Consolidation of marine dredged sediments in confined disposal facilities

The research focused on the development of an innovative design strategy for confined disposal facilities (CDFs), which uses special sediments-filled geotubes to provide internal sectors to be separately consolidated while filling the adjacent ones. Consolidation can be performed by PVDs-assisted preloading applied as a “moving embankment”. Its feasibility has been verified on the first filled sector of the Ancona CDF, where an instrumented test field has been purposely designed and set up. The test field, combined with a wide set of laboratory and field tests, allowed to study the full-scale consolidation process and to quantify the efficiency and timing of the treatment, for future management and geotechnical design of the sectors in the Ancona CDF. Activities have been carried out in three main phases: 1) ante operam characterisation of sediments; 2) PVDs installation, embankment construction and monitoring of applied loads, excess pore pressures and settlements; 3) post operam characterisation, after the embankment removal. Tests results from the ante operam phase have been analysed to define the design parameters and permeability constitutive laws, for an accurate assessment of consolidation times. An advanced theory has been applied to model the consolidation of dredged sediments disposed into a CDF. To support engineers in drawing up the filling-and-consolidation procedures, simplified design charts linking the main variables involved have been proposed. Data from monitoring activities have been used to validate the design approach by back-analyses; in particular, the theory by Tang & Onitsuka (2000) was found to well reproduce the consolidation process of fine-grained dredged sediments. From the post operam phase, an empirical correlation has been proposed to predict the undrained shear strength of clay-like dredged sediments after mechanical overconsolidation from CPTU results. The resulting cone factors suggest the existence of a decreasing trend with OCR.

La ricerca si è incentrata sullo sviluppo di una strategia innovativa per il progetto di vasche di colmata (VDC), che usa speciali geotubi riempiti con i sedimenti per creare settori da consolidare singolarmente mentre si colmano quelli adiacenti. Il consolidamento può essere attuato mediante rilevato di precarico con PVD applicato come “duna mobile”. La fattibilità è stata verificata nel primo settore riempito nella VDC di Ancona, dove è stato progettato e realizzato un campo prova strumentato che, associato a un’ampia serie di prove di laboratorio e in sito, ha permesso di studiare il processo di consolidazione a scala reale e di quantificarne efficacia e tempistica, per la futura gestione e progettazione geotecnica dei settori nella VDC di Ancona. Le attività si sono svolte in tre fasi principali: 1) caratterizzazione ante operam dei sedimenti; 2) installazione dei dreni, costruzione del rilevato, monitoraggio di carichi applicati, sovrapressioni interstiziali e cedimenti; 3) caratterizzazione post operam, dopo la rimozione del rilevato. Dai risultati ante operam sono stati definiti i parametri di progetto e le leggi costitutive della permeabilità, per una accurata valutazione dei tempi di consolidazione. Per modellare la consolidazione è stata applicata ai sedimenti dragati una teoria avanzata. Per supportare gli ingegneri nella definizione delle procedure di riempimento-consolidamento, sono stati proposti abachi di progetto semplificati che correlano le principali variabili in gioco. I dati del monitoraggio sono serviti per validare l’approccio progettuale mediante back-analysis; in particolare, la teoria di Tang & Onitsuka (2000) riproduce bene la consolidazione dei sedimenti fini dragati. Dalla fase post operam è stata proposta una correlazione empirica per stimare la resistenza non drenata di sedimenti fini dragati sovraconsolidati meccanicamente dai risultati di prove CPTU. I fattori risultanti suggeriscono l’esistenza di una tendenza decrescente con OCR.