzate mediante simulazione numerica.

Getto ad alta pressione incorporato nelle pale di miscelazione

La sigla DMJ sta per Deep Cement Mixing Integrated Drilling, Mixing and Jetting, una variante della stabilizzazione con colonne di miscela cementizia in cui perforazione, miscelazione e getto sono eseguiti in modo integrato. L’elemento distintivo riguarda la configurazione delle pale di miscelazione, che incorporano aperture destinate al getto ad alta pressione. La soluzione è stata sviluppata con un obiettivo preciso: incrementare la capacità portante delle colonne realizzate in profondità con miscela cementizia.

Confronto numerico tra configurazioni di colonne

La caratterizzazione del comportamento si sviluppa interamente in ambiente numerico. Le simulazioni riproducono la fondazione composta sotto il carico di un rilevato e mettono a confronto diverse configurazioni di colonne, compresa quella di riferimento con colonne di miscelazione profonda convenzionali. Su questa base comparativa vengono valutate le grandezze che governano la risposta del sistema: cedimento totale della fondazione, profondità di trasferimento del carico ed evoluzione delle sovrapressioni interstiziali.

Cedimenti: il 30% in meno a parità di rapporto di sostituzione

È sulla variabile cedimento che la differenza tra le due tecnologie appare più netta. A parità di rapporto di sostituzione areale, l’impiego di colonne DMJ riduce il cedimento totale della fondazione di circa il 30% rispetto alle colonne di miscelazione profonda convenzionali. Il rapporto di sostituzione areale è infatti uno dei parametri dimensionanti di un miglioramento del terreno: tenendolo fisso, il confronto isola l’apporto della tecnologia di realizzazione.

L’analisi comparativa tra geometrie aggiunge un ulteriore livello di lettura. Diametri maggiori e interassi più contenuti risultano particolarmente efficaci nel contenere il cedimento. Diametro, interasse e rapporto di sostituzione definiscono insieme la configurazione del gruppo di colonne, e le simulazioni consentono di apprezzarne il peso sulla risposta.

Trasferimento del carico fino a 15 metri

Il secondo aspetto indagato riguarda la profondità alla quale il carico del rilevato viene trasmesso al terreno migliorato. Le colonne DMJ trasferiscono i carichi fino a 15 m di profondità, mentre nei sistemi convenzionali la profondità di trasferimento rilevata è di 10 m. Il carico raggiunge così orizzonti più profondi rispetto a quanto avviene con la soluzione tradizionale.

Sovrapressioni interstiziali e stabilità

Chiude il quadro l’analisi delle pressioni interstiziali in eccesso. Sotto il carico del rilevato, le colonne DMJ favoriscono una dissipazione più efficace delle sovrapressioni, un comportamento che contribuisce al mantenimento della stabilità della fondazione durante la fase di caricamento.

I risultati, ottenuti interamente in ambiente numerico, offrono un termine di paragone quantitativo tra due tecnologie di colonne in miscela cementizia valutate sotto il medesimo schema di carico. Il riferimento è l’articolo Study on Bearing Characteristics of DMJ Group Pile Composite Foundation Under Embankment Loading, pubblicato su CivilEng e consultabile al doi: 10.3390/civileng6030035.

42 kN: è la forza di trazione che la barra conservava trenta giorni dopo l’installazione, completata in mezza giornata di lavoro. I due dati condensano l’esito della prova in opera condotta per verificare un metodo di rinforzo dei versanti in cui la pretensione viene impressa sulla barra prima che il gettone di malta abbia fatto presa.

Lo studio, firmato da Kakuta Fujiwara e pubblicato su Geotechnics (Vol. 5, doi: 10.3390/geotechnics5040083), articola la verifica su due binari: una prova di cantiere e un’analisi agli elementi finiti. Entrambi i percorsi perseguono lo stesso obiettivo, accertare se il mantenimento della tensione durante l’iniezione produca un gettone stabilmente compresso, cioè più capace di sopportare gli sforzi di trazione che il movimento del pendio induce nel rinforzo.

Dove fessura il rinforzo: la malta indurita sotto trazione

Frane innescate da piogge, terremoti o alterazione meteorica di lungo periodo costituiscono lo scenario di riferimento della tecnica. L’inserimento di barre di rinforzo è tra i provvedimenti più diffusi al mondo per contrastare queste instabilità: barre d’acciaio vengono calate in fori perforati in precedenza, legate al terreno dal gettone di malta e completate in testa da una piastra di contrasto che si oppone alla deformazione.

Il punto fragile sta nel materiale di legame. Quando il versante si muove, nella barra si sviluppano forze di trazione che coinvolgono anche la malta indurita: il gettone può fessurare e, con l’apertura delle fessurazioni, le prestazioni dell’intero rinforzo calano.

Pretensione prima della presa: la sequenza costruttiva proposta

La risposta interviene sull’ordine delle operazioni. Nel metodo denominato Early-stage Prestressed Reinforcing Bar Insertion Method il carico di trazione viene applicato alla barra prima dell’indurimento della malta; il gettone viene quindi iniettato mantenendo la tensione invariata.

A presa avvenuta la barra conserva la pretensione e il gettone resta in compressione. È questa la riserva su cui conta il sistema: la componente tensile indotta dal movimento del versante deve prima esaurire lo stato compressivo residuo prima di poter sollecitare la malta a trazione, da qui l’attesa di una resistenza più elevata al carico di trazione.

Prova in cantiere: mezza giornata di installazione e 42 kN a trenta giorni

La prima verifica si è svolta con la costruzione di prova di un rinforzo su versante naturale. La costruttibilità è stata confermata: mezza giornata è il tempo necessario per completare l’installazione. A distanza di trenta giorni la barra manteneva una forza di trazione di 42 kN, valore che attesta la permanenza della pretensione oltre la fase di presa e, con essa, le condizioni perché il gettone conservi lo stato compressivo su cui il metodo è fondato.

Il modello agli elementi finiti e la compressione nel gettone

Il secondo fronte della verifica è numerico. Il modello agli elementi finiti riproduce le forze assiali misurate sulla barra e restituisce un gettone che, una volta indurito, lavora in compressione, con una tensione media di compressione pari a 3680 kN/m². L’accordo tra forze assiali calcolate e misurate sostiene l’affidabilità del modello, mentre il valore medio quantifica lo stato precompresso impresso nel legante.

Grandezza	Valore
Tempo di installazione in prova	mezza giornata
Forza di trazione residua nella barra a 30 giorni	42 kN
Tensione media di compressione nel gettone indurito	3680 kN/m²

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I due percorsi di verifica, sperimentale e numerico, convergono sulla stessa indicazione: la pretensione applicata prima della presa può migliorare la resistenza a trazione della malta. Le prospettive restano aperte, con l’estensione potenziale del metodo a sistemi di ancoraggio analoghi.

Nelle rocce sedimentarie tenere la disgregazione si innesca già con la semplice immersione in acqua. Per le rocce cristalline e per quelle a grani legati serve altro: un’azione dinamica con attrizione, come quella che si genera nel tamburo rotante della prova slake durability. La distinzione non è un dettaglio di laboratorio, perché definisce quali meccanismi vadano attivati per stimare, con un margine di attendibilità accettabile, come una litologia evolverà nel tempo. Su questo nodo interviene lo studio di Markus Kaspar, Christine Latal, Gerhard Pittino e Volker Reinprecht, pubblicato sulla rivista Geotechnics (vol. 5, pag. 84, doi: 10.3390/geotechnics5040084), dedicato alla resistenza allo slaking e alla degradabilità di una gamma di rocce molli.

Il tema tocca da vicino chi opera su formazioni deboli. Le rocce molli e deboli complicano le attività di costruzione in ambienti molto diversi, e il loro degrado nel tempo dipende da origine genetica, evoluzione geologica e tettonica, esposizione alle condizioni atmosferiche. Da qui l’esigenza di una caratterizzazione solida dei parametri, per la quale gli strumenti esistono ma presentano un vuoto netto sul fronte climatico.

Perché litologie diverse si disgregano in modo diverso

Le alterazioni della tessitura, il fabric, non producono effetti uniformi. Ritmo e stile della disgregazione dipendono dall’origine genetica e dalla composizione mineralogica, e lo studio separa con nettezza due famiglie di comportamento.

Nelle rocce sedimentarie molli il processo è superficiale e statico. Le particelle si staccano dalla superficie e finiscono in sospensione; dove compaiono minerali argillosi si aggiungono fenomeni di suzione. In queste condizioni la sola immersione, cioè uno slaking statico, è sufficiente a innescare il degrado.

Le rocce cristalline e quelle a grani legati si comportano in modo opposto. La disgregazione richiede un’azione dinamica, con attrizione, tipica della prova slake durability condotta nel tamburo rotante. L’asportazione del materiale avviene nelle zone di debolezza strutturale, in primo luogo i piani di foliazione.

Dove le prove normalizzate mostrano i limiti

La cassetta degli attrezzi sperimentale è ben fornita: numerose prove sono state sviluppate e normalizzate, oppure definite in raccomandazioni, per stimare parametri geomeccanici, petrologici e mineralogici. Si tratta peraltro di strumenti in continuo aggiustamento, soggetti a modifiche ed estensioni per rispondere alle esigenze specifiche di ogni progetto.

Il limite strutturale sta altrove. Le procedure standardizzate non considerano le condizioni climatiche regionali, che possono invece pesare sull’alterazione. Il comportamento di degrado misurato in laboratorio, di conseguenza, non sempre rispecchia quello osservato in campo. Per chi deve stimare la durabilità di un materiale esposto, la distanza tra scala di prova e scala del sito non è un dettaglio.

Prove di routine combinate per valutare la suscettibilità allo slaking

L’impostazione adottata non introduce procedure inedite: lavora sul flusso delle prove già diffuse. Il workflow di quelle di uso corrente viene impiegato per verificare quanto siano rappresentative rispetto alle diverse tipologie di roccia e alle applicazioni pratiche. Il punto è la lettura incrociata: combinando i risultati di più prove di routine si può identificare la suscettibilità allo slaking dei singoli tipi di roccia e affinarla.

In pratica, la combinazione aiuta a capire se una prova è rappresentativa per la litologia in esame. Un giudizio che una singola procedura standardizzata non offre da sola.

Dalla caratterizzazione alla manutenzione delle infrastrutture

La proposta arriva fino alla gestione dell’opera. Gli autori definiscono una routine di ispezione e documentazione delle caratteristiche di slaking valutate, pensata per la manutenzione delle infrastrutture. La discussione si estende poi alle implicazioni più ampie connesse al cambiamento climatico: se le condizioni atmosferiche regionali condizionano l’alterazione, e i cicli di bagnatura ed essiccamento ne fanno parte, l’evoluzione del clima entra nella programmazione della manutenzione.

Resta un punto aperto, rimandato dagli stessi autori agli sviluppi futuri: la trasferibilità dei valori di laboratorio ai siti reali dovrà essere valutata e validata. La combinazione delle prove, in questo quadro, va intesa come strumento di confronto tra litologie, da calare nel contesto climatico di ogni sito prima di tradurla in decisioni di manutenzione.