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Vibroflottazione e colonne di ghiaia


I sistemi vibro sono applicazioni versatili per il miglioramento delle proprietà meccaniche dei terreni e sono utilizzabili quando le caratteristiche del terreno non sono sufficienti a raggiungere la capacità portante di progetto. Keller ha sviluppato e brevettato il primo vibro di profondità nel 1934 (Deep Cracker), utilizzato inizialmente solo per l’addensamento e la compattazione di depositi a grana grossa (sabbie e ghiaie).
I sistemi vibro sono ora utilizzati per diversi sistemi d’impego, che differiscono sia per le modalità esecutive che per le modalità di trasferimento del carico.

Vibroflottazione (VF):


Sabbie e ghiaie, sia naturali sia di riporto, sono spesso troppo sciolte e dotate di grado di addensamento variabile; ciò le rende inadatte a sopportare sovraccarichi esterni. La vibrofottazione permette una compattazione veloce, economica e affidabile, aumentando la densità relativa dei depositi e rendendo gli stessi idonei a sopportare i carichi con deformazioni accettabili ed evitando elevati e costosi interventi alternativi con fondazioni profonde. Gli utensili vibro Keller aumentano ed omogenizzano il grado di addensamento del terreno, indipendentemente dalla presenza o meno di falda.
Il principio alla base delle vibroflottazione e legato al temporaneo annullamento delle forze attritive tra i granuli di terreno, indotto dalla basse frequenze degli strumenti vibro coniugate a getti d’acqua a pressione e portata regolabile. In funzione delle condizioni iniziali del terreno e dall’intensità di compattazione si può raggiungere una riduzione dei vuoti dell’ordine del 15%.; il volume perso è riempito con inerte di riporto.
Il vibro può essere sospeso ad un escavatore a fune o montato su torre guida. Sia l’infissione che la compattazione del terreno vengono favorite da getti d’acqua regolati attraverso linee e pompe dedicate all’interno del vibro. La compattazione viene eseguita dal basso verso l’alto con intervalli di risalita e tempi di trattamento prefissati.
Il grado di addensamento raggiungibile dipende da molti fattori: Keller dispone della più vasta esperienza per poter scegliere le attrezzature e modalità operative più adatte. Spesso l’esecuzione di campi prova preliminari può consentire un’efficace ottimizzazione del vibrotrattamento consentendo di testare sia la più idonea spaziatura tra i vari punti d’intervento sia l’intensità di trattamento necessaria. Le verticali di trattamento vengono distribuite regolarmente in modo da adattarsi a qualsiasi geometria di fondazione.
Il collaudo o la verifica dell’efficacia del trattamento può avvenire in maniera semplice ed economica attraverso prove penetrometriche effettuate pre e post consolidamento.
La riduzione dell’indice dei vuoti e il contenstuale aumento della densità relativa del deposito comporta la mitigazione del rischio di fenomeni di liquefazione in caso di eventi sismici.


Colonne in ghiaia vibrocompattate (CGV):

I terreni prevalentemente coesivi e misti hanno di norma caratteristiche di portanza insufficienti. Inoltre, se la frazione di fine eccede il 10–15%, il terreno non è in grado di autoaddensarsi per sola vibrazione. In questi casi può essere applicabile la tecnologia delle colonne in ghiaia vibrocompattata. Il sistema è adatto anche per il miglioramento di terreni di riporto sia fini che grossolani.
Viene prevalentemente utilizzato il vibro a carica pneumatica, dove il materiale ghiaioso di apporto fuoriesce direttamente, sotto pressione d’aria, alla punta dell’utensile (metodo Bottom Feed a secco). L’infissione a secco  è ottenuta grazie ad un tirabasso montato su specifica torreguida.
L’azione del tirabasso comporta una ottimale compattazione della colonna in ghiaia (attivazione) ed una estensione in profonditá dell’addensamento oltre la massima profondità raggiunta. La colonna viene formata per passi successivi di estrazione, fuoriuscita e schiacciamento della ghiaia sia verso il basso, sia lateralmente  In questo modo si ottengono elementi colonnari che, interagendo con il terreno contribuiscono al miglioramento della capacità portante delle stratificazioni consolidate, sostengono i carichi e consentono la limitazione dei cedimenti attesi nei limiti di progetto.
Il metodo a secco, senza fluidi di perforazione, associato all’utilizzo di sola ghiaia naturale consente di operare nelle condizioni di massima compatibilità ambientale.
La tecnologia è ampiamente impiegata anche su problematiche di mitigazione del rischio liquefazione grazie a tre effetti, l’irrigidimento del terreno per la presenza delle colonne di ghiaia, la compattazione del terreno intercluso tra le colonne, il drenaggio che garantisce la dissipazione delle sovrapressioni interstiziali.

Colonne in ghiaia vibrocompattate cementate (CGVC):


Le colonne vengono eseguite con la medesima tecnologia delle colonne in ghiaia vibrocompattata (CGV). La cementazione dell’elemento avviene contestualmente alla messa in opera della ghiaia: attraverso l’iniezione di miscela cementizia oppure utilizzando un premiscelato. In ambedue i casi, la vibrazione indotta e l’immissione forzata di inerte senza asportazione di terreno, conducono all’effetto di compattazione del terreno e alla formazione di elementi colonnari di elevata portanza e rigidezza.
La riduzione dell’indice dei vuoti e il contenstuale aumento della densità relativa del deposito comporta la mitigazione del rischio di fenomeni di liquefazione in caso di eventi sismici.


Colonne vibrate in calcestruzzo (CVC):


Vengono utilizzate quando i terreni non garantiscono un adeguato confinamento laterale alla ghiaia: terreni fini molli o plastici, frazioni organiche sottoposte a perdite di volume o di consistenza nel tempo. Quando vengono richieste elevate capacità portanti ammissibili.
Le CVC vengono messe in opera pompando, su tutta la lunghezza, calcestruzzo generalmente C25/30. Anche in questo caso si opera sbulbando dapprima, con ripetuti cicli di affondamento – estrazione, il piede della colonna in modo da elevarne la portanza; il fusto viene poi formato risalendo in modo controllato e continuo.
Dal punto di vista statico si rinuncia all’addensamento del terreno circostante la colonna ma si possono ottenere elevati valori di capacità portante con ridottissimi livelli di deformazione.