LE TERRE I TERRENI. se estratte dal terreno. se sono in sito. In laboratorio ho sempre terre!!

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1 I TERRENI LE TERRE se sono in sito se estratte dal terreno In laboratorio ho sempre terre!!

2 Le Terre Prof. Pasquale Colonna A.A L estrazione di rocce sabbie e ghiaia rappresenta, in percentuale, la più cospicua a livello mondiale

3 Le Terre Due requisiti importantissimi per realizzare un opera efficiente e duratura sono: QUALITA DEL MATERIALE QUALITA DELLA MESSA IN OPERA Per essere utilizzato per la costruzione di un rilevato o di un generico piano di posa il materiale deve essere: IDONEO MESSO IN OPERA CORRETTAMENTE In passato i materiali erano facilmente classificabili; attualmente con le nuove tecnologie si utilizzano sempre nuovi materiali, ad esempio per i conglomerati bituminosi si utilizzano additivi; in ogni caso l impresa deve garantire la messa in opera corretta.

4 Classificazione delle terre ASPETTO DIMENSIONALE (assortimento delle dimensioni) Terre sabbiose SUSCETTIBILITA ALL ACQUA (come reagiscono alla presenza di acqua) Terre argillose Rispetto alle sabbie: numero maggiore di vuoti area del singolo poro minore presenza di micropori all interno del singolo poro. Ciò è importante ai fini della suscettibilità all acqua.

5 Classificazione delle terre Terre naturali si trovano in natura ed hanno spigoli arrotondati Le fonti di approvvigionamento maggiori sono i fiumi e i laghi. Es. sabbia o ghiaia o graniglia di fiume Terre frantumate provengono dalla frantumazione di rocce estratte da cave Hanno spigoli vivi che provocano un attrito intergranulare molto rilevante Graniglia lavica Ghiaia di fiume

6 Terre frantumate In cantiere i materiali solitamente si classificano nel seguente modo

7 Classificazione delle terre Analisi granulometrica granulometrica: si effettua in laboratorio utilizzando, per materiali grossi (fino a qualche frazione di millimetro), vagliatura tramite setacci o crivelli. Setacci Crivelli Maglie quadrate Maglie rotonde

8 Classificazione delle terre Serie standard con relative dimensioni dei vagli

9 Classificazione delle terre Prima di fare l analisi granulometrica il materiale deve essere preventivamente lavato ed essiccato, se così non fosse si avrebbero grumi e la dimensione di un grano coinciderebbe con la dimensione di un grumo. Lavando il materiale si sciolgono i grumi anche se la particelle più piccole vanno via Dopo il lavaggio il materiale è pieno di acqua (la pellicola d acqua su un granulo piccolo è percentualmente maggiore della percentuale d acqua su un granulo più grande), e viene fatto essiccare (in stufa alla temperatura di 105 C).

10 Classificazione delle terre Pesando il materiale trattenuto da ogni vaglio, si costruisce la prima parte della curva granulometrica che correla le percentuali cumulate in peso del passante alla dimensione delle maglie dei setacci o dei crivelli. Costruzione di una curva granulometrica Il materiale trattenuto dal fondello sarà sottoposto ad analisi diverse per il completamento della curva granulometrica. La curva di Fuller è quella corrispondente alla massima densità, il materiale è costituito da granulometrie tali da riempire tutti i vuoti, il materiale è ottimo e si avrebbero pochi cedimenti nella messa in opera.

11 Classificazione delle terre Il passante dal vaglio 200 A.S.T.M. rappresenta i limi e le argille (d < 0,074) Per completare la curva granulometrica lo si analizza attraverso prove aerometriche, sfruttando la legge di Stokes. Si inseriscono le particelle in un contenitore tarato e riempito di liquido, si agita la miscela, e conoscendo il tempo in cui i frammenti più grossi si depositano (quindi la velocità) è possibile conoscere il diametro dei grani e la curva granulometrica. D = 1800ηv 1 γ γ v = velocità in cm/s D = diametro delle particelle in mm γ = peso specifico dei grani in g/cm 2 γ 1 = peso specifico del liquido in g/cm 2 η = viscosità in g p s/cm 2 Perché ci interessano le percentuali e la composizione del materiale più fino? Perché questa parte dà la maggiore sensibilità alle terre: granuli più piccoli sono relativi a superfici specifiche maggiori l interazione fra i granuli è maggiore. La più importante proprietà legata alla composizione del fino è la SUSCETTIBILITA ALL ACQUA

12 Classificazione delle terre Unendo i risultati delle due analisi si ottiene la curva granulometrica completa della terra esaminata (non sempre i risultati combaciano per la netta differenza delle due prove)

13 Classificazione delle terre Nella seguente figura sono rappresentati alcuni esempi di curve granulometriche in scala logaritmica. a) rappresenta una curva continua poiché le dimensioni dei granuli sono distribuite in tutto il campo con una certa variabilità b) c) si riferiscono a terre che hanno notevole percentuale di granuli con dimensioni specifiche In particolare nella (b) prevalgono gli elementi grossi (praticamente sabbia), nella (c) gli elementi fini (praticamente si tratta di un limo argilloso) d) rappresenta la curva di una terra a granulometria discontinua, non uniforme: il tratto quasi orizzontale rappresenta la mancanza di granuli aventi dimensioni comprese fra le ascisse stabilite dai limiti di quel tratto

14 Classificazione delle terre In base alla dimensione dei grani le terre vengono classificate con diversi indici : TERRE NATURALI ciottoli ghiaia ghiaietto ghiaino sabbia MATERIALE FRANTUMATO [e relativi indici di classificazione] Di solito non si ha materiale grosso frantumato, non c è quindi la denominazione corrispondente! Ф>30mm- indice [4-7] pietrisco [indice3] - (Ф ~30mm) pietrischetto [indice2] - (Ф ~ 20 mm) graniglia [indice1] - (Ф ~10 mm) sabbia (frantumata) - (Ф ~ qualche mm ) limi - (Ф ~ 0,06 mm ) argille - (Ф ~ 0,002 mm )

15 Classificazione delle terre Fenomeni legati alla suscettibilità all acqua CAPILLARITA La più importante proprietà legata alla composizione del fino è la SUSCETTIBILITA ALL ACQUA. Granuli più piccoli hanno superfici specifiche maggiori: l interazione fra i granuli è maggiore. Nel terreno ci sono tensioni superficiali che dipendono dalla forma dei grani e dai canalicoli dovuti alla presenza di vuoti tra i grani. Per la presenza delle tensioni superficiali l acqua per pressione sale (fenomeni di capillarità) e l altezza di risalita è la seguente: H = 0,3 D [cm] H [cm] 100 argille limi sabbie D = diametro del canalicolo (cm). 0,001 0,01 0,1 D [mm] Per D < 0,01 mm i canalicoli diventano sempre più piccoli e l acqua non riesce a risalire impermeabilità

16 Classificazione delle terre PERMEABILITA E la velocità di filtrazione dell acqua nella terra, misurata in [cm/sec], in corrispondenza di una cadente piezometrica =1. I valori variano da 1cm/sec (per sabbie grosse) a 10-7 cm/sec per argille.

17 Classificazione delle terre Suscettibilità dei terreni all acqua: acqua: Rappresenta la più importante fra le proprietà meccaniche delle terre e indica il livello di interazione fra granuli ed acqua. Le terre prese in considerazione sono quelle sottili, che hanno dunque suscettibilità all acqua, [passante al 40 ASTM (Ф < 0.42 mm)]. Per lo studio di questa proprietà si utilizzano i LIMITI DI ATTERBERG che a loro volta sono determinati con prove empiriche. solido acqua aria Supponiamo di avere una terra secca, aggiungendo poca acqua non cambiano le sue caratteristiche, almeno macroscopicamente. Aumentando il quantitativo di acqua inizia una variazione di volume, di consistenza, si ottiene il passaggio: MATERIALE SOLIDO MATERIALE SEMISOLIDO Questo passaggio è dato dal LIMITE DI RITIRO ed è la percentuale di acqua da aggiungere perché si abbia tale variazione. Continuando ad aggiungere acqua la miscela assume caratteristiche di plasticità, si assiste al passaggio fra MATERIALE SEMISOLIDO MATERIALE PLASTICO fissato dal LIMITE DI PLASTICITA [%acqua]. Continuando ad aggiungere acqua si ha l ultimo passaggio fra MATERIALE PLASTICO MATERIALE FLUIDO, fissato dal LIMITE DI LIQUIDITA [%acqua] I valori dei limiti di Atterberg variano a seconda della suscettività all acqua che presenta il materiale.

18 Aumento del volume in funzione della percentuale d acqua con relativi limiti (liquido, plastico e di ritiro). Intervallo di plasticità. Andamento sforzi - deformazioni (τ, γ) per % acqua differenti.

19 Dal grafico si nota che aumentando la percentuale di acqua il volume rimane costante fino al limite di ritiro (SL) quando cioè l acqua ha riempito tutti i vuoti; se ne aggiungo altra, il volume inizia ad aumentare. Il limite di ritiro rappresenta dunque: il passaggio dallo stato solido allo stato semisolido. il punto in cui aumenta il volume del terreno. Definiamo inoltre i seguenti indici: IP = LL- LP (INDICE DI PLASTICITÀ) IL = (W- LP)/ IP IC = (LL- W)/ IP Dopo aver costruito un rilevato stradale il terreno deve trovarsi allo stato solido, dobbiamo evitare pertanto che ci sia infiltrazione d acqua che può provocare il raggiungimento del limite di ritiro e quindi l aumento di volume. Se il terreno è limoso (più capillare rispetto ad altri) si interpone alla base del rilevato, per evitare fenomeni di risalita, uno strato di sabbia (50-60 cm). La parte superiore del rilevato è protetta dalla pavimentazione che è impermeabile. Dai grafici (3) si nota che le curve sforzi deformazioni del terreno variano al variare della percentuale di acqua del terreno, le curve si abbassano con il passaggio del materiale dallo stato solido a quello plastico e a quello liquido.

20 Limite di liquidità (LL): Si determina con l apparecchio di Casagande rappresentato in figura. Si riempie il cucchiaio di terra dopo averla lavorata con un certo quantitativo di acqua, si crea un solco di 2 mm con un coltello standardizzato e si conta il numero dei colpi necessari al ricongiungimento del solco (per ogni giro di manovella si ha un colpo!). Si ripete la prova per varie percentuali di acqua e si costruisce la retta di liquidità. La percentuale di acqua è riferita al solo secco, pertanto il materiale si inserisce in stufa e se ne misura il peso prima (P1) e dopo (P2), risulta w = (P2-P1)/P2 La percentuale w LL. corrispondente a 25 colpi sarà il

21 Limite di plasticità (LP): Si determina calcolando il contenuto d acqua di un cilindretto di terra ottenuto attraverso una stenditura manuale su di un vetro con carta assorbente fino a notare screpolature sulla sua superficie. Infatti sfregando la mano sui cilindretti l acqua poco alla volta evapora, fino a quando non si apre una fessura. La percentuale di acqua che il cilindro contiene in tale fase di rottura (riferita sempre al secco, come visto per il LL) si chiama LP.

22 Indice di plasticità (IP): I limiti di plasticità e di liquidità definiscono l intervallo in cui un determinato tipo di terra possa essere ritenuto plastico. Si definisce così l indice di plasticità (IP) come differenza fra LL ed LP: IP = LL LP. Indice di gruppo (IG): L indice di plasticità e la percentuale di passante al 200 ASTM, rappresentano i due numeri che, inseriti in un algoritmo, forniscono l INDICE DI GRUPPO (con valori che vanno da 0 a 20, valori bassi si riferiscono a terre ottime per utilizzi stradali). L INDICE DI GRUPPO si calcola con la formula seguente: IG = 0,2 a + 0,005 a c + 0,01 b d ove a = passante al setaccio 200 ASTM 35 b = passante al setaccio 200 ASTM 15 c = LL 40 d = IP 10 L IG fornisce una classificazione delle terre anche se non completa, visto che terre diverse possono dare lo stesso valore numerico dell IG.

23 Valori tipici di IG: Terreno buono: IG = 0 Terreno mediocre: IG = 1-10 Terreno cattivo o pessimo: IG = 10-20

24 Classificazione dell Highway Research Board (HRB) (adottata dal CNR-UNI)

25 La classificazione dell Highway Research Board (HRB) Per la realizzazione di rilevati, sono Buoni i terreni A 1, A 2-4, A 2-5, A 3 Mediocri i terreni A 4, A 2-6, A 2-7, A 5 Scadenti e pessimi i terreni A 6 e A 7 Da scartare i terreni A 8

26 Grandezze utili allo studio delle terre peso d' acqua G Percentual e d' acqua = % w = = peso del secco G volume d' acqua V Grado di saturazione = Sr = = volume dei vuoti V w s w v *100 Il grado di saturazione varia nel seguente intervallo: 1< Sr <0 ; se Vw = Vv il materiale è saturo ed ho S = 1 L indice dei vuoti indica quanto vuoto c è rispetto al solo solido Indice dei vuoti = e = volume volume dei del vuoti solido = V V v + s Va Vw = Vs La porosità indica quanto vuoto c è rispetto al volume totale Porosità = n = Vv V = Va + Vw Va + Vw + Vs La percentuale di vuoti indica invece il volume dei vuoti relativamente al peso del materiale, è una grandezza disomogenea pari a: Vv G Va + Vw = Ga + Gw + Gs

27 peso dei granuli Peso specifico = γ = = volume dei granuli Gs V s Si riferisce al granulo, costituito da cavità al suo interno. Il peso specifico assoluto del materiale (depurato dai vuoti) è pari invece al rapporto tra il peso del materiale e il volume depurato dai vuoti. peso totale Densità apparente = γ app = = volume totale La densità apparente si riferisce alla terra (costituita da secco, aria, acqua) e non al granulo! TOT TOT peso del secco G Densità del secco = γ d = ds = = volume totale V G V s TOT È una grandezza utilizzata molto nelle costruzioni stradali perché descrive la possibilità dei granuli a modificare la loro posizione, e di occupare e quindi ridurre i vuoti della struttura. È una misura direttamente sfruttabile nella realtà. Il livello di compattazione infatti prescinde dalla presenza o meno di acqua ma è definita solo dallo scheletro dei granuli.

28 Stato fisico delle terre Dopo aver visto la classificazione delle terre (quindi la loro qualità), vediamo come metterle in opera (compattazione). In natura le terre sono composte da granuli di diversa dimensione. Con il tempo i granuli più piccoli tendono ad occupare i vuoti intergranulari di quelli dimensionalmente più grandi. In una terra assestata (dalla forza di gravità protratta nel tempo o da un energia compattatrice), la percentuale dei vuoti è certamente minore di quella relativa ad una terra smossa o frantumata. Altro fattore diversificante per lo stato fisico e quindi per le proprietà fisico-meccaniche delle terre è la percentuale di acqua contenuta nelle terre stesse: Se i vuoti sono parzialmente occupati da acqua TERRA PARZIALMENTE SATURATA Se i vuoti sono completamente occupati da acqua TERRA SATURA Se vi è completa assenza di acqua TERRA SECCA

29 Costipamento Nella costruzione di un rilevato o di uno strato di pavimentazione è fondamentale procedere alla compattazione del materiale in modo da conferirgli un elevata densità. La finalità del costipamento è infatti la riduzione dei vuoti intergranulari. L iter da seguire per l esecuzione di un opera in terra si può così sintetizzare: studio preliminare dei terreni da utilizzare e delle percentuale d acqua ideale scelta del mezzo con cui eseguire la compattazione, numero di passaggi e spessore strati Disposizione dei granuli di un terreno ipotetico, costituito da elementi sferici di ugual diametro, che comporta il minor volume dei vuoti esecuzione dell opera con controlli da fare in sito e in laboratorio accertamento della rispondenza dell opera eseguita ai dati di progetto Quanto dovrà essere compattato un rilevato? Disposizione di granuli sferici di ugual diametro che comporta il massimo volume dei vuoti dipenderà dal tipo di terra utilizzata e dall entità dei carichi previsti durante la vita utile dell opera

30 Costipamento Perché compattare il materiale? 1. affinché i cedimenti dovuti al traffico non superino valori limiti, garantendo confort e sicurezza. 2. per evitare cedimenti differenziali in fase d esercizio dell opera 3. per aumentare le resistenze al taglio (sia per le maggiori σ che per maggior attrito) 4. per aumentare la resistività all acqua (riducendo i vuoti si aumenta l impermeabilità) Se non si compatta in maniera opportuna il materiale, la percentuale dei vuoti sarà tale da permettere infiltrazioni d acqua. Questi elementi fini però proverranno da zone dell opera (magari compattate eccellentemente) più vicine alla pavimentazione e quindi gli effetti saranno col tempo visibili ad occhio nudo. L acqua tenderà a trasportare con se i granuli più fini e potrà riempire i vuoti lasciati da una cattiva compattazione. La compattazione quindi dovrà riguardate tutti gli strati dell opera in terra.

31 Prova Proctor Per verificare l esecuzione dell opera in sito, è necessario riprodurre in laboratorio, il più fedelmente possibile, le stesse condizioni determinate sul terreno dai mezzi di costipamento. La prova più diffusa è la prova Proctor che consiste nel compattare, con data energia, un campione di terra in un contenitore cilindrico (fustella) di diametro di c.a.10cm e nel determinare la variazione della quantità di terra contenuta (come peso del secco riferito al volume della fustella = D secco = γ d ) in funzione dell umidità della terra stessa. La prova Proctor serve quindi per misurare l efficacia della compattazione e non la portanza delle terre (effettiva capacità di sopportare dei carichi) La terra passante al setaccio 4 ASTM (4.76 mm) viene posta nella fustella in tre strati, ognuno dei quali compattato da un pestello lasciato cadere da un altezza standardizzata un determinato numero di volte, su tutta l estensione della superficie. La curva Proctor non riflette la situazione reale perché spesso in cantiere il materiale ha pezzatura superiore ai 4.76 mm.

32 Prova Proctor La scelta granolumetria passante al setaccio 4 ASTM viene giustificata dal fatto che le superfici di contatto dei granuli con la fustella devono essere poco significative rispetto a quelle intergranulari, altrimenti la prova non sarebbe rispondente alla realtà (l attrito con la fustella deve essere un effetto trascurabile). Se l opera in terra è costituita da pezzatura maggiore di 5 mm dovrebbe essere effettuata la prova Proctor gigante, ma per costi e problemi pratici viene effettuata solo per grandi opere quali dighe. In genere in questi casi si deve essere abili nell interpretare la prova. L A.S.T.M. prescrive due gruppi di prove (standard e standard modificata come in figura) ciascuna suddivisa in 4 metodi. La prova modificata è stata introdotta per adeguarsi alla maggiore energia generata dalle moderne macchine di compattazione e ad i maggiori carichi trasmessi dal più elevato e ingente flusso veicolare.

33 Prova Proctor Cambiando le modalità della prova si ottengono risultati differenti. Utilizzando la stessa energia di costipamento si ripete la prova più volte con diverse percentuali di umidità (ma su campioni diversi dello stesso materiale perché la granulometria cambia in seguito ai colpi!). Per ciascuna prova il materiale poi viene essiccato per ricavarne la densità dei granuli. Conoscendo la γ d e la %w, ogni prova sarà rappresentata da un punto nell omonimo piano. Interpolando i punti si ottiene cosi la curva Proctor e quindi il valore massimo della densità del secco e il relativo contenuto d acqua. All aumentare dell energia di costipamento le curve si innalzano ed i punti di massimo si spostano verso l asse delle ordinate.

34 Materiali per costipamento Con la compattazione il materiale si può rompere, assumendo una diversa granulometria, quindi la curva da considerare dovrebbe essere una curva più bassa di quella ipotizzata. Bisogna considerare anche l effetto relativo alla presenza di grumi (materiali argillosi) che tende a far andare la prova su di una curva più alta. Spesso si utilizzano materiali molto grossi (d > 5mm, ovvero blocchi), tuttavia in questo caso non si possono controllare i vuoti che sicuramente si verranno a creare nelle loro vicinanze. Per queste ragioni, Si sconsiglia di utilizzare materiale utilizzato in passato per la costruzione di un altro rilevato. Si tende ad evitare l utilizzo di materiali teneri o argillosi. Sono da evitare materiali che presentano grossi blocchi. Si può utilizzare loppa d altoforno per la realizzazioni di rilevati stradali? SI, però bisogna tener conto dei seguenti problemi connessi: Catalizzatori Compattazione attenta per gli strati inferiori

35 Costipamento- prescrizioni dei capitolati A cosa servono i risultati della prova? Li dobbiamo comparare con quelli che si avranno in sito, quelli di laboratorio devono rappresentare l obiettivo per verificare che in sito si abbiano gli stessi valori. Attraverso la curva Proctor si è in possesso della W ott (quello che sa raggiungere l impresa) e della γ s OTT (importante per la direzione lavori). La γ s OTT infatti serve per verificare che l effettiva situazione in cantiere corrisponda a quella prescritta dal progetto. In realtà si richiede all impresa di raggiungere il 95% della γ s OTT ricavata dalla prova Proctor per gli strati superiori, mentre per quelli più profondi si accetta il 90%. Questo implica che anche la percentuale d acqua accettabile non è più un singolo valore bensì un range di valori (più facilmente ottenibile per l impresa) es. in figura si passa da un 13% ad un intervallo [11.5%, 14.5%]. 95% ρ d MAX

36 Verifiche di costipamento Come fa il direttore dei lavori ad essere certo che l impresa abbia raggiunto la compattazione prevista? volumometro a sabbia, dopo aver fissato al suolo un piatto metallico dotato di un apertura cilindrica si effettua un buco dalla stessa prelevando il materiale compattato. Si versa poi nella cavità sabbia granulare da un recipiende graduato. Attraverso la conoscenza del volume e calcolando in laboratorio la percentuale d acqua del campione si trova il punto effettivo che occupa la nostra terra nel piano γ s, w%. gammadensimetro, apparecchio che misura la densità attraverso l emissione di raggi γ, oggi in disuso per questioni di sicurezza

37 Le macchine per compattare I costipatori si possono suddividere in tre categorie: ad azione statica (rulli lisci, rulli a piede di montone), ad azione dinamica (battente, vibrante, combinata)con cui si vince l attrito tra i grani, ad azione combinata (rulli lisci muniti di vibratore). La rullatura statica è meno costosa ma necessita di strati meno spessi perché a differenza di quella dinamica non si propaga molto verso il basso Rulli a piede di montone

38 Le macchine per compattare Compressori pneumatici Rulli lisci In figura è mostrato l effetto del costipamento in un rilevato con diversi mezzi compattanti, in funzione del numero di passaggi.

39 Le macchine per compattare La scelta della metodologia di costipamento dipende da fattori quali la natura del terreno e lo spessore considerato. In generale gli apparecchi vibranti risultano più efficaci per terreni sciolti, sabbiosi e sabbio-limosi, mentre per i terreni coerenti sono da preferirsi i rulli statici.

40 CARICO SU PIASTRA (esclusivamente in sito) Prove di portanza La portanza è un dato che ci interessa per avere un dato sintetico sull effettiva capacità di un terreno di resistere all azione dei carichi. Forniscono l andamento dei cedimenti in funzione dei carichi applicati. PROVA C.B.R. (in laboratorio) Fornisce informazioni su come il materiale è stato messo in opera Fornisce informazioni sulla natura del materiale

41 Portanza delle terre Si indica come portanza o capacità portante di un terreno il carico specifico, ricavabile da un dato tipo di prova e con modalità ben definite, che determina un prestabilito cedimento. Le prove di portanza valutano i cedimenti provocati da carichi Si possono usare due procedure: 1. carichi costanti, misuriamo i cedimenti 2. cedimenti costanti, misuriamo i carichi che li determinano Vengono effettuate su: materiale su cui verrà costruito il rilevato qualunque livello interno al rilevato materiale sul quale si posa la sede stradale strato di fondazione della pavimentazione (interfaccia fondazione non bitumata-pavimentazione bitumata) Bisogna ricordare che il rilevato e la fondazione sono costituiti da MATERIALI SCIOLTI, gli altri strati della pavimentazione invece sono costituiti da MATERIALI LEGATI.

42 Prove di carico su piastra Si effettua appoggiando sul piano di posa una piastra di acciaio di forma quadrata o circolare, su di essa si adatta un martinetto che contrasta con un carico fisso. Azionando il martinetto, attraverso la lettura della pressione del fluido in esso contenuto si determina il carico che agisce su di esso. I cedimenti sono letti direttamente su comparatori fissati su traversa poggiante sul terreno a distanza opportuna dal terreno sotto carico (affinchè non ci siano influenzamenti che distorcerebbero la lettura). In figura è mostrato l andamento delle isobare relativamente a due piastra di diversa misura. La dimensione della piastra da adottare va scelta in base agli strati del materiale da esaminare. Generalmente si adottano piastre di 30 cm di diametro.

43 Prove di carico su piastra La formula utilizzata nell esperienza è quella del MODULO DI DEFORMAZIONE: Dove: M D = Δp Δs D Δp è la variazione della pressione [ kg/cm 2 ] SUPPOTO MICROMETRI Δs è la variazione del cedimento D è il diametro della piastra POMPA CON MANOMETRI MICROMETRI MARTINETTO IDRAULICO PIASTRA Poiché il materiale non è elastico è importante capire a quale comportamento corrisponde il nostro intervallo di carico. Si usano Δp elevati per esaminare pavimentazioni PIANTA si usano Δp minori per esaminare la base su cui poggerà un rilevato I cedimenti si misurano ogni minuto e si interrompe la prova quando Δs risulta minore di 0.02 mm.

44 Prove di carico su piastra Per la misura dei cedimenti bisogna fare stazione in punti non influenzati dal cedimento stesso. I comparatori sono posti 3 e disposti a 120, in questa maniera servono anche a misurare le inclinazioni, il Δs preso per la misura è la media delle tre letture. Il martinetto ha dimensioni naturalmente inferiori alla piastra ma non tanto da poterla inflettere, per questo motivo spesso si utilizza una seconda piastra più piccola da interporre fra piastra e martinetto. Il mezzo di contrasto generalmente è dato da un camion. Bisogna fare attenzione al momento in cui il camion si avvicina alla piastra: le ruote devono essere sufficientemente lontane, altrimenti si deformerebbero i risultati. Come si sviluppa la prova?

45 Prove di carico su piastra Al principio si fornisce una pressione di assestamento (0.1, 0.2 kg/cm 2 ) misurandone gli effetti. Si riporta a zero la pressione e si ricomincia a caricare. Ora abbiamo una superficie liscia e assestata pronta per la prova! Δs Facendo un ciclo carico/scarico (p1 è stabilito dalla normativa) si può misurare il cedimento plastico: cedimento residuo dopo lo scarico tensionale. Si possono ripetere i cicli di carico (prove di carico a cicli ripetuti), il cedimento plastico varia da ciclo a ciclo e si ottiene una legge di variazione dei cedimenti plastici. Si procede nell applicazione dei carichi fino a quando si ritiene che il cedimento sia stabile, cioè quando tra un carico e il successivo ci sono variazioni di cedimento di max 2 centesimi di millimetro. Si calcola il modulo di deformazione nella parte elastica del grafico, i valori tipici per i capitolati sono: valori minimi: 150~300 kg/cm 2 per rilevati valori discreti: 500~800 kg/cm 2 per rilevati 1000 kg/cm 2 per fondazioni di pavimentazioni Questa prova è molto importante per le piste d atterraggio, in quanto sono soggette a carichi notevoli Δp

46 Prova CBR (California Bearing Ratio) Il metodo C.B.R. ha assunto una particolare importanza per la relativa facilità di esecuzione. È una prova di laboratorio, quindi si intuisce che il materiale sul quale viene effettuata non rappresenta le stesse condizioni in cui lo stesso si trova in sito (risulta essere rimaneggiato). La standardizzazione delle modalità della prova e il confronto con i risultati dati da un terreno prestabilito però, danno valenza ai risultati della prova. Consiste in una prova di punzonamento effettuata a mezzo di apposito pistone di dimensioni prestabilite (diametro di circa 5cm) su un terreno preventivamente compattato in un contenitore cilindrico (diametro 152mm e altezza di 178mm) Si calcola la pressione esercitata dal pistone corrispondente agli affondamenti di 2.5 e 5 mm (carico/superficie pistone) e lo si rapporta alle analoghe pressioni relative al terreno di riferimento, ottenendo così gli indici CBR

47 CBR 2.5 = 100* P2.5/70 CBR 5 = 100 *P5/105 Prova CBR 70 e 105 (kg/cm 2 ) sono le pressioni ricavate, per gli stessi affondamenti, sul materiale di riferimento americano che è pietrisco frantumato. Se il nostro materiale è un buon pietrisco otterremo un valore, relativo all affondamento di 2.5cm, vicino ai 70 kg/cm 2, stessa cosa avviene per l affondamento di 5 mm. Durante la prova il pistone avanza con velocità costante, quindi indipendentemente dalla resistenza che incontra (teoricamente). LIVELLI DI ACCETTAZIONE: 50% - 80% per materiali di fondazioni stradali 30% - 40% per i rilevati 50% per materiali calcarei

48 Prova CBR Diagrammando le pressioni in funzione dell affondamento si ottiene un grafico simile a quello mostrato in figura. La curva B si riferisce ad un terreno non assestato perfettamente (la presenza di un flesso indica un comportamento anomalo). In questo caso si deve correggere la curva e leggere gli spostamenti dalla nuova origine. Si ottiene così l indice CBR corretto. La natura del terreno sul quale si effettua la prova fa variare l andamento della curva. In figura è mostrato l esempio di un terreno granulare (curva a) e di un terreno limo-argilloso plastico (curva b).

49 Prova CBR Per saper interpretare la prova CBR è fondamentale conoscere i parametri da realizzare nella costruzione del rilevato, quali: il contenuto d acqua la densità del secco l energia di costipamento In laboratorio si deve effettuare prima la prova Proctor e poi la CBR. Quali caratteristiche deve avere il campione su cui si misura il CBR? Quelle vicine all ottimo della prova Proctor 2 CBR 1 CBR 3 CBR

50 Prova CBR Il contenuto d acqua (% H 2 o in sito) deve essere corrispondente, più o meno, alla percentuale ottima della prova Proctor. Obiettivo costruttivo Può accadere che nel tempo o nel corso della realizzazione dell opera in terra il materiale diventi saturo (forti piogge o per terreni in trincea nei pressi di falde). Cosa accade? Per stabilire gli effetti di questa evenienza richiedo la PROVA CBR A SATURAZIONE Dopo aver effettuato la prova CBR normale, si prende la fustella con il terreno e la si immerge in acqua per 48 ore, in modo tale che l acqua abbia la possibilità di penetrare in tutti i vuoti. Dopo si misura l eventuale rigonfiamento del provino che successivamente viene rigirato e sottoposto nuovamente alla prova CBR. Se le differenze fra gli indici CBR sono cospicue il materiale non dovrebbe essere utilizzato per costruzioni di opere stradali. Purtroppo questa prova non è sempre richiesta perché non è obbligatoria!!

51 Per realizzare un rilevato Nella costruzione dei rilevati, bisogna considerare Piano di posa Deve essere idoneo a sopportare il peso dell opera Se non lo è si può pensare di migliorarne la qualità (eventualmente con drenaggi) o di sostituirlo; se ciò è irrealizzabile per motivi economici, bisogna cambiare il tracciato Deve essere scarificato (se serve) e compattato Se ha pendenza trasversale superiore al 20-25% 25% è consigliabile la sistemazione a gradoni Materiale Vanno bene i terreni A1 e A2, si possono usare A3 (difficili da costipare), A4 e A5 A6 e A7 vanno evitati, soprattutto per rilevati più alti di m; se utilizzati (strade secondarie) bisogna adottare particolari accorgimenti per r la protezione dall acqua acqua Sistemazione delle scarpate Per le strade di grande traffico e rilevati alti è opportuno l inerbimentol Per migliorare la stabilità,, si possono interrompere le scarpate con l inserimento di tratti orizzontali Compattazione La densità da raggiungere dipende dalla profondità dello strato Le prescrizioni sono contenute nel capitolato speciale d appaltod

52 Materiali innovativi e capitolati prestazionali Oggi, per costruzione di rilevati, si punta sull utilizzo di materiali innovativi, diversi da quelli canonici, che provengono da altre lavorazioni e che hanno la necessità di essere smaltiti. Per materiali standard si utilizzano i capitolati tradizionali, per quelli non standard si usano capitolati prestazionali in cui non si bada ai materiali o alle metodologia di messa in opera utilizzate, bensì solamente al risultato finale, che naturalmente deve rispondere alle funzionalità progettuali. Per la riuscita di un progetto stradale, la scelta dei materiali deve essere seguita da un perfetta messa in opera degli stessi. L impresa tenderà ad utilizzare le caratteristiche minime imposte dal progettista, perché naturalmente corrispondono alla soluzione economicamente meno cara. Si deve tener presente che la messa in opera non rappresenta il lato produttivo dell impresa (cioè le quantità messe in gioco), non è una fase economica ma una fase tecnica.