Sottofondi per pavimenti industriali: prescrizioni geotecniche e controllo delle prestazioni in opera

Pavimento in calcestruzzo: la rigidezza del piano di posa è fondamentale per la progettazione

La rigidezza del piano di posa è un parametro fondamentale per la progettazione del pavimento in calcestruzzo.
Il dato in ingresso per la prestazione del piano di posa è la costante elastica K di Winkler cioè il modulo di reazione determinato con piastra da 760 mm.

Il K di Winkler risulta molto interessante perché tiene conto del fattore di compattazione attraverso l’applicazione del rapporto fra i cedimenti. Non a caso l’unità di misura non è di pressione Kg/cm², ma di pressione/cedimento: kg/cm2*1/cm= kg/cm³.

Per farla breve:

• una prova che restituisce il modulo di deformazione Md non è utile ai fini progettuali.
• occorre la determinazione del K con piastra da 760mm.

Ambedue le prove restituiscono un valore istantaneo non geotecnico proporzionale alla prestazione di deformazione e/o di reazione del cono di materiale presente sotto alla proiezione dell’impronta della piastra: maggiore sarà il diametro della piastra e maggiore sarà la profondità di indagine.

Cosa significa istantaneo? Ma può, quindi, variare nel tempo? Le caratteristiche geotecniche dei materiali di sottofondazione influenzano questa stabilità nel tempo? La percentuale di umidità degli strati è importante?

Analogie dei misti granulari di sottofondo con il calcestruzzo

Le prescrizioni delle prestazioni del calcestruzzo sono molteplici a seconda della richiesta progettuale e dell’aspettativa di vita utile. In estrema sintesi, con licenza di semplificazione, il Progettista non indica riferimenti composizionali, ma si limita a richieste prestazionali: indica la Rck, ma non il modo in cui ottenerla.

Per essere sicuri che tale prestazione è effettivamente messa in opera si effettuano controlli di conformità e di accettazione con prelievi di cubetti e/o cilindri da sottoporre alle prove del caso.

Esisterà la possibilità di estrarre dei campioni del materiale che compone il sottofondo e fare delle prove di accettazione? Se sì, quali sono?

Caratteristiche composizionali geotecniche dei misti granulari

Un terreno può essere considerato come un sistema trifasico:

• Fase solida;
• Fase liquida;
• Fase aeriforme.

La portanza di un terreno dipende dalla sua attitudine a compattarsi. La distribuzione granulometrica, il contenuto di acqua e le operazione di compattazione risultano fondamentali.

Una distribuzione ottimale favorisce la naturale tendenza al packing cioè alla riduzione di vuoti aeriformi.
Un ottimale contenuto di umidità caratterizza la sua massima prestazione fisica.
La modalità di compattazione ottimale conferisce al misto in configurazione ideale la sua massima portanza.

L’indice CBR California Bearing Ratio

L’indice CBR permette di valutare la capacità portante di un terreno al suo valore di umidità ottimale. La prova viene eseguita in laboratorio su un campione di materiale prelevato direttamente dal cantiere.

Prima di tutto si determina l’umidità ottimale con la prova Proctor Modificata.

Nelle condizioni tal quale, ottimale Proctor e saturo, si sottopone il campione ad una pressione via via crescente registrando i valori di cedimento a 2,5 e 5 mm. Il confronto di questi valori con un terreno californiano di riferimento molto prestazionale (da qui il nome) restituisce un riferimento percentuale che indica la prestazione di portanza del misto in condizioni di umidità ottimale e massima costipazione.

L’indice CBR è un parametro proporzionale alla portanza ed alla capacità di mantenerla a diversi valori di umidità: maggiore è il CBR e maggiore sarà la rigidezza del materiale a diversi valori di umidità e la sua stabilità prestazionale e dimensionale.

Riferendo il risultato alle norme francesi è possibile capire immediatamente se il misto in esame deve essere stabilizzato oppure no:

L’indice CBR è proporzionale alla reazione del piano di posa, così come riporta Franco Giannini nel libro “Pavimentazioni stradali in calcestruzzo. Progettazione/Esecuzione/Manutenzione”:

Analizzando il grafico proposto dal Prof. Giannini è possibile prevedere il K di Winkler in base al CBR del misto granulare.
Come si può vedere, un valore di 100 KPa/mm si ottiene con un CBR circa 45-50. Il grafico non entra nel merito della capacità del materiale impiegato di mantenere la prestazione a diversi valori di umidità.

Prendendo in considerazione i valori esposti nella tabella comparativa, si vede chiaramente che un terreno stabilizzato a calce offre la medesima prestazione di un buon riciclato di macerie.

Si vede anche che, ovviamente, la ghiaia naturale offre una prestazione doppia mentre un misto cementato tripla.

Esempio di prescrizione della prestazione del sottofondo:

• La costante K di Winkler del sottofondo, determinata con prove su piastra con diametro di 760 mm, dovrà essere superiore 0,06 N/mm³;
• I materiali posti in opera per la formazione della massicciata e del sottofondo dovranno possedere un CBR > 60%.

Il CBR è direttamente proporzionale al grado di pulizia dei materiali in presenza di acqua

Il Progettista può corredare la prescrizione di reazione K con la definizione dell’indice di portanza CBR.

Tramite la prescrizione di tale prestazione aggiuntiva, fortemente correlata con le caratteristiche geotecniche dei materiali utilizzati, è possibile definire un margine di sicurezza aggiuntivo relazionato alla capacità dei materiali medesimi di raggiungere la prestazione e mantenerla nel tempo a diversi gradi di umidità in quanto maggiore è il CBR e minore sarà la dipendenza della prestazione nel tempo dall'umidità.

Per la determinazione del CBR occorre prelevare dei campioni dal cantiere e farli analizzare in laboratorio, più o meno come succede con i cubetti del calcestruzzo.

A margine di quanto sopra esposto è altresì importante notare che maggiore è il CBR e maggiore è il grado di pulizia dei materiali in presenza di acqua. Questo ultimo aspetto riveste particolare importanza qualora fossero previste eventuali realizzazioni nei periodi invernali caratterizzati da instabilità meteo e frequenti precipitazioni.