Sedimenti Dragati: Da Scarto a Risorsa? Il Segreto della Loro Compattazione per un Riutilizzo Immediato

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che forse suona un po’ tecnico, ma che in realtà ha implicazioni enormi per l’ambiente e per come costruiamo le nostre infrastrutture: i sedimenti dragati. Sapete, quella melma o sabbia che viene rimossa da fiumi, porti, dighe per mantenerli navigabili o efficienti? Ecco, per anni ci siamo chiesti: che farne? Spesso finiscono in discarica o, peggio, scaricati in mare, con costi e impatti ambientali non indifferenti.

Ma se vi dicessi che questi sedimenti potrebbero essere una risorsa preziosa? Immaginate di poterli riutilizzare direttamente, così come sono (o quasi), come materiale per riempire scavi, costruire rilevati stradali o altre opere di ingegneria civile. Sarebbe fantastico, no? Ridurremmo l’estrazione di materiali vergini, limiteremmo i rifiuti e risparmieremmo un bel po’ di soldi.

La Sfida: Capire Come si Comportano i Sedimenti “Crudi”

Il problema è che, finora, gran parte della ricerca si è concentrata su trattamenti chiamati “stabilizzazione/solidificazione” (S/S). In pratica, si mescolano i sedimenti con leganti (come il cemento) per migliorarne le proprietà. Utile, certo, ma spesso costoso, energivoro e non proprio “green” a causa delle emissioni di gas serra.

Quello che mancava, e su cui ci siamo concentrati nel nostro studio, era capire come si comportano questi sedimenti al naturale, una volta disidratati, quando vengono compattati. La compattazione è fondamentale se vuoi usare un materiale per costruire qualcosa di solido. Ma sui sedimenti dragati “crudi”, soprattutto quelli ricchi di materia organica, c’erano pochissimi dati. Un vero buco nero nella conoscenza!

Pensateci: senza dati affidabili, come possiamo prevedere se un certo sedimento sarà adatto o meno? Come possiamo ottimizzare il suo utilizzo in cantiere? Persino le moderne tecniche di intelligenza artificiale, che potrebbero aiutarci a predire il comportamento dei materiali, hanno bisogno di dati su cui basarsi, dati che per i sedimenti grezzi semplicemente non c’erano in abbondanza.

La Nostra Indagine: Mettere alla Prova 16 Sedimenti Diversi

Così, ci siamo messi al lavoro. Abbiamo raccolto ben 16 tipi diversi di sedimenti: da dighe alpine francesi, da un grande fiume in Messico, da porti marittimi e fluviali francesi, da canali urbani in Madagascar e persino da un canale scozzese. Un vero giro del mondo dei sedimenti!

Per studiarne la compattazione, abbiamo usato una versione “miniaturizzata” della classica prova Proctor. Questo test ci permette di determinare due parametri chiave:

• La densità secca massima (MDD): quanto possiamo “impacchettare” il materiale.
• L’umidità ottimale (OMC): il contenuto d’acqua ideale per ottenere quella massima densità.

Il vantaggio della prova mini? Ci serve molto meno materiale (circa 1 kg per campione), è più rapida e facile da usare. Abbiamo applicato un’energia di compattazione equivalente a quella della prova Proctor standard, quella comunemente usata in geotecnica.

Prima di compattarli, abbiamo analizzato a fondo ogni sedimento: granulometria (quanto sono fini o grossolani i granelli), limiti di Atterberg (che ci dicono come si comporta il sedimento con diverse quantità d’acqua, la sua “plasticità”), densità dei granuli solidi e, importantissimo, il contenuto di materia organica.

Cosa Abbiamo Scoperto: Gruppi, Materia Organica e l’Importanza dell’Essiccazione

I risultati sono stati affascinanti! Analizzando le curve di compattazione (quei grafici che mostrano come varia la densità al variare dell’umidità), abbiamo identificato quattro gruppi distinti di sedimenti:

• Gruppo A: I “campioni” della compattazione. Densità massime elevate (oltre 1.5 g/cm³) e umidità ottimali relativamente basse (15-23%). Sono sedimenti ben assortiti come granulometria, con poca argilla e soprattutto poca materia organica (sotto il 5%). Principalmente sedimenti da fiumi e dighe.
• Gruppo B: Un gruppo intermedio. La densità inizia a calare un po’, mentre l’umidità ottimale sale (23-32%). La differenza chiave? Il contenuto di materia organica supera il 5% (arrivando fino al 17%). Qui troviamo i sedimenti portuali.
• Gruppo C: Sedimenti ancora più “organici” (fino al 14.4%). Densità più basse e umidità ottimali intorno al 35%. La presenza di sabbie fini tende ad appiattire un po’ le curve di compattazione. Troviamo qui un sedimento da canale scozzese e uno da diga francese.
• Gruppo D: I “fanghi” urbani dal Madagascar. Densità massime bassissime (sotto 1 g/cm³) ma umidità ottimali simili al gruppo C (circa 35%). Sono quasi totalmente composti da argilla e limo e hanno un contenuto di materia organica altissimo (fino al 30%). Compattarli è una vera sfida.

Questa classificazione ci ha mostrato chiaramente una cosa: la materia organica è la chiave. Abbiamo visto che, in generale:

• All’aumentare del contenuto di materia organica, la densità secca massima diminuisce (abbiamo trovato una relazione esponenziale).
• All’aumentare del contenuto di materia organica, l’umidità ottimale aumenta (qui la relazione sembrava più una potenza).

Abbiamo notato che una soglia intorno al 5-8% di materia organica sembra essere critica: superata quella, le proprietà di compattazione cambiano marcia rapidamente.

Ma non è tutto! Un altro aspetto cruciale emerso è il metodo di essiccazione. In laboratorio, per praticità, spesso si essiccano i campioni in stufa. Ma in cantiere? Lì i sedimenti si asciugano all’aria aperta. E indovinate un po’? Il modo in cui li asciughi influenza i risultati della compattazione, specialmente per i sedimenti organici! Le nostre curve, ottenute da sedimenti essiccati in stufa (a bassa temperatura, 45°C, per non “bruciare” la materia organica), si posizionavano in modo interessante rispetto ai dati trovati in letteratura per sedimenti essiccati all’aria o in stufa a temperature più alte. Questo è fondamentale: se vogliamo usare i dati di laboratorio per prevedere il comportamento in cantiere, dobbiamo stare attenti a come abbiamo preparato i campioni!

Abbiamo anche confermato che altre proprietà, come la granulometria (sedimenti ben graduati si compattano meglio), la plasticità (espressa dal limite liquido LL: più è alto, più acqua serve per compattare e minore sarà la densità massima) e la densità dei granuli solidi (più è bassa, più è probabile ci sia materia organica) giocano un ruolo importante e interagiscono tra loro.

Allora, Possiamo Riutilizzarli Davvero?

La risposta breve è: sì, spesso possiamo! Il nostro studio ha mostrato che molti sedimenti dragati, specialmente quelli con basso contenuto di materia organica (il nostro Gruppo A), hanno caratteristiche di compattazione del tutto rispettabili e potrebbero essere usati direttamente come materiale di riempimento senza troppi problemi.

Per quelli un po’ più “difficili”, come i sedimenti organici dei gruppi B e C, la faccenda si complica, ma non è una causa persa. Magari non saranno adatti per applicazioni strutturali esigenti, ma potrebbero trovare impiego in altri contesti. E qui si apre la porta a tecniche di trattamento “soft”: invece del cemento, potremmo pensare di mescolarli con scarti industriali (ceneri, scorie), rifiuti agricoli, fibre vegetali o persino terre da scavo. Questo potrebbe migliorarne le proprietà meccaniche e renderli compattabili, il tutto con un impatto ambientale molto più basso rispetto ai leganti tradizionali.

Cosa Resta da Fare?

Il nostro lavoro ha gettato un po’ di luce su questo campo, ma c’è ancora tanta strada da fare. Servono più studi, su una gamma ancora più ampia di sedimenti, per confermare le tendenze che abbiamo osservato. In particolare, è fondamentale approfondire l’effetto dei diversi metodi di essiccazione (stufa vs. aria) per poter “tradurre” i risultati di laboratorio nella pratica di cantiere.

Bisogna anche esplorare meglio le tecniche di trattamento “dolci” e capire come ottimizzare le miscele di sedimenti con altri materiali di scarto per ottenere le prestazioni desiderate.

Insomma, la gestione dei sedimenti dragati è una sfida complessa, ma anche un’opportunità incredibile. Considerarli non più come un rifiuto, ma come una risorsa minerale rinnovabile è il primo passo verso un’economia più circolare e sostenibile nel settore delle costruzioni. Capire a fondo come si comportano quando li compattiamo è la chiave per sbloccare questo potenziale. E noi siamo solo all’inizio di questa affascinante esplorazione!

Fonte: Springer