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Introduzione
Il progresso tecnologico degli ultimi anni ha portato alla produzione di TBM sempre più versatili e performanti. Infatti vengono impiegate da terreno a grana grossa fino a terreni a grana fine con la tecnologia TBM-EPB. Questa tecnologia prevede un processo di condizionamento del terreno al fronte, ovvero l’iniezione tramite circuiti collegati alla fresa di scavo di un agente condizionante e quando necessario polimeri. Per tale tecnologia risulta fondamentale eseguire un processo di condizionamento adeguato al terreno da scavare, infatti quest’ultimo risulta essenziale per la modifica delle proprietà del terreno per mantenere una corretta distribuzione della pressione nella camera di scavo (applicata al fronte dal materiale stesso). Inoltre serve sia per modificare le proprietà del terreno scavato per consentire un corretto flusso del terreno dalla camera di scavo verso il nastro trasportatore, ma anche ridurre se necessario l’abrasione sugli utensili di scavo metallici, sia se necessario ridurre la tendenza del terreno a aderire a questi utensili che potrebbe portare al fenomeno del blocco della testa fresante (effetto clogging).
Ad oggi la gestione delle TRS (Terre e rocce da scavo) prodotte dallo scavo di TBM è regolata dal DPR 120/2017 dove si disciplina sia la gestione e la qualifica di quest’ultime come sottoprodotto ai sensi del D.Lgs 152/2006, sia il loro il riutilizzo che il loro deposito temporaneo.
Sfortunatamente moltissime delle TRS prodotte, spesso di ottime caratteristiche fisico e meccaniche, vengono gestite come rifiuto e conferite a discarica, non considerando i potenziali benefici logistici, economici ed ambientali che ne deriverebbero da un loro riutilizzo come sottoprodotto. Uno dei principali problemi che potrebbero sussistere è appunto il contenuto d’acqua eccessivo per il trasporto delle TRS in uscita dalla TBM che hanno subito un processo di condizionamento. Nell’ottica quindi di favorire un approccio sostenibile della progettazione delle infrastrutture ed un riciclo a sostegno dell’economica circolare, in questo studio vogliamo studiare ed epprofondire l’evoluzione del contenuto d’acqua di un terreno condizionato, così da poterne prevedere i tempi di asciugatura ed i fenomeni che maggiormente la influenzano.
Metodo e prove sperimentali
Lo studio oggetto del testo ha previsto nella prima fase il condizionamento di un terreno a grana fine, prevalentemente limoso proveniente da uno scavo di galleria, a valle del quale è stato definito il contenuto d’acqua di riferimento per tutto il set sperimentale W0 prossimo al 55% . A seguito del condizionamento il terreno è stato posto all’interno di recipienti, facendo attenzione a non lasciare parti in contatto con l’aria ad eccezione della superficie esterna. Per valutare l’evoluzione del contenuto d’acqua, è stato utilizzato il metodo gravimetrico con l’impiego di forni d’essicamento tradizionali dove il terreno è stato mantenuto a 104°C per 24 ore.
Il contenuto d’acqua è stato studiato al variare di:
- Spessore del terreno (5 cm, 15 cm e 25 cm);
- Temperatura operativa (10°C, 19°C e 28°C);
- Umidità operativa (60% e 95%).
Per studiare l’influenza della temperatura e dell’umidità al variare del contenuto d’acqua si è utilizzato un contenitore ermetico con all’interno un umidificatore elettrico a controllo di temperatura.
Questo approccio ha permesso di misurare l’evoluzione del contenuto d’acqua del campione prima e dopo il processo di evaporazione. I campioni cilindrici, dal diametro di circa 4cm, sono stati prelevati dall’alto verso il basso per valutare il contenuto d’acqua lungo l’intera altezza ed i prelievi successivi sono stati fatti in modo da non avere interferenza con i precedenti, cercando quindi di distanziare i punti di prelievo. La procedura è stata eseguita fino all’esaurimento dello spazio disponibile.
La determinazione del contenuto d’acqua è stata effettuata confrontando il peso del terreno condizionato prelevato con il peso del medesimo campione essiccato ad una temperatura di 104 °C per 24 ore. Dopo aver registrato la misura del peso lordo umido, si procede alla seconda misurazione che rappresenta esattamente il peso della sola componente solida.
Fig.1 Peso lordo umido e peso lordo secco
Risultati
Il lavoro analizza l’evoluzione del contenuto d’acqua nel tempo, considerando i principali parametri quali temperatura, esposizione all’aria e umidità. Sono stati esaminati campioni di spessore uniforme sottoposti a diverse condizioni ambientali e, parallelamente, campioni di spessore variabile esposti alle stesse condizioni.
Conclusioni
Lo studio presentato nel documento cerca di approfondire e studiare i parametri che maggiormente influenzano l’evoluzione del contenuto d’acqua delle TRS condizionate provenienti da scavo meccanizzato TBM-EPB, finalizzando una loro corretta gestione circolare come sottoprodotto.
Di seguito si riportano una serie di conclusioni emerse a valle dell’attività sperimentale:
- Come atteso lo spessore del campione influenza significativamente l’evoluzione del contenuto d’acqua nel tempo. Si osserva infatti come per i campioni di spessore 15 e 25 cm dopo 30 giorni si sia ottenuta una riduzione del contenuto d’acqua di circa il 45%, mentre nei campioni di spessore 5 cm circa il 90%. Minore quindi è lo spessore, maggiore sarà la riduzione di contenuto d’acqua nel tempo.
- Maggiore è la temperatura a cui è sottoposto il campione e maggiore sarà l’asciugatura dopo 23 giorni di maturazione. Infatti a parità di spessore del campione i campioni mantenuti a 10°C e 19°C hanno ottenuto una riduzione del contenuto d’acqua pari al 15%, mentre i campioni a temperatura 28°C circa il 30%. Si osserva inoltre che nei primi 15 giorni si sviluppa la maggior parte della riduzione, per poi decrescere più lentamente nei giorni successivi.
- L’umidità è strettamente correlata al gradi di asciugatura nel tempo dei campioni. Si osserva infatti che a 30 giorni di maturazione i campioni mantenuti ad umidità costante prossima al 60% hanno ottenuto una riduzione del contenuto d’acqua prossimo al 40%, mentre i campioni maturati con umidità prossima al 90% non hanno ottenuto alcuna variazione.