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Stabilizzazione a calce: chimismo dell’acqua e caratteristiche di resistenza – seconda parte

La qualità dell’acqua impiegata può influenzare l’efficacia del trattamento di stabilizzazione a calce? È indispensabile procedere preliminarmente alla sua caratterizzazione chimica?

stabilizzazione

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

La prima parte dell’articolo è pubblicata sul fascicolo n° 144 Novembre/Dicembre 2020 e online su https://www.stradeeautostrade.it/tecnologie-e-sistemi/stabilizzazione-a-calce-chimismo-dellacqua-e-caratteristiche-di-resistenza-prima-parte/.

La determinazione del consumo iniziale di calce (c.i.c.)

Secondo la Norma ASTM D 6276-99a [1], nota anche come test del pH di Eades & Grim, il contenuto minimo di calce identificato per la stabilizzazione del suolo è quello fornito da un campione che produce un pH di 12,4. Sono stati preparati e sottoposti a misurazione del pH tre diversi campioni con percentuali dell’1%, 2% e 3% di Ca(OH)2.

Il C.I.C. è risultato pari al 2% (Figura 1), tenore di calce, successivamente utilizzato per la sperimentazione.

stabilizzazione
1. La determinazione del C.I.C.

L’analisi granulometrica

L’analisi granulometrica, per stacciatura e sedimentazione, è stata eseguita sia sul terreno naturale sia sul terreno trattato con il 2% di calce con lo scopo di verificare la composizione granulometrica dei due campioni, secondo le specifiche della Norma UNI CEN ISO/TS 17892-4 [2].

Per entrambi i campioni, la classificazione granulometrica è risultata essere Limo con Argilla Sabbioso, presentando il terreno stabilizzato, rispetto al terreno naturale, una diminuzione di dell’1% di argilla e un aumento della stessa quantità di limo. In Figura 2 sono riportate entrambe le curve granulometriche ottenute.

La determinazione dei limiti di Atterberg

Al fine di valutare la variazione degli indici di plasticità e di attività in conseguenza del trattamento di stabilizzazione, sia per il terreno al naturale che per quello miscelato con calce, sono stati determinati i valori del limite liquido e del limite plastico, in accordo con le Norme CNR-UNI 10014.64 [3]. In Figura 3 sono riportate le determinazioni del limite liquido per entrambi i terreni.

  • stabilizzazione
    2 pon
    2. Le curve granulometriche (colore nero = terreno naturale; colore rosso = terreno +2% Ca(OH)2)
  • stabilizzazione
    3 pon
    3. I limiti di liquidità (colore nero = terreno naturale; colore rosso = terreno +2% Ca(OH)2)
  • stabilizzazione
    4 pon
    4. I limiti di Atterberg e gli indici di plasticità e di attività

In Figura 4 sono riportati i valori ottenuti per i limiti di plasticità e di liquidità e per gli indici di plasticità e di attività. Com’è possibile osservare, sia l’indice di plasticità che l’indice di attività subiscono un decremento in conseguenza del trattamento a calce.

La prova di taglio diretto

Il terreno oggetto di studio, al naturale e miscelato con il 2% di calce, è stato sottoposto a prova di taglio diretto, applicando, sia in fase di consolidazione che di rottura, un carico verticale σv di 98,1 kPa, 196,1 kPa, 294,2 kPa (Normativa di riferimento: UNI CEN ISO/TS 17892-10 [4]).

In Figura 5 sono mostrati gli inviluppi di rottura di Mohr-Coulomb ottenuti, mentre in Figura 6 sono riportati i valori dei parametri di resistenza ottenuti. È possibile osservare come il trattamento a calce conduca a un aumento sia della coesione che, meno marcatamente, dell’angolo d’attrito. 

  • stabilizzazione
    5 pon
    5. Gli inviluppi di rottura (colore nero = terreno naturale; colore rosso = terreno +2% Ca(OH)2)
  • stabilizzazione
    6 pon
    6. I parametri di resistenza al taglio

La prova Proctor modificata

Al fine di ottenere la percentuale ottimale di acqua (WOPT%) che fornisce il massimo grado di compattazione alla miscela (Yd max), nel presente studio sono state eseguite prove Proctor sul terreno naturale e sul terreno miscelato con il 2% di calce variando, nel caso del terreno miscelato, la tipologia di acqua.

Il processo di costipamento è stato condotto mediante prova Proctor Modificata, eseguita secondo la procedura CNR XII/69 [5], utilizzando la fustella da 944 cm3.

Per ciascun campione, sono stati preparati cinque provini con diversi gradi di umidità. Nelle Figure 7 e 8 sono riportati i risultati ottenuti per ciascun campione in termini di contenuto d’acqua ottimale.

  • penetrazione
    7 pon
    7. La determinazione di Wopt tramite la prova Proctor
  • curva di carico
    8 pon
    8. I risultati della prova Proctor

La determinazione dell’indice CBR

La determinazione dell’indice di portanza californiano CBR consente di ottenere una misura della capacità portante di un terreno, in determinate condizioni di densità e umidità.

Noti i valori del tenore d’acqua ottimale per i diversi campioni forniti dalla prova Proctor, sono stati calcolati gli indici di portanza californiana CBR per il campione naturale e per il campione miscelato a calce con tre diverse tipologie di acqua: acqua distillata, acqua della rete idrica, acqua di sorgente. La prova è stata effettuata secondo le indicazioni della CNR UNI 10009 [6], previo costipamento.

I provini miscelati con calce con le diverse acque considerate sono stati sottoposti a prova con diversi tempi di maturazione (7, 14 e 28 giorni in condizioni protette e quattro giorni di imbibizione per ogni periodo).

Nella Figura 9A è mostrato l’andamento della curva carico/penetrazione per il campione di terreno naturale.

Nelle Figure 9B, 9C e 9D sono riportate le analoghe curve ottenute per i campioni stabilizzati con il 2% di Ca(OH)2 miscelati con i diversi tipi di acqua e per i diversi tempi di maturazione.

  • indice CBR
    9A pon
    9A. La curva carico/penetrazione per un tipo di campione naturale
  • acqua
    9B pon
    9B. La curva carico/penetrazione per un tipo di campione stabilizzato e miscelato con acqua distillata
  • maturazione
    9C pon
    9C. La curva carico/penetrazione per un tipo di campione stabilizzato e miscelato con acqua della rete idrica
  • ASTM D 6276-99a
    9D pon
    9D. La curva carico/penetrazione per un tipo di campione stabilizzato e miscelato con acqua di sorgente

Nelle Figure 10 e 11 sono riepilogati i valori dell’indice CBR per tutti i provini esaminati, per ogni tipologia di acqua e per ogni tempo di maturazione.

Come si evince dai risultati, il processo di stabilizzazione ha considerevolmente incrementato i valori dell’indice CBR, passato dal 12,50% del terreno naturale al 35% per il terreno stabilizzato miscelato con acqua di sorgente e con un tempo di maturazione di 28 giorni.

Dalla Figura 11 è inoltre evidente come l’aumentare del periodo di maturazione produca un incremento dell’indice di portanza, più marcato per le miscele confezionate con acqua di sorgente.

Da un punto di vista qualitativo, considerando la variazione dell’indice CBR al variare del tipo di acqua a parità di tempo di maturazione, si può osservare come non emerga una tendenza chiara: infatti, per un tempo di maturazione di sette giorni, l’indice diminuisce passando dall’acqua distillata a quella di sorgente, ricca in nitrati, mentre a 14 e 28 giorni si osserva dapprima una diminuzione dell’indice CBR, seguita, successivamente, da un incremento del suo valore.

Conclusioni

La sperimentazione condotta, la cui finalità ultima era quella di valutare l’influenza del chimismo dell’acqua sulle prestazioni di un terreno stabilizzato a calce, ha fornito risultati di interesse, soprattutto ai fini della pratica cantieristica.

Il terreno sottoposto al trattamento con il 2% di Ca(OH)2 ha mostrato una minima variazione dal punto di vista granulometrico, una diminuzione degli indici di plasticità e attività e un aumento dei parametri di resistenza al taglio rispetto al terreno tal quale.

  • stabilizzazione
    10 pon
    10. I valori dell’indice CBR ottenuti
  • stabilizzazione
    11 pon
    11. La variazione dell’indice CBR con il tempo di maturazione per i vari tipi di acqua (colore blu = 7 giorni; colore rosso = 14 giorni; colore verde = 28 giorni)

Gli indici di portanza CBR, valutati sui provini trattati miscelati con le acque di differente chimismo e lasciati maturare per 7, 14 e 28 giorni, hanno mostrato un sensibile miglioramento della portanza rispetto al terreno tal quale, mentre non è emersa una chiara linea di tendenza rispetto alla qualità dell’acqua impiegata.

Tale ultimo risultato indica come, nella pratica esecutiva, maggiore rilevanza, rispetto al chimismo dell’acqua di miscelazione, assumano gli aspetti legati al tenore di calce e ai tempi di maturazione.

Si evidenzia, infine, l’importanza dei controlli ex post, finalizzati alla valutazione di eventuali discostamenti dei parametri di resistenza rispetto ai valori di laboratorio.

Bibliografia

[1]. ASTM D6276 – 99a – Standard Test Method for Using pH to Estimate the Soil-Lime Proportion Requirement for Soil Stabilization.

[2]. UNI CEN ISO/TS 17892-4:2005 – Indagini e prove geotecniche – Prove di laboratorio sui terreni – Parte 4: Determinazione della distribuzione granulometrica.

[3]. CNR UNI 10014:1964 – Prove sulle terre. Determinazione dei limiti di consistenza (o di Atterberg) di una terra.

[4]. UNI CEN ISO/TS 17892-10:2005 – Indagini e prove geotecniche – Prove di laboratorio sui terreni – Parte 10: Prove di taglio diretto.

[5]. CNR ANNO XII N°69, 1978 – Prova di costipamento.

[6]. CNR UNI 10009:1964 – Prove sui materiali stradali. Indice di portanza CBR di una terra.

La prima parte dell’articolo è pubblicata sul fascicolo n° 144 Novembre/Dicembre 2020 e online al link “Stabilizzazione a calce: chimismo dell’acqua e caratteristiche di resistenza – prima parte“.

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