Uno studio sperimentale sul miglioramento della resistenza dei sottofondi espansivi mediante fibre di polipropilene e rinforzo della geogriglia

Jul 10, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 6685 (2022) Citare questo articolo

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Il rapido sviluppo delle infrastrutture incontra spesso sottofondi sciolti e sta diventando difficile da trasportare nelle attività di costruzione. Sono stati sviluppati numerosi metodi di contrasto per controllare il comportamento di rigonfiamento-ritiro dei sottofondi espansivi. La stabilizzazione meccanica dei sottofondi espansivi mediante rinforzo con fibra di polipropilene e geogriglia è sostenibile. Geogriglie e fibre di polipropilene sono state ampiamente utilizzate per rafforzare l'ampio sottofondo e le fondazioni come individui. Il rinforzo in fibra di polipropilene ha migliorato la capacità di resistenza alla trazione dei sottofondi espansivi rinforzati, in cui il rinforzo della geogriglia è la tecnica di stabilizzazione meccanica a fissaggio rapido, che riduce i cedimenti della pavimentazione. In questa ricerca, è stato valutato l'effetto combinato della fibra di polipropilene e del rinforzo della geogriglia per stabilizzare i sottofondi della pavimentazione. Sono stati condotti vari test di resistenza meccanica, come la resistenza alla compressione non confinata (UCS) e il test della scatola di taglio diretta di grandi dimensioni, per valutare l'interazione meccanica tra sottofondi espansivi, fibra di polipropilene, geogriglia triassiale e geogriglia biassiale all'interfaccia. La fibra di polipropilene di 12 mm di lunghezza è stata utilizzata nella proporzione di 0,25%, 0,5% e 1,0% e un singolo strato di geogriglia a media profondità. Il risultato mostra che la resistenza al taglio dei sottofondi rinforzati con uno strato di geogriglia biassiale/triassiale e fibra di polipropilene aumenta del 177%. Si è inoltre osservato che la resistenza a compressione non confinata dei sottofondi espansivi è aumentata del 3,8-139,6% con l’inclusione di fibra di polipropilene con geogriglia in diverse combinazioni. Il metodo del rinforzo combinato mostra una metodologia di trattamento efficace per migliorare la proprietà dei sottofondi espansivi.

I sottofondi espansivi sono caratterizzati dalla natura di cambiare il loro volume con il cambiamento del contenuto di acqua. Questa variazione di volume è nota come comportamento di rigonfiamento-ritiro dei sottofondi espansivi, e quindi i sottofondi espansivi sono anche noti come sottofondi rigonfiamento-ritiro1,2,3,4. I dissesti delle pavimentazioni stradali sono uno degli impatti del terreno espansivo nello strato dei sottofondi5,6,7. Allo stato secco, i sottofondi espansivi danno origine a fessurazioni da ritiro, che si propagano attraverso il sistema di pavimentazione e portano a fessurazioni longitudinali, trasversali e da fatica e a solchi nel caso della superficie della pavimentazione8. Le strutture subiscono danni relativamente estesi anche quando costruite su sottofondi di argilla altamente plastici, poiché tali sottofondi subiscono cicli di bagnatura e asciugatura. Pertanto, tali caratteristiche dei sottofondi espansivi a grana fine sono una delle ragioni più significative che portano a crepe, disagio e la maggior parte dei danni9.

I sottofondi estesi si trovano principalmente nella parte centrale e occidentale e coprono oltre il 15-20% dell'area geografica dell'India10,11. I sottofondi espansivi sono anche conosciuti come sottofondi deboli perché la pressione di rigonfiamento verso l'alto aumenta il contenuto di umidità dei sottofondi espansivi, causandone il cedimento. Le proprietà ingegneristiche dei sottofondi espansivi vengono migliorate utilizzando diversi metodi di rinforzo. Sono stati sviluppati numerosi metodi di contrasto per controllare il comportamento di rigonfiamento-ritiro dei sottofondi espansivi12,13,14,15,16,17,18,19. Il rinforzo della geogriglia è un altro metodo ampiamente utilizzato per migliorare le proprietà ingegneristiche dei sottofondi deboli20,21,22,23. La geogriglia migliora le proprietà ingegneristiche della fondazione mediante la stabilizzazione meccanica24,25,26,27. Sono stati condotti numerosi studi per comprendere il comportamento dei sottofondi espansivi rinforzati con geosintetici21,28,29,30,31,32. L'uso della geogriglia migliora la durata della struttura della pavimentazione riducendo le crepe riflettenti e rinforzando i materiali del sottofondo33,34,35,36,37,38. Lo studio condotto da Jahandari et al.39 ha presentato le prestazioni a lungo termine dei sottofondi espansivi rinforzati con geogriglia e ha mostrato l’uso sostenibile della geogriglia per rinforzare i sottofondi espansivi trattati con calce. Allo stesso modo, Chenari et al.40 hanno studiato l'effetto combinato della geogriglia e del polistirene espanso (EPS) per migliorare il comportamento dell'interfaccia ciclica dei sottofondi espansivi rinforzati. L'analisi delle prestazioni a lungo termine dei sottofondi espansivi rinforzati con geosintetici è stata studiata da Roodi e Zornberg24 e mostra che il metodo è economicamente vantaggioso e sostenibile.