STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE STUDIO DI

STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
STUDIO DI LABORATORIO DELLA MISCELA TERRA CALCE
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
INTERAZIONE CALCE TERRENO
L’aggiunta di calce in un terreno argilloso provoca:
1) la sostituzione degli ioni Na2
Na2+,, K
K+,, H
H+ con ioni Ca2
Ca2+ (scambio ionico);
2) innalzamento del pH che produce la solubilizzazione della silice presente nei
minerali argillosi e la sua disponibilità a reagire con gli ioni calcio formando
silicoalluminati
ili ll i ti idrati
id ti di calcio
l i stabili
t bili dotati
d t ti di forte
f t potere
t
legante
l
t (reazione
(
i
pozzolanica).
La quantità di silico-alluminati prodotti dipende dalla reattività del terreno ed
è proporzionale sia alla quantità di calce aggiunta sia al tempo di maturazione.
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
EFFETTI DELLA STABILIZZAZIONE A CALCE
L’AGGIUNTA DI CALCE NEL TERRENO PRODUCE:
• la flocculazione e l’agglomerazione delle particelle argillose (< 2.0 μm)
modificandone sostanzialmente la distribuzione granulometrica.
•un aumento del campo nel quale il terreno presenta un comportamento
solido;
lid ((“inertizzazione
i ti
i
d
dell tterreno”).
)
•un aumento del contenuto in acqua ottimale, in una diminuzione del peso
di volume del terreno secco
•un
n incremento della resisten
resistenza
a CBR e una
na diminuzione
dimin ione dell’indice di
rigonfiamento.
•cambiamenti nella curva sforzo-deformazione, incrementi sensibili di
resistenza al taglio e una riduzione della deformazione a rottura (aumento
del modulo di deformazione)
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
CRITERI DI ACCETTABILITA’ TENNENO NATURALE
•Una terra affinchè risulti adatta alla stabilizzazione a calce , deve essere di tipo limo-argilloso e
deve avere un idice di plasticità superiore a 10 (tipo A6 ed A7 CNR UNI 10006).
•Posso essere stabilizzate anche terreni giaioso-argillosi purchè presentino una frazione passante
al setaccio 0.4 UNI non inferiore a 35% (fig. 1).
•Non
N
d
dovranno
presentare
t
un contenuto di sostanza
organica superiore al 2%.
•Non dovranno avere un
contenuto
di
solfati
superiore all’1%.
Fig.1
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
FASI PROGETTUALI
1.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO TAL QUALE
2.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO A DIVERSO CONTENUTO DI
CALCE E ACQUA
3.
VARIAVILITA’ NEL TEMPO DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO STABILIZZATO A
CALCE
4.
DEFINIZIONE E STUDIO DELLA RICETTA OTTIMALE
5.
PROVE DI CONTROLLO
Lo studio verrà eseguto su 5 campioni alle seguenti percentuali di calce
Contenuo in
Calce
N° Campioni
1.50%
2.00%
2.50%
3.00%
4.00%
5.00%
Tot
Campioni
5
5
5
5
5
5
30
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
1.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO TAL
QUALE
2.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO A
DIVERSO CONTENUTO DI CALCE E ACQUA
3.
VARIAVILITA’ NEL TEMPO DELLE CARATTERISTICHE DEL
TERRENO STABILIZZATO A CALCE
4.
DEFINIZIONE E STUDIO DELLA RICETTA OTTIMALE
5.
PROVE DI CONTROLLO
1.
FASI PROGETTUALI
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO TAL QUALE
¾Analisi granulometrica
¾Contenuto naturale d’acqua
¾Determinazione del peso specifico dei grani
¾Contenuto di sostanze organiche
¾Contenuto in sofati
¾Determinazione dei limiti di Atterberg ed indice di plasticità
¾Classificazione CNR UNI 10006
¾Determinazione del contenuto ottimale di acqua
¾Determinazione del indice CBR
¾Determinazione della resistenza a compressione (ELL)
¾Determinazione della resistenza a taglio (Talio diretto CD)
¾Determinazione delle resistenza a taglio non drenata (CIU)
¾Determinazione dei parametri di defotmazione (IL)
¾Determinazione del rigonfiamento e della pressione di rigonfiamento
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
1.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO TAL
QUALE
2.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO A
DIVERSO CONTENUTO DI CALCE E ACQUA
3.
VARIAVILITA’ NEL TEMPO DELLE CARATTERISTICHE DEL
TERRENO STABILIZZATO A CALCE
4.
DEFINIZIONE E STUDIO DELLA RICETTA OTTIMALE
5.
PROVE DI CONTROLLO
2.
FASI PROGETTUALI
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO A DIVERSO
CONTENUTO DI CALCE E ACQUA
¾Analisi granulometrica
g
¾Determinazione del contenuto ottimale di acqua
¾Determinazione dei limiti di Atterberg ed indice di plasticità
¾Determinazione del indice CBR
¾Determinazione della resistenza a compressione (ELL)
¾Determinazione della resistenza a taglio (Taglio diretto CD)
¾Determinazione delle resistenza a taglio non drenata (CIU)
¾Determinazione dei parametri di deformazione (IL)
¾Determinazione del rigonfiamento e della pressione di rigonfiamento
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
1.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO TAL
QUALE
2.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO A
DIVERSO CONTENUTO DI CALCE E ACQUA
3.
VARIAVILITA’ NEL TEMPO DELLE CARATTERISTICHE DEL
TERRENO STABILIZZATO A CALCE
4.
DEFINIZIONE E STUDIO RICETTA OTTIMALE
5.
PROVE DI CONTROLLO
3.
FASI PROGETTUALI
VARIAVILITA’ DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO STABILIZZATO A CALCE NEL TEMPO
Contenuo in Calce
1.50%
2.00%
2.50%
3.00%
4.00%
5.00%
Giorni stagionatura
Tipologia prove
0
1
2
3
4
5
6
7
Proctor Modoficata
X
Limiti di Atterberg
11
28
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Analisi granulometrica
X
X
X
X
X
X
X
X
X
CBR a 7 gg
X
X
CBR a 7 gg e 4 di imbibizione
i bibi i
e misura
i
ddell rigonfiamento
i fi
t
X
ELL (w naturale ed ottimale)
X
X
X
Talio diretto CD (w naturale ed ottimale)
X
X
X
Triassiale CIU (w naturale ed ottimale)
X
X
X
Porva Edometrica IL (w naturale ed ottimale)
X
X
X
Prova di rigonfiamento in edometro (w naturale ed ottimale)
X
X
X
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
1.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO TAL
QUALE
2.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO A
DIVERSO CONTENUTO DI CALCE E ACQUA
3.
VARIAVILITA’ NEL TEMPO DELLE CARATTERISTICHE DEL
TERRENO STABILIZZATO A CALCE
4.
DEFINIZIONE E STUDIO RICETTA OTTIMALE
5.
PROVE DI CONTROLLO
4.
FASI PROGETTUALI
DEFINIZIONE DELLA RICETTA OTTIMALE
Definite le caratteristiche fisico meccaniche del terreno stabilizzato ai vari
contenuti di calce ed acqua, e difinito la loro variabilità nel tempo si può
desumere la ricetta ottimale della miscela terreno-calce-acqua
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
1.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO TAL
QUALE
2.
DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRENO A
DIVERSO CONTENUTO DI CALCE E ACQUA
3.
VARIAVILITA’ NEL TEMPO DELLE CARATTERISTICHE DEL
TERRENO STABILIZZATO A CALCE
4.
DEFINIZIONE E STUDIO RICETTA OTTIMALE
5.
PROVE DI CONTROLLO
5.
FASI PROGETTUALI
PROVE DI CONTROLLO
Si possono effettuare prove in corso d’opre quali:
•Densità in sito
•Prova di carico su piastra
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
120
100
Va a o e de
Variazione
dei limiti
t d
di Atterberg
tte be g in funzione
u o e
dei giorni di stagionatura
60
40
Terreno naturale
20
lim iti di atterberg
1 gg stagionatura
7 gg stagionatura
60
28 gg stagionatura
0
100,000
LL
10,000
1,000
0,100
0,010
50
0,001
LP
IP
diam etro ((m m )
40
Variazione della granulometria in funzione
dei giorni di stagionatura
w (%)
Passa
ante (%)
80
30
20
10
0
0
2
4
6
Giorni
8
10
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
400
Tension
ne di Compressione, k
kPa
350
Variazione
V
i i
delle
d ll caratteristiche
i i h meccaniche
i h
in funzione della % di Calce
300
250
200
150
0 800
0,800
100
1.50%Calce
1.50% Calce
2.50%Calce
50
2.00% Calce
2.00%Calce
0,750
2.50% Calce
0
0
1
2
3
4
5
6
7
0,700
Deformazione Assiale, %
200
y= 0,5808x + 51,302
y= 0,5739x + 62,568
0,650
sforzo di ttaglio (kN/m2)
180
160
e
0,600
140
120
0,550
100
80
1.50%Calce
60
2.00%Calce
40
2.50%Calce
20
0
0,00
0,500
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
0,450
0,400
10
y= 0,5595x + 46,219
sforzonormale (kN/m2)
100
1000
2
σ (kN/m )
10000
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
C B R /% C A L C E /% A C Q U A
S T A G IO N A T U R A 7 g g
Variazione del contenuto d’acqua ottimale e
dell’indice CBR in funzione della % di Calce
3 5 0 ,0 0 %
3 0 0 ,0 0 %
2 5 0 ,0 0 %
2 0 0 ,0 0 %
15 0 ,0 0 %
18,00
10 0 ,0 0 %
1 . 5 0 % c a lc e
2 . 0 0 % c a lc e
5 0 ,0 0 %
17,50
2 . 5 0 % c a lc e
0 ,0 0 %
0 ,0 0
5 ,0 0
10 ,0 0
17,00
15 ,0 0
w
2 0 ,0 0
2 5 ,0 0
3 0 ,0 0
( %)
C B R /% C A L C E /% A C Q U A
S T A G I O N A T U R A 7 g g -I M B I B I Z I O N E 4 g g
16,50
300,00%
16,00
250,00%
15,50
200,00%
1,50% calce
2.00% calce
15,00
150,00%
2,50% calce
opt
14,50
100,00%
Poli. (opt)
1 . 5 0 % c a lc e
50,00%
2 . 0 0 % c a lc e
14,00
0,00
2 . 5 0 % c a lc e
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,00%
0
5
10
15
w ( %)
20
25
30
STABILIZZAZIONE DELLE TERRE A CALCE
POSSIBILI SVILUPPI NELLO STUDIO DEI STABILIZZATI A CALCE
L’impiego pluriennale nell’ambito delle terre stabilizzate a calce, ha permesso di definire una metodologia progettuale ed una tecnica
esecutiva basate sul controllo empirico delle prestazioni meccaniche delle miscele. Le procedure sono basate su prove empiriche
quali la prova CBR e la prova di compressione ad espansione laterale libera.
In Italia la norma C.N.R. n° 36/73 prevede come prova di accettazione solamente la CBR ed è richiesta anche la prova ELL se la
stabilizzazione è eseguita su terre reattive.
reattive
Le due prove, con una misura convenzionale della resistenza meccanica, permettono di valutare il comportamento in esercizio delle
miscele: ovviamente il metodo non considera l’effetto dinamico dei carichi che impegnano l’infrastruttura viaria.
In analogia con quanto attualmente viene fatto con i materiali utilizzati nelle pavimentazioni flessibili sarebbe opportuno eseguire il
mix design delle miscele terracalce con uno studio sul comportamento del materiale sotto l’azione di carichi dinamici, in modo da
scegliere
li
l percentuale
la
t l di legante
l
t anche
h in
i funzione
f i
d ll condizioni
delle
di i i previste
i t in
i esercizio
i i e non solo
l in
i base
b
all criterio
it i della
d ll minima
i i
spesa.
Si propone una metodologia di prova per l’accettazione delle miscele basata sul comportamento deformativo delle miscele stesse
sotto l’azione dicarichi dinamici.
Il protocollo si basa su una prova di creep dinamico, in grado valutare il comportamento deformativo ed in particolare la tendenza
all’accumulo delle deformazioni permanenti delle miscele terra-calce (A. Montepara & G. Tebaldi, Una nuova metodologia di
prova per l’impiego di terre stabilizzate nel corpo stradale –2000; G. Cerni, Deformabilità delle miscele terra-1997)
Si propone inoltre lo studio della propagazione degli ultrasuoni nelle terre miscelate con calce al fine di determinare delle leggi
empiriche che correlano la misura non distruttiva della velocità,
velocità che può essere effettuata più volte sullo stesso campione,
campione
con le caratteristiche delle terre stabilizzate con calce. Tale risultato risulta fondamentale perché i tempi di reazione della calce
conl’argilla, dai quali dipendono le stesse caratteristiche meccaniche del terreno trattato, non sono noti a priori in quanto fortemente
dipendenti dai diversi minerali argillosi presenti nel terreno.
Ben più utile e di carattere pratico sarebbe il risultato ottenuto correlando i valori di velocità con i parametri meccanici a rottura dei
provini.
i i In
I particolare
ti l
sono state
t t trovate
t
t relazioni
l i i non lineari,
li
i analoghe
l h a quella
ll dei
d i calcestruzzi,
l t
i capacii di fornire
f i i valori
l i di
resistenza e dimodulo, noti i valori di velocità, tenendo conto anche del contenuto in acqua (G.Cerni, Stabilizzazione dei terreni con
calce: studio delle poprietà e delle prestazioni mediante l’impiego degli ultrasuoni-2001)