Metodi classici e tecnologie innovative – Csm by bauer - Geotunnel

Dr. Ing. Ak. Massimiliano Bringiotti – GeoTunnel
Dr. Geol. Marco Dossi – GeoTunnel
Dr. Davide Nicastro – GeoTunnel
csm by Bauer
Miscelazione profonda dei terreni:
Metodi classici e tecnologie
innovative – Csm by bauer
Questa trattazione persegue l’obiettivo di illustrare
l’innovativa tecnologia nota come Cutter Soil Mixing (CSM:
taglio e miscelazione del terreno) per la formazione di pannelli
rettangolari di terreno consolidato, mediante miscelazione
in posto con opportuno legante, al fine di realizzare strutture
portanti o diaframmi idraulici; tale sistema è stato studiato
e realizzato da Bauer Maschinen GmbH nel 2004, unendo le
conoscenze del trattamento dei terreni, metodologia nota come
Deep Mixing Method (DMM: miscelazione profonda del terreno),
con quelle dello scavo di pannelli rettangolari realizzati tramite la
tecnologia delle idrofrese (Trench Cutter).
I metodi DMM consistono nel realizzare colonne di terreno
trattato, mediante utensili collegati a una o più aste che ruotano,
tramite una Rotary, e che vengono spinti nel terreno. Le idrofrese
realizzano pannelli rettangolari continui tramite l’azione di taglio
di opportune ruote provviste di inserti taglienti.
L’unità CSM è costituita da due gruppi di ruote fresanti
azionate idraulicamente e montate su un telaio dove trovano
alloggiamento i motori e vari sensori atti alla misurazione
di pressioni, velocità, inclinazioni, ecc.. Tali “teste fresanti”
vengono collegate ad un’asta kelly atta a generare la spinta
necessaria all’infissione; esiste anche la versione sospesa, dove
il supporto delle ruote è un idoneo telaio e l’azione di pressione
sul terreno avviene per gravità. Mescolare delle miscele
cementizie con il terreno utilizzando la tecnologia CSM è un
nuovo ed efficace metodo per realizzare paratie di ritenuta e/o
sostegno, diaframmi impermeabili e per il miglioramento delle
caratteristiche meccaniche dei terreni, nelle gallerie artificiali,
nei parcheggi sotterranei, nelle discariche, ecc.. Queste opere
richiedono una paratia competente atta al sostegno degli scavi
e/o alla tenuta di liquidi per limitare la migrazione di contaminanti
o l’abbassamento della falda ed il suo ripercuotersi sulla stabilità
dei terreni e delle costruzioni circostanti. Il metodo CSM offre
una nuova valida alternativa ai metodi classici: può essere
utilizzato per sostituire diaframmi di varia natura (ad es. plastici),
installazioni di palancolate e/o di pali battuti (i quali potrebbero
indurre vibrazioni pericolose alle strutture adiacenti), paratie in
jet grouting (evitando i pericoli generati dallo scarso controllo
delle pressioni di iniezione), ecc..
Inoltre, è un metodo valido anche per la stabilizzazione di
sabbie sciolte e come strumento per mitigare il fenomeno
di liquefazione in zone di attività sismica. I metodi DMM
(Deep Mixing Methods) sono utilizzati principalmente per il
trattamento di terreni teneri (coesivi e non-coesivi). Il metodo
CSM, che utilizza la tecnologia delle idrofrese Bauer, estende
Geofluid 2009 1
l’utilizzo anche ai terreni più consistenti ed alle rocce tenere.

Figura 1.1
Pannelli CSM
eseguiti
in Giappone
Figura 1.3
Colonne DMM
riesumate
Figura 1.2
Utensile storico
2 Geofluid 2009
1. DMM – Deep Mixing Method
Il miglioramento della resistenza meccanica e delle caratteristiche
idrauliche dei terreni viene generalmente ottenuto
tramite una serie di tecniche che rientrano nella definizione
di “consolidamento dei terreni”;§ tra queste enumeriamo la
“compattazione dinamica”, il “precarico” associato al ”drenag-
gio profondo”, le “iniezioni di miscele a bassa pressione”, il “jet
grouting” e la “miscelazione meccanica profonda” o “deep
mixing”. Deep mixing è un termine generico che individua
vari metodi di consolidamento in cui i leganti, calce e/o cemento,
vengono mescolati meccanicamente con il terreno.
Questo trattamento è stato ideato nei paesi scandinavi e
successivamente applicato in Giappone [Fig. 1.1].
In sintesi, il terreno viene mescolato in sito mediante un
utensile rotante formando delle zone che presentano
caratteristiche di resistenza, deformabilità e permeabilità
migliori del terreno circostante non trattato.
1.1 Cenni storici
Secondo alcuni il principio del metodo ha origine negli Stati
Uniti dove, nel 1954, una singola coclea è stata utilizzata per
mescolare il legante con il terreno. Tuttavia, questa tecnologia,
nella forma attuale, deriva dallo sviluppo maturato in
Giappone ed in Svezia [Fig. 1.2].
Infatti, la tecnica del deep mixing è stata presentata per la
prima volta in una conferenza internazionale nel 1975, con
un progetto svedese ed uno giapponese. L’utilizzo del metodo
delle colonne di calce in Svezia iniziò nel 1967 ed era
basato sulla miscelazione in situ del terreno con calce viva
per formare colonne indurite.
Contemporaneamente alla sperimentazione
svedese, la ricerca e lo
sviluppo della miscelazione profonda
avveniva anche in Giappone sin dal
1967 con prove di laboratorio su
modelli a scala ridotta, effettuate allo
scopo di mettere a punto un metodo
per la stabilizzazione profonda delle
argille marine. In Giappone, inoltre, nel
1975, è stato messo a punto il metodo
“per via umida”, in cui il legante viene
premiscelato con acqua e successivamente
iniettato nel terreno. Nel
1975 gli ingegneri giapponesi hanno
iniziato lo studio della miscelazione meccanica profonda “a
secco”; il primo progetto è stato effettuato nel 1981, con un
metodo molto simile a quello svedese della colonna di calce.
Il deep mixing ha avuto molto successo in Giappone e dal
1980 il metodo ha visto un veloce sviluppo ed un gran numero
di Aziende hanno ideato ed ottimizzato propri processi di
miscelazione, elaborando un’ampia varietà di tecniche.
1.2 Metodo
Da un punto di vista scientifico, è difficile distinguere la
stabilizzazione del suolo superficiale da quella in profondità.
Tradizionalmente, la stabilizzazione del suolo a limitate
profondità viene collegata ai sottofondi superficiali, per
esempio nel campo stradale, mentre il deep mixing riguarda
aspetti di bonifica, sostegno e rinforzo del terreno. Secondo
la norma UNI EN 14679 (2005) questo metodo concerne
il trattamento del terreno ad una profondità minima di 3
m. La maggior parte dei metodi di miscelazione profonda
utilizza una pala formata da lame o da coclee montate su
uno o più alberi [Fig. 1.3].
Nel 1980 in Giappone sono stati sviluppati alcuni differenti
metodi di miscelazione profonda, ognuno dei quali è conosciuto
con un nome proprio; la principale distinzione si ha
tra il metodo di miscelazione per via secca (dry mixing) e
per via umida (wet mixing). Oltre alla calce ed al cemento,
possono essere impiegati altri agenti quali gesso, cenere
volante, scoria di fornace, idrossiallumina e cloridrato di
potassio.
1.2.1 Principi che regolano il consolidamento
I componenti principali del cemento sono la Silice (SiO 2 ),
l’ossido di calcio (CaO) e l’allumina (Al 2 O 3 ).
Il cemento secco, immesso nel terreno da consolidare,
assorbe l’umidità presente formando idrati di cemento e
calce spenta:
Cemento + H 2 O CSH + Ca(OH 2 )
dove: C = CaO S = SiO 2 H = H 2 O
In seguito al processo di ionizzazione, la calce spenta si divide
in ioni calcio ed in ioni ossidrili; gli ioni calcio, assorbiti
dalla superficie delle particelle di terreno, reagendo con la
silice e l’allumina (minerali argillosi), producono silicati di
calcio idrati ed alluminati di calcio idrati; tale processo é
detto di “idratazione”. Da prove di laboratorio, la resistenza

a compressione del terreno consolidato
in funzione del dosaggio e del tipo di
agente consolidante evidenzia come la
resistenza risulti superiore utilizzando
materiali in polvere piuttosto che malte
liquide e come i valori maggiori di resistenza
siano ottenuti miscelando al
terreno cemento in polvere [Fig. 1.4].
Quando una argilla viene mescolata con
cemento o calce, si ha un immediato
aumento della resistenza, dovuto in
parte alla flocculazione dell’argilla ed
in parte alla riduzione del contenuto
d’acqua. Il fenomeno dell’idratazione
della calce viva o del gesso viene accompagnato
da un rigonfiamento del
materiale trattato e da un aumento
della temperatura; l’acqua necessaria
alla reazione è assorbita dal terreno circostante.
1.2.2 Dry mixing
Il presupposto affinché possa avvenire la reazione di
idratazione nel dry mixing è che il terreno sia immerso in
falda o che comunque presenti un livello d’umidità sufficiente.
L’attrezzatura è costituita dal gruppo principale di
perforazione e trattamento e da un gruppo di stoccaggio
ed invio del legante in polvere; se necessario è presente
anche un gruppo di alimentazione d’acqua per umidificare
eventuali livelli aridi. La perforazione viene realizzata tramite
una batteria di aste modulari cave, all’estremità della
quale è montato l’utensile, con una doppia serie di lame,
opportunamente sagomate.
Durante la perforazione, eseguita con velocità di avanzamento
e rotazione determinate in funzione della consistenza dei
materiali da attraversare, le lame disgregano il terreno sino
a portarlo ad una condizione prossima al limite liquido. In
questa fase l’acqua necessaria per trattare i terreni aridi viene
immessa in prossimità delle lame attraverso un’apposita
conduttura. Ultimata la perforazione si inverte il senso di
rotazione dell’utensile e si procede all’immissione del cemento
attraverso gli ugelli posti in prossimità della zona di
attacco delle lame all’asta. Il cemento viene trasportato da
un flusso d’aria compressa utilizzando uno speciale dosatore
che permette di immettere la quantità voluta di legante per
metro cubo di volume trattato.
In questa fase il cemento viene pertanto miscelato al terreno
e la conformazione delle lame è tale da assicurare anche un
costipamento verso il basso del materiale così miscelato. La
qualità del prodotto viene assicurata dal controllo e dalla
registrazione continua dei parametri operativi quali la velocità
di avanzamento/recupero e di rotazione e la quantità di
legante inviato per metro lineare di colonna.
Le due principali tecniche di miscelazione a secco sono la
DJM Dry Jet Mixing ed il metodo della colonna calce-cemento,
oggi definite rispettivamente come tecnica “giapponese” e
“nordica” secondo la norma UNI EN 14679 (2005).
1.2.3 Wet mixing
La tecnica di miscelazione per via
umida consiste nella mescolazione
in sito del terreno con una
miscela a base di legante idraulico.
L’attrezzatura è costituita da una
macchina operatrice con una torre
di perforazione costituita da una o
più aste attrezzate con porzioni di
spirale (terreni incoerenti) o lame
(terreni coesivi). Ogni batteria termina
con un utensile di perforazione
provvisto di ugelli che consentono
la fuoriuscita della miscela acquacemento
necessaria. L’impianto di
confezionamento e pompaggio
prevede un agitatore dal quale la
miscela viene inviata alle batterie di
perforazione. Un sistema di rilevamento registra in continuo i
seguenti parametri: pressione del circuito idraulico della macchina,
velocità di rotazione, profondità, volume progressivo
del fluido iniettato, portata e pressione dell’iniettore.
La realizzazione degli elementi consolidati avviene facendo
penetrare nel terreno la batteria di attrezzi disgregatori
sino alla quota di fine colonna; contemporaneamente alla
discesa, dagli ugelli, viene iniettata la miscela cementizia
ed è in questa fase che il terreno viene smosso e mescolato
al legante. Terminata la perforazione, si inizia la fase
di risalita invertendo il senso di rotazione della batteria ed
eventualmente iniettando ulteriore miscela (eseguendo con
ciò un’azione di compattazione del volume già trattato). La
tecnica giapponese Cement Deep Mixing (CDM), o “per via
umida” (wet method), è stata sviluppato nella metà degli
anni ‘70 e rappresenta il più grande gruppo delle tecniche
di miscelazione per via umida.
1.3 Processo di miscelazione
Il processo di miscelazione nel deep mixing è molto complesso
e comprende varie fasi. Lo scopo è diffondere il legante
nel terreno in modo da creare le condizioni migliori affinché
avvengano le reazioni chimiche di idratazione [Fig. 1.5].
csm by Bauer
Figura. 1.4
Diagramma
della resistenza a
compressione del
terreno consolidato
in funzione del
dosaggio e del tipo
di agente consolidante
Figura1.5
Impianto MAT di
miscelazione nel
cantiere CSM di
Avigliana
(Cipa SpA &
Injectosond Srl)
Geofluid 2009 3

4 Geofluid 2009
è importante quindi che la diffusione del legante sia il più
possibile uniforme nel volume di materiale trattato, sia in
direzione longitudinale che trasversale, al fine di ottenere
ovunque le medesime caratteristiche.
Il processo esecutivo del deep mixing può essere diviso in
tre fasi principali: 1) penetrazione dell’utensile di miscelazione
alla profondità richiesta; 2) dispersione del legante;
3) diffusione molecolare.
1.3.1 Penetrazione dell’utensile di miscelazione
Nella prima fase del processo l’utensile rotante viene guidato
nel terreno alla profondità voluta. Gli attrezzi di miscelazione
esistenti sono costituiti da pale inclinate generalmente di
un piccolo angolo sull’orizzontale.
1.3.2 Processo di dispersione
Il processo tramite il quale il legante viene disperso nel
terreno può essere diviso in quattro fasi:
a) incorporazione e diffusione del legante;
b) umidificazione delle particelle;
c) disaggregazione degli agglomerati;
d) distribuzione.
a) Incorporazione e diffusione del legante è molto importante
che l’utensile di miscelazione sia progettato in
modo da spargere il legante uniformemente nella sezione
trasversale della colonna. Ciò evita variazioni significative
di concentrazione e la formazione di grandi agglomerati
(grumi). L’incorporazione e la diffusione del legante spinto
dall’aria compressa è già di per sé un meccanismo di
miscelazione, poiché produce il movimento relativo tra
terreno e legante.
b) Umidificazione delle particelle solide Quando il legante
viene mescolato con il terreno, gli agglomerati di polvere
contengono aria intrappolata che deve essere evacuata e
sostituita con acqua presente nella terra, al fine di consentire
la reazione di idratazione. Il processo di umidificazione
risulta facilitato dall’azione mescolante dell’utensile che
genera elevate sollecitazioni di taglio e compressione nel
terreno. Nella miscelazione a secco, specialmente nei terreni
con limitato contenuto d’acqua, i problemi propri dell’umidificazione,
congiuntamente ad una miscelatura meccanica
inadeguata, possono portare alla formazione di agglomerati
e di sacche d’aria nelle colonne. Una soluzione è premiscelare
il legante con acqua; questo metodo, conosciuto come “per
via umida”, viene usato principalmente con il cemento. Nel
consolidamento di terreni con un indice di liquidità superiore
all’unità, il metodo per via umida può avere un effetto negativo
sul processo di miscelazione, poiché le parti di terreno
possono venire trascinati dalla miscela senza subire un’azione
significativa dall’utensile di miscelazione.
c) Disaggregazione degli agglomerati Una volta che il legante
è stato miscelato, gli agglomerati che si sono formati dovrebbero
essere spezzati prima che inizino le reazioni chimiche di
idratazione. Se le particelle non sono disperse uniformemente,
si formeranno grandi aggregati con conseguenti variazioni
di concentrazione della miscela. La disgregazione dei grumi
viene effettuata con un’azione tagliante o generando grandi
forze di compressione, sempre tramite gli utensili di miscelazione.
L’azione disaggregratrice è facilitata da condizioni di
moto turbolento per le quali sono necessarie elevate velocità
di rotazione, in quanto alle basse c’è il rischio che l’utensile
sposti soltanto gli agglomerati senza romperli.
d) Distribuzione
La distribuzione è il processo tramite il quale gli agglomerati
disgregati vengono sparsi nella miscela; generalmente ciò
avviene contemporaneamente al processo precedente.
Se il legante non è stato diffuso adeguatamente durante
le fasi precedenti si renderanno necessari lunghi tempi di
miscelazione, poiché risulta difficoltosa la generazione del
movimento in tutti i tipi di terreno quando sia iniziata la
reazione d’idratazione poiché tale fenomeno comporta il
progressivo indurimento dell’impasto.
Diffusione molecolare
Dopo l’esecuzione della colonna, il processo di miscelazione
continua tramite diffusione molecolare; qualora ci siano
variazioni di concentrazione di legante, nel tempo queste
tenderanno a diminuire sino ad annullarsi. I leganti oggi
maggiormente utilizzati sono la calce ed il cemento che
differiscono nelle loro proprietà di diffusione. Quando la calce
reagisce con acqua, produce idrossido di calcio, che si diffonde
nell’agglomerato migliorando così il grado di miscelazione.
Il cemento, d’altra parte, reagisce con acqua generando
prodotti che induriscono ed otturano i pori interstiziali del
terreno, per cui la diffusione molecolare è un meccanismo
di miscelazione secondario per il cemento.
1.4 Fattori che influenzano il processo
di miscelazione
Il processo di miscelazione nel deep mixing dipende da molti
fattori: la reologia del terreno e del legante, la pressione nel
terreno, la pressione e la quantità d’aria utilizzata, la geometria
dell’utensile di miscelazione, l’energia di miscelazione, la
velocità di rotazione e di recupero dell’utensile, la tensione di
consolidamento, l’energia di compattazione, la temperatura
e la quantità d’acqua.
1.4.1 Energia di miscelazione
E’ oggi ben noto che lo sforzo efficace ha influenza sul
processo di miscelazione e sui relativi risultati: un tempo
di miscelazione maggiore aumenta lo sforzo efficace trasmesso
e la diffusione del legante nella miscela. Sia le linee
guida giapponesi (CDIT, 2002) che la norma europea (EN
14679) correlano l’intensità di miscelazione al numero di
giri dell’utensile, mentre lo sforzo efficace trasmesso alla
miscela viene correlato alla velocità di recupero. Nei paesi
scandinavi il valore di recupero (mm/giro) dell’utensile
viene utilizzato come misura del tempo di miscelazione,
mentre l’intensità di miscelazione è funzione della velocità
di rotazione. Nel Giappone, invece, il tempo di miscelazione
è misurato in termini di velocità di penetrazione, velocità di
recupero e di rotazione.

Per fornire una misura del tempo di miscelazione questi
parametri sono correlati nel termine T (giri/m) (Yoshizawa
1997):
T = ∑M(Nd/Vd + Nu/Vu)
dove: ΣM è il numero di pale dell’utensile; Nd è la velocità
di rotazione dell’utensile durante la penetrazione [giri/min];
Nu è la velocità di rotazione dell’utensile durante il recupero
[giri/min]; Vd è la velocità di penetrazione dell’utensile [m/
min]; Vu è la velocità di recupero dell’utensile [m/min].
In Giappone parte del legante è spesso immesso appena
l’utensile viene infisso nel suolo, in particolare quando si
adotta il metodo per “via umida”, aiutando così il mescolamento
del terreno. Per calcolare il tempo di miscelazione,
considerando il fatto che soltanto parte del legante è immesso
durante l’inserzione dell’utensile, può essere usata la
seguente espressione (Hayashi & Nishikawa 1999):
T = ∑M(Nd/Vd + Nu/Vu + Wi/Wt )
dove: Wi è la quantità di legante immesso durante la penetrazione
[kg]; Wt è la quantità totale di legante immesso [kg].
In Svezia, invece, per la misura del tempo di miscelazione
viene utilizzata la velocità di recupero (mm/giro) dell’utensile.
Il tempo T può essere calcolato come:
T = ∑M 1/s 1000
dove: ∑M è il numero di pale dell’utensile; s è la velocità di
recupero dell’utensile [mm/giro].
Una serie di prove di laboratorio hanno dimostrato che il
grado di miscelazione ed il numero di giri rivestono importanza
fondamentale per la resistenza finale.
Nei paesi scandinavi si utilizza generalmente il metodo “per
via secca” e l’immissione del legante avviene solo durante la
fase di recupero. La miscelazione potrebbe essere migliorata
immettendo il legante già durante la fase di perforazione
del terreno, tuttavia questo non viene praticato in quanto il
mescolamento diventa difficoltoso quando il legante inizia
a reagire con il terreno; un rimedio consiste nel modificare
la reologia del legante a mezzo di additivi ritardanti. Si è
osservato comunque che la velocità di rotazione influenza
sia lo sforzo efficace che il grado di miscelazione, poiché
un incremento della velocità di rotazione riduce i tempi di
miscelazione a parità di risultati. A riguardo la geometria
dell’utensile riveste un’importanza fondamentale in quanto
da essa dipendono tutti gli altri parametri visti. Un’idea
comune dei ricercatori per aumentare la resistenza e migliorare
la qualità della miscela è quella di dotare l’utensile
di numerose lame o pale in modo da realizzare più lavoro
di miscelazione. Nei paesi scandinavi oggi la velocità di
rotazione è normalmente di 150÷200 giri/min mentre in
Giappone è di 20÷60 giri/min.
1.4.2 Tipo e quantità di legante
Non vi è dubbio sul fatto che la quantità di legante influenzi
significativamente la resistenza di terreno stabilizzato, comunque
importante è anche la distribuzione del legante
nel volume trattato e la dispersione dei valori di resistenza.
Asano (1996) ha studiato come cambiano la resistenza a
compressione ed il coefficiente di dispersione al variare
della quantità di legante per tre tipi di leganti. I risultati
hanno mostrato che, riguardo alle miscele di cemento, il
coefficiente di dispersione passa da circa il 40% al 20% con
il raddoppio della quantità di legante.
1.4.3 Geometria dell’utensile di miscelazione
L’influenza della geometria dell’utensile di miscelazione è
stata oggetto di studi sin dagli anni ‘70, in Giappone ed in
Svezia, che sostanzialmente hanno confrontato geometrie
differenti. E’ noto che uno dei rischi della miscelazione in situ
riguarda la possibilità che il legante indurisca ed ostacoli la
rotazione dell’utensile. Nella metà degli anni ‘80, sono stati
presentati degli utensili dotati di “alette antirotazione” che,
rimanendo ferme, impediscono al materiale mescolato di
ruotare solidalmente all’attrezzo. Altre soluzioni, ad esempio,
vedono l’utensile dotato di lame di miscelazione che
ruotano nei sensi opposti.
1.4.4 Proprietà reologiche del terreno
Le proprietà reologiche dei terreni condizionano molto la
scelta sul metodo e sulle tecnologie del deep mixing. La
miscelazione con leganti è particolarmente difficoltosa nel
caso di terreni fini coesivi con contenuti d’acqua medio-alti;
accade spesso infatti di dover trattare limi o argille prossime
al limite di liquidità. La reologia del volume trattato cambia
rapidamente dopo l’immissione del legante, poiché viene
provocato un asciugamento veloce e di conseguenza la
miscela diventa più plastica e difficile da miscelare.
1.4.5 Quantità e pressione d’aria
Secondo la norma EN 14679 (2005) nel dry mixing la pressione
d’aria dovrà essere mantenuta bassa quanto possibile
per evitare i problemi di trascinamento e movimentazioni
di terreno. Da una serie di prove su modelli a scala ridotta è
stato individuato che la quantità di aria può influenzare considerevolmente
l’uniformità e le proprietà di resistenza del
terreno trattato. La pressione d’aria deve essere sufficiente
per formare cavità sino in superficie per la sua evacuazione
dopo la fase di distribuzione del legante. La pressione
dell’aria non deve essere comunque troppo elevata perché
questo potrebbe causare fratture pneumatiche oltre i bordi
della colonna (pressioni elevate di circa 200÷1.000 kPa sono
comunemente applicate in Svezia).
1.5 Materiali e miscele
In linea generale si può affermare che le proprietà reologiche
di una miscela influenzano notevolmente la sua iniettabilità
in un determinato mezzo poroso o fratturato.
I materiali d’iniezione possono essere classificati, dal punto
di vista reologico, in due categorie [Fig. 1.6]:
a) Fluidi newtoniani, che seguono la legge di Newton in
quanto sono caratterizzati dall’assenza della soglia di
taglio (rigidità nulla) e ad ogni istante lo sforzo di taglio è
csm by Bauer
Geofluid 2009 5

Figura 1.6
Modello
e diagramma
di un fluido
newtoniano a
sx e binghamiano
a dx
Figura 1.7
Evoluzione delle
caratteristiche
reologiche nel
tempo
6 Geofluid 2009
proporzionale linearmente alla velocità di flusso tramite la
viscosità μ. La relazione lineare di Newton che lega viscosità
e scorrimento è:
T = μ dv/ dz
dove: T è lo sforzo di taglio necessario per produrre una velocità
relativa dv fra due strati piani paralleli distanti fra loro
dz; μ è la viscosità dinamica; dv/dz è il gradiente di taglio.
b) Fluidi binghamiani. Per il movimento del fluido è necessario
il superamento della soglia di taglio, oltre la quale lo
sforzo di taglio è direttamente proporzionale al gradiente
con viscosità costante come per i fluidi newtoniani. La legge
è del tipo:
T =T 0 +μ dv/ dz
dove: T è sforzo di taglio necessario per produrre una
velocità relativa dv fra due strati piani
paralleli distanti fra loro dz; T0 è la soglia
di taglio o rigidità (yeld value); μ è la
viscosità plastica o dinamica; dv/dz è il
gradiente di taglio.
In senso stretto, un corpo di Bingham
non è un liquido ma piuttosto un solido
visco-plastico.
La viscosità dinamica è un parametro
caratterizzante per le miscele ed è
espressa in mPa sec o cP, secondo la relazione
d’equivalenza: 1 mPa sec = 1 cP
[Centipoise]; dipende dal tempo e dalla
temperatura. La viscosità di fluidi quali le
sospensioni di cemento aumenta all’aumentare
della temperatura.
1.5.1 Classificazione delle miscele
In base allo schema di comportamento
reologico [Fig. 1.7], le miscele possono essere
raggruppate nelle seguenti classi:
a) sospensioni - stabili
- instabili
b) soluzioni - colloidali (evolutive)
- pure (non evolutive)
a) Sospensioni
Le sospensioni sono costituite dall’insieme di uno
o più prodotti solidi (cemento, argilla …) dispersi in
acqua. Una sospensione e detta “stabile” quando la
tendenza alla sedimentazione è nulla o trascurabile.
A questa classe appartengono: le miscele di cemento
con adeguate aggiunte di argilla o bentonite e le
miscele di argilla o bentonite trattate con additivi
chimici.
Il comportamento reologico di questi fluidi può essere
definito dalla legge di Bingham.
Una sospensione è detta “instabile” se la fase solida
tende a sedimentare separando un’apprezzabile
percentuale della fase liquida, quando la miscela non
è mantenuta in agitazione o in movimento. E’ questo
il caso tipico delle sospensioni di cemento puro in
acqua, idonee, in generale, per il trattamento d’iniezione
e di riempimento di rocce fessurate ma non per
l’impregnazione di terreni incoerenti e/o riempimento.
b) Soluzioni
Le soluzioni sono liquidi omogenei costituiti da prodotti
chimici. Le soluzioni “colloidali” sono anche dette “evolutive”
in quanto la viscosità aumenta nel tempo; a questa
classe appartengono le miscele a base di silicato sodico. Le
sospensioni di bentonite trattata (con additivi deflocculanti
e rigidificanti) possono avere una rigidità tanto modesta e
lentamente evolutiva da avvicinarsi in pratica allo schema
reologico delle soluzioni colloidali. Ai fini dell’uniformità del
trattamento e dei limiti di iniettabilità, il vantaggio delle soluzioni
colloidali rispetto alle sospensioni è evidente e si basa
su due aspetti fondamentali: l’assenza di rigidità e l’assenza
di una fase solida che può
separarsi da quella liquida
per effetti di sedimentazione
e pressofiltrazione. Le
soluzioni “pure” dette anche
“non evolutive” presentano
l’ulteriore importante
vantaggio di mantenere
costante la viscosità fino al
momento della solidificazione.
A questa classe reologica
appartengono le miscele
a base di resine organiche
come le resine fenoliche,
acriliche e amminiche. Tutte
le soluzioni hanno un comportamento
reologico che
segue la legge di Newton.
1.5.2 Calce
Si distinguono calce aerea
CaO (quick lime) e calce
idrata Ca(OH)2 (slaked lime).

La prima, fornita in polvere, a contatto con l’acqua subisce
una violenta reazione esotermica ed espansiva (incremento
di volume del 100%) che porta alla formazione di calce
idrata. La calce idrata, in polvere o in miscela con acqua, è
meno reattiva. Miscelando intimamente la calce aerea con
le terre compatibili si verificano diversi fenomeni chimicofisici,
descritti in seguito in ordine di tempo:
-Riduzione del contenuto d’ acqua naturale delle terre. La calce
aerea viva, a contatto con l’acqua contenuta nelle terre da
trattare, si trasforma in calce aerea idrata sottraendo una
parte di acqua al sistema.
-Scambio ionico e flocculazione. Le particelle argillose recano
in superficie ioni positivi che attraggono le molecole d’acqua.
Questi vengono sostituiti dagli ioni calcio e magnesio
provenienti dalla dissociazione della calce. In questo modo
diminuisce la quantità d’acqua che circonda le singole particelle
argillose che si portano reciprocamente a contatto.
Avviene così la flocculazione dei minerali argillosi, l’agglomerazione
delle particelle disperse nell’acqua ed il cambio
della struttura delle argille.
-Reazione pozzolanica/cementazione. Successivamente, a
causa degli elevati valori di pH dovuti alla presenza di calce,
una parte dei minerali argillosi solubilizza e si combina con
il calcio per dare origine a silicoalluminati idrati di calcio
stabili, dotati di un forte potere legante.
-Carbonatazione. La calce reagisce lentamente con l’anidride
carbonica presente nell’aria o nei pori del terreno formando
CaCO3, altro cementante stabile nel tempo.
La calce è utilizzata soprattutto per le argille (nella quantità
2÷8% del volume di terreno da trattare). Nei terreni granulari
può essere usata mescolata con ceneri, prodotti d’alto forno,
pozzolana. La maturazione avviene a 28 giorni ma si apprezza
un significativo indurimento già a 1÷4 giorni.
1.5.3 Sospensioni Cementizie
Sono le più utilizzate per lavori d’impermeabilizzazione o di
consolidamento dei terreni. Ogni miscela è caratterizzata dal
rapporto ponderale cemento su acqua (C/A) o dal rapporto
ponderale materia secca totale su acqua (MS/A). Le proprietà
più comuni sono: stabilità e fluidità in funzione del dosaggio
e della qualità dei componenti, resistenza alla compressione
monoassiale (dipendente dal rapporto C/A), durabilità (dipendente
dalla qualità e quantità dei componenti), facilità
di preparazione ed approvvigionamento, economicità e
facilità di messa in opera. Il comportamento reologico di
questi fluidi segue la legge di Bingham, quindi, teoricamente,
viscosità e soglia di taglio non variano durante le procedure.
In realtà ciò non avviene e, per ovviare all’aumento dei due
parametri, si fa uso d’opportuni additivi la cui azione viene
coadiuvata dalla continua agitazione della miscela. Il ruolo
dell’acqua nell’alterazione delle sospensioni a base di cemento
si manifesta soprattutto dal punto di vista chimico,
pertanto in prima istanza si ricorre all’addizione di bentonite
che riduce la permeabilità della miscela e quindi anche la
suscettibilità del cemento alle acque aggressive.
Le miscele a base di cemento possono essere distinte in
tre categorie:
1. sospensioni a base di cemento puro;
2. sospensioni a base di cemento e bentonite;
3. sospensioni caricate.
1.5.3.1 Sospensioni di cemento puro
Sono ottenute disperdendo polvere di cemento puro in
acqua. I dosaggi abituali hanno rapporti ponderali C/A
variabili tra 1 e 2.5, le miscele più fluide sono utilizzate nei
terreni fini.
1.5.3.2 Sospensioni con cemento e bentonite
Si tratta di sospensioni di cemento stabilizzate con bentonite
(in percentuale compresa fra 1 e 7% in peso) al fine d’ottenere
una miscela colloidale omogenea e con un’ampia gamma
di viscosità e resistenza meccanica.
La viscosità dipende dal rapporto ponderale C/A e dalla
percentuale di bentonite: si presenta costante per le prime
2-3 ore, mentre aumenta rapidamente fino alla presa
è necessario distinguere il comportamento di tipo binghamiano,
delle miscele a base di cemento e bentonite,
dall’effetto tixotropico fornito dalla bentonite stessa: a
seguito di un gradiente di taglio, in pratica dalla pressione
di pompaggio, un composto tixotropico è trasformato dalla
condizione di gel a quella di un fluido vero e proprio. Il processo
è reversibile: annullando la pressione, il fluido ritorna ad
essere gel e, per mobilizzarlo, occorre nuovamente applicare
una pressione superiore al “limite tixotropico”. Al contrario,
la soglia di taglio dei fluidi binghamiani non si ripresenta
quando la pressione è ridotta al di sotto di tale valore. Ciò
è dovuto al tempo trascorso dopo la preparazione della
miscela, durante il quale l’acqua viene assorbita dal solido
in modo irreversibile.
1.5.3.3 Sospensioni caricate
Sono miscele alle quali vengono addizionati materiali
inerti pulverulenti o con lenta presa idraulica, allo scopo di
modificare la viscosità. Questa operazione si effettua solitamente
in casi di forte assorbimento della miscela iniettata
o d’importanti volumi da riempire, quando non si richiede
particolare resistenza al terreno trattato. I materiali comunemente
utilizzati sono sabbia naturale o ceneri volatili.
1.5.3.4 Sospensioni speciali
Sospensioni a presa accelerata e rigidificazione controllata: i cui
tempi di presa possono essere ridotti fino a pochi secondi.
Per le miscele a base di cemento e bentonite l’accelerante
più usato è il silicato di sodio. Sospensioni espansive o rigonfianti:
che subiscono un aumento di volume superiore al
100%, ottenuto grazie alla formazione d’idrogeno gassoso
proveniente dall’azione della calce nel cemento sulla polvere
d’alluminio incorporata durante la preparazione.
Sospensioni espanse o aerate: il cui volume è stato aumentato
mediante l’immissione d’aria prima della messa in
opera tramite l’agitazione e l’aggiunta di un tensioattivo in
quantità inferiore all’1%. L’aumento di volume va dal 30 al
csm by Bauer
Geofluid 2009 7

8 Geofluid 2009
50% e le bolle d’aria inclusa hanno un effetto fluidificante.
Sospensioni schiumose o gassose: ottenute a partire da una
sospensione di cemento mescolata ad una schiuma formata
da acqua con tensioattivo; si può raggiungere il triplo del
volume iniziale. Sospensioni a penetrabilità migliorata: concepite
per consentire la penetrazione e la diffusione della
miscela in piccoli vuoti intergranulari. Questo scopo può
essere raggiunto con:
1. Riduzione della viscosità e della resistenza a taglio: addizionando
fluidificanti e antiflocculanti;
2. Aumento della resistenza alla pressofiltrazione: siccome
la pressofiltrazione aumenta progressivamente la viscosità
della miscela a causa della perdita dell’acqua, con l’aggiunta
di peptizzanti o di polimeri ritenitori d’acqua si contrasta
questo fenomeno;
3. Riduzione della dimensione dei grani solidi in sospensione.
Sospensioni a resistenza meccanica migliorata: si può raggiungere
aumentando il rapporto C/A a viscosità costante, utilizzando
un plastificante riduttore d’acqua oppure modificando
il rapporto calce/silicio del cemento con l’utilizzo di additivi
silicei reattivi che conferiscono un carattere pozzolanico al
cemento. Sospensioni a resistenza al dilavamento migliorata:
si usano miscele a rapida rigidificazione o miscele con alcuni
millesimi in peso di flocculanti e coagulanti organici.
1.5.3.5 Reazioni del legante con il terreno
Generalmente si usa il cemento Portland, in applicazioni marine
però è usuale l’impiego di cemento pozzolanico. Reagendo
con l’acqua avviene la reazione combinata
di cementazione+carbonatazione che porta
alla formazione di silicato di calce ed idrati di
alluminio. Il processo è rapido (si esaurisce in
7÷28 giorni), è indipendente dal tipo di terreno
perché tende ad avvolgere i grani. Occorre
comunque prestare attenzione alla presenza
di solfati, sali e materiale organico.
Peso dell’unità di volume
Viscosità al Marsh
Valore di filtrazione
pH
Contenuto in sabbia
1.5.4 Bentonite
La bentonite è un materiale costituito da un’argilla del gruppo
delle smectiti, la montmorillonite. Il termine bentonite
comprende categorie di prodotti differenziati da proprietà
fisico-meccaniche e costi d’approvvigionamento, infatti si
distinguono:
Argille naturali: costituite da silicati idrati d’alluminio e
magnesio, da tracce di calce ed ossidi metallici. Hanno una
capacità di rigonfiamento, durante l’idratazione, da 1 a 6 volte
in rapporto al volume apparente del solido.
Bentoniti naturali: sono argille smectitiche, in cui predomina
la componente montmorillonite, che devono le loro
spiccate proprietà colloidali in sospensione acquosa ad una
struttura molecolare di tipo lamellare fortemente idratabile
a causa della presenza del catione sodio che viene sostituito
dall’acqua. Il rigonfiamento varia fra le 3 e le 18 volte. In
natura ne sono presenti due tipi: la bentonite calcica, che è
l’unica presente in Europa, ha proprietà colloidali modeste ed
una capacità di rigonfiamento da 3 a 7 volte, e la bentonite
sodica, presente in quantità sfruttabili solo nel Wyoming
(U.S.A.) e presenta un tasso d’idratazione che varia da 12 a
18. Bentoniti artificiali: è possibile produrre artificialmente
bentoniti con caratteristiche specifiche: bentoniti permutate:
sono bentoniti calciche naturali trasformate artificialmente in
bentoniti sodiche per addizione di carbonato di sodio prima
dell’essicazione (si ottiene un rigonfiamento da 10 a 15 volte),
e bentoniti attivate che sono bentoniti permutate alle quali
sono aggiunti dei polimeri per migliorare il rigonfiamento
(ottenendo valori variabili fra 10 e 25). Le proprietà della
bentonite (montmorillonite), tra le quali l’elevata capacità
di scambio ionico, l’espandibilità, la tixotropia, la plasticità e
le proprietà impermeabilizzanti, sono dovute alla struttura
propria del materiale, che è in grado di assorbire e rilasciare
grandi quantità d’acqua con facilità e senza bisogno di grandi
scambi di energia con l’ambiente. In conseguenza dell’ingresso
dell’acqua il minerale si dilata, rigonfia, viceversa si
ricompatta quando il fluido fuoriesce.
1.5.5 Miscele per diaframmi
In generale la stabilizzazione delle pareti di scavo viene eseguita
tramite fanghi che possono essere polimerici o bentonitici;
l’utilizzo della bentonite, più economico, è il più diffuso. Il fango
bentonitico è una soluzione acqua-bentonite al 5÷6% la cui
densità può essere incrementata con l’aggiunta di materiali
inerti appropriati (deflocculanti o prodotti organici). La norma
EN 1538 propone controlli periodici durante l’esecuzione dei
lavori sulla bentonite, in merito ai seguenti parametri:
Fango nuovo Fango ricircolato Prima del getto

2. Il Cutter Soil Mixing - CSM
Dall’esperienza maturata dagli anni ‘90 con il mescolamento
in profondità (deep mixing) e grazie alle possibilità offerte
dalla moderna tecnologia di fresatura del terreno, nel 2004
è stata studiata ed ideata nelle officine BAUER Maschinen
GmbH di Schrobenhausen (Germania) una nuova tecnologia
per la realizzazione di pannelli di terreno consolidato
mediante miscelazione in posto con un legante idraulico
ed acqua, finalizzata alla realizzazione di strutture portanti
o diaframmi adatti a differenti scopi. Questa metodologia
abbina la tecnica del deep mixing a quella di scavo a mezzo
di idrofresa, che consiste nel realizzare uno scavo a pannelli
rettangolari attraverso l’uso di teste fresanti equipaggiate
con denti taglianti o (per formazioni molto dure) con cutter
a bottoni, anzichè utensili montati su uno o più alberi
verticali rotanti che producono colonne circolari. L’idea di
abbinare le due tecniche ha portato allo sviluppo della tecnologia
CSM. L’intervento di consolidamento eseguito con
il CSM è finalizzato alla realizzazione di strutture portanti
come diaframmi, pannelli isolati possono
essere utilizzati come pali, pannelli secanti
tra loro possono formare una paratia continua
strutturale oppure, a seconda delle
necessità, un diaframma plastico ai soli
fini idraulici. Per la realizzazione di opere
strutturali si può prevedere l’introduzione
di tubi, palancole o putrelle di rinforzo
all’interno dei pannelli.
I metodi DMM (Deep Mixing Methods) sono
utilizzati principalmente per il trattamento
di terreni teneri (coesivi e non-coesivi); il
metodo CSM, che utilizza la tecnologia delle
frese Bauer, estende l’utilizzo del DMM anche ai terreni più
consistenti ed alle rocce tenere.
I principali vantaggi del metodo CSM sono:
• l’alta produttività;
• l’utilizzo del terreno stesso come materiale di costruzione;
• una produzione di reflusso contenuta (importante nelle
zone di terreni contaminati);
• il metodo non genera vibrazioni (importante quando si lavora
nei terreni teneri vicino a strutture e servizi esistenti);
• la possibilità di raggiungere profondità elevate con le
attrezzature sospese su fune. Tale nuova tecnologia verte
tuttora in una fase sperimentale avanzata che è iniziata nel
2003 nel campo prove di Aresing (Germania) dove ne è stata
dimostrata la realizzazione pratica. A questa sono seguite e
seguono tuttora altre sperimentazioni e numerose applicazioni,
sia in Italia e in Europa che in altri paesi (soprattutto
Giappone, ma anche USA, Canada ed Australia) che mirano
ad ottimizzare la tecnologia ed ad adattarla ai casi specifici
in funzione dei vari parametri in gioco.
2.1 Tecnologia
La tecnologia CSM fa uso di due set di ruote fresanti che
girano su di un asse orizzontale; due sistemi di trasmissione
sono connessi ad uno speciale supporto il
quale, a sua volta, viene collegato e connesso
ad un sistema di prolunga “kelly”. Il
kelly è montato sul mast principale della
macchina di scavo per mezzo di due slitte
che guidano ed estraggono l’utensile e, se
necessario, lo ruotano [Fig. 2.1].
In alternativa al kelly può essere utilizzato il
sistema sospeso a fune che permette di raggiungere
profondità maggiori [Fig. 2.2].
Durante la fase di discesa delle teste fresanti
il terreno viene frantumato e disgregato
dalle ruote mentre al contempo la miscela
cementizia viene iniettata da un apposito
ugello tra le teste stesse; durante la fase
di estrazione le teste fresanti ruotano in
maniera tale da mescolare il legante con
il terreno e formare un pannello rettangolare.
2.2 Attrezzature
La macchina per il CSM é
costituita dai seguenti componenti
principali:
- il gruppo fresante BCM con
quattro ruote dentate;
- un sistema di guida e
di collegamento del gruppo fresante alla
macchina base;
- la macchina base.
Il sistema è modulare ed i vari “blocchi”
possono venire intercambiati per adattare
le attrezzature alle condizioni diverse dei cantieri (terreni,
profondità, dimensioni dei pannelli, …).
2.2.1 Gruppo fresante BCM
Il gruppo fresante BCM è basato sulle tecnologie delle frese
Bauer, con analoghe motorizzazioni e riduttori. I motori idraulici
sono contenuti in una telaio impermeabile che incorpora
anche la strumentazione elettronica [Fig. 2.3].
csm by Bauer
Figura 2.1
Corpo fresante e
macchina operatrice
con kelly
Figura 2.2
CSM sospeso
Figura 2.3
Schema testa
con alloggio
strumentazione
Geofluid 2009 9

Figura 2.4
Ruote dentate del
gruppo fresante BCM
Ruota da taglio
(standard)
Ruota miscelatrice
Ruota combi
Figura 2.5
Sistema CSM
con lame fisse
10 Geofluid 2009
Due gruppi fresanti sono disponibili per coprire un’ampia
gamma di applicazioni:
- BCM 5, per progetti di media entità o per materiali di
media resistenza.
Coppia kNm 0 - 50
Velocità di rotazione rpm 0 - 40
Altezza m 2,35
Lunghezza del pannello L m 2,4
Larghezza del pannello mm 500 - 1000
Peso kg 5100
- BCM 10, progettata per i pannelli di dimensioni più grandi
e per le maggiori profondità di trattamento. L’alta coppia disponibile
ed il maggior peso della macchina la rendono ideale
per i terreni più difficili o per le applicazioni “sospese”.
Coppia kNm 0 - 100
Velocità di rotazione rpm 0 - 35
Altezza m 2,8
Lunghezza del pannello L m 2,8
Larghezza del pannello mm 650 - 1200
Peso kg 7400
Le ruote dentate sono progettate per rompere il terreno e
per amalgamarlo con la miscela cementizia; è la natura del
terreno che determina se sia necessario favorire la capacità
delle ruote a rompere il terreno oppure a miscelarlo. Al fine
di coprire la necessità di lavorare efficacemente in terreni
diversi, sono disponibili ruote
con differenti dentature e
geometrie [Fig. 2.4].
Nei sistemi di deep mixing
a punta rotante (rotary),
l’efficienza di miscelazione
è funzione principalmente
della velocità di rotazione
dell’utensile. Nel metodo
CSM, tutto il terreno viene
fatto passare attraverso delle
lame fisse che lo frantumano
e garantiscono un’ottima
miscelazione [Fig. 2.5].
La massima profondità raggiunta
con un’asta monoblocco
è di 35 m e la massima
profondità raggiunta con il
gruppo fresante sospeso su
funi è di 75 m.
2.2.2 Configurazioni delle macchine
Le macchine base possono montare diverse configurazioni
di frese CSM in funzione della profondità e del tipo di
terreno.
L’unità BCM può essere montata su un’asta Kelly monoblocco
tonda. Questa combinazione, quando utilizzata su
macchine di taglia “piccola” (tipo BG12), può raggiungere
profondità di ca. 12 m.
Per profondità più elevate normalmente l’asta è di sezione
rettangolare (anche perché si può utilizzare un idoneo
sistema di ripresa della stessa) ed è possibile raggiungere
profondità di ca. 35 m.
Due carrelli di guida collegano l’asta kelly al mast della
macchina base e trasmettono alla fresa le spinte ed i tiri
necessari per eseguire i pannelli, oltre a garantire la direzionalità
dell’asta stessa. L’attrezzatura può venire ruotata
+45° e – 90° rispetto all’asse della stessa.
L’unità fresante BCM può essere montata su un telaio sospeso
ad una fune. Per la stabilità ed il controllo direzionale,
una serie di piastre guida (flaps) possono essere azionate
idraulicamente; questa azione corregge la direzione della
macchina sull’asse y durante la fase di discesa. La velocità
relativa delle ruote può essere variata per controllare la
verticalità sull’asse x.
I sistemi sospesi su fune vengono tipicamente assemblati
su gru idrauliche, su macchine base speciali tipo Bauer CBC
o sulle macchine da pali della classe BG o RTG.
Questi sistemi vengono normalmente utilizzati per trattamenti
di profondità superiori ai 35 m [Fig. 2.6].
Mentre nella versione con prolunga kelly la forza necessaria
per la penetrazione viene fornita dalla macchina operatrice
che la trasmette tramite l’asta al corpo BCM, nel sistema
sospeso su fune è il peso stesso dell’unità fresante che
consente di esercitare una pressione sul terreno tale da
permetterne la fresatura e la penetrazione.
Per raggiungere profondità elevate, > 75 m, è stata sviluppata
una nuova attrezzatura sospesa su fune: il “CSM Quattro”.
Per non correre il rischio d’incaglio del corpo fresa, dovuto
all’indurirsi del terreno soprastante quando lo stesso è ad
elevate profondità (dovuto, ad esempio, a fenomeni di disi-

dratazione del volume trattato), sono stati progettati quattro
gruppi completi di ruote fresanti, dei quali i due superiori
consentono, quando il terreno diventa difficile, di riscavare
e miscelare anche in fase di risalita [Fig. 2.7].
2.3 Attrezzature ausiliarie
La lista seguente indica le attrezzature ausiliarie necessarie
per eseguire il lavoro senza interruzioni:
• Silos per lo stoccaggio di cemento e bentonite muniti di
coclee automatiche.
I• mpianto di miscelazione con sistema di dosaggio ponderale
manuale, temporizzato e computerizzato. Tale impianto è
normalmente costituito da:
- un mescolatore tronco-conico;
- una pompa di miscelazione elettrica;
- un agitatore;
- un computer per il dosaggio e la registrazione dei dati dei
singoli componenti della miscela.
• 2 pompe di alimentazione, controllabili tramite radiocomando
dalla cabina della macchina di scavo, delle quali
una in uso ed una di riserva. La capacità tipica è di 200÷300
l/min con una prevalenza di 12÷15 bar.
•Manichette per inviare la bentonite, miscela cementizia, aria
compressa e acqua dall’impianto alla macchina. Tipicamente
manichette da: 1”½ o 2” di lunghezze adeguate.
• Un escavatore idraulico per la realizzazione del pre-scavo,
l’infissione di una eventuale dima, la manutenzione e pulizia
del piano di lavoro, la rimozione del materiale di risulta.
• Una gru di servizio con vibratore per l’eventuale infissione
delle armature e per l’immersione del campionatore per il
prelievo dei campioni di prova (nel caso richiesto).
• Un vibrovaglio mobile, posizionato vicino alla macchina per
la prima separazione del reflusso (nel sistema bifase).
• Una pompa peristaltica per pompare il reflusso all’impianto
di dissabbiamento (sistema bifase).
• Altre attrezzature: vasconi e cisterne acqua, vasche bentonite,
pompe acqua, container-officina, cisterna gasolio, box
spogliatoio, box ufficio, compressore (7÷14 bar, 7÷10 m³/
min), generatore, varie.
2.4 Procedure di esecuzione
2.4.1 Prescavo ed installazione guida
Un prescavo [Fig. 2.8] viene normalmente realizzato lungo
il tracciato della paratia (o il diaframma) per raccogliere lo
spurgo; le dimensioni del prescavo sono in funzione delle
condizioni del sito, si raccomanda comunque una larghezza
di 1,5 m ed una profondità di 1,0 m.
Non è necessaria la costruzione di muretti guida però è
molto utile realizzare un sistema di guida e di referenza per
il posizionamento della fresa (putrelle e piastre in acciaio).
L’utilizzo di muretti guida (cordolo) può in alcune occasioni
aiutare la gestione ed il posizionamento della macchina e
delle armature e conseguentemente favorire l’aumento
della produttività.
2.4.2 Scavo e
miscelazione
Il gruppo fresante viene
infisso ad una velocità
costante; le ruote
dentate frantumano il
terreno e contemporaneamente
un fluido
viene iniettato attraverso
gli ugelli situati fra le
stesse. Tale fluido viene
miscelato omogeneamente
con il materiale
disgregato. La direzione
di rotazione delle ruote
è preferibilmente verso
l’esterno (per favorire la
csm by Bauer
Figura 2.6
Esempio
di configurazioni
con cutter sospeso
Figura 2.7
Attrezzatura
“CSM Quattro”
Figura 2.8
Fasi sequenziali di
installazione della
guida di referenza
per il posizionamento
della fresa; al termine
delle operazioni la
guida viene rimossa
(foto campo prove
di Cavallino – VE,
Dolomiti Rocce Srl)
Geofluid 2009 11

Figura 2.9
Schema in pianta
del cantiere per la
procedura con sistema
bi-fase: lo spurgo
denso viene rimosso
meccanicamente e
passato al vibvrovaglio
prima dell’invio
al dissabbiatore
12 Geofluid 2009
miscelazione) ma in ogni sito può essere variata, assieme
alla velocità di rotazione, al fine di favorire l’efficienza della
lavorazione.
Tutto il terreno disgregato dalle ruote dentate passa attraverso
le lame fisse dove è frantumato nuovamente e
mescolato con la miscela. La velocità di penetrazione ed il
volume della fluido iniettato sono regolati costantemente
dall’operatore al fine di garantire un mix terreno/miscela
omogeneo e sufficientemente fluido per permettere il
facile passaggio della fresa sia in fase di penetrazione che
in fase di estrazione.
Oltre alla miscelazione del terreno con il composto legante, in taluni
casi, utilizzando il metodo bi-fase, cioè quando la fase di penetrazione
e taglio del terreno viene effettuata utilizzando solo
acqua o bentonite come elemento veicolante, può essere
utilizzata in aggiunta anche dell’aria compressa. Gli effetti
dell’aria compressa sono:
- Aiuto nella liquefazione del terreno, riducendo il quantitativo
di acqua o bentonite necessario per questa operazione.
- Nella risalita crea una parziale mescolazione degli strati di
terreno nel senso verticale.
- Mantiene in uno stato fluido la miscela terreno+acqua
(bentonite) lungo tutta la profondità del pannello; questo
facilita il passaggio della macchina in fase di risalita e garantisce
una buona mescolazione del terreno con la miscela
cementizia.
Il quantitativo di aria compressa che si utilizza è minimo,
normalmente sono necessari meno di cento litri/secondo.
L’operatore regola il flusso variandolo nei diversi strati man
mano che scende e si basa sulla coppia assorbita dalle ruote.
La pressione dell’aria compressa è normalmente 7/8 bar.
Tipiche velocità di penetrazione sono 20÷30 cm/min.
I cicli di scavo e miscelazione possono essere eseguiti in
due modi:
Sistema bi-fase
Durante la fase di penetrazione, il taglio, la mescolazione e
la fluidificazione del terreno vengono eseguiti iniettando
solamente un fango bentonitico. Lo spurgo che risulta può
essere condotto ad un dissabbiatore dove sono separati i
solidi dalla parte fluida che viene quindi rimessa in circolo.
Quando lo spurgo risulta troppo denso per essere pompato,
lo stesso può essere rimosso meccanicamente e fatto passare
attraverso un vibrovaglio sgrossatore dove si effettua una
prima separazione; la parte più liquida viene quindi fatta
passare attraverso un opportuno dissabbiatore [Fig. 2.9].
Al raggiungimento della profondità di progetto il fango
bentonitico viene sostituito dalla miscela cementizia e, generalmente,
viene invertito il senso di rotazione delle ruote
fresanti. Inizia quindi la fase di estrazione della macchina
e la mescolazione del terreno con il legante. La velocità di
estrazione della macchina ed il volume di miscela iniettata
sono regolati per garantire il giusto rapporto miscela cementizia/terreno
e per esercitare il necessario costipamento del
volume trattato. La fase di estrazione risulta molto importante
perché da essa dipende principalmente l’entità della
miscelazione conferita al terreno.
I principali vantaggi del sistema bi-fase sono:
Maggiore sicurezza quando si opera ad elevate profondità
o quando il lavoro viene interrotto.
Minor consumo delle ruote fresanti e dei denti.
E’ il sistema preferito nei terreni difficili, alle profondità
elevate e per i diaframmi plastici.
Sistema mono-fase
La miscela cementizia viene iniettata nel terreno in fase di
penetrazione-taglio ed in fase di estrazione-miscelazione;
normalmente si inietta circa il 70% del totale della miscela
in fase di penetrazione.
Lo spurgo viene raccolto nel prescavo, può essere steso in
cantiere per creare i piani di lavoro o venire convogliato in
un pozzo di raccolta dove è lasciato indurire prima di venire
rimosso. Con questo sistema la velocità di estrazione è elevata
in quanto la maggior parte della miscela cementizia viene
iniettata nel terreno nella fase di penetrazione e taglio. I
maggior vantaggi del sistema mono-fase sono:
• Non servono impianti ausiliari per dissabbiare.
• Alta velocità di estrazione.
•Maggiore produttività.
E’ preferito per terreni facili, per profondità

secondari di chiusura. Se i pannelli secondari vengono eseguiti
quando i primari presentano ancora uno stato fluido
il metodo si chiama “fresh to fresh”; viceversa, se i pannelli
secondari vengono eseguiti una volta che i primari sono in
una fase di maturazione avanzata (pertanto sono induriti)
il metodo si chiama “fresh to hard” (ad esempio quando vi
sono interruzioni nella continuità del lavoro) [Fig. 2.11].
A seconda del metodo utilizzato si adottano sovrapposizioni
diverse in relazione alla maggiore o minore fluidità
dei primari. Infatti, con il metodo “fresh to hard” è possibile
realizzare paratie continue con sovrapposizioni minori tra
gli elementi, essendo la fresatura all’estremità del pannello
indurito più precisa di quella sul “fresh”. La tecnica CSM
consente di realizzare anche tratti in curva.
2.4.4 Inserimento dell’armatura
Elementi di armatura, necessari per ragioni strutturali, possono
essere infissi nei pannelli appena completati. Materiali
tipici di armatura possono essere rappresentati da travi, putrelle,
palancole o tubi in acciaio; tramite opportuni sistemi
sono anche inseribili particolari gabbie di armatura.
Questi elementi, fino a piccole profondità penetrano normalmente
sotto il proprio peso, oltre possono essere infissi
tramite l’ausilio di un escavatore o di un piccolo vibratore
[Fig. 2.12].
La densità dell’armatura viene calcolata secondo i carichi
imposti e la resistenza caratteristica della miscela terreno/
cemento.
2.5 Controlli e verifiche
2.5.1 Prima dell’esecuzione
E’ fondamentale la buona conoscenza del
tipo di terreno e delle sue caratteristiche.
I fattori che, in generale, influenzano i
risultati del trattamento dei terreni con
i sistemi DMM e CSM sono: il tipo di terreno,
la consistenza del terreno (SPT o
CPT), il peso specifico, la granulometria,
il contenuto d’acqua, i limiti di Atterberg
e le proprietà chimiche del terreno.
Prima di iniziare un trattamento in terreni
nuovi è essenziale che venga eseguita
un’indagine geologica seguita da prove
in laboratorio per stabilire i rapporti ottimali
di terreno e miscele cementizie.
Prove di laboratorio - Una serie di campioni
di terreno vengono mescolati con
quantitativi diversi di miscele cementizie;
in seguito sono fatti maturare e quindi sottoposti a
prove di compressione e permeabilità. Da questi dati si
possono progettare i parametri da utilizzare in cantiere. E’
chiaro che in sito le caratteristiche della miscela terreno/
cemento cambieranno al variare della tipologia del terreno;
si dovrà quindi trovare un compromesso tra qualità/
quantità di miscela da iniettare nei vari strati e le resistenze
e permeabilità volute.
Pannelli di prova - Vanno realizzati in cantiere, se possibile,
una serie di pannelli di prova, variando le caratteristiche e
quantità della miscela cementizia e la velocità di penetrazione.
Si dovrebbero realizzare 3 o 4 pannelli in una zona e
con una predisposizione che permetta lo scavo per esporli,
al fine di determinare la loro qualità visiva. Durante l’esecuzione
dei pannelli di prova vanno prelevati campioni del
csm by Bauer
Figura 2.10
Fasi di esecuzione
Figura 2.11
Schema di formazione
di una paratia continua
con pannelli primari (P)
e secondari (S)
Figura 2.12
Foto della fase di
infissione dell’armatura
(putrelle di acciaio) a
mezzo di macchina
vibrante subito dopo
la realizzazione del
pannello CSM
Geofluid 2009 13

Figura 2.13
Alloggiamento
dei sensori
sul corpo fresante
e strumentazione
elettronica della
macchina operatrice
Figura 2.14
Foto del
campionatore
BAUER
14 Geofluid 2009
mix legante/terreno che dovranno essere sottoposti a prove
di peso specifico, viscosità e resistenza alla compressione.
Campioni del reflusso dal pannello vanno altresì prelevati e
sottoposti a prove di contenuto di cemento, resistenza alla
compressione e trazione.
Dopo un periodo di maturazione i pannelli possono essere
perforati per prelevare delle carote da sottoporre a prove
di laboratorio. Nelle perforazioni si possono eseguire prove
di permeabilità. Dai risultati delle prove si prepara un programma
di controllo della qualità da mantenere durante i
lavori.
2.5.2 Durante l’esecuzione
Durante il processo CSM vanno effettuate le seguenti verifiche
al fine di controllare la qualità del lavoro:
Controlli di posizione e di profondità di ogni pannello.
Prove sulla miscela cementizia seguendo le raccomandazioni
del programma di controllo qualità. Queste prove
includono:
- peso specifico
- viscosità (valori del Cono di Marsh)
- resistenza alla compressione
Controllo dei parametri di produzione visualizzati, modificati
e registrati dal computer della macchina operatrice:
- profondità
- deviazioni assi x e y [Fig. 2.13]
- velocità rotazione ruote
- flusso e quantità totale di miscela
- pressione del flusso della miscela
- pressione della miscela terreno/legante a vari livelli nel
pannello
- volume miscela/tempo
- volume miscela/profondità
- vari altri parametri collegati al funzionamento dell’attrezzatura
(pressioni e portate idrauliche, temperature, …)
Prove sulla miscela terreno/
cemento che può essere
campionata dal reflusso del
pannello in fase di esecuzione
o da campioni presi a profondità
diverse nel pannello
stesso. Questi campioni vanno
sottoposti a prove di:
- resistenza alla compressione
- permeabilità
Il prelievo viene eseguito con un apposito
campionatore [Fig. 2.14] che
viene inserito nel diaframma appena
realizzato tramite l’ausilio di una gru;
fissato lo strumento sulla fune di servizio,
si penetra nel diaframma scavato
sino alla profondità richiesta.
Le due finestre sono aperte e il materiale
del pannello vi passa attraverso.
Quando viene raggiunta la profondità
prevista si recupera lo strumento. Nella fase di recupero la
membrana chiude il fondo del campionatore e la parte superiore
rimane aperta; è in questa fase che il campionatore
viene riempito dal materiale che si intende campionare.
2.5.3 Dopo l’esecuzione
Le seguenti verifiche possono essere effettuate per controllare
le caratteristiche geometriche e meccaniche dei
pannelli di terreno trattato:
Se i pannelli possono venire esposti, vanno ispezionati visivamente
e si possono prelevare campioni da sottoporre a
prove di resistenza e permeabilità. Se i pannelli invece sono
profondi e non possono venire esposti, vanno perforati per
prelevare campioni da sottoporre a prove di laboratorio.
Le perforazioni possono essere realizzate verticalmente in
posizioni diverse nei pannelli per verificare l’omogeneità
del trattamento.
Quando i pannelli sono eseguiti per intersecarsi l’uno
con l’altro, le perforazioni possono essere posizionate in
corrispondenza dei giunti per verificare lo stato di questi
e per verificare che vi sia stata la necessaria lunghezza di
intersezione.
Tra le prove che possono essere eseguite per verificare il
risultato si citano:
Prove di carico dinamiche e statiche che possono essere
eseguite su quei pannelli progettati per sostenere carichi
verticali.
Prove soniche per verificare la continuità del trattamento
e per misurare il miglioramento delle caratteristiche meccaniche
del terreno trattato.
2.5.4 Documentazione
Tutti i parametri di produzione vengono registrati e memorizzati
sul computer di bordo della macchina. Possono
essere stampati su formati diversi per produrre un archivio
di assicurazione della qualità per ogni pannello. La figura
illustrata riporta, a titolo d’esempio, le stampe di stralci di
dati e diagrammi rilevati durante il monitoraggio delle fasi
di esecuzione di un pannello [Fig. 2.15].
2.6 Materiali
2.6.1 Componenti della miscela di iniezione
I componenti delle miscele di iniezione normalmente
utilizzate per la costruzione di paratie CSM sono: cemento,

entonite ed acqua. E’ possibile
inoltre utilizzare additivi
o polimeri al posto della
bentonite (alcuni di questi
hanno dato buoni risultati),
cementi di altoforno ed altri
elementi.
La miscela di iniezione
viene progettata secondo i
seguenti fattori:
l’applicazione: diverse saranno
le composizioni a
seconda dello scopo del
trattamento; infatti, diverse
sono le proprietà richieste
per i diaframmi di tenuta
(permeabilità, resistenza,
deformabilità, stabilità
all’erosione) e per le paratie
di sostegno (resistenza,
permeabilità, plasticità della
miscela fresca, armature);
le condizioni del terreno: granulometria, contenuto di fini,
contenuto di materiale organico, peso specifico, SPT, porosità,
contenuto d’acqua naturale, livello di falda, composizione
chimica del terreno e contenuto chimico dell’acqua di
falda.
Le proporzioni della miscela vanno determinate in seguito
a prove di laboratorio prima dell’inizio dei lavori. Di seguito
sono riportati alcuni valori delle proporzioni dei componenti
delle miscele di iniezione che possono essere utilizzati come
riferimento.
Fango bentonitico (per la fluidificazione del terreno - sistema
bi-fase):
40 ÷ 80 kg di bentonite per m³ di fango (latte di bentonite)
400 ÷ 700 l di fango per m³ di terreno
Miscele di iniezione (proporzioni tipiche):
Diaframmi plastici Paratie di sostegno
Cemento 400 - 550 kg/m³ miscela 1.000 – 1.200 kg/m³ miscela
Bentonite 15 – 30 kg/m³ miscela 15 – 30 kg/m³ miscela
A/C 1,5 - 2,0 0,5 - 0,6
2.6.2 Caratteristiche del terreno trattato
Le caratteristiche di resistenza, permeabilità e composizione
del terreno trattato variano a seconda dei casi specifici e
vengono determinate con prove in sito ed
in laboratorio. Si riportano di seguito alcuni
range di valori indicativi dei parametri di
terreni trattati con la tecnologia CSM.
Permeabilità
Caratteristiche del terreno trattato (valori
indicativi).
2.7 Vantaggi della tecnica CSM
Una peculiarità del Cutter Soil Mixing è quella di consentire
il trattamento non solo dei terreni teneri (coesivi e granulari)
ma anche di quelli più consistenti e delle rocce tenere. Il
metodo offre una serie di vantaggi rispetto alle tradizionali
tecnologie in uso fra cui:
• Utilizzo dello stesso terreno trattato come materiale di
realizzazione dell’opera.
• In condizioni litografiche omogenee, il sistema CSM conduce
alla realizzazione di pannelli di terreno consolidato
con caratteristiche costanti. In condizioni stratigrafiche
eterogenee, i pannelli potranno ottenere caratteristiche
meccaniche similari variando i parametri volumetrici di
immissione nel terreno della miscela legante.
• Il sistema CSM consente di ottenere una geometria dei
pannelli regolare (rettangolari) e predeterminata attraverso
la dimensione e la posizione delle ruote fresanti.
• La metodologia non genera significative vibrazioni
(importante quando si lavora nei terreni teneri vicino
a strutture e servizi esistenti).
• Nel terreno ghiaioso/sabbioso, anche impiegando
grossi volumi di miscela, non si verificano fenomeni di
rifluimento. La lavorazione, in questo tipo di terreno,
può dunque essere considerata “pulita”.
Operando in terreni limoso argillosi si verifica invece un
rifluimento di materiale dell’ordine del 20% rispetto al
volume di terreno trattato.
Diaframmi plastici Paratie di sostegno
Resistenza alla compressione 0,5 – 2,0 MPa 5,0 – 15,0 MPa
circa 1x10-8 m/sec
Contenuto di cemento 100 - 200 kg/m³ terreno 200 - 450 kg/m³ terreno
csm by Bauer
Figura 2.15
Diagrammi
stampati dalla
macchina operatrice
durante l’esecuzione
di un pannello
Geofluid 2009 15

Figura 2.16
Superamento dei
sottoservizi
Figura 2.17
Confronto CSM
con DMM: paratie
strutturali e muri
di ritenuta
Figura 2.18
Possibilità di posizionamento
dei rinforzi
nelle colonne Rotary
e nei pannelli CSM
16 Geofluid 2009
• L’iniezione dei materiali impiegati durante le fasi di perforazione
e trattamento avviene senza asportazione di
terreno.
Questo consente di operare anche in prossimità di manufatti,
riducendo eventuali fenomeni di cedimento del
terreno circostante. Poiché il volume di materiale immesso
nel terreno è molto ridotto e le pressioni di iniezione sono
estremamente basse, i possibili fenomeni di sollevamento
diventano nulli o trascurabili.
Con le attrezzature sospese su fune si possono raggiungere
grandi profondità (> 80 m).
Possibilità di impiego in situazioni particolari (ad esempio
in presenza di sottoservizi [Fig. 2.16]).
2.8 Confronto CSM – Deep mixing
a rotazione
Rispetto alle realizzazioni deep mixing con tecniche rotary
tradizionali, con il CSM si ottengono direttamente paratie
e diaframmi strutturali di geometria regolare evitando gli
elevati sfridi classici delle tecniche a rotazione.
I pannelli rettangolari, se comparati con una serie di colonne
contigue o intersecanti, offrono un buon numero di vantaggi:
sul piano strutturale, comparando la sezione rettangolare del
pannello con una serie di colonne contigue o intersecanti di
diametro equivalente allo spessore del pannello, constatiamo
che la forma rettangolare
è molto più efficiente;
le aree di terreno trattato
in compressione e
tensione sono maggiori
ed il braccio di leva dei
pannelli rettangolari è
superiore; questo implica
un maggiore momento di
resistenza.
Quando consideriamo un
muro di colonne secanti, i diametri delle colonne
devono essere più grandi dello spessore del
pannello rettangolare per produrre una sezione
di larghezza equivalente.
Questo significa che quando usiamo la tecnica
CSM tratteremo una quantità minore di terreno
per ottenere lo stesso effetto; chiaramente
questo significa risparmiare energia e materiale
[Fig. 2.17].
Inoltre, riguardo i diaframmi idraulici nei quali è
di fondamentale importanza la corretta realizzazione dei
giunti ai fini della tenuta, la tecnologia CSM permette la
realizzazione di elementi continui con adeguate sovrapposizioni
dei pannelli senza particolari problemi.
Nei diaframmi di colonne intersecanti, invece, ottenere la
continuità risulta più difficoltoso essendo maggiori il numero
di giunzioni presenti a parità di estensione del diaframma.
Se progettiamo dei pannelli da utilizzarsi come muro di
ritenuta, il singolo pannello in CSM è continuo per 2.400 mm
(2.800 mm) della sua lunghezza, mentre un muro equivalente
di pali secanti ha per lo meno tre giunzioni.
Ovviamente il rischio di perdite attraverso un pannello
costruito con la tecnica CSM è molto più limitato.
Un’altra possibilità del Cutter Soil Mixing è quella di permettere
il posizionamento dei profilati di armatura nelle
paratie strutturali, a seconda delle esigenze, sia al centro
del pannello che in prossimità del bordo.
Nei trattamenti rotary invece, i profilati trovano collocazione
esclusivamente in asse alle colonne [Fig. 2.18].
Quando è richiesto una resistenza addizionale al momento
flettente il muro in CSM può essere rinforzato efficacemente
attraverso l’inserimento di travi ad H o di gabbie; la
forma rettangolare del pannello permette di ottimizzare
la progettazione della struttura in acciaio da inserire nel
pannello stesso.
Ci sono altri vantaggi che il metodo CSM e le macchine
impiegate per attuarlo offrono quando comparate con
le tradizionali eliche o pale rotanti, ad esempio: con il
metodo CSM, le uniche parti in movimento sono le ruote
fresanti, il che permette di montare all’interno del gruppo
di trasmissione strumentazioni elettroniche che forniscono
informazioni in tempo reale sulla situazione alla
quota di scavo quali verticalità, deviazioni, sovrapressioni
interstiziali generate nel terreno, ecc. ed, inoltre, poichè
l’asta monoblocco non ruota, non sono presenti perdite di
energia dovute all’attrito tra asta e terreno trattato come
nei tradizionali metodi DMM.
3. Alcuni cantieri CSM eseguiti
in Italia
3.1 Avigliana (TO)
Realizzazione dell’accesso a un sottopasso stradale
alla linea ferroviaria, con muri di contenimento
eseguiti con sistema CSM [Fig. 3.1].

Le paratie sono state rinforzate tramite idonee putrelle in
acciaio [Fig. 3.2].
I lavori sono stati finanziati dal Comitato Olimpico 2006
ed eseguiti da un Consorzio tra la Cipa S.p.A. e la Injectosond
S.r.l..
Macchinario: BG 15H – BCM 3
Profondità: 12 m
Spessore: 500 mm
Area totale: 4.000 mq
Terreni: limi sabbiosi a nord e ghiaie e sabbie a sud
Data realizzazione: 2005
3.2 Vittorio Veneto (TV)
Realizzazione di una palestra avente un piano interrato con
falda a piano campagna. I muri di contenimento, rinforzati con
putrelle e tirantati, sono stati eseguiti tramite la tecnica CSM.
Sono stati realizzati anche pannelli singoli di ancoraggio della
soletta di fondo per contrastare le sottospinte idrauliche.
I lavori sono stati eseguiti da Dolomiti Rocce S.r.l. [Fig. 3.3]
Macchinario: BG 15 – BCM 3
Profondità: 10 m
Spessore: 500 mm
Area totale: 2.400 mq
Terreni: limi sabbiosi e argillosi
Data realizzazione: 2005
3.3Vercelli
Il lavoro a Vercelli ha previsto la realizzazione di vari pozzi
per fondazione di pile per un viadotto stradale Anas.
La tecnica del CSM è stata introdotta al fine di superare le
problematiche che si erano poste utilizzando le metodologie
di progetto, le quali prevedevano una cortina di pali in
jet grouting finalizzata alla cinturazione al fine di garantire
l’impermeabilità dei costruendi pozzi.
csm by Bauer
Figura 3.1
Cantiere di Avigliana
Figura 3.2
Fase di inserimento
delle putrelle di
rinforzo
Figura 3.3
Cantiere
di Vittorio Veneto
terminato
Geofluid 2009 17

Figura 3.4
Posizionamento
CSM a Vercelli
Figura3.5
Lavoro eseguito
(si noti la pila già
gettata)
Figura 3.6
Fasi di
lavoraziona
Priolo
18 Geofluid 2009
Essendo il materiale da
trattare una ghiaia anche
decimetrica, spesso
non legata ed in alveo
al fiume Sesia, i sistemi
di perforazione classici
non avevano funzionato
(a causa delle elevate
deviazioni delle aste di
perforazione, provocate
dalla non omogeneità
del materiale) così come
i sistemi di iniezione (per
consistenti perdite di
fluidi di iniezione).
Il CSM ha risolto brillantemente
il problema, sia dal
punto di vista prettamente
operativo (con la macchina posizionata in asse al pozzo
[Fig. 3.4], realizzando la serie di pannelli “circolari” dallo
stesso punto di lavoro) che dal punto di vista dei risultati,
ottenendo dei pozzi praticamente impermeabili … in alveo
ad un fiume [Fig. 3.5]!
Il lavoro è stato eseguiti da Vipp Lavori S.p.A..
Macchinario: RG 19T – BCM 10
Profondità: 18 m
Spessore: 650 mm
Area totale: 8.000 mq
Terreni: ghiaie localmente cementate
Data realizzazione: 2006
3.4 Priolo (SR)
Questo cantiere ha visto la prima applicazione “massiccia” di
tale tecnologia in Italia; ben 3 macchine hanno qui lavorato
contemporaneamente.
In questo lavoro sono stati realizzati diversi diaframmi
impermeabili [Fig. 3.6] finalizzati al contenimento di inquinanti
costituiti da idrocarburi; in pratica si è prevista
la cinturazione di un sito inquinato (Raffineria), per cui la
tenuta idraulica dei diaframmi ha rappresentato una delle
caratteristiche fondamentali per la riuscita di questa opera
di bonifica ambientale.
Anche tale cantiere è stato eseguito da Vipp.
Macchinari: BG 15 /BG 28 / RG 19T – BCM 3 / 5 / 10
Profondità: 16/18 m
Spessore: 500/650 mm
Area totale: 40.000 mq
Terreni: calcareniti
Data realizzazione: 2007
3.5 Bocca di Lido Treporti,
progetto Mose (VE)
Per la difesa completa di tutti gli abitati lagunari dalle
acque alte è stato elaborato un sistema integrato di opere
che prevede dighe mobili e schiere di
paratoie da realizzare alle tre bocche
dei porti di Chioggia, Malamocco e
Lido; tale sistema deve essere in grado
di isolare la laguna dal mare durante
gli eventi di alta marea.
Alle bocche di porto di Lido e Chioggia
sono previsti dei porti rifugio e piccole
conche di navigazione che consentiranno
il ricovero ed il transito delle
imbarcazioni da diporto, dei mezzi di
soccorso e dei pescherecci anche con
le paratoie in funzione.
La realizzazione del porto rifugio
di Treporti prevede la costruzione
di riempimenti a terra ed a mare, la
risagomatura della linea di costa e la
costruzione di due dighe frangiflutti.
Inoltre, i bacini lato nord e sud saranno

collegati da un sistema di chiuse per consentire il passaggio
delle imbarcazioni. In fase provvisionale, il bacino nord sarà
confinato lato mare da una tura al fine di rendere agibile
un’area di cantiere per la costruzione dei moduli delle
dighe mobili.
L’area di cantiere avrà un piano-base alla quota -8.50 m
s.l.m.; l’agibilità a questo piano sarà garantita, oltre che
dalle opere di sconfinamento meccanico [Fig. 3.7], anche
csm by Bauer
Figura 3.7
Planimetria e sezione
della lavorazione
con CSM
Figura 3.8
Panoramica
cantiere
Geofluid 2009 19

Figura 3.9
Lavorazione
terminata
20 Geofluid 2009
mediante un sistema di dewatering che rimarrà attivo per
tutta la durata dei lavori di realizzazione dei moduli delle
dighe mobili.
Il diaframma perimetrale di cinturazione è stato realizzato
con palancole metalliche nella sponda lato mare e con la
tecnologia CSM nella sponda lato terraferma [Fig. 3.8],
garantendo un livello di impermeabilità dell’opera quasi
inatteso [Fig. 3.9]!
Tale lavoro è stato eseguiti da Dolomiti Rocce S.r.l..
Macchinario: BG 28 – BCM 10 sospeso su fune
Profondità: 28 m
Spessore: 650 mm
Area totale: 14.000 mq
Terreni: sabbie, limi sabbiosi e argillosi
Data realizzazione: 2007
3.6 Stazione AV Bologna
Per la nuova stazione AV di Bologna Centrale, sono state
eseguite massicce lavorazioni con tecnica CSM. Tali interventi
si sono resi necessari per fornire un’adeguata “guida”
ai successivi pannelli da realizzare con tecnica tradizionale
(a benna mordente) e per fornire un ulteriore sostegno
alle pareti di scavo, da realizzare in prossimità degli edifici
affacciati su via Dè Carracci e della linea ferroviaria esistente
sul lato opposto.
Il progetto e la Direzione Lavori sono di Italferr S.p.A., l’appaltatore
è Astaldi S.p.A., con diverse ditte specializzate in
qualità di subappaltatori (Eurogeo, Vipp, Trevi, SGF, …).
Superate le fasi di accordi e contratti, tra dicembre 2007 e
gennaio 2008 sono arrivate in cantiere le macchine Bauer
necessarie alle lavorazioni suddette; in particolare il “parco
macchine” per l’esecuzione delle lavorazioni CSM è stato
costituito da [Fig. 3.10]:
- Bauer BG 28H con BCM 5 di proprietà Astaldi gestita da
Eurogeo
- Bauer RTG RG 25S con BCM 5 di proprietà Astaldi gestita
da Europeo
- Bauer BG 28V con BCM 10 di proprietà e gestione da
Vipp Lavori
Sono stati presenti tre impianti MAT di miscelazione e
stoccaggio per la bentonite ed il cemento da utilizzare
durante le fasi del trattamento.
Inizialmente la BG 28H è stata utilizzata in configurazione
con fresa sospesa, successivamente è passata alla configurazione
con asta Kelly, soluzione maggiormente performante
in questa tipologia di terreni (argille relativamente
consistenti).
Per via del regolamento ASL di Bologna, particolarmente
severo, tutte le macchine sono state dotate di copertura
insonorizzante per abbattere i rumori prodotti in area
urbana a livelli inferiori ai 100 dB.
Il sistema utilizzato per la lavorazione CSM è bifase, con
stadio di discesa utilizzando bentonite (con un flusso di
150-200 l/min e pressione di iniezione di 6-10 bar) ed aria
compressa, e risalita con iniezione di miscela cementizia
(con una quantità di cemento di 350-400 kg/mc ed un flusso
attorno ai 200-250 l/min).
Il progetto, molto articolato, ha previsto la realizzazione
del trattamento CSM a “voltine” intervallate da “puntoni” al
fine di creare un effetto “grotta” nelle pareti della stazione
da realizzare. Come guida per la testa fresante sono stati
utilizzati blocchi di cls giustapposti [Fig. 3.11].
La stratigrafia della zona di lavoro ha mostrato come fossero
predominanti i terreni fini (limoso-argillosi), relativamente
consistenti; a tal proposito la scelta della miscela ha comportato
uno studio abbastanza severo al fine di ottimizzare

i rapporti acqua/cemento e le conseguenti portate dei
flussi di iniezione.
La produzione si è attestata su 4-5 pannelli medi al giorno
per ogni macchinario, per profondità attorno ai 24 m.
Le velocità di avanzamento in discesa sono dovute essenzialmente
alla resistenza del terreno, valori comuni
sono 30/40 cm/min in terreni sciolti e 15/20 in quelli
più compatti, mentre in risalita la velocità dipende da
diversi fattori quali le portate e le pressioni di iniezione
ed il grado di omogeneizzazione e mescolazione che si è
voluto ottenere.
Le deviazioni dalla verticale dei pannelli realizzati è risultata
nel complesso contenuta, con valori di qualche cm.
Macchinari: BAUER BG 28V– BCM 10, BG 28H – BCM 5,
RTG RG 25S – BCM 5
Profondità: 23 m
Spessore: 800 mm
Area totale: 90.000 mq
Terreni: limi sabbiosi e argillosi
Data realizzazione: 2008
3.7 Ponte sull’Adda
L’Ufficio di Geotecnica del Polo
di Geoingegneria della Spea
Ingegneria Europea S.p.A. ha
recentemente redatto una
proposta progettuale finalizzata
all’esecuzione delle pile
del futuro viadotto sull’Adda,
opera inquadrata nel nuovo
collegamento autostradale
di connessione tra le città di
Brescia e di Milano (BreBeMi)
[Fig. 3.12].
Al fine di poter realizzare
all’asciutto gli scavi sotto falda
per l’esecuzione dei plinti di
fondazione di pile in terreni
sabbiosi fini mediamente
addensati (NSPT = 30-40 colpi/piede)
è stata prevista la
realizzazione di una coronella
esterna mediante pannelli
csm by Bauer
Figura 3.10
Macchine al lavoro
a Bologna
Figura 3.11
Blocchi guida
Geofluid 2009 21

Figura 3.12
Planimetria
viadotto e
fondazioni
Figura 3.13
Schema
fondazioni
viadotto Adda
22 Geofluid 2009
realizzati con la tecnologia “cutter soil mixing”.
Nel caso specifico, è stata prevista l’adozione di pannelli
con sezione 2,20x0,80 m della lunghezza di 10 m, da quota
intradosso plinto, ed un trattamento dei terreni all’interno
della coronella mediante iniezioni con cementi microfini
eseguite da tubi in VTR o PVC valvolati.
Questo trattamento, oltre alla funzione impermeabilizzante,
unitamente all’esecuzione di alcuni pannelli di CSM a rag-
giera interni [Fig. 3.13], ha anche la funzione di aumentare
il modulo di deformazione medio al fine del controllo dei
cedimenti della fondazione.
Conclusioni
Il metodo Cutter Soil Mixing, CSM, è una tecnica innovativa
per il Soil Mixing profondo; è già stata largamente testata
e molti cantieri sono già stati eseguiti in tutto il mondo
portando una casistica decisamente interessante. Possiamo
ora affermare che il metodo è cognito ed ampiamente
testato.
Bauer ha attuato, inoltre, una ulteriore campagna di test
per migliorare le macchine; ha preparato prove e modifiche
per realizzare teste fresanti di diversa geometria con
nuove lame e pale mescolatrici atte a rendere il lavoro più
veloce e produttivo e ridurre i consumi; alcune Imprese
stanno già applicando questo metodo in suoli differenti,
così da ottimizzare le procedure costruttive ed i parametri
di concentrazione dei fanghi
Il metodo offre indubbiamente notevoli vantaggi rispetto
alle normali tecniche di soil mixing che usano gli utensili
rotanti standard.
Basti pensare alla sostituzione del classico jet grouting; è sufficiente
analizzare uno schema geometrico sovrapponendo
la sezione resistente di una serie di colonne jet ad un pannello
eseguito tramite il CSM. L’utilizzo del CSM, in sostituzione
del jet grouting, potrebbe apportare notevoli vantaggi, sia
in termini di qualità che di costo, quali ad esempio:
Notevole maggior produttività (il tempo che serve per scavare
un pannello è circa quello necessario per effettuare una
colonna jet grouting, parliamo pertanto della possibilità di

aggiungere produzioni superiori dell’ordine del 200%).
Notevole minor consumo in cemento (a causa dell’assenza
di sovrapposizioni e zone periferiche iniettate non collaboranti,
fenomeni inevitabili utilizzando le colonne jet
grouting: il risparmio in cemento potrebbe raggiungere
valori pari al 50%).
Assenza del pericolo dei coni d’ombra, fenomeno che può
frequentemente accadere utilizzando il principio della miscelazione
idraulica (jet grouting) in formazioni geologiche
che presentano materiali resistenti alla pressione di iniezione
(non può succedere con il CSM, essendo una miscelazione
meccanica).
Possibilità di armare il pannello eseguito (con putrelle o
gabbie eventualmente vibrate).
Minori giunti, per cui minori pericoli di perdite.
Possibilità di effettuare giunti “fresh on fresh”.
Progettisti ed Imprese di tutto il mondo stanno sfruttando
tale tecnologia in differenti applicazioni e, possiamo dirlo,
l’Italia è stato il paese maggiormente “ricettore” di questa
novità a livello europeo, rimanendo però il Giappone il
maggior utilizzatore a livello mondiale.
Bibliografia
A.G.I. (1995), XIX Convegno nazionale di geotecnica: Il miglioramento
e il rinforzo dei terreni e delle rocce, Pavia, 19-21 settembre 1995,
Vol. II, SG-Editoriali, Padova.
Bongio, Collotta, Ferraris (2008), Le fondazioni dei viadotti autostradali,
Strade e Autostrade, 4-2008
Bringiotti M., Bottero D. (1999), Consolidamenti & fondazioni,
Edizioni Pei, Parma.
Bringiotti M., Fiorotto R., Bringiotti G., Dal Cutter Soil Mix al Triple
Auger I p., Quarry & Construction, 9-2004, Edizioni Pei, Parma
Bringiotti M., Fiorotto R., Bringiotti G., Dal Cutter Soil Mix al Triple
Auger II p., Quarry & Construction, 11-2004, Edizioni Pei, Parma
Bringiotti M., Fiorotto R, CSM Cutter Soil Mixing - Una nuova tecnologia
nel Soil Mixing per la costruzione di gallerie artificiali ed opere
varie in sottosuolo mediante paratie di ritenuta, Gallerie e Grandi
Opere Sotterranee n. 74, SIG, 5-2005
Bringiotti M., Bauer Maschinen GmbH - Recenti cantieri innovativi
in Italia, Quarry & Construction - Geofluid Piacenza ‘06, 9-2006,
Edizioni Pei, Parma
European Standard EN 14679 (2005), Execution of special geotechnical
works – Deep Mixing, CEN - European Committee for
Standardization, Brussells.
Fiorotto R., Stoetzer E., Schoepf M., CSM Cutter Soil Mixing An
innovation in Soil Mixing for Cut-off and Retaining walls, BAUER
Maschinen, Germany.
Larsson S. (2002), Mixing Processes for Ground Improvement by Deep
Mixing, Swedish, Deep Stabilization Research Centre, Linkoping.
Larsson S. (2005), Deep Mixing ’05 - State of Practice Report: execution,
monitoring and quality control, Royal Institute of Technology,
Stockholm.
Miotto Fabio (2006), Caratterizzazione fisico-meccanica in sito
ed in laboratorio di terreni trattati con la tecnologia CSM - Tesi di
Laurea.
Yonekura R., Terashi M., Shibazaky M. (1996), Grouting and Deep Mixing,
proceedings of IS-Tokio’96, The second international conference
of ground improvement systems, A.A. Balkema, Rotterdam.
Ringraziamenti
Ing. C. Bernardini, Ing. A. Danese, Ing. G. Fratini, - Astaldi
Ing. F. Bellone – Cipa
Per. Min. F. Baldassi, Ing. Dell’Andrea, Dr. R. Sonzogni - Dolomiti Rocce
Geom. S. Molin - Eurogeo
Ing. M. Poggio - Injectosond
Ing. Filippo Rettondini - Vipp Lavori
Ing. T. Collotta, Ing. P. Bangio - Spea
Ing. F. Miotto … complimenti per la tesi!
Ing. R. Fiorotto, Ing. A. Dalle Coste – Bauer Italia
csm by Bauer
Geofluid 2009 23

24 Geofluid 2009
I.P.