L’impiego dell’EPS nella realizzazione di rilevati stradali: vantaggi e tecniche costruttive

Per la sua leggerezza, durabilità, inerzia chimica e resistenza all’acqua, l’EPS è tra i materiali più indicati per realizzare rilevati stradali. Vediamo le sue caratteristiche e i metodi costruttivi.

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Realizzare un rilevato stradale

La realizzazione di vie per la comunicazione implica la costruzione di una pavimentazione che deve presentare caratteristiche differenti a seconda si tratti di strade, di ferrovie o di aeroporti. Tre aspetti, però, accomunano le pavimentazioni:

1. La formazione di ghiaccio superficiale in presenza di particolari condizioni climatiche;
   
2. L’assestamento e quindi il cedimento differenziale di alcune zone della pavimentazione;
   
3. I costi per la realizzazione di riempimenti o terrapieni.

 

Realizzare un rilevato stradale, un terrapieno o una rampa per una pila da ponte richiede un’analisi almeno per due aspetti:

• La capacità portante del terreno
• I costi costruttivi

 

I materiali leggeri da riporto vengono utilizzati nei punti in cui il terreno presenta caratteristiche meccaniche molto basse e devono essere realizzate le opere per costruire il rilevato stradale, in caso contrario si deve intervenire con opere  di consolidamento del terreno sottostante.

Nei Paesi europei la tecnica dei materiali leggeri per sottofondi stradali viene utilizzata ormai da alcuni decenni. L’esperienza è transitata attraverso materiali come il cemento alleggerito, argilla espansa e materiale da demolizione. Si è poi ricercato un materiale che permettesse di coniugare caratteristiche adeguate a pesi leggeri ed a costi globali contenuti. Dopo ricerche e sperimentazioni si è giunti alla considerazione che l’EPS è in grado di garantire tutto questo. Infatti è stato e viene tutt’oggi impiegato e considerato materiale idoneo per questa applicazione. 

 

Utilizzo dell’EPS come materiale da riporto

L’EPS permette di realizzare rilevati e riempimenti con pesi veramente ridotti e costi molto contenuti rispetto alle tecniche di intervento tradizionalmente utilizzate. Il rilevato viene così ad essere costituito da un materiale con peso adeguato, in modo da non creare cedimenti differenziali del manto stradale.

I materiali da riporto tradizionali vengono utilizzati in spessori anche considerevoli fino a 3-4 m. l’EPS è stato applicato all’inizio in spessori limitati quali 10 cm, fino a sperimentare con successo spessori di 5 o 10 m. 

Una seconda considerazione fa riferimento al peso del materiale di riporto:

• Materiali di riporto tradizionali 2000 Kg/m³
• Materiali leggeri tradizionali di riporto 1000 Kg/m³
• EPS 20-40 Kg/m³

analizzando le densità in esame con le capacità portanti di terreno incoerenti è facile giungere alla conclusione che con rilevati di peso limitato si otterranno pavimentazioni prive di assestamenti differenziali. 

Un ulteriore aspetto investe i costi finali dell’opera. In questa analisi è bene considerare alcuni elementi di basilare importanza: 

• tempo di realizzazione;
• trasporto materiale di riempimento;
• manutenzioni successive per assestamenti;
• manutenzioni sulle scarpate laterali;
• consolidamento sottofondo rilevato;
• disponibilità materiale tradizionale di riporto evitando impatti ambientali onerosi.

Un altro fattore a favore dell’EPS è la semplicità di utilizzo in cantiere. Infatti, un elemento in EPS di dimensioni normali, per esempio 0,5x1x3 m con densità 20 Kg/m3, pesa 30 Kg e può essere facilmente movimentato da un’unica persona. L’EPS presenta inoltre estrema facilità nella posa in opera e anche una elevata adattabilità alle forme che il terreno richiede.

L’EPS viene utilizzato per tre motivi:

1. eliminare la formazione di ghiaccio della superficie;
2. come materiale di riempimento;
3. come materiale leggero per rilevati.

In funzione dell’applicazione specifica vengono utilizzate densità da 20 – 25 Kg/m³ con differenti forme e spessori. 

Per l’utilizzo nella costruzione di strade, le proprietà più significative dell’EPS sono le seguenti:

• struttura a celle chiuse, che comporta assorbimento d’acqua molto basso;
• resistenza al gelo e imputrescenza;
• non è terreno nutritivo per insetti, muffe, batteri di putrefazione;
• fisiologicamente sicuro, non inquinante per le acque e non contiene espandenti che danneggiano lo strato di ozono;
• presenta un buon comportamento sotto carico prolungato, sia statico che dinamico.

 

Aspetti ambientali

Un rilevato o una spalla da ponte investe il territorio ove viene edificato con importanti conseguenze ambientali, sia positive sia negative. Le considerazioni su questo aspetto devono essere realizzate analizzando l’intera opera, e quindi tutti i materiali che ad essa concorrono. 

L’utilizzo di un prodotto di riempimento come l‘EPS si pone almeno in modo equipollente con le alternative disponibili. In aggiunta è bene precisare che l’EPS viene ricoperto quindi non risulta a vista, rimane nel terreno senza produrre inquinamento perché è inerte e resiste all’attacco di muffe e batteri, è recuperabile in ogni momento, è di colore bianco quindi sempre individuabile nella massa del rilevato.

I materiali tradizionalmente usati come riempimento vengono reperiti da cave e trasportato da veicoli con enorme dispendio di tempi, energia, costi. Viene comunque deturpata la zona da cui si ricava il materiale e quindi alla fine si giunge a un doppio danno ambientale. 

L’utilizzo dell’EPS può evitare il traffico di grandi veicoli, il trasferimento di materiale naturale ed il danneggiamento delle aree di prelievo. Agli aspetti peculiari dell’applicazione possiamo abbinare i sistemi generalizzabili di smaltimento dell’EPS:

• riutilizzo per la fabbricazione di altri manufatti
• trasformazione in ammendanti per terreni, essenzialmente come: 
  • substrato e bonifica di terreno 
  • ausiliario per il compostaggio 
  • drenaggio: secondo l’impiego i rifiuti di EPS vengono macinati a granulometrie diverse

 

Le caratteristiche dell’EPS

L’EPS per le realizzazioni di riempimento deve presentare caratteristiche adeguate e l’azienda produttrice deve attuare una procedura per il controllo della qualità del prodotto da installare.

In modo sintetico le caratteristiche principali che l’EPS deve presentare sono:

1. resistenza alla compressione;
2. forma geometrica;
3. resistenza meccanica;
4. durabilità.

I dati relativi al materiale utilizzato devono essere ricercati in base alle sollecitazioni derivanti dall’utilizzo della sede viaria. 

La geometria più utilizzata per l’impiego nei rilevati stradali è il parallelepipedo con tutti gli angoli retti, avente dimensione

• 2000 x 1000 x 500 mm oppure
• 3000 x 1000 x 500 mm.

L’altezza totale del rilevato viene raggiunta sovrapponendo diversi blocchi. È anche possibile realizzare elementi con dimensioni differenti e studiati appositamente per ottimizzare l’altezza o la larghezza dell’opera. Essendo l’EPS un materiale lavorabile in modo molto semplice e veloce è possibile adattare i blocchi alle differenti situazioni.

 

Resistenza al calore e basse temperature

Le temperature massime sopportabili dell’EPS dipendono, come per tutti i termoplastici, dalla durata e dall’intensità della sollecitazione. Senza sollecitazione e per breve tempo l’EPS sopporta temperature di 95-100 °C (per esempio all’atto dell’applicazione di un bitume caldo). Sotto un carico permanente di 20 KN/m² la temperatura limite scende a 80-85 °C. 

Alle basse temperature le sue caratteristiche meccaniche possono considerarsi simili a quelle a temperatura ordinaria fino almeno a -200°C.  In modo generico la temperatura di non modificazione viene individuata in 70°C. 

 

Resistenza agli agenti chimici e biologici

L’EPS non è intaccato dai materiali da costruzione. Particolare attenzione deve essere posta al contatto con vernici, collanti, impermeabilizzanti, che possono contenere solventi del polistirene. L’EPS in opera non presenta alcun fattore di pericolo per la salute; si tenga presente in proposito che il polistirene compatto e l’EPS come materiale da imballaggio sono ammessi dalla legislazione come materiali che possono venire a contatto con le sostanze alimentari. 

Anche la movimentazione e le eventuali lavorazioni meccaniche connesse con la messa in opera dell’EPS sono assolutamente innocui e in particolare non vi è pericolo di inalazione di particelle o di manifestazioni allergiche.

 

Assorbimento d’acqua

Il comportamento dell’EPS a fronte dell’acqua non dà adito a limitazioni per gli impieghi edilizi e per l’isolamento termico. L’acqua non scioglie l’EPS, né attraversa le pareti delle celle chiuse e non può venire assorbita se non fra gli interstizi residui fra le perle espanse. 

L’assorbimento per immersione, eseguito generalmente su cubetti di 50 mm di lato, ritagliati da blocchi e lastre di EPS rappresenta, più che un comportamento in una situazione che non si verifica in pratica, un indice della buona saldatura fra le perle espanse; esso ammonta al massimo al 5% in volume per l’EPS 15 kg/m³ e al 3% per l’EPS 30 kg/m³, dopo un anno di immersione; questi valori vengono raggiunti in alcune settimane e restano poi costanti.

Un EPS 20 kg/m³, a contatto con aria con 95% di U.R. per 90 giorni, ha mostrato un assorbimento dello 0,7% in peso, mentre prove EPS 30 kg/m³ hanno dato i seguenti valori di assorbimento all’equilibrio:

• U.R. 60% 1,7% in peso
• U.R. 90% 2,0% in peso
• U.R. 100% 2,3% in peso

 

Durabilità 

Per invecchiamento di un materiale si intende la variazione (generalmente in peggio) delle sue caratteristiche nel corso del tempo, dovuta a cause interne (tensioni, transizioni, strutturali, ecc.) o esterne, sia legate alle sollecitazioni imposte, sia alle condizioni ambientali di impiego. L’analisi delle influenze che i fattori ambientali, come temperatura e umidità, e le sollecitazioni di lavoro hanno sulle caratteristiche dell’EPS mostra che esso può garantire per un periodo illimitato le prestazioni che gli vengono richieste. Ciò è dimostrato da 40 anni di esperienza applicativa su scala vastissima e in particolare da numerose verifiche delle caratteristiche effettuate su EPS in opera da decenni. 

 

Le applicazioni dell’EPS

Una delle possibili applicazioni dell’EPS nei rilevati stradali sono i terrapieni, in cui permette di migliorare la stabilità dell’opera e di prevenire possibili slittamenti del terreno di appoggio. Per il dimensionamento dell’opera bisogna considerare la relazione fra traffico veicolare (inteso come carico ripetitivo e trasformato in carico statico equivalente) e spessore del rilevato in EPS. 

L’analisi prosegue con la considerazione di due effetti: l’incremento di tensione sulla superficie di fondo del rilevato in EPS dovuta ai carichi agenti e i cedimenti dovuti alla consolidazione del terreno sottostante l’EPS.

Il rilevato deve essere verificato secondo una doppia procedura, che prevede il controllo della stabilità e del galleggiamento. 

La verifica della stabilità del rilevato con materiale di riporto in EPS viene effettuata mediante lo studio della possibile superficie di slittamento con il metodo del cerchio. Nella verifica, lo spessore di EPS viene considerato un carico a tutti gli effetti ed è sufficiente che il cerchio non lambisca la superficie di contatto fra EPS e terreno nella zona a rischio di slittamento (Figura 1).

 

Figura 1 

 

Quanto al galleggiamento, poiché l’EPS è un materiale super leggero, esso deve essere considerato in condizioni particolarmente gravose.

Il fattore di sicurezza è dato da:

Il peso proprio dell’EPS ed il relativo attrito sul terreno non vengono considerati.

Il valore di Fs deve essere >1.2.

Nel caso in cui Fs non soddisfi quanto sopra si deve ridurre lo strato di escavazione o prevedere sistemi di drenaggio dell’acqua.

 

 

Un’altra possibile applicazione sono i riempimenti per muri contro terra e per pile da ponte. In questo caso, la pressione del terreno sulla superficie dell’EPS dipende dal tipo di terreno e dalla sua inclinazione. 

La pressione eventuale causata viene calcolata con il metodo della spinta delle terre su di una superficie inclinata. Può accadere che avvenga anche il caso inverso ovvero l’EPS posto a forma di trapezio in modo che sul muro di contenimento non vi sia spinta.

....CONTINUA.

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