L'effetto fisico del getto d'acqua ad alta velocità sulle terre

La tecnologia dei getti d’acqua ad alta velocità (water jet) consente di concentrare una grande energia su una superficie estremamente ridotta. Attualmente la ricerca si rivolge allo studio di nuove possibilità di applicazione fra le quali la bonifica dei terreni contaminati. In questo lavoro viene riportato uno studio degli effetti del getto d’acqua ad alta velocità sulle terre, e in particolare, sulle sue capacità di penetrazione in diverse condizioni operative. Lo studio è stato articolato in tre parti: nella prima viene studiata l’azione su un terreno operata da un getto fisso: dall’esame degli spostamenti misurati delle particelle di terreno coinvolte dal getto, viene ricavata la velocità di penetrazione e la sua variazione in funzione del tempo durante l’avanzamento del fronte del getto all’interno del materiale. Allo scopo è stata utilizzata una tecnica di misura derivante dalle esperienza nel campo della fluidodinamica, detta PIV (Particle Image Velocimetry), accoppiata alla videoripresa ad alta velocità, che oggi trova le sue prime applicazioni nel campo della meccanica delle terre e della geotecnica. Lo studio ha mostrato la validità della tecnica per la misura delle deformazioni indotte dal getto d’acqua su una terra, e di come questa può essere utilizzata per la misura della velocità di penetrazione del getto. Nella seconda fase è stato studiato l’effetto del movimento traslatorio e rototraslatorio del getto sullo spostamento delle particelle di terreno e quindi sulla distanza di penetrazione nel tempo fino al valore massimo raggiungibile per un dato terreno, in funzione dei parametri di movimentazione della lancia. La sperimentazione in laboratorio ha dimostrato che in una sabbia avente massa volumica pari a 1,7 kN/m³, i getti generati con ugelli di diametro 1 mm e pressione 40 MPa , formano colonne di raggio variabile 23 cm e 36 cm nel suolo secco, e un valore tra 19 cm e 27 cm nel suolo saturo, in funzione della velocità di roto-traslazione della lancia. Si può concludere che per quanto riguarda il diametro della colonna trattata i risultati ottenuti in situ sono sovrapponibili a quelli ottenuti nelle analoghe prove in laboratorio. Nella terza fase è stata esplorata attraverso la modellazione numerica la possibilità di applicazione della tecnica alla bonifica dei terreni contaminati. La tecnologia water jet consente di realizzare colonne di terreno ad alta permeabilità . Il diametro di queste colonne dipende dalle caratteristiche del terreno e dai parametri operativi del sistema di generazione del getto d’acqua. L’analisi ha messo in evidenza che la barriera costituita da colonne di terreno trattato con il water jet ha la stessa efficacia di confinamento dell’inquinante di barriere realizzate con la tecnica della trincea continua e della linea di pozzi. Inoltre il costo di realizzazione di una tale barriera è inferiore a quello relativo alla linea di pozzi e circa uguale a quella della trincea continua, presentando l’ulteriore vantaggio di non dover rimuovere il materiale contaminato.