Caratterizzazione geotecnica di

laboratorio di terreni sottoposti a

prove dinamiche e a compattazione

Università degli Studi di Cagliari

Scienze e Tecnologie della Terra e dell’Ambiente

XXXI Ciclo

Candidata

Virginia Giannini

Tutor

Prof. Giorgio Ghiglieri

Prof. Luigi Carmignani

Prof. Eros Aiello

La caratterizzazione geotecnica dei terreni è un operazione indispensabile ogni qual volta si debba

progettare un opera ingegneristica.

Per quanto riguarda il settore della geotecnica stradale, la caratterizzazione dei terreni utilizzati come

sottofondo è necessaria sia in caso di corpi stradali sviluppati in trincea (utilizzo di terreni naturali ove

possibile) sia per corpi stradali in rilevato (materiale da cava di prestito); tale caratterizzazione

necessita di una campagna di indagine in situ corredata dei risultati di prove di laboratorio.

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La vita utile di una pavimentazione stradale è condizionata dalla capacità portante del sottofondo

e degli strati più profondi della sovrastruttura.

DEFINIZIONISottofondo: Secondo la norma UNI 10006/02 il sottofondo può essere definitocome il terreno che sostiene la sovrastruttura sul quale interviene direttamentel’azione dei carichi esterni da questa trasmessa. Il sottofondo è lo strato piùsuperficiale (20-50 cm) del terreno in sito (per le sezioni stradali in trincea) odel rilevato (per le sezioni in riporto). Il sottofondo stradale deve avere unaportanza sufficientemente elevata, durevole ed uniforme.

Portanza: La portanza può essere definita in modo sintetico come il carico che,

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Portanza: La portanza può essere definita in modo sintetico come il carico che,

in condizioni di sollecitazione note, provoca un cedimento fissato; più in

generale, è il parametro meccanico quantitativo utilizzato per dimensionare la

sovrastruttura ed è definita e misurata in modo diverso in relazione alla

metodologia di dimensionamento adottata (empirica o razionale/analitica).

Un buon sottofondo deve possedere una

limitata deformabilità allo scopo di

assicurare, in fase costruttiva, la

conservazione della regolarità del piano di

posa della pavimentazione e di garantire in

esercizio l'assenza di cedimenti tali da

compromettere la funzionalità della

sovrastruttura stessa. Tali caratteristiche, in

parte intrinseche, possono essere migliorate

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Esso, inoltre, deve essere esente da variazioni

spontanee di volume e di deformabilità,

inconvenienti questi che possono essere

presenti soprattutto nei terreni dotati di

un'apprezzabile frazione sottile, per la

loro sensibilità all'acqua ed al gelo.

parte intrinseche, possono essere migliorate

in vari modi, tra i quali il più semplice è la

compattazione.

Il passaggio dei veicoli produce una serie di

impulsi tensionali di entità variabile,

approssimativamente riconducibili ad una forma

di tipo sinusoidale.

La simulazione dei carichi di traffico viene

effettuata in laboratorio tramite prove a carico

ripetuto su provini confezionati con materiale

opportunamente compattato.

Da tali prove si possono ricavare parametri

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Da tali prove si possono ricavare parametri

meccanici fondamentali per la progettazione

delle pavimentazioni.

La sovrastruttura può essere dimensionata

secondo le teorie del multistrato elastico posto

che siano noti i moduli elastici di ogni strato della

struttura. In particolare, per gli strati non

legati e di sottofondo viene impiegato il Modulo

Resiliente che, come riportato nell’AASHTO

“guide for the design of pavement structures”

(1993), rappresenta una proprietà fondamentale

del materiale che può essere utilizzata nel calcolo

della resistenza a fatica delle infrastrutture.

MODULO RESILIENTE

Il Modulo Resiliente

si ottiene attraverso

una prova triassiale

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una prova triassiale

ciclica applicando un

carico impulsivo

ripetuto, che simula il

carico da traffico

veicolare

MODULO RESILIENTE

• E’ un parametro razionale per misurare laportanza; simula la risposta all'applicazionedinamica e ripetuta dei carichi veicolari.

• Il comportamento dei materiali granulari sotto carico è di tipo elasto-plasto-viscoso.

A partire dalla prima applicazione del carico, e con il ripersi delle sollecitazioni, si determinano deformazioni che

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determinano deformazioni che progressivamente si accumulano nel tempo.

• Tale comportamento è difficilmente descrivibile in maniera rigorosa; tuttavia, la risposta di questi materiali può essere studiata assumendo un legame costitutivo di tipo elastico non lineare, cioè con costanti elastiche dipendenti dallo stato tensionaleinterno. Tenendo conto che le deformazione complessiva è composta oltre che da una componente elastica anche una viscoplastica, si fa riferimento al “modulo resiliente”, calcolato esclusivamente in base della deformazione elastica di recupero.

MODULO RESILIENTEDeformazione nei materiali granulari durante un ciclo di carico

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Dove σd : sforzo deviatorico (σ1*σ3);

εv;r = ΔL/L : deformazione restituita (resiliente)

OBIETTIVO DEL PROGETTO

• analisi delle caratteristiche fisiche e del comportamento dei terreni utilizzabili come sottofondi stradali

• determinazione del Modulo Resiliente

• Realizzare in laboratorio prove di compattazione che forniscano risultati più simili a ciò che avviene in sito durante la compattazione meccanica

• relazione esistente tra MR, portanza e grado di compattazione realizzato in

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• relazione esistente tra MR, portanza e grado di compattazione realizzato in sito ed in laboratorio

• legame con altri parametri fondamentali di portanza

La bibliografia in merito alla relazione tra Modulo Resiliente e altri parametri di portanza

ottenibili in situ ed in laboratorio è infatti ancora piuttosto scarsa in Italia, mentre molti studi

sono stati condotti all’estero (Allen, J. J., and Thompson, M. R. 1974; Amber Yau, Von Quintus H. L.

2002; Clyne T. R., Xinjurn Li, Marasteanu M. O., Skok E. 2003; Cauhape Casaux M., Tadeo M. S.,

Angelone S., Martinez F. 2015; Li D., Selig E.T., 1994)

Finora si è eseguita parte della raccolta

bibliografica, l’approntamento delle

strumentazioni di prova e lo studio delle

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strumentazioni di prova e lo studio delle

procedure standard per la realizzazione delle

prove previste

SITI DI INDAGINE

Individuazione de i tracciati che verranno sottoposti ad indagine; tale fase dovrà avvenire in accordo con le aziende che collaborano a questo progetto, in particolare HAMM - Wirtgen Group (Germania), WIRTGEN MACCHINE -Wirtgen Group (Italia), ITALFERR, MENCONI s.r.l., SISGEO s.r.l.

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• ricostruzione litostratigrafica dell’area (da dati disponibili bibliografici, da

sondaggi e prove SPT)

• Prove in sito

• Prelievo campioni indisturbati

• tipologie di terre appartenenti alle classi (classificazione AASHTO):

A1-A2 -A3 -A4

PROVE IN SITU• Prove di densità (ASTM D1556-90)

– Determinazione PV naturale e secco

• Prove di carico su piastra (ASTM D1196-93 e D1195-93)– Capacità portante e deformabilità del terreno

– Modulo di deformazione (Md) per livelli di carico

• Prova CBR (ASTM D4429)– Indice di portanza di un terreno compattato

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Prova CBR

Prova di densità

Prova di carico su piastra

PROVE DI LABORATORIO• Composizione mineralogica e petrografica

– Sezioni sottili

• Analisi granulometrica attraverso setacciature per via umida e analisi sedigrafica

• Indice di forma e coefficiente di appiattimento (UNI EN933-3/4)

• Prove di compattazione Proctor modificata (ASTM D 1557) e Proctor standard (ASTM D 698)

– Comportamento del terreno sottoposto a costipamento

– Densità massima e Optimum Proctor

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– Densità massima e Optimum Proctor

PROVE DI LABORATORIO• Densità relativa attraverso la prova con tavolo vibrante (ASTM D4253/4, UNI EN

13286-5)– Determinazione di densità di terreni non coerenti mediante la compattazione per vibrazione

• California Bearing Ratio test (ASTM D 1883, CNR UNI 10009)– Misura empirica della portanza su campioni compattati

• Prova Micro Deval (UNI EN 1097-1)– Coefficiente di Micro-Deval, resistenza all’usura di aggregati

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– Coefficiente di Micro-Deval, resistenza all’usura di aggregati

• Prova Los Angeles (UNI EN 1097-2)– Coefficiente di Los Angeles, resistenza alla frammentazione per aggregati grossi

• Prove dinamiche con Triassiale Ciclica (ASTM D 5311)– Alti livelli di deformazione, resistenza a rottura in caso di carichi dinamici e ciclici

– Resistenza ultima, potenziale di liquefazione

• Modulo Resiliente (AASHTO T307-99)

Strumentazione presente o in allestimento

presso il Laboratorio di Meccanica delle Terre

(CGT Testing Center)

PROGRAMMA TRIENNALE

• I ANNO

– Raccolta bibliografica

– Allestimento strumentazioni di prova e studio procedure

– Scelta dei cantieri di indagine in accordo con le aziende finanziatrici

– Studio preliminare delle aree

• II ANNO

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• II ANNO

– Prove in sito

– Prelievo campioni

– Prove di laboratorio

• III ANNO

– Termine prove di laboratorio

– Confronto e correlazione dei risultati

– Stesura elaborato finale

Sono previsti meeting semestrali con le aziende che collaborano al progetto per valutare l’avanzamento della ricerca e verificare i risultati ottenuti

GRAZIE PER L’ATTENZIONE!