Bologna 14 Ottobre 2004 - 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
Bologna 14 Ottobre 2004 - 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 7819-1988 1988 COSTRUZIONI STRADALI?
Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE Problema 1. Carenza di materiali idonei alle costruzioni stradali Stabilizzazione (granulometrica o con leganti idraulici) Riciclaggio (prodotti da demolizione pre-processati) Materiali innovativi?
Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE Problema 2. Terreni a bassa portanza Bonifiche Pre-consolidazione Materiali Leggeri? Bassa Padana Fiumicino
Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE Problema 3. Vincoli geometrici, versanti instabili Grandi rilevati (pendenze, espropri,) Movimenti franosi (frane profonde, superficiali e spondali) Materiali ad elevata stabilità?
Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE Problema 4. Viabilità d emergenza, Protezione Civile Post-Emergenza Viabilità di cantiere (piste temporanee, deviazioni di tracciato) Materiali facilmente movimentabili e riutilizzabili?
Bologna 14 Ottobre 2004 - 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
Bologna 14 Ottobre 2004 - 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
Proprietà Fisiche principali Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE Caratterizzazione Chimica (EPS autoestinguente) Caratterizzazione Meccanica
Resistenza a compressione e legame costitutivo Densità σ c (ε = 1%) σ c (ε = 10%) Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE [Kg/m 3 ] 15 20 30 34 38 41 43 [N/mm 2 ] 0.04 0.05 0.10 0.13 0.13 0.16 0.16 [N/mm 2 ] -- -- 0.21 0.26 0.29 0.33 0.33 σ v [N/mm 2 ] 0.25 0.26 0.22 0.15 1.0 2.5 5.9 ε [%]
Resistenza a compressione e legame costitutivo Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE tensioni (kpa) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Prova di carico su cilindri di EPS15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 deformazioni (%) 4 mm/min EPS 15 tensioni (kpa) 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Prova di carico su cilindri di EPS35 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 deformazioni (%) 4 mm/min EPS 35 tensioni (kpa) Prova di carico su cilindri di EPS25 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 deformazioni (%) 4 mm/min EPS 25 tensioni (kpa) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Prova di carico su cubetti di EPS15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 deformazioni (%) 2 mm/min 4 mm/min 6 mm/min 2/4/6 mm/min EPS 15
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, 66 0 5 10 15 20 25 30 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)
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, 243 60 kpa 90 kpa 0 5 10 15 20 25 30 tempo (ore) Prova di creep a 60 e 90 kpa EPS 35 deformazione (log %) 0-0,2-0,4-0,6-0,8-1 -1,2-1,4-1,6-1,8-2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 y = 0,2655x - 1,3091 y = 0,2199x - 1,8837 tempo (log ore)
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 0 10000 20000 30000 40000 50000 tempo (sec)
Bologna 14 Ottobre 2004 - 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
Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE Abaqus Standard 5 1 8 6 4 2 nodi elemento 8 nodi 7 1 2 3 4 3 p.ti di integrazione Preprocessing -> > Simulazione -> postprocessing Carattere simmetrico del problema Infittimento della mesh nella zona del carico EPS solido continuo/in blocchi
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. 30 120 DBM 200 CONCRETE 625 625 625 100 SAND 100 [ mm ] PAV. RIG. PAV. FLEX. MATER. RIP. EPS15 SUBSOIL 30 120 DBM 30 120 200 GRANULAR BASE 200 625 625 625 [ 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
Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE Definizione della superficie di carico 0.6 L Carico d asse d di 10 t L 0.198 m Impronta ellittica 0.288 m area rettangolare Carico di tipo -)) statico -)) dinamico 2 π t p() t = p 0 0.5 0.5cos 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)
Studio 2-D Materiale Visco-Plastico PAV. RIG. PAV. FLEX.
Studio 3-D Materiale Elastico-Lineare PAV. RIG. PAV. FLEX. PAV. RIG. MAT. RIP.
PAV. RIG. PAV. FLEX.
Disposizione dei blocchi di EPS
Rilevato Sperimentale Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE
Rilevato Sperimentale Preparazione dei blocchi (15-25-35 kg/m 3 ) EPS 15 valore media varianza s.q.m. l 1 1,998 1,07E-06 0,001033 l 2 0,998 1,02E-06 0,001008 l 3 0,626 4,97E-06 0,002229 EPS 25 valore media varianza s.q.m l 1 1,998 1,27E-06 0,001129 l 2 0,999 5,47E-07 0,000739 l 3 0,626 4,02E-06 0,002006 Controllo della geometria EPS 35 valore media varianza s.q.m l 1 1,998 1,34E-06 0,001157 l 2 0,998 7,92E-07 0,000890 l 3 0,627 4,32E-06 0,002078
Rilevato Sperimentale Preparazione dei blocchi (15-25-35 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 2004 - SAIE
Rilevato Sperimentale Scelta del sito POLISETTE S.r.l. Sala Baganza (PR) Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE
71,67 65,67 50,67 VIA SAN VITALE SALA BAGANZA 26 CONFINE PROPRIETA' 6 7 8 9 1 2 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)=8,42 23 24 25 22 48,00 20 21 43,17 35,67 18,67 2,00 15,00 7,50 7,50 15,00 6,00 (EPS 35 kg/m ) 3 19 deposito strumenti 17 15-46 15-50 1 5-47 15-48 1 5-51 15-52 1 5-53 15-54 15-55 1 5-56 11 12 2 5-57 25-58 25-59 25-60 25-61 2 5-62 25-63 13 2 5-69 25-70 14 15 16 25-375 25-376 25-377 18 25-238 25-378 25-380 25-381 25-382 25-383 25-384 25-385 25-386 25-387 25-388 25-389 35-394 35-393 AREA POLISETTE tomb ino in PV C a sezione circolare diametro (m) = 0,40 32,00 (EPS 25 kg/m ) 3 16,00 25-370 25-235 25-232 25-379 25-229 25-226 25-223 25-220 25-239 25-236 25-233 25-230 25-227 25-224 25-243 25-240 25-237 25-234 25-231 25-228 15-49 15-42 1 5-45 1 5-41 (EPS 15 kg/m ) 3 16,00 16,00 15-44 15-40 15-43 15-39 15-35 1 5-38 1 5-34 15-37 15-33 s trumentato 1 5-36 1 5-32 b locco 1 5-28 15-31 15-27 15-30 15-26 1 5-29 1 5-25 20,67 15-13 15-14 15-21 15-24 15-20 1 5-23 15-19 15-15 15-22 15-18 15-17 10 18,67 15-16 15-12 15-11 15-07 16,00 15-10 15-06 15-09 15-05 15-08 15-04 15-03 15-02 15-01 Prog. 0.00 5 Prog. 0.00
Rilevato Sperimentale Allestimento del tratto sperimentale Polisette Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE
Rilevato Sperimentale
Rilevato Sperimentale Polisette
Rilevato Sperimentale Monitoraggio dei cedimenti PUNTI BATTUTI - Abbassamenti riferiti al rilievo del 06/06/2002 0.0000 DISLIVELLI (m) -0.0050-0.0100 10/06/2002 11/02/2004 07/06/2004 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 PUNTI Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE
Conclusioni - Condizioni di Impiego dell EPS nei Rilevati Stradali - Criteri base per il corretto dimensionamento - Impieghi per opere permanenti e temporanee Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE
Bologna 14 Ottobre 2004 - 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