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7/26/2019 Teoria della compattazione.pdf

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TEORIA DELLA COMPATTAZIONE


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Argille: Consolidamento e compattazioneSabbie: Addensamento


Vs

Vl

Vg

VsVl

Vg

Vv

V = Vg+Vl+Vs

Vv

Vv

ENERGIA


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CONSOLIDAMENTO MECCANICO DELLE TERRE:

COMPATTAZIONE SUPERFICIALE


La COMPATTAZIONE lincremento delladdensamento del terreno

attraverso la applicazione di ENERGIA MECCANICA

I TERRENI GRANULARI SONO EFFICACEMENTE COMPATTABILI CONVIBRAZIONI (ENERGIA DINAMICA)

I TERRENI FINI RICHIEDONO ALTA ENERGIA MECCANICA CONEQUIPAGGIAMENTI PARTICOLARI (SHEEPSFOOT ED ALTRI TIPI DICOMPATTATORI)


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R.R. Proctor nel 1930-1933 sviluppa il principio della compattazione inuna serie di articoli pubblicati in Engineering News-Record

Proctor stabilisce che la compattazione funzione di 4 variabili:

1. Densit secca

2. Contenuto di acqua

3. Sforzo di compattazione

4. Tipo di terra (classe, granulometria,caratteristiche fisiche, ecc.)

TEORIA DELLA COMPATTAZIONE SUPERFICIALE


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Densit secca

Rapporto tra il peso del secco e il volume totale( una grandezza che dipende dal volume e che varia al variaredella struttura che costituisce il volume)

d= Ws/Vt



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Contenuto dacqua

100(%)*

Ws

Www

100(%)*VvVwS

Grado di saturazione


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Energia di compattazione: E [J/m3]

Energia necessaria a compattare un determinato volume di terreno in

determinate condizioni di umidit.

.Pressione statica

.Impatto

.Vibrazione

TIPO E METODO DI APPLICAZIONE


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Tipo di terreno

TERRENO COESIVI:

elevata energia di compattazione

efficacia relativa

TERRENI GRANULARI:

minore energia di compattazione

elevata efficacia


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TEORIA DELLA COMPATTAZIONE SUPERFICIALE:TERRENI COESIVI

Il contenuto dacqua nei terreni coesivi riveste un ruolo molto

importante. Il diagramma di compattazione (Proctor 1933)mostra la dipendenza della densit secca massima raggiungibileper una data energia, in relazione al contenuto dacqua.

La classica curva a campana di compattazione di terrenicoesivi stata oggetto di diversi studi. AAVV hanno analizzato lacurva stabilendo che essa fonzione di diverse condizionifisiche:

.Pressione interstiziale

.Capillarit

.Pressioni osmotiche

.Permeabilit

.Resistenza a taglio

.Compressibilit wwott

dmax

d

0

Curva di saturazione

La curva di compattazione delle argille e dei limi ha andamento tipico acampana ed il ginocchio corrispondente alla massima densit secca ad

alla umidit ottimale facilmente riconoscibile.


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Qualitativamente il processo di compattazione pu essere semplicemente descritto

nel modo seguente:

In un terreno relativamente secco la compattazione deve vincere la adesione dovutaalle tensioni superficiali al confine tra aria e acqua dovute al fenomeno dellacapillarit. Leffetto che si ottiene lincremento della resistenza a taglio ma non siha un addensamento sensibile.

Aumentando il contenuto dacqua leparticelle lubrificate si assestano conla compattazione ed aumenta ladensit ma non altrettanto laresistenza a taglio.

Aumentando ancora il contenuto

dacqua aumenta lindice dei vuoticon riduzione della densit


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Non esiste un unico contenuto dacqua ottimo per il raggiungimento della massima

densit secca. Per diverse energie di compattazione si ha una umidit ottima ed unacorrispondente densit secca.

Tutti i vertici delle curve ottenibili con diverse energie di compattazione si trovanolungo la linea degli ottimi che pressoch parallela alla curva di saturazione.


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TEORIA DELLA COMPATTAZIONE SUPERFICIALE:TERRENI INCOERENTI

Nei terreni incoerenti laddensamento avviene con riduzione dei vuoti e con la

espulsione di acqua interstiziale.

La curva di compattazione dei terreni incoerenti sensibilmente diversa da quelladei terreno coesivi. Per i terreni incoerenti, infatti, si possono ottenere massimiaddensamenti sia con saturazione completa sia in condizioni di assenza di acqua.

La forma relativamente piatta della curva mostra come effettivamente si possaottenere il massimo addensamento anche in condizioni di umidit naturale delvolume da compattare.

Occorre considerare sempre ecomunque che sufficiente unapercentuale del 10-15% di materialifini per rendere il terrenoincoerente assimilabile, ai fini dellacompattazione, ai terreni coesivi e,quindi a dovere compattare ilvolume di terreno al valore ottimodella umidit per ottenere ilmassimo addensamento.


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TEORIA DELLA COMPATTAZIONE SUPERFICIALE:

CENNI SU LE CARATTERISTICHE FISICHE E MECCANICHE DEI TERRENI

COMPATTATI: TERRENI COESIVI

La compattazione comporta un addensamento dei terreni e una relativavariazione delle caratteristiche fisiche e meccaniche

La struttura del terreno compattato rappresenta un termine qualitativo perla compattazione delle argille.

Gli stati in cui si presenta la argilla sono:

Stato flocculatoStato dispersoStato casuale

Il tipo di struttura che si ottiene con la compattazione dipende dalcontenuto di acqua, dallo sforzo di compattazione, dal tipo di

compattazione


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LA COMPATTAZIONE AL SECCO DELLOTTIMO DETERMINA UNA STRUTTURAFLOCCULATA

LA COMPATTAZIONE ALLUMIDO DELLOTTIMO DETERMINA UNA STRUTTURADISPERSA FINO A STRUTTURA ORIENTATA

LA COMPATTAZIONE ESEGUITA CONPRESSIONE STATICA COMPORTA UNAMODESTA DISPERSIONE ALLUMIDO

DELLOTTIMO


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METODO DI COMPATTAZIONE

Il fattore discriminante tra un sistema e laltro consiste nella deformazioneper taglio applicato al volume di terreno da compattare.

Con i rulli statici si possono ottenere le seguenti condizioni estreme:

.Pressione statica

.Compattazione con rimescolamento

Il terreno coesivo tende a mantenere la struttura flocculata che corrispondead una condizione con energia potenziale minore. Per raggiungere laconfigurazione di struttura dispersa occorre applicare molta energia comeavviene per esempio con la applicazione per punti sotto i piedi di rullicompattatori perticolari.


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LA STRUTTURA OTTENUTA CON LA COMPATTAZIONE DETERMINA LE SEGUENTIVARIAZIONI

RITIRO: Aumento della dispersione aumento della propensione al ritiro

RIGONFIAMENTO: Aumento della dispersione diminuzione dellasuscettibilit al rigonfiamento

PERMEABILITA: Aumento della dispersione riduzione della permeabilit

SFORZI-DEFORMAZIONI: Un incremento della dispersione pu causare unaumento della deformazione ad una determinata sollecitazione, in

condizioni non drenate, ma non detto che avvenga per tutti i terreni ecomunque pi vero per compattazioni allumido dellottimo.

RESISTENZA A TAGLIO: I parametri di resistenza a taglio in termini di sforziefficaci sono poco influenzati dalla struttura.


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DA ALCUNI STUDI CONDOTTI DA AAVV

Campioni sottoposti a compressione non confinata presentano, se preparatial secco dellottimo, un comportamento fragile e sono pi resistenti deicampioni preparati allumido dellottimo.

La resistenza rimane invariata nel caso di prove non drenate ma diminuisceil comportamento fragile nei campioni preparati allumido dellottimo.

Campioni soggetti a prove consolidate e non drenate esibiscono curvesforzi-deformazioni molto simili e indipendenti dal contenuto dacqua concui sono preparati i campioni.

Da queste analisi appare come migliorativa la compattazione al seccodellottimo.

E importante notare che la resistenza di un terreno che viene saturatodopo la compattazione inferiore a prima della saturazione.


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COMPATTATI: TERRENI INCOERENTI

I TERRENI INCOERENTI SONO RELATIVAMENTE PERMEABILI ANCHE ALLO STATOCOMPATTATO

LE CARATTERISTICHE DEI TERRENI INCOERENTI NON SONO MOLTOINFLUENZATE DAL CONTENUTO DACQUA(VA CONSIDERATA COMUNQUE LA COESIONE APPARENTE COME FATTO

ECCEZIONALE).

LA CARATTERISTICA CURVA A CAMPANA RELATIVA ALLA COMPATTAZIONE DEITERRENI COESIVI NON E DEFINITA PER I TERRENI INCOERENTI O NON ESISTE.

CON UNA DETERMINATA ENERGIA SI PUO RAGGIUNGERE LA MASSIMA DENSITASIA IN CONDIZIONI DI TERRENO SECCO SIA IN CONDIZIONI DI TERRENOSATURO.


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In condizioni di terreno secco o completamente saturo non si ha ilfenomeno della capillarit che invece si pu presentare in condizioni diterreno parzialmente saturo.

La capillarit responsabile di una coesione apparentedovuta alle tensionisuperficiali. Tale coesione rende pi difficile la compattazione richiedendomaggiore energia per ottenere il massimo addensamento.Queste condizioni non sono presenti nei terreni secchi o completamentesaturi.

Nel caso dei terreni incoerenti non possibile utilizzare i diagrammi Proctor,pertanto ci si deve affidare alla nota relazione di Terzaghi.

)max

omax100(%*

ee

eeD

minr

100(%)*

)-(

)(Dr

dmindmaxd

dminddmax


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RESTANO, COME NOTO, ALCUNE DIFFICOLTA NELLA DETERMINAZIONE DELLADENSITA RELATIVA DEI TERRENI MEDIANTE PROVE DI LABORATORIO. CI SIAFFIDA A PROVE IN SITO, COME PER ESEMPIO LE PROVE SPT, LE CPT, LASISMICA.

PER DEFINIRE IL GRADO DI ADDENSAMENTO DI UNA SABBIA CI AFFIDIAMO ALLACLASSIFICAZIONE DI TERZAGHI:

SABBIA SCIOLTA: O


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I MATERIALI BEN GRADATI SONO BEN ADDENSABILI

I MATERIALI MONOGRANULARI SONO ADDENSABILI CON MINORE

EFFICACIA RISPETTO A QUELLI BEN GRADATI

0,5


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INFLUENZA DEL CRITERIO DI COMPATTAZIONE

La compattazione vibratorio risulta superiore a qualsiasi metodo

statico di applicazione della energia

La compattazione vibratorio riduce lattrito tra le particelle e permetteloro di risistemarsi in condizione di maggiore addensamento

UNA VIBRAZIONE ADEGUATA DEVE ESSERE IN GRADO DI:

Agire fino al limite inferiore dello strato di terreno da addensare con il

processo di compattazione (AMPIEZZA)

Dare il tempo ai grani di terra di potersi muovere (FREQUENZA)

(vibrazione imposta).


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FATTORI IMPORTANTI PER LA COMPATTAZIONE:

PESO STATICO DEL MEZZO

(maggiore peso, maggiore efficacia1822t)

FREQUENZA E AMPIEZZA

(Maggiore effetto con frequenze comprese tra 25 e 50 Hz

(1500 e 3000 vibr/min)

VELOCITA DEL RULLO COMPATTATORE(Velocit ottimali comprese tra 3 e 6 km/h)


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CENNI SUI METODI DI COMPATTAZIONE

Formazione di rilevati per strati

compattati


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PRESSIONE ORIZZONTALE ALLINTERNO DEL RIPORTO COMPATTATO

KoAlcuni Autori e Studiosi hanno misurato il coefficiente di spinta a riposo

durante prove di compattazione allinterno di un riporto di sabbia con

contenuto dacqua compreso tra 3% e 4%. Sono stati utilizzati rulli lisci con

peso limitato: 5,7 e 3,0 tonnellate, operanti con una frequenza compresa tra19 e 29 Hz.

Uno dei risultati pi interessanti consiste nel fatto che la tensione principale

minore (3) dipende dalla orientazione del piano di misura rispetto alla

direzione di viaggio del rullo.

IL VALORE MASSIMO DI Ko SI VERIFICA SU UN PIANO

PERPENDICOLARE AL MOVIMENTO DEL MEZZO;

IL VALORE MINORE DI Ko SU UN PIANO PARALLELO AL MOVIMENTO

DEL MEZZO


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APPLICAZIONI

Opere stradali, autostradali e ferroviarie, aeroportuali

Opere marittime e fluviali

Rilevati strutturali

Opere ambientali (discariche, bonifiche)


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MACCHINE OPERATRICI DI CANTIERE: RULLI COMPATTATORI

Rulli a tamburo metallico (pressione statica e vibratoria)

Rulli a doppio tamburo metallico (pressione statica e vibratoria)

Rulli con tamburo metallico dotato di piastre (alta pressione statica)

Rulli con ruote gommate

Piastre vibranti


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LE PROVE DI COMPATTAZIONE STANDARD IN LABORATORIO

Le prove di compattazione in laboratorio sono tentativi per

riprodurre in piccola scala leffetto della compattazione in campo

ma sono anche un valido elemento di controllo delle attivit e delle

operazioni di cantiere.

Prove di compattazione AASHO StandardProve di compattazione AASHO Modificata

Densit relativa

Bureau Reclamation Standard USA

Army Corps of Engineers USA

British standard BS 1377

German Standard Din 18127

ASTM D698ASTM D1557Norma CNR n.69-1978

PROVA CBR (in laboratorio) Norma CNR-UNI N.10009-1964

ASTM D2049


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TEORIA DELLA COMPATTAZIONE :

LE PROVE DI COMPATTAZIONE STANDARD IN CAMPO

Le prove in sito sono indispensabili per il collaudo delle opere eseguite

con particolare riferimento ai requisiti specifici che si devono ottenere.

Prova di densit in sito grado di addencamento

Prova CBR in sito consistenza, portanza

Prova di carico con piastra portanza e modulo di deformazione

Prova penetr. statica o dinamica (grado di addensamento e consistenza)

Prova con ago di Proctor (consistenza)

Prove sismiche Sasw (addensamento, consistenza - omogeneit)Prove di permeabilit (riduzione dellindice dei vuoti-permeabilit


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CONSOLIDAMENTO MECCANICO DELLE TERRE:

COMPATTAZIONE SUPERFICIALE

Cenni bibliografici di riferimento per il corso

R. Lancellotta, Elementi di Geotecnica Zanichelli Ed.

Holtz R.D., Kovacs W.D., An introduction to geotechnical engineering Prentice Hall Ed.Hegg U., Laterza G., Riporti strutturali Atti Politecnico Torino.A. Mazzuccato, Aspetti geotecnici nella progettazione e della costruzione di rilevati

stradali e ferroviari, CISM Ed.SISMG Comit ETS11, Le compatage des sols et des materiaux granularires LCPC Ed.Appunti del Corso di Strade della Universit di Ingegneria di Ferrara

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