RILEVATI STRADALI IN EPS Requisiti meccanici e tecniche applicative

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1 Bologna 14 Ottobre SAIE Leggero, resistente, isolante costruire rilevati e fondazioni con EPS RILEVATI STRADALI IN EPS Requisiti meccanici e tecniche applicative Prof. Ing.. Antonio Montepara Prof. Ing. Felice Giuliani Dipartimento di Ingegneria Civile, dell Ambiente, del Territorio e Architettura Università degli Studi di Parma

2 Bologna 14 Ottobre SAIE Il Polistirene Espanso Sinterizzato (EPS) Materiale plastico derivato dal petrolio Processo di produzione: pre-espansione espansione,, maturazione, stampaggio Le principali caratteristiche: leggerezza, struttura rigida, tenacità,, bassa conduttività termica, interamente riciclabile Normativa sull EPS: la norma UNI COSTRUZIONI STRADALI?

3 Bologna 14 Ottobre SAIE Problema 1. Carenza di materiali idonei alle costruzioni stradali Stabilizzazione (granulometrica o con leganti idraulici) Riciclaggio (prodotti da demolizione pre-processati) Materiali innovativi?

4 Bologna 14 Ottobre SAIE Problema 2. Terreni a bassa portanza Bonifiche Pre-consolidazione Materiali Leggeri? Bassa Padana Fiumicino

5 Bologna 14 Ottobre SAIE Problema 3. Vincoli geometrici, versanti instabili Grandi rilevati (pendenze, espropri,) Movimenti franosi (frane profonde, superficiali e spondali) Materiali ad elevata stabilità?

6 Bologna 14 Ottobre SAIE Problema 4. Viabilità d emergenza, Protezione Civile Post-Emergenza Viabilità di cantiere (piste temporanee, deviazioni di tracciato) Materiali facilmente movimentabili e riutilizzabili?

7 Bologna 14 Ottobre SAIE Rilevati Stradali in EPS Limitazione dei cedimenti per consolidazione del terreno di fondazione Riduzione del movimento terra Riduzione dell area di ingombro del rilevato Cantieri Viabilità di emergenza Movimenti franosi

8 Bologna 14 Ottobre SAIE Convenzione di Studio UNIVERSITÀ DI PARMA Studio sperimentale per la costuzione di rilevati alleggeriti con polistirolo su terreni a bassa portanza Caratterizzazione meccanica di laboratorio Studio e progettazione di un rilevato sperimentale Monitoraggio in sito studio dei fenomeni di creep

9 Proprietà Fisiche principali Bologna 14 Ottobre SAIE Caratterizzazione Chimica (EPS autoestinguente) Caratterizzazione Meccanica

10 Resistenza a compressione e legame costitutivo Densità σ c (ε = 1%) σ c (ε = 10%) Bologna 14 Ottobre SAIE [Kg/m 3 ] [N/mm 2 ] [N/mm 2 ] σ v [N/mm 2 ] ε [%]

11 Resistenza a compressione e legame costitutivo Bologna 14 Ottobre SAIE tensioni (kpa) Prova di carico su cilindri di EPS deformazioni (%) 4 mm/min EPS 15 tensioni (kpa) Prova di carico su cilindri di EPS deformazioni (%) 4 mm/min EPS 35 tensioni (kpa) Prova di carico su cilindri di EPS deformazioni (%) 4 mm/min EPS 25 tensioni (kpa) Prova di carico su cubetti di EPS deformazioni (%) 2 mm/min 4 mm/min 6 mm/min 2/4/6 mm/min EPS 15

12 Prova di creep a 20 e 40 kpa 2 Prove di Creep Statico EPS 15 σ σ ε = 0, 0016 sinh + 0, 0037 sinh t 16, 23 66, 84 deformazione (%) 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0, tempo (ore) Prova di creep a 20 e 40 kpa 20 kpa 40 kpa Findley Equation Horvarth (1998) EPS 15 deformazione (log %) 0,4 0,2 y = 0,6837x - 0,6639 0,0 0,0-0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4-0,4 y = 0,6345x - 1,4915-0,6-0,8-1,0-1,2-1,4 tempo (log ore)

13 Prova di creep a e 60 kpa e 90 kpa 60 Prove di Creep Statico EPS 35 σ σ ε = 0, 0015 sinh + 0, 0001 sinh t 4128, 4082, deformazione (%) 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0, kpa 90 kpa tempo (ore) Prova di creep a 60 e 90 kpa EPS 35 deformazione (log %) 0-0,2-0,4-0,6-0,8-1 -1,2-1,4-1,6-1, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 y = 0,2655x - 1,3091 y = 0,2199x - 1,8837 tempo (log ore)

14 0,4 0,35 Prova di creep dinamico (60 kpa)sinwt Prove di Creep Dinamico EPS 35 deformazioni (%) 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 lettura a 3 minuti lettura a 6 minuti lettura a 9 minuti lettura a 12 minuti 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 tempo (sec) EPS 35 Confronto creep statico/dinamico 0,35 0,3 deformazioni (%) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Inviluppo inferiore inviluppo superiore creep statico tempo (sec)

15 Bologna 14 Ottobre SAIE Analisi FEM per lo studio del corpo stradale e delle pavimentazioni ABAQUS/Standard -> visco-plasticit plasticità del materiale, carichi dinamici, effetti distorsioni termiche CLS USURA EPS BITUME RIPORTO SOTTOSUOLO

16 Bologna 14 Ottobre SAIE Abaqus Standard nodi elemento 8 nodi p.ti di integrazione Preprocessing -> > Simulazione -> postprocessing Carattere simmetrico del problema Infittimento della mesh nella zona del carico EPS solido continuo/in blocchi

17 Scelta della sovrastruttura 19 Casi Studiati : Materiali Comportamento meccanico (legge di creep propria del EPS) Modalità e posizione del carico Tipo di analisi (statica, dinamica) 2-D D L.E., 2-D 2 D N.L.E.,3-D D L.E DBM 200 CONCRETE SAND 100 [ mm ] PAV. RIG. PAV. FLEX. MATER. RIP. EPS15 SUBSOIL DBM GRANULAR BASE [ mm ] EPS15 SAND SUBSOIL 1975 [ mm ] DBM GRANULAR BASE SAND SUBSOIL 0,876e+6 Pa 0,878e+6 Pa 2,00 m 0,878e+6 Pa 0,876e+6 Pa

18 Bologna 14 Ottobre SAIE Definizione della superficie di carico 0.6 L Carico d asse d di 10 t L m Impronta ellittica m area rettangolare Carico di tipo -)) statico -)) dinamico 2 π t p() t = p cos T0 pressione p (MPa) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 LEGGE DI CARICO v= 5 Km/h v= 20 Km/h 0 0,5 1 1,5 2 2,5 tempo (sec)

19 Studio 2-D Materiale Visco-Plastico PAV. RIG. PAV. FLEX.

20 Studio 3-D Materiale Elastico-Lineare PAV. RIG. PAV. FLEX. PAV. RIG. MAT. RIP.

21 PAV. RIG. PAV. FLEX.

22 Disposizione dei blocchi di EPS

23 Rilevato Sperimentale Bologna 14 Ottobre SAIE

24 Rilevato Sperimentale Preparazione dei blocchi ( kg/m 3 ) EPS 15 valore media varianza s.q.m. l 1 1,998 1,07E-06 0, l 2 0,998 1,02E-06 0, l 3 0,626 4,97E-06 0, EPS 25 valore media varianza s.q.m l 1 1,998 1,27E-06 0, l 2 0,999 5,47E-07 0, l 3 0,626 4,02E-06 0, Controllo della geometria EPS 35 valore media varianza s.q.m l 1 1,998 1,34E-06 0, l 2 0,998 7,92E-07 0, l 3 0,627 4,32E-06 0,002078

25 Rilevato Sperimentale Preparazione dei blocchi ( kg/m 3 ) densità media varianza s.q.m EPS15 EPS25 EPS35 14,87 0,015 0,122 23,88 0,070 0,265 33,98 0,309 0,556 Controllo della densità Bologna 14 Ottobre SAIE

26 Rilevato Sperimentale Scelta del sito POLISETTE S.r.l. Sala Baganza (PR) Bologna 14 Ottobre SAIE

27 71,67 65,67 50,67 VIA SAN VITALE SALA BAGANZA 26 CONFINE PROPRIETA' A A 80,54 8,87 CONFINE PROPRIETA' 3(R) 4 CURVA 3 R(m)=52.80 α(grad)=4,214 S v(m)=3,49 CURVA 2 R(m)=9,60 α(grad)=122,8733 Sv(m)=18,53 CURVA 1 R(m)=24,00 α(grad)=22,3406 Sv(m)=8, , ,17 35,67 18,67 2,00 15,00 7,50 7,50 15,00 6,00 (EPS 35 kg/m ) 3 19 deposito strumenti AREA POLISETTE tomb ino in PV C a sezione circolare diametro (m) = 0,40 32,00 (EPS 25 kg/m ) 3 16, (EPS 15 kg/m ) 3 16,00 16, s trumentato b locco , , , Prog Prog. 0.00

28 Rilevato Sperimentale Allestimento del tratto sperimentale Polisette Bologna 14 Ottobre SAIE

29 Rilevato Sperimentale

30 Rilevato Sperimentale Polisette

31 Rilevato Sperimentale Monitoraggio dei cedimenti PUNTI BATTUTI - Abbassamenti riferiti al rilievo del 06/06/ DISLIVELLI (m) /06/ /02/ /06/ PUNTI Bologna 14 Ottobre SAIE

32 Conclusioni - Condizioni di Impiego dell EPS nei Rilevati Stradali - Criteri base per il corretto dimensionamento - Impieghi per opere permanenti e temporanee Bologna 14 Ottobre SAIE

33 Bologna 14 Ottobre SAIE Leggero, resistente, isolante costruire rilevati e fondazioni con EPS RILEVATI STRADALI IN EPS Requisiti meccanici e tecniche applicative antonio.montepara@unipr.it felice.giuliani@unipr.it Dipartimento di Ingegneria Civile, dell Ambiente, del Territorio e Architettura Università degli Studi di Parma