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La tecnica della stabilizzazione a calce dei terreni – seconda parte

L’importanza di un’accurata valutazione delle caratteristiche granulometriche dei terreni da trattare per una tecnica sempre più largamente utilizzata e ambientalmente “sostenibile”: uno studio sperimentale sull’applicabilità

sfondo cal

Per la foto di sfondo, photo credit: www.ecovie.it

La prima parte dell’articolo, proposta su “S&A” n° 142 Luglio/Agosto 2020, è online su https://www.stradeeautostrade.it/tecnologie-e-sistemi/la-tecnica-della-stabilizzazione-a-calce-dei-terreni-prima-parte/.

La determinazione dei limiti di Atterberg

I limiti di Atterberg (Figure 1A e 1B) sono stati determinati per i campioni A e C (il campione B non presentava i requisiti di dimensione delle particelle necessari per la determinazione dei limiti), sia in condizioni naturali che con l’aggiunta del 2% di calce (Figure 2A e 2B).

I valori determinati dei limiti di Atterberg (WL, WP), dell’indice di plasticità (PI) e dell’indice di attività (A) sono riportati in Figura 3.

È stata osservata una diminuzione dell’indice di plasticità tra i campioni naturali e quelli miscelati con calce, maggiormente marcata per il campione C.

  • Campioni
    1A cal
    1A. La determinazione del limite liquido
  • Angolo di attrito
    1B cal
    1B. La determinazione del limite plastico
  • Atterberg
    2A cal
    2A. La determinazione del limite liquido per il campione A
  • indici di plasticità
    2B cal
    2B. La determinazione del limite liquido per il campione C
  • rottura
    3 cal
    3. I limiti di Atterberg e gli indici di plasticità e di attività per i campioni A e C
La prova di taglio diretto

Su tutti i tipi di terreno considerati nel presente studio è stata condotta la prova di taglio diretto (drenata) su campioni ricostituiti, sia naturali che miscelati con il 2% di calce, applicando un carico verticale σv di 98,1kPa, 196,1 kPa e 294,2 kPa (Figura 4).

Considerando i valori di picco della sollecitazione di taglio τ registrati per ciascun campione e per ciascun carico verticale applicato σv, sono stati definiti gli inviluppi di rottura (Figure 5A, 5B e 5C) nel piano di Mohr σv/τ, calcolando a coesione c e l’angolo di attrito φ, i cui valori sono riportati nella Figura 6.

Per il campione A è stato registrato un aumento del valore dell’angolo di attrito di circa il 12%, a fronte di una diminuzione della coesione di circa il 30%, tra il suolo naturale e quello trattato con calce.

Il campione B mostra un aumento quasi trascurabile dell’angolo di attrito e una riduzione significativa della coesione, stimata in oltre il 40%. Infine, per il campione C, è stata osservata una leggera diminuzione del valore di φ e un aumento della coesione di circa il 20%.

  • caratteristiche granulometriche
    4 cal
    4. La prova di taglio diretto
  • particelle
    5A cal
    5A. Gli inviluppi di rottura per il campione A (nero: naturale – rosso = +2% Ca(OH)2)
  • calce
    5B cal
    5B. Gli inviluppi di rottura per il campione B (nero: naturale – rosso = +2% Ca(OH)2)
  • sollecitazione
    5C cal
    5C. Gli inviluppi di rottura per il campione C (nero: naturale – rosso = +2% Ca(OH)2)
  • prova Proctor
    6 cal
    6. I valori della coesione e dell’angolo d’attrito per i campioni A, B e C
La prova Proctor modificata

Un ruolo fondamentale nello studio delle miscele stabilizzate a calce è svolto dalla “compattazione” del suolo, che può essere definita come una tecnica per aumentare la densità del suolo.

Nel presente studio sono state eseguite tre prove Proctor modificate, seguendo la procedura specificata dal C.N.R. (1978) [1]. Per ciascun campione, sono stati preparati cinque provini con diversi gradi di umidità al fine di ottenere la percentuale ottimale di acqua (WOPT%) che fornisce il massimo grado di compattazione alla miscela (γd max).

Per il campione A, la prova è stata eseguita sia sul terreno naturale che su quello miscelato con calce al 2%, mentre sui campioni B e C il test è stato eseguito direttamente sul terreno miscelato con calce (Figura 7).

Nelle Figure 8A, 8B e 8C sono riportati i valori ottenuti, sintetizzati nella Figura 9.

  • indice CBR
    7 cal
    7. L’esecuzione della prova Proctor modificata
  • procedura
    8A cal
    8A. La determinazione di γd max per il campione A
  • terreno
    8B cal
    8B. La determinazione di γd max per il campione B
  • Suolo
    8C cal
    8C. La determinazione di γd max per il campione C
  • compattazione
    9 cal
    9. I valori di γd max
La determinazione dell’indice CBR

La misura della capacità portante di un terreno, in determinate condizioni di densità e umidità, può essere ottenuta tramite la determinazione dell’indice di portanza californiano CBR (Figura 10).

Una volta determinati i valori del contenuto d’acqua ottimale che fornisce il massimo grado di compattazione per i diversi campioni, sono stati calcolati i relativi indici CBR, secondo le Norme UNI 10009.

Gli indici CBR sono stati determinati sia in condizioni naturali (CBR0), che per i campioni miscelati con il 2% di calce dopo un periodo di maturazione di sette e quattro giorni di imbibizione (CBR(7 + 4i)).

I risultati ottenuti sono mostrati nelle Figure 11A, 11B e 11C e sintetizzati nella Figura 12.

Gli incrementi della capacità portante in termini di resistenza alla penetrazione tra i campioni naturali e quelli trattati con calce al 2% sono evidenti in tutti e tre i campioni analizzati, compresi quelli (B e C) non adatti ai requisiti di stabilizzazione a calce.

  • capacità portante
    10 cal
    10. La determinazione dell’indice CBR
  • analisi
    11A cal
    11A. La determinazione dell’indice CBR per il campione A (nero: naturale - rosso = +2% Ca(OH)2)
  • miscele
    11B cal
    11B. La determinazione dell’indice CBR per il campione B (nero: naturale - rosso = +2% Ca(OH)2)
  • laboratorio
    11C cal
    11C. La determinazione dell’indice CBR per il campione C (nero: naturale - rosso = +2% Ca(OH)2)
  • disomogeneità
    12 cal
    12. I valori dell’indice CBR per i campioni A, B e C

Conclusioni

Le analisi condotte nel presente studio sui tre campioni considerati (A: argilla con limo; B: sabbia ghiaiosa debolmente limosa; C: sabbia limosa argillosa debolmente ghiaiosa) hanno permesso di ottenere significativi risultati ai fini della valutazione dell’applicabilità della tecnica della stabilizzazione a calce.

Le analisi di tipo chimico hanno permesso di escludere, per tutti i campioni esaminati, la presenza di fattori mineralogici od organici che possano impedire la reazione del terreno con la calce.

La classificazione granulometrica dei campioni e la determinazione dei limiti di Atterberg ha permesso di individuare i campioni che potenzialmente presentano caratteristiche ideali per la stabilizzazione. In tutti e tre i casi analizzati (A, B, C) le curve granulometriche realizzate per i provini con calce hanno evidenziato una diminuzione della parte fine dovuta alle reazioni a breve termine che si instaurano nella miscela.

Dalla determinazione dei limiti di Atterberg è stato possibile osservare una diminuzione dell’indice di plasticità. Le prove di taglio diretto, condotte sia sui campioni naturali che stabilizzati, hanno mostrato solo per il campione A un sensibile incremento dell’angolo d’attrito φ.

Per quanto riguarda la capacità portante, valutata attraverso la definizione degli indici CBR, sia pre (CBR0) che post stabilizzazione CBR(7+4i), si è osservato che per il campione A si ha un incremento dei valori di resistenza a compressione del 63%, per il campione B del 150 %, per il campione C del 120%.

Solo nel campione A si registrano in tutte le fasi dello studio miglioramenti fisici-chimici-meccanici delle miscele con calce rispetto alle condizioni naturali.

Pertanto, nella pratica esecutiva, grande attenzione dovrà essere posta alle caratteristiche granulometriche dei terreni da trattare, poiché l’utilizzo di materiali non idonei potrebbe determinare, sia in termini di deformabilità che di resistenza meccanica, prestazioni inferiori alle previsioni progettuali.

A ciò si aggiunga la “fisiologica” minore efficacia della tecnica di stabilizzazione ottenibile in situ rispetto a quella ottenibile in laboratorio, dove si ha un pressoché totale controllo di tutti i parametri influenti, anche a causa dell’intrinseca variabilità e disomogeneità dei terreni in condizioni “reali”.

  • argille
    13 cal
    13. Il collasso di un muro a sostegno di un rilevato in terre stabilizzate a calce (foto M. Ponte, 2017)
  • sollecitazioni
    14 cal
    14. Il collasso del fianco di un rilevato in terre stabilizzate a calce (foto M. Ponte, 2017)

A tal fine, si suggerisce l’esecuzione di prove di laboratorio su campioni indisturbati prelevati da sondaggi eseguiti a fine costruzione con lo scopo di confrontare i valori dei parametri geotecnici ottenuti con quelli di progetto.

Infine, si evidenzia come la sovrastima dei parametri di resistenza al taglio risulti particolarmente insidiosa, poiché essa può dar luogo alla conseguente sottostima delle sollecitazioni agenti nel terreno, determinando il collasso di opere di sostegno o dei fianchi dei rilevati realizzati in terre stabilizzate a calce (Figure 13 e 14).

Bibliografia

[1]. C.N.R. – “Norme sui materiali stradali”, Bollettino n° 69, 1978.

La prima parte dell’articolo è online su https://www.stradeeautostrade.it/tecnologie-e-sistemi/la-tecnica-della-stabilizzazione-a-calce-dei-terreni-prima-parte/.

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