Macrorinforzo delle pavimentazioni flessibili con GEOSINTETICI

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Ingegneria DCT ICAR/04 STRADE, FERROVIE, AEROPORTI Macrorinforzo delle pavimentazioni flessibili con GEOSINTETICI Ing. Nicola Baldo I DANNI DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI Il rinforzo delle pavimentazioni flessibili bituminose può rendersi necessario per salvaguardare le sovrastrutture da diversi tipi di danni Tipologie di danneggiamenti 1

2 FESSURAZIONE DA FATICA Le deformazioni cicliche causano fessurazione Alligator (fatigue) Cracking 2

3 REFLECTIVE CRACKING Le fessurazioni nella pavimentazione sottostante determinano stress concentrati alla base del nuovo strato causandone la fessurazione precoce Reflective-Cracking 3

4 Reflective-Cracking QUALI VANTAGGI E PERCHE ORMAIAMENTO Si verifica soprattutto negli strati di asfalto sottili superficiali; è determinato dalle deformazioni di taglio indotte da carichi eccessivi, forze di taglio legate ad accelerazioni (rampe di decelerazione, salite, discese, curve ecc.) 4

5 Structural Pavement Rutting original profile Rutting asphalt layer weak subgrade Low CBR-value subgrade deformation 5

6 I DANNI DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI: le cause QUALI SONO LE CAUSE DEI DANNI ALLE PAVIMENTAZIONI? I DANNI DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI: le cause (1) Scarso drenaggio 6

7 I DANNI DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI: le cause (2) Contaminazione del misto granulare di fondazione I DANNI DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI: le cause (3) Terreno di sottofondo di scarse caratteristiche geotecniche 7

8 I DANNI DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI: le cause (4) Materiali stradali scadenti I DANNI DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI: le cause (5) Progettazione a breve termine 8

9 I DANNI DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI: le cause (7) Incremento della intensità di traffico I DANNI DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI: le cause (8) Incremento del carico per asse 9

10 RINFORZO: miglioramento delle caratteristiche meccaniche di un mezzo continuo attraverso l inserimento l di elementi resistenti di altra natura. Tale tecnica comprende il microrinforzo ed il macrorinforzo, in cui, a differenza del precedente, l elemento l resistente è chiaramente individuabile all interno della matrice. L inserimento di elementi piani nei conglomerati bituminosi è quindi un macrorinforzo. Tra i materiali impiegati prevalgono i geosintetici,, ma possono anche essere impiegati elementi metallici. 10

11 Classificazione in base al polimero costituente I polimeri generalmente impiegati nella realizzazione dei geosintetici sono: 1. Polietilene (PE); 2. Polipropilene (PP); 3. Poliammide (PA); 4. Poliestere (PET). GEOSINTETICI miglioramento delle caratteristiche di resistenza Caratteristiche dei polimeri 1. DENSITÀ: ad una maggiore densità corrisponde una maggiore resistenza; 2. PORZIONE CRISTALLINA (rispetto a quella amorfa): maggiore è la porzione cristallina più alta è la resistenza; 3. TEMPERATURA DI TRANSIZIONE VETROSA: segna il passaggio tra la fase elastica e quella vetrosa con conseguente cambiamento del comportamento meccanico; 4. TEMPERATURA MASSIMA DI ESERCIZIO alla quale il polimero può lavorare; 5. ASSORBIMENTO DI ACQUA: condiziona l impiego in presenza di falda; 6. TENSIONE A ROTTURA: costituisce il parametro più importante se il geosintetico ha funzione di rinforzo; 7. ALLUNGAMENTO A ROTTURA: viene espresso in percentuale sulla lunghezza iniziale; 8. MODULO. 11

12 Classificazione in base tipologia di prodotto 1. GEOTESSILI NON TESSUTI CARATTERISTICHE: Disposizione caotica dei filamenti; Fibre termosaldate (maggiore rigidezza) o agugliate (minore rigidezza). Classificazione in base tipologia di prodotto 2. GEOTESSILI TESSUTI CARATTERISTICHE: Disposizione ordinata dei filamenti secondo trama e ordito; Fibre generalmente monofilamento. 12

13 CONFRONTO DELLE PROPRIETÀ DI TESSUTI E NON TESSUTI I non tessuti hanno un comportamento isotropo, mentre i tessuti esplicano le resistenze migliori lungo due direzioni preferenziali. I tessuti sono più rigidi dei non tessuti. Classificazione in base tipologia di prodotto 3. GEOGRIGLIE CARATTERISTICHE: Possono essere: - monodirezionali (stiratura effettuata in una direzione); - bidirezionali (stiratura effettuata in entrambe le direzioni). Hanno una buona stabilità alle radiazioni ultraviolette; Mettono in atto una notevole aderenza con il terreno (effetto Interlocking ), minimizzando il fenomeno dello sfilamento. 13

14 GEOSINTETICI Geotessile non tessuto GEOSINTETICI Geogriglie in PET 14

15 Pavimentazioni Rinforzate Meccanismo di esplicazione dell azione di rinforzo (1) maggior confinamento dei materiali, che aumenta la capacità di diffondere i carichi: il rinforzo ostacola il rifluimento del sottofondo nelle zone adiacenti il carico (azione c )) e inibisce l instaurarsi l di plasticizzazioni localizzate del sottofondo per punzonamento (azione b ) riduzione delle pressioni sul sottofondo mediante un effetto membrana mbrana (azione a ) Carico assiale a b Stabilizzato b a Sottofondo c Geosintetico a: azione di membrana b,c: azione di contenimento 15

16 Meccanismo di esplicazione dell azione di rinforzo (2) riduzione degli sforzi tangenziali trasmessi agli strati sottostanti tanti Meccanismo di esplicazione dell azione di rinforzo (3) Limitazione della propagazione in superficie delle fratture 16

17 Plasticizzazione localizzata del sottofondo A causa della presenza di punti particolarmente cedevoli nel sottofondo, tofondo, si possono verificare sfondamenti localizzati della sovrastruttura. Fenomeno frequente in presenza di sottofondi argillosi per i quali anche piccole infiltrazioni/filtrazioni possono modificarne le caratteristiche. Contaminazione della fondazione Perdita di proprietà meccaniche (portanza) della fondazione. In presenza di sottofondi argillosi, soprattutto in presenza di elevati tassi di umidità,, si possono verificare risalite di materiale argilloso fine verso i vuoti dello strato di fondazione, con conseguente contaminazione di quest ultimo ultimo materiale. 17

18 Geosintetico sul sottofondo Funzioni: ANTICONTAMINANTE (separazione tra sottofondo e fondazione in misto granulare stabilizzato grazie alle caratteristiche di tessitura dei geosintetici) ) e DRENANTE. Si garantiscono nel tempo le caratteristiche meccaniche dei materiali e gli spessori e quindi la vita utile della pavimentazione. Geosintetico negli strati granulari Funzione STRUTTURALE: (Attrito rinforzo-aggregato) limitazione dei cedimenti differenziali RINFORZO 18

19 Comportamento degli strati legati alle basse temperature. Localizzazione delle tensioni di trazione. Comportamento degli strati legati alle alte temperature. Rifluimenti laterali. 19

20 Geosintetico negli strati legati Funzione STRUTTURALE: Antiriflessione lesioni Rinforzo per le basse temperature Rinforzo per le alte temperature Rinforzo per i carichi radenti RINFORZO Manutenzione che non prevede l asportazione del materiale in sito Trattamento superficiale Geotessile Pavimentazione esistente Manutenzione preventiva 20

21 Manutenzione che prevede l asportazione del materiale in sito Fresatura e ricarica Geotessile Pavimentazione esistente Manutenzione curativa I geosintetici negli strati bituminosi: limiti operativi 1. Modulo modesto rispetto al modulo dei conglomerati bituminosi 2. Sollecitazioni meccaniche, chimiche e termiche ( C) durante la posa del conglomerato 3. Importanza del bonding tra gli strati di conglomerato per la funzione di rinforzo 21

22 Tuttavia: 1. Il modulo in presenza di confinamento è sottostimato 2. È possibile contenere le temperature di stesa dei conglomerati (c.b. a freddo) 3. Le temperature massime sono di breve durata 4. Esistono polimeri idonei quali polipropilene (PP, Tmax = 165 C) e poliestere (PET, Tmax = 250 C) 5. È possibile fornire indicazioni di capitolato per controllare il bonding fra gli strati 22

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