Study of lime treated slurries for repairing animal burrowed dykes

The presence of animal burrows along hydraulic structures, as levees and dykes, can be a factor of high risk for the stability of the construction itself and for the consequences to people and environment derived from a possible collapse. A typical collapse mechanism in hydraulic structures is due to internal erosion and seepage, that may lead to local instability and eventually failure. This process can be facilitated by the presence of weakness zones inside the levee, as for instance upstream and downstream burrows systems. These systems tend to have different shapes and dimensions and they can be interconnected forming a complex system of tunnels. Usual on-site techniques of intervention can be summed up in: injection of a mix of cement and soil or reconstruction by digging and re-compaction. Both techniques present drawbacks: cement and soil injection is effective in closing tunnels, but it generates a great difference in mechanical and hydraulic properties of the treated zone with respect to the untreated one; digging and reconstruction can itself create non homogeneities and surfaces discontinuity, given the high variability in controlling the final properties on site, as well as the larger soil volume that could be subjected to the treatment. The present thesis aim at studying the feasibility of a treatment made by soil and lime slurry. In particular, it focuses on the description of two silty soils, with different clay fractions treated with the addition of 5% of lime and subjected to a series of laboratory tests, i.e. direct shear, oedometric, permeability, porosimetry and triaxial tests, devised to investigate the porous structure and the hydro/mechanical properties of the two soils before and after the treatment. From a microstructural point of view, lime treatment brings modifications to both materials; the same cannot be said about the hydro/mechanical properties: in fact, it can be inferred that only the soil having a higher clay content could be and suitable for the technique at study. In particular, compressibility characteristics and mechanical features results enhanced, while permeability turns out to decrease after the treatment, as microstructure analysis confirms.

La presenza di tane di animali lungo opere idrauliche come gli argini risulta essere di grande rischio per la stabilità dell’opera stessa nonché per le conseguenze derivanti da un possibile collasso per ambiente in cui l’opera è situata. Un tipico meccanismo di collasso per le opere idrauliche è dato dalla filtrazione ed erosione interna, con possibile conseguente innesco di instabilità ed infine di collasso. Questo può essere agevolato dalla presenza di zone di debolezza all’interno del corpo dell’argine, come ad esempio l’esistenza di sistemi di tane realizzate dagli animali lungo i versanti dell’opera. Questi sistemi tendono ad assumere forme e dimensioni variabili che nel loro complesso possono essere interconnesse formando un complesso sistema di cunicoli. Le classiche operazioni di intervento in sito si riassumono in due tipologie: l’utilizzo di iniezioni in pressione di un mix di cemento e terreno oppure lo scavo e la ricompattazione dell’argine stesso. Entrambe le tecniche hanno specifici difetti. L’utilizzo di iniezioni di cemento è efficace nella chiusura delle tane ma crea un grande differenza dal punto di vista meccanico e idraulico fra la zona trattata e la zona originale; la ricostruzione della zona interessata da tane tramite scavo e ricompattazione può anch’essa andare incontro alla creazione di una zona di discontinuità, data la maggior difficoltà di controllo delle caratteristiche in sito, oltre al possibile grande volume di terreno su cui è necessario intervenire. Il lavoro di tesi si propone di studiare la fattibilità realizzativa di un intervento tramite la preparazione di slurry di terreno e calce. In particolare, lo studio si sofferma su due terreni limosi, con diversa percentuale di argilla, derivati da due argini distinti, trattati con 5% di calce e sottoposti a prove di laboratorio meccaniche e idrauliche – taglio diretto, edometriche, permeabilità, porosimetrie e triassiali, per valutarne il comportamento prima e dopo il trattamento. Se da un punto di vista microstrutturale la presenza di calce crea modifiche ad entrambi i materiali, non si può dire lo stesso dal punto di vista macrostrutturale, in special modo meccanico, dalle cui prove si evince che solo uno dei due materiali testati può essere inteso più adatto per essere considerato, così come si trova in sito, adatto per l’intervento in questione. In particolare per il secondo materiale le proprietà di compressibilità e di resistenza al taglio risultano incrementate, mentre la permeabilità tende ad aumentare, come è verificato dall'analisi microstrutturale.