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
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Il Polistirene Espanso Sinterizzato (EPS)
Materiale plastico derivato dal petrolio Processo di produzione: pre-espansione, maturazione, stampaggio Le principali caratteristiche: leggerezza, struttura rigida, tenacità, bassa conduttività termica, interamente riciclabile Normativa sull’EPS: la norma UNI 7819-1988
COSTRUZIONI STRADALI ?
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Problema 1. Carenza di materiali idonei alle costruzioni stradali Stabilizzazione (granulometrica o con leganti idraulici) Riciclaggio (prodotti da demolizione pre-processati) Materiali innovativi?
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Problema 2. Terreni a bassa portanza Bonifiche Pre-consolidazione Materiali Leggeri? Bassa Padana Fiumicino
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Problema 3. Vincoli geometrici, versanti instabili Grandi rilevati (pendenze, espropri,) Movimenti franosi (frane profonde, superficiali e spondali) Materiali ad elevata stabilitĂ ?
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Problema 4. Viabilità d’emergenza, Protezione Civile Post-Emergenza Viabilità di cantiere (piste temporanee, deviazioni di tracciato) Materiali facilmente movimentabili e riutilizzabili?
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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
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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
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ProprietĂ Fisiche principali Caratterizzazione Chimica (EPS autoestinguente) Caratterizzazione Meccanica
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Resistenza a compressione e legame costitutivo [Kg/m3] [N/mm2] [N/mm2]
Densità σc (ε = 1%) σc (ε = 10%)
15 0.04 --
20 0.05 --
30 0.10 0.21
34 0.13 0.26
38 0.13 0.29
41 0.16 0.33
σv [N/mm2] 0.26
0.25 0.22
0.15
1.0
2.5
5.9
ε [%]
43 0.16 0.33
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Resistenza a compressione e legame costitutivo Prova di carico su cilindri di EPS15
Prova di carico su cilindri di EPS35
100 90
4 mm/min
70 60 50 40
EPS 15
30
tensioni (kPa)
tensioni (kPa)
80
20 10 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
4 mm/min
EPS 35
0
1
2
3
4
deformazioni (%)
6
7
8
9
10
11
Prova di carico su cubetti di EPS15
Prova di carico su cilindri di EPS25 100
150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
90
4 mm/min
EPS 25
80 tensioni (kPa)
tensioni (kPa)
5
deformazioni (%)
2/4/6 mm/min
70 60
2 mm/min 4 mm/min 6 mm/min
50 40 30
EPS 15
20 10 0 0
1
2
3
4
5
6
7
deformazioni (%)
8
9
10
11
0
1
2
3
4
5
6
7
deformazioni (%)
8
9
10
11
Prova di creep a 20 e 40 kPa
2
5,0 4,5
Prove di Creep Statico
deformazione (%)
4,0
EPS 15
3,5 3,0
20 kPa
2,5
40 kPa
2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0
5
10
15
20
25
30
tempo (ore)
⎛ σ ⎞ 0 ,66 ⎛ σ ⎞ ⎟⋅t ⎟ + 0,0037 ⋅ sinh ⎜ , , 16 23 66 84 ⎠ ⎝ ⎠ ⎝
ε = 0,0016 ⋅ sinh ⎜
Prova di creep a 20 e 40 kPa
0,4 y = 0,6837x - 0,6639
Findley Equation Horvarth (1998)
EPS 15
deformazione (log %)
0,2 0,0 -0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
-0,4 y = 0,6345x - 1,4915 -0,6 -0,8 -1,0 -1,2 -1,4 tempo (log ore)
1,4
Prova di creep a e 60 kPa e 90 kPa
60
1,0 0,9
EPS 35
deformazione (%)
Prove di Creep Statico
0,8 0,7 0,6
60 kPa
0,5
90 kPa
0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0
5
10
15
20
25
30
tempo (ore)
⎛ σ ⎞ ⎛ σ ⎞ 0,243 ⎟ + 0,0001⋅ sinh ⎜ ⎟⋅t ⎝ 41,28 ⎠ ⎝ 40,82 ⎠
ε = 0,0015⋅ sinh ⎜
Prova di creep a 60 e 90 kPa 0
EPS 35
deformazione (log %)
-0,2 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
-0,4 -0,6 -0,8 -1
y = 0,2655x - 1,3091
-1,2 -1,4
y = 0,2199x - 1,8837
-1,6 -1,8 -2 tempo (log ore)
1,2
1,4
Prova di creep dinamico (60 kPa)sinwt 0,4
deformazioni (%)
0,35
Prove di Creep Dinamico
0,3 0,25 0,2
EPS 35
0,15 0,1 0,05
EPS 35
lettura a 6 minuti lettura a 12 minuti
lettura a 3 minuti lettura a 9 minuti
0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
tempo (sec)
Confronto creep statico/dinamico 0,35
deformazioni (%)
0,3 0,25 0,2
Inviluppo inferiore inviluppo superiore
0,15
creep statico 0,1 0,05 0 0
10000
20000
30000
tempo (sec)
40000
50000
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Analisi FEM per lo studio del corpo stradale e delle pavimentazioni ABAQUS/Standard -> visco-plasticitĂ del materiale, carichi dinamici, effetti distorsioni termiche
CLS
USURA
BITUME RIPORTO
EPS
SOTTOSUOLO
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Abaqus Standard elemento 8 nodi 8 5
7
6
1
4
1
2
4
3
3
2 nodi
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
PAV. RIG.
• Comportamento meccanico
30 120 200
DBM CONCRETE
625
(legge di creep propria del’EPS) • Modalità e posizione del carico • Tipo di analisi (statica, dinamica)
625
PAV. FLEX. 30 120 200
DBM GRANULAR BASE
MATER. RIP. 30 120 200
EPS15
625
625
EPS15
1975
SAND
[ mm ]
SUBSOIL
625
100
SAND
100
SAND
[ mm ]
SUBSOIL
[ mm ]
SUBSOIL
0 ,876e+ 6 Pa
0,878e+6 Pa 2,00 m
GRANULAR BASE
625
2-D L.E. , 2-D N.L.E. ,3-D L.E.
0,878e+6 Pa
DBM
0 ,876e+ 6 Pa
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Definizione della superficie di carico
0.6 L
L
• Carico d’asse di 10 t
0.198 m
• Impronta ellittica
0.288 m
area rettangolare
LEGGE DI CARICO
-) statico -) dinamico
⎡ ⎛ 2 ⋅ π ⋅ t ⎞⎤ ⎟⎟⎥ p (t ) = p 0 ⎢0.5 − 0.5 cos⎜⎜ ⎝ T0 ⎠⎦ ⎣
pressione p (MPa)
• Carico di tipo
1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
v= 5 Km/h v= 20 Km/h
0
0,5
1
1,5 tempo (sec)
2
2,5
Studio 2-D Materiale Visco-Plastico
PAV. RIG. PAV. FLEX.
Studio 3-D Materiale Elastico-Lineare
PAV. RIG.
PAV. RIG.
PAV. FLEX.
MAT. RIP.
PAV. RIG.
PAV. FLEX.
Disposizione dei blocchi di EPS
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Rilevato Sperimentale
Rilevato Sperimentale Preparazione dei blocchi (15-25-35 kg/m3) EPS 15 valore
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
valore
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 25
EPS 35
Controllo della geometria
Rilevato Sperimentale Preparazione dei blocchi (15-25-35 kg/m3)
densitĂ EPS15 EPS25 EPS35
media
varianza
s.q.m
14,87
0,015
0,122
23,88
0,070
0,265
33,98
0,309
0,556
Controllo della densitĂ Bologna 14 Ottobre 2004 - SAIE
Rilevato Sperimentale Scelta del sito
POLISETTE S.r.l. Sala Baganza (PR)
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VIA SAN VITALE SALA BAGANZA
CURV A 3 R(m)=52 .80 α (gra d)=4,214 S v(m)=3 ,49
CURV A 2 R(m)=9,60
α(grad )=12 2,8733 S v(m)=1 8,53
A
CURV A 1 R(m)=24 ,00 α( g rad)=2 2,3406 S v(m)=8 ,42
AREA POLISETTE
tomb ino in PV C a sezione circo lare d ia me tro (m) = 0,40 26 ,00 48
16
,00 g/m k 35
3)
20
24 ,54 80
PS (E
23
21
25 ,67 71
,00 32
8,8
7
22 17 ,67 65
,00 g/m ) k 25
25
25
14 25
25
,00 16
3 - 38
25
35 8 - 38
25
3 - 39
35
4 - 39
9 - 38
,00 15
4 - 38
19
9 - 37
,67 50
25 - 24 0
7 - 23
TA'
25
3 - 24
16
0 7,5 ,17 43
INE PR OPRIE
8 - 37
18
7 - 38
25
CONF
25
25
25
8 - 22 - 70
- 63
- 56
13
0 7,5 ,67 35
4
25
) 3 (R
9 - 23
,67 18 A
25
,67 18
2
0 2,0
25
,67 20
1
25
- 49
- 42
- 35
- 28
- 21
,00 15
10
- 69
25
1 - 23
- 14
- 07
7
15
25
15
- 13
15
- 27
25
- 55
7 - 37
6 - 38
2 - 38
4 - 23
15 - 20
25
15
15
15
- 06
1 - 19
25 - 62
25 1 - 38
25
15
3 - 23
15
15
15
- 05
- 18
- 12
15
- 61
25
6 - 23
15
15
25
- 11
1 - 34
25
15
- 48
- 60
- 54
15
- 47
15
41 5-
4 - 22
15
15
- 10
15
9 - 04
- 40
25
15
15
26 5-
15
25
- 03
- 25
15
- 39
15
7 - 22
15
6
15
- 02
15
- 17
15
25
53 5-
- 46
25
15
15
- 09
1 - 31 - 32 1 5 cco to ta b lo men s tru - 33 15
- 24
1
- 59
12
52
6 - 37
25
0 - 23
15
- 01
- 30
15
- 23
15
- 16
- 45
25
15
15
15
15
15
38 5-
9 - 22
1
5
15
- 22
- 15
08 5-
15
- 37
- 58
25
- 51
0 - 38
25
5 - 23
2 - 23
0 0.0 g. P ro
15
15
8
15
- 29
0 - 22
15
15
- 36
25
15 - 44
25
15
- 57
- 50
- 43
3 - 22
25
15
15
25
8 - 23
25 25 25
3)
25
,00 g/m k 15
6 - 22
PS
11
25
16 (E
25
0 - 37
5 - 37
0 6,0
5 - 38
d epo sito strumen ti
CONFINE PROPRIETA'
3
16 PS (E
P ro g. 0.0 0
Rilevato Sperimentale Allestimento del tratto sperimentale “Polisette�
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Rilevato Sperimentale
Rilevato Sperimentale “Polisette�
Rilevato Sperimentale Monitoraggio dei cedimenti PUNTI BATTUTI - Abbassamenti riferiti al rilievo del 06/06/2002
DISLIVELLI (m)
0.0000
-0.0050
10/06/2002 11/02/2004 07/06/2004 -0.0100 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
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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
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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