miglioramento dei terreni -...

01/10/2013

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Corso di GEOTECNICA Docente: Giovanni Vannucchi

Miglioramento dei terreni 1

In alcune applicazioni ingegneristiche, può manifestarsi talvolta la necessitàdi migliorare le caratteristiche del terreno, sia nelle sue condizioni naturaliin sito, sia quando esso è impiegato come materiale da costruzione (peresempio per dighe, rilevati, terrapieni, ecc..).

MIGLIORAMENTO DEI TERRENI

Le tecniche di miglioramento possono essere di vario tipo:

tecniche di tipo meccanico tecniche di tipo chimico tecniche basate sull’induzione di fenomeni di natura termica o elettrica

(che vengono utilizzate soprattutto in maniera provvisoria) tecniche di drenaggio tecniche di sostituzione (parziale o totale del

terreno) tecniche di precarico


Miglioramento dei terreni

2VibroflottazioneCompattazione dinamica

consistono nel trasferire al terreno, secondo differenti modalità, energia meccanica in modo da modificarne la struttura ed aumentarne la densità e la resistenza meccanica (preferibili per miglioramento del terreno come materiale da costruzione e per terreno in sito prima della realizzazione dell’opera.

Tecniche di tipo meccanico

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Miglioramento dei terreni 3

consistono nel immettere, lentamente e a pressione, una miscela di cemento+acqua+sabbia in terreni granulari per modificarne la struttura ed incrementarne la densità (adatte per edifici esistenti).

consistono nell’installazione di dreni in ghiaia o sabbia (verticali) o realizzati in materiale geosintetico (anche sub‐verticali o orizzontali) per migliorare le condizioni di drenaggio del terreno e quindi aumentarne la stabilità.

Tecniche di drenaggio

consistono nel sovraccaricare temporaneamente il terreno prima della realizzazione dell’opera in modo da esaurire preliminarmente un’aliquota dei cedimenti.

Tecniche di precarico

Tecniche di tipo chimico


Costipamento 4

COSTIPAMENTO

Tra i metodi di tipo meccanico riveste particolare importanza il costipamento.

Def. Il costipamento consiste nell’aumentare artificialmente la densità del terreno, impiegato come materiale per la costruzione di rilevati stradali e ferroviari, argini, dighe in terra, ecc.., attraverso l’applicazione di energia meccanica.

L’obiettivo del costipamento è il miglioramento delle caratteristiche meccaniche del terreno, che comporta, in generale, i seguenti vantaggi:

riduzione della compressibilità (e quindi dei cedimenti),

incremento della resistenza (e quindi della stabilità e della capacità portante),

riduzione degli effetti che possono essere prodotti dal gelo, da fenomenidi imbibizione o di ritiro (legati alla quantità di vuoti presenti).

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Costipamento 5

TECNICHE DI COSTIPAMENTO

In sito possono essere usate diverse tecniche di costipamento, in relazione alla natura del terreno da porre in opera ed eventualmente alla tipologia dei mezzi di cantiere disponibili.

In laboratorio queste possono essere riprodotte attraverso differenti tipi di prova nelle quali il terreno viene disposto in un recipiente metallico di forma cilindrica, a strati successivi, che vengono via via compattati.

L’obiettivo delle prove di laboratorio è quello di determinare il valore massimo della densità secca ottenibile con la tecnica adottata:

g,maxd

max.d

che è funzione:

del tipo di terreno (granulometria, composizione mineralogica, ecc.), del contenuto d’acqua, w, della tecnica di costipamento dell’energia di costipamento.

E che viene poi confrontata con quella effettivamente ottenuta in sito per determinare l’efficienza della compattazione:

100e,maxd

sito,d

c


Costipamento 6

TECNICHE DI COSTIPAMENTO IN LABORATORIO

In particolare, esistono quattro differenti tecniche di costipamento e quindi di tipidi prova:

prove statiche, in cui il terreno è sottoposto ad una pressione costante per uncerto periodo di tempo mediante un pistone con area uguale a quella delrecipiente;

prove kneading, nelle quali il terreno è sottoposto a intervalli regolari ad unacompressione mediante un pistone che trasmette una pressione nota;

prove per vibrazione, in cui il recipiente in cui è contenuto il terreno viene fattovibrare con appositi macchinari;

prove dinamiche o di urto, nelle quali il terreno è compattato con un pestellomeccanico a caduta libera;

Terreni a

gran

a grossa

Terreni a

gran

a fine

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Costipamento 7

Collare rimovibile

Cilindro metallico

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Guida Pestello

PROVE PROCTOR

Le PROVE PROCTOR rientrano tra le prove dinamiche.

L’attrezzatura è costituita da:Attrezzatura

un pestello che si muove all’interno di una guida

un cilindro dotato di un collare removibile


Costipamento 8

La procedura di prova si articola nelle seguenti fasi:

Procedura operativa

i. il terreno viene preventivamente essiccato e bagnato e posto all’interno del cilindro e disposto secondo uno strato;

ii. viene applicato con il pestello un numero prefissato di colpi in una posizione prestabilita;

iii. l’operazione viene ripetuta per un certo numero di strati fino a riempire il cilindro poco al di sopra dell’attaccatura col collare ;

iv. viene rimosso il collare, livellato il terreno in sommità, pesato il tutto (P) e determinato il contenuto d’acqua (w), prelevando una porzione di terreno dal cilindro.

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Costipamento 9


Costipamento 10

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Costipamento 11


Costipamento 12

Misurati:

Interpretazione delle misure

P, w

Noto: V si determina V

P

)w1(wP

P

V

P

V

P

V

PP

V

Pddd

S

SWSWS

w1d

Dimensioni del cilindro

Dimensioni del pestello Tipo di

prova Ø

[cm]

H

[cm]

V

[cm3]

Ø

[mm]

Peso

[kg]

Numero degli strati

Numero colpi per

strato

Altezza caduta

pestello [cm]

Energia di costipamento

[kg cm/cm3]

Standard

AASHO 10.16 11.7 945 50.8 2.5 3 25 30.5 6.05

Modificata

AASHO 10.16 11.7 945 50.8 4.54 5 25 45.7 27.5

N.B. Le dimensioni del cilindro e il peso del pestello, così come la procedura di provasono standardizzate a seconda del tipo di prova (standard o modificata)

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Costipamento 13

Supponiamo di eseguire la prova Proctor (quindi di impiegare la stessa tecnica di compattazione e la stessa quantità di energia) su alcuni campioni dello stesso terreno (5 o 6) aventi diversi contenuti d’acqua.

CURVA DI COSTIPAMENTO

Maximum

w [%]

3d

[kN/m ]

Saturazione 100%

90%

Optimum

Se, per ciascun campione, riportiamo in un grafico il valore di d (o d) ottenuto al termine della prova in funzione del corrispondente valore di w, e uniamo i vari punti, otteniamo una curva, detta “curva di costipamento”

N.B. L’andamento della curva, ilmaximum e l’optimum variano alvariare della tecnica o dell’energiadi compattazione


Costipamento 14

w [%]

Saturazione 100%

90%

Linea dei puntidi optimum

Energiacrescente

3

d[kN/m ]

Se per uno stesso tipo di terreno si utilizza la stessa tecnica di costipamento variando l’energia si ottiene una famiglia di curve con andamento simile

al crescere dell’energia aumenta la densità secca massima e diminuisce il contenuto d’acqua optimum;

con contenuti d’acqua superiori all’optimum le diverse curve tendono a confondersi in un’unica linea (curva di saturazione)

per contenuti d’acqua bassi un aumento dell’energia di costipamento risulta più efficace in quanto riesce ad incrementare la densità secca (cosa che può non accadere per valori elevati di w, prossimi alla saturazione).

È possibile tracciare curve corrispondenti a differenti gradi di saturazione, parallele alla curva di saturazione, di equazione:

W

Sr

rSd

wS

S

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Costipamento 15

A parità di energia di costipamento, le curve che si ottengono per differenti tipi di terreno sono molto diverse tra loro:

la variazione del contenuto d’acqua influenza la densità secca più per certi tipi di terreno (1, 2 e3) e meno per altri

terreni in cui prevale la frazione fineraggiungono valori di densità secca più bassi

le sabbie ben assortite presentano valori della densità secca più elevati di quelle più uniformi e gli effetti del costipamento sono molto più marcati

per i terreni argillosi il maximum decresce all’aumentare della plasticità

contenuto d’acqua, w [%]

linea disaturazione

1

2

3

4

5

01.4

dens

ità

secc

a,

[M

g/m

] d

3

1.6

1.8

2.0

2.2

10 20 30

1. Sabbia ben assortita con ghiaia e limo2. Miscela di ghiaia, sabbia, limo e argilla3. Argilla sabbiosa4. Sabbia fine uniforme5. Argilla molto plastica


Costipamento 16

Per il costipamento dei terreni in sito possono essere impiegate attrezzature diverse in relazione alle caratteristiche e al tipo di terreno e all’energia richiesta per il costipamento.

COSTIPAMENTO IN SITO

Le tecniche impiegate possono trasmettere al terreno azioni meccaniche:

di tipo statico (di compressione e/o di taglio),

di tipo dinamico (di urto o vibrazione).

In base al prevalere di uno dei due tipi di azioni le attrezzature per il costipamento si suddividono in due classi costituite rispettivamente dai:

mezzi prevalentemente statici (terreni a grana fine)mezzi prevalentemente dinamici (terreni a grana grossa)

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Nei mezzi prevalentemente statici sono compresi:

i rulli lisci, che compattano per compressione e limitatamente alla parte più superficiale di terreno (2t < peso < 20 t; pressioni trasmesse dell’ordine di 30100 kg/cm su una striscia di un centimetro di generatrice).

i rulli gommati, che sono costituiti da un cassone trasportato da ruote gommate e compattano sia con azione di compressione che di taglio per mezzo dei pneumatici (rispetto ai rulli lisci agiscono più in profondità).

i rulli a punte , che sono dotati di protrusioni di varia forma o di segmenti mobili che esercitano nel terreno un’azione di punzonamento e di taglio. La loro azione è limitata alla parte più superficiale di terreno.

Rullo a punteusato per terreni a grana fine


Costipamento 18

Nei mezzi prevalentemente dinamici sono compresi:

i rulli lisci vibranti, che sono analoghi a quelli lisci, ma sono dotati di pesi eccentrici che generano forze verticali di tipo sinusoidale che mettono in vibrazione il terreno (sono poco efficaci in superficie)

le piastre vibranti, che sono formate da una piastra di acciaio sulla quale è posto un motore e una serie di masse eccentriche che generano un moto sinusoidale verticale in grado di sollevare, spostare e far ricadere la piastra

le piastre battenti, che consistono in una massa che viene ritmicamente sollevata e lasciata ricadere sul terreno (vengono usate soprattutto per costipare aree di dimensioni ridotte quando non possono essere utilizzati altre tecniche di costipamento)

Rullo liscio vibranteusato per terreni a grana grossa

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Costipamento 19

In sito il costipamento viene eseguito disponendo il terreno a strati successivi di qualche decina di centimetri.

Procedura operativa

La scelta dello spessore e della quantità di energia (numero di passaggi con i rulli o di battute con le piastre) dipende dalle caratteristiche del materiale da compattare:

per i materiali a grana fine (A‐4, A‐5, A‐6, A‐7 della classificazione HRB) e per i materiali a grana grossa con percentuale elevata di fine (A‐2) tale scelta è molto legata al valore del contenuto d’acqua;

per i materiali a grana grossa (A‐1, A‐3) la compattazione è generalmente poco condizionata dal contenuto d’acqua.

L’efficienza di compattazione: 100e,maxd

sito,d

c

deve essere pari ad almeno 85÷90%

da prove Proctor,Proctor modificate


Costipamento 20

Foglio di polietilene per terren i granulari

b)

Per determinare la densità secca (o il peso di volume del secco) in sito, il procedimento è articolato nelle seguenti fasi:

iii. viene determinato il peso di volume totale:V

P

w1d

Per determinare V si adottano in genere due metodi:

cono

a)

valvolapiastra con fo ro

sabbia di carat teristiche note

il metodo della sabbia tarata il metodo dell’olio o dell’acqua

i. viene scavata una porzione di terreno e determinato il peso P e il contenuto d’acqua w;

ii. viene misurato il volume di terreno scavato, V;

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