RILEVATI STRADALI IN EPS Requisiti meccanici e … · 100 01234567891011 ... EPS 15 4 mm/min Prova...

Bologna 14 Ottobre 2004 Bologna 14 Ottobre 2004 -- SAIESAIE

Leggero, resistente, isolantecostruire rilevati e fondazioni con EPS

RILEVATI STRADALI IN EPS RILEVATI STRADALI IN EPS Requisiti meccanici e tecniche applicativeRequisiti meccanici e tecniche applicative

Prof. Prof. IngIng. Antonio . Antonio MonteparaMontepara –– Prof. Ing. Felice GiulianiProf. Ing. Felice Giuliani

Dipartimento di Ingegneria Civile, Dipartimento di Ingegneria Civile, delldell’’Ambiente, del Territorio e Architettura Ambiente, del Territorio e Architettura UniversitUniversitàà degli Studi di Parmadegli Studi di Parma


Il Polistirene Espanso Sinterizzato (EPS)

Materiale plastico derivato Materiale plastico derivato dal petroliodal petrolio

Processo di produzione:Processo di produzione:prepre--espansioneespansione, maturazione, , maturazione, stampaggiostampaggio

Le principali caratteristiche:Le principali caratteristiche:leggerezza, struttura rigida, tenacitleggerezza, struttura rigida, tenacitàà, bassa , bassa conduttivitconduttivitàà termica, interamente riciclabiletermica, interamente riciclabile

Normativa sullNormativa sull’’EPS: la norma UNI 7819EPS: la norma UNI 7819--19881988

COSTRUZIONI STRADALI ?COSTRUZIONI STRADALI ?

Problema 1.Carenza di materiali idonei alle costruzioni stradali


Stabilizzazione Stabilizzazione (granulometrica o con leganti idraulici)

RiciclaggioRiciclaggio (prodotti da demolizione pre-processati)

Materiali innovativi?Materiali innovativi?

Problema 2.Terreni a bassa portanza


Bonifiche Bonifiche

PrePre--consolidazioneconsolidazione

Materiali Leggeri? Materiali Leggeri?

Bassa PadanaBassa Padana

FiumicinoFiumicino

Problema 3.Vincoli geometrici, versanti instabili


Grandi rilevati Grandi rilevati (pendenze, espropri,)Movimenti franosiMovimenti franosi(frane profonde, superficiali e spondali)

Materiali ad elevata stabilitMateriali ad elevata stabilitàà? ?


Problema 4.Viabilità d’emergenza, Protezione Civile

PostPost--EmergenzaEmergenza

ViabilitViabilitàà di cantieredi cantiere (piste temporanee, deviazioni di tracciato)

Materiali facilmente movimentabili e riutilizzabili?Materiali facilmente movimentabili e riutilizzabili?


Rilevati Stradali in EPS

•• Limitazione dei cedimenti per consolidazione del Limitazione dei cedimenti per consolidazione del terreno di fondazione terreno di fondazione

•• Riduzione del movimento terra Riduzione del movimento terra

•• Riduzione dellRiduzione dell’’area di ingombro del rilevatoarea di ingombro del rilevato

•• Cantieri Cantieri –– ViabilitViabilitàà di emergenza di emergenza –– Movimenti franosiMovimenti franosi


Convenzione di Studio

UNIVERSITÀ DI PARMA

Studio Studio sperimentalesperimentale per la per la costuzionecostuzione didi rilevatirilevatialleggeritialleggeriti con con polistirolopolistirolo susu terreniterreni a a bassabassa portanzaportanza

•• Caratterizzazione meccanica Caratterizzazione meccanica didi laboratoriolaboratorio

•• Studio e progettazione Studio e progettazione didi unun rilevatorilevato sperimentalesperimentale

•• MonitoraggioMonitoraggio in in sitosito –– studio dei fenomeni di creepstudio dei fenomeni di creep


Proprietà Fisiche principali

Caratterizzazione Chimica (EPS autoestinguente)

Caratterizzazione Meccanica


Resistenza a compressione e legame costitutivo [Kg/m3] 15 20 30 34 38 41 43 [N/mm2] 0.04 0.05 0.10 0.13 0.13 0.16 0.16 [N/mm2] -- -- 0.21 0.26 0.29 0.33 0.33

Densitàσc (ε = 1%)σc (ε = 10%)

0.26

0.22

0.25

0.15

σv[N/mm2]

ε [%]1.0 2.5 5.9


Resistenza a compressione e legame costitutivo

Prova di carico su cilindri di EPS15

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

deformazioni (%)

tens

ioni

(kPa

)

EPS 15

4 mm/min


020406080

100120140160180200220240260280

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

deformazioni (%)

tens

ioni

(kPa

)

EPS 35

4 mm/min


0102030405060708090

100110120130140150

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

deformazioni (%)

tens

ioni

(kP

a)

EPS 25

4 mm/min

Prova di carico su cubetti di EPS15

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

deformazioni (%)

tens

ioni

(kPa

)

2 mm/min4 mm/min6 mm/min

2/4/6 mm/min

EPS 15

Prova di creep a 20 e 40 kPa

y = 0,6345x - 1,4915

y = 0,6837x - 0,6639

-1,4

-1,2

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

tempo (log ore)

defo

rmaz

ione

(log

%)

660

846600370

231600160 ,t

, sinh,

, sinh, ⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

σσε

EPS 15


0,0

0,51,0

1,52,0

2,5

3,03,5

4,04,5

5,0

0 5 10 15 20 25 30

tempo (ore)

defo

rmaz

ione

(%)

20 kPa40 kPa

2

Prove di Creep Statico

EPS 15

Findley Equation

Horvarth (1998)

Prove di Creep Statico

EPS 35


y = 0,2199x - 1,8837

y = 0,2655x - 1,3091

-2

-1,8

-1,6

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

00 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

tempo (log ore)

defo

rmaz

ione

(log

%)

2430

824000010

284100150 ,t

, sinh,

, sinh, ⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

σσε

EPS 35

Prova di creep a e 60 kPa e 90 kPa

0,00,10,20,30,40,5

0,60,70,80,91,0

0 5 10 15 20 25 30

tempo (ore)

defo

rmaz

ione

(%)

60 kPa90 kPa

60

Confronto creep statico/dinamico

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 10000 20000 30000 40000 50000

tempo (sec)

defo

rmaz

ioni

(%)

Inviluppo inferioreinviluppo superiorecreep statico

Prova di creep dinamico

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

tempo (sec)

defo

rmaz

ioni

(%)

lettura a 3 minuti lettura a 6 minutilettura a 9 minuti lettura a 12 minuti

EPS 35

(60 kPa)sinwt

Prove di Creep Dinamico

EPS 35


Analisi FEM per lo studio del corpo stradale e delle pavimentazioni

ABAQUS/Standard ABAQUS/Standard --> > viscovisco--plasticitplasticitàà del materiale, del materiale,

carichi dinamici, effetti distorsioni termichecarichi dinamici, effetti distorsioni termiche

USURA

EPS

SOTTOSUOLO

CLSRIPORTO

BITUME

•• PreprocessingPreprocessing --> Simulazione > Simulazione --> > postprocessingpostprocessing

•• Carattere simmetrico del problemaCarattere simmetrico del problema

•• Infittimento della Infittimento della meshmesh nellanella

zona del caricozona del carico

•• EPS solido continuo/in blocchiEPS solido continuo/in blocchi

5

1

28

6

7

341

342

elemento 8 nodi

p.ti di integrazionenodi


Abaqus Standard

GRANULAR BASE

200GRANULAR BASE

200200 CONCRETE

100 100SAND

[ mm ] SUBSOIL [ mm ]

625

625

625

EPS15

625

625

625

SAND

[ mm ]SUBSOIL SUBSOIL

1975EPS15SAND

30120 DBM 120

30 30120DBM DBM

PAV. RIG. PAV. FLEX. MATER. RIP.

2,00 m

0,878e+6 Pa 0,878e+6 Pa

19 Casi Studiati :19 Casi Studiati :

•• Materiali Materiali

•• Comportamento meccanicoComportamento meccanico

(legge di (legge di creepcreep propria propria deldel’’EPS) EPS)

•• ModalitModalitàà e posizione del caricoe posizione del carico

•• Tipo di analisi (statica, dinamica)Tipo di analisi (statica, dinamica)

22--D L.E. , 2D L.E. , 2--D N.L.E. ,3D N.L.E. ,3--D L.E.D L.E.

0,876e+6 Pa

0,876e+6 Pa

Scelta della sovrastruttura

•• Carico dCarico d’’asse di 10 tasse di 10 t

•• Impronta ellitticaImpronta ellittica

area rettangolarearea rettangolare

•• Carico di tipoCarico di tipo

--) statico) statico

--) dinamico ) dinamico

L

0.6 L

0.198 m

0.288 m

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⋅⋅−=

00

2cos5.05.0T

tptp π

LEGGE DI CARICO

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5

tempo (sec)

pres

sion

e p

(MPa

)v= 5 Km/hv= 20 Km/h


Definizione della superficie di carico

Studio 2-D Materiale Visco-Plastico

PAV. RIG.

PAV. FLEX.

Studio 3-D Materiale Elastico-Lineare

PAV. FLEX.PAV. RIG.

PAV. RIG. MAT. RIP.

PAV. FLEX.PAV. RIG.

Disposizione dei blocchi di EPS


Rilevato Sperimentale


Preparazione dei blocchi (15-25-35 kg/m3)

EPS 15valore media varianza s.q.m.

l1 1,998 1,07E-06 0,001033

l2 0,998 1,02E-06 0,001008

l3 0,626 4,97E-06 0,002229

EPS 25valore media varianza s.q.m

l1 1,998 1,27E-06 0,001129

l2 0,999 5,47E-07 0,000739

l3 0,626 4,02E-06 0,002006

valore media varianza s.q.m

l1 1,998 1,34E-06 0,001157

l2 0,998 7,92E-07 0,000890

l3 0,627 4,32E-06 0,002078

EPS 35

Controllo della geometria


Preparazione dei blocchi (15-25-35 kg/m3)

densità

media

varianza

s.q.m

EPS15 14,87 0,015 0,122

EPS25 23,88 0,070 0,265

EPS35 33,98 0,309 0,556

Controllo della densità



Scelta del sito

POLISETTE S.r.l. Sala Baganza (PR)


VIA SAN VITALE

Prog. 0.00

18,67

20,67

35,67

43,17

50,67

65,67

71,67

18,67

2,00

15,00

7,50

7,50

15,00

6,00

15 - 01

15 - 02

15 - 03

15 - 04

15 - 05

15 - 06

15 - 07

15 - 08

15 - 09

15 - 10

15 - 11

15 - 12

15 - 13

15 - 14

15 - 21

15 - 20

15 - 19

15 - 18

15 - 17

15 - 16

15 - 15

15 - 22

15 - 23

15 - 24

15 - 25

15 - 26

15 - 27

15 - 28

15 - 29

15 - 30

15 - 31

15 - 32

b locco

s trumentato

15 - 33

15 - 34

15 - 35

15 - 36

15 - 37

15 - 38

15 - 39

15 - 40

15 - 41

15 - 42

15 - 43

15 - 44

15 - 45

15 - 46

15 - 47

15 - 48

15 - 49

15 - 50

15 - 51

15 - 52

15 - 53

15 - 54

15 - 55

15 - 56

25 - 57

25 - 58

25 - 59

25 - 60

25 - 61

25 - 62

25 - 63

25 - 69

25 - 70

1

2

3(R)

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

25 - 22325 - 220

25 - 226

25 - 22925 - 232

25 - 23525 - 238

25 - 22425 - 227

25 - 23025 - 233

25 - 23625 - 239

25 - 243

25 - 240

25 - 237

25 - 234

25 - 23125 - 228

25 - 375

25 - 376

25 - 377

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

25 - 379

25 - 370

Prog. 0.00

16,00

32,00

48,00

16,00

(EPS 15 kg/m )3

16,00

(EPS 25 kg/m )3

16,00

(EPS 35 kg/m )3

SALA BAGANZA

depositostrumenti

CO

NFIN

E P

RO

PR

IETA

'

A

A

CO

NFI

NE P

RO

PR

IETA

'

8,87

80,54

CURVA 1R(m)=24,00α(grad)=22,3406Sv(m)=8,42

CURVA 2R(m)=9,60α(grad)=122,8733Sv(m)=18,53

CURVA 3R(m)=52.80α(grad)=4,214Sv(m)=3,49

tombino in PVC a sezione circo lared iametro (m) = 0,40

AREA POLISETTE


Allestimento del tratto sperimentale “Polisette”


Rilevato Sperimentale “Polisette”


Monitoraggio dei cedimenti

PUNTI BATTUTI - Abbassamenti riferiti al rilievo del 06/06/2002

-0.0100

-0.0050

0.0000

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

DIS

LIVE

LLI (

m)

10/06/2002

11/02/2004

07/06/2004


Conclusioni

- Condizioni di Impiego dell’EPS nei Rilevati Stradali

- Criteri base per il corretto dimensionamento

- Impieghi per opere permanenti e temporanee


Leggero, resistente, isolantecostruire rilevati e fondazioni con EPS

Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE

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[email protected]@unipr.it

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