Test del Criosollevamento e metodo di studio utilizzando una Camera di Prova Personalizzata

Cos’è il Fenomeno del Criosollevamento?

Il Criosollevamento (in inglese Frost Heaving) è un fenomeno naturale per il quale, in condizioni di gelo, il terreno si gonfia per via del ghiaccio penetrato in esso.

Il ghiaccio cresce verso l’alto: la crescita dei suoi cristalli è trattenuta dal terreno ma ciò non è sufficiente a contrastare la formazione di lenti all’interno dello stesso.

Per questa tipologia di prove, FDM propone le sue soluzioni personalizzate FDM, progettate e prodotte in Italia dal 1949.

I cristalli di ghiaccio si legano quindi al terreno formando un unico blocco solido che infine lo solleva.

 Normalmente la forza aumenta al diminuire della temperatura.

Questo pericoloso processo porta al danneggiamento di strade ed edifici, con vari gradi in base al tipo di terreno e al suo contenuto di umidità.

I ricercatori più importanti come Konrad, Morgenstern e Penner hanno studiato il sollevamento del gelo utilizzando diversi metodi di test di laboratorio, per analizzare il fenomeno da vicino.

Nel tempo, alcuni dei più importanti centri di ricerca di tutto il mondo, hanno voluto proporre metodi di test standardizzati per i laboratori.

Ciò per guidare questi ultimi nell’analizzare al meglio le caratteristiche del criosollevamento.

I maggiori punti di riferimento sono:

• TRRL (Transport and Road Research Laboratory) nel Regno Unito
• La British Standard Institution, sempre nel Regno Unito ( BS 812-124:2009 )
• La ISO (International Organization for Standardization) con la norma ISO 13793:2001
• JGS (Japan Geotechnical Society ) in Giappone (JGS 0172)

Come è Possibile Simulare il Criosollevamento?

Prevenire il Criosollevamento è estremamente importante ma per nulla semplice.

Un’importante cliente ci ha svelato la difficoltà nell’eseguire questo tipo di test e l’indisponibilità sul mercato di un’apparecchiatura che potesse verificare il fenomeno concretamente.

Per questo, in FDM, abbiamo sviluppato una macchina personalizzata in grado di eseguire automaticamente i relativi test del criosollevamento, simulando condizioni ambientali reali.

La Camera di Test SRU (FHU812) è stata sviluppata secondo lo standard britannico BS 812-214.

Essa è composta da due diversi ambienti: uno a temperatura controllata e uno in cui sono contenuti tutti i componenti di alimentazione e controllo per il funzionamento della macchina.

L’ambiente a temperatura controllata è diviso in un due contenitori, entrambi indipendenti l’uno dall’altro.

1. Contenitore acqua: posizionato in basso e contenente acqua mantenuta a 4°C
2. Contenitore aria: posizionato in alto e contenente aria refrigerata a -17°C

Tra i due contenitori c’è una culla intermedia e un sostegno di legno che include i campioni da testare.

La camera viene inoltre fornita con un telaio di riferimento e 9 barre di ottone.

Le 9 barre sono corrispondenti ai 9 provini che, ghiacciando per capillarità, fanno salire le barre di ottone.

Come Funziona la Macchina SRU

Essa è esattamente una simulazione del fenomeno reale, imita quindi il congelamento del suolo.

L’acqua proveniente dall’ambiente a temperatura controllata si alza e si congela alzando le barre.

Il responsabile del test può così misurare il sollevamento di ciascun campione semplicemente misurando il sollevamento delle barre.

La macchina è dotata di un touch screen che automatizza il test il più possibile.

L’utente deve caricare la camera con i campioni, installare il telaio di riferimento, inserire le aste di ottone e quindi avviare il test con un pulsante sul touch screen.

La macchina si prenderà cura del resto avvisando l’utente ogni volta che è necessario prendere la misura del sollevamento.

Alla fine del test è possibile rimuovere la chiave USB e scaricare su un PC tutti i dati registrati delle undici sonde installate nel volume del test.

Scarica le Specifiche Tecniche di questa Camera di Prova

Facilitiamo i tuoi Test e produciamo macchine personalizzate

In FDM siamo alla continua ricerca di soluzioni per migliorare i test ambientali in modo da agevolare i ricercatori scientifici con macchinari efficienti, affidabili e soprattutto personalizzati per ogni tipo di impiego.

Con questo progetto specifico, siamo riusciti ad aiutare un ricercatore che aveva bisogno di semplificare il suo processo di test.

Lo stesso ci ha rivelato che i risultati sono stati ottimali.

La SRU ha accelerato i processi di studio del nostro cliente del 60% rispetto ai suoi metodi precedenti e gli ha permesso di ottenere dei valori più affidabili.

In FDM teniamo ai bisogni di ogni cliente, ascoltiamo tutte le richieste e cerchiamo di rispettare tutti i tuoi requisiti di test, anche che si tratti di una singola macchina customizzata.

Contattando FDM avrai risposte immediate su fattibilità e costi per i tuoi progetti, con la massima trasparenza e professionalità, da oltre 70 anni.

Scopri la soluzione FDM per test di criosollevamento: la nostra camera per test criosollevamento FHU812PRO simula il fenomeno del frost heave secondo BS812:PT124:1989 con 9 provini simultanei.

Normative di Riferimento

• ISO 17892-5 — Geotechnical investigation and testing, laboratory testing of soil, Part 5: Incremental loading oedometer test, riferimento per caratterizzazione terreni coesivi.
• UNI EN 13286-51 — Miscele legate e non legate: metodi di prova per determinare la resistenza al gelo-disgelo di misti cementati.
• ASTM D5918 — Standard Test Methods for Frost Heave and Thaw Weakening Susceptibility of Soils, metodo americano di riferimento per criosollevamento.
• AASHTO T 103 — Standard Method for Soundness of Aggregates by Freezing and Thawing, prova di durabilita aggregati per sottofondi stradali.
• ISO 10545-12 — Piastrelle ceramiche: determinazione della resistenza al gelo tramite cicli gelo-disgelo.
• EN 12390-9 — Testing hardened concrete: Freeze-thaw resistance, metodo slab e CIF per calcestruzzo.

Fonti Autorevoli

• ASTM D5918 Frost Heave. Metodo di riferimento internazionale per caratterizzazione frost susceptibility.
• ISO – International Organization for Standardization. Cura la serie ISO 17892 sulle prove geotecniche di laboratorio.
• AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials. Pubblica T 103 e manuali per progettazione pavimentazioni resistenti al gelo.

Domande Frequenti sul Test Criosollevamento

Cos’e il fenomeno del criosollevamento?

Il criosollevamento (frost heave) e il sollevamento volumetrico di un terreno saturo causato dalla formazione di lenti di ghiaccio (ice lenses) durante il congelamento. Il meccanismo e ben descritto dalla teoria di Taber: il gradiente termico induce cristallizzazione dell’acqua capillare al fronte di congelamento, mentre l’acqua residua sottostante migra per suzione matrica verso la zona fredda, alimentando la crescita delle lenti. Il fenomeno richiede tre condizioni simultanee: (1) terreno suscettibile (limi e argille limose con frazione <0,02 mm tra 3-20%); (2) disponibilita di acqua (falda entro 1,5-2 m dal piano di congelamento); (3) gelo prolungato con gradiente termico lento (tipicamente 1-2 cm/giorno). Il sollevamento puo raggiungere 10-20 cm in una stagione invernale, causando danni a pavimentazioni stradali, fondazioni superficiali, binari ferroviari. Le argille pure non sono suscettibili (permeabilita troppo bassa), le sabbie pulite nemmeno (capillarita insufficiente): il range critico e limo con <0,074 mm > 35%.

Come si simula il gelo-disgelo in laboratorio?

Il metodo ASTM D5918 prevede provino cilindrico (150 mm diam x 150 mm alt) in cella a pressione atmosferica con base a -3 C e sommita a +3 C, producendo un gradiente di 40 K/m. La saturazione e mantenuta tramite alimentazione idrica da vasca in equilibrio idrostatico. Durata test: 8 cicli gelo-disgelo di 8 h congelamento + 16 h disgelo, totali 8 giorni. Si misurano in continuo: (a) sollevamento in testa con LVDT risoluzione 0,01 mm; (b) flusso idrico assorbito dal provino (ml/h); (c) temperatura in 5-7 punti assiali con termocoppie tipo T; (d) pressione di criosuzione con tensiometri. I risultati classificano il terreno: Negligible < 1 mm/giorno, Low 1-2 mm/giorno, Medium 2-4 mm/giorno, High 4-8 mm/giorno, Very High > 8 mm/giorno di sollevamento massimo. La camera deve garantire controllo +/- 0,2 C sulle temperature ai bordi e stabilita umidita relativa ambientale per evitare essiccamento del provino.

Quando e critico in ingegneria civile?

Il criosollevamento e determinante in progettazione di: (1) pavimentazioni stradali in zone con profondita di gelo > 0,5 m (Nord Italia alpino, Centro-Nord Europa, Canada, Russia), dove richiede strati granulari non-gelivi spessi 40-80 cm sotto fondazione; (2) fondazioni superficiali di edifici, da posizionare sotto profondita massima di gelo + franco di 20 cm (norma UNI EN 1997 Eurocodice 7); (3) cisterne interrate e tubazioni acqua potabile, con profondita minima 1,2 m in pianura padana; (4) ferrovie ad alta velocita, dove tolleranze verticali < 2 mm richiedono terreni non suscettibili e drenaggi; (5) gallerie e fondazioni palificate in zone di permafrost. Il costo di mancata progettazione e elevato: riparazioni pavimentazioni 50-200 EUR/m2, sollevamento fondazioni con fessurazione edifici. I test pre-progetto su campioni indisturbati costano 500-2000 EUR per provino e permettono di ottimizzare spessori strati e sistemi di drenaggio.

Perche una camera climatica personalizzata FDM?

I test di criosollevamento richiedono camere non standard per dimensioni provino (150-300 mm diametro), necessita di gradiente termico controllato assialmente, alimentazione idrica in pressione costante, accesso strumentazione da testa e base. Le camere climatiche commerciali standard non hanno geometria adatta. Una camera personalizzata FDM integra: (1) piatti termostatati Peltier o a glicole indipendenti superiore/inferiore con controllo +/- 0,1 C; (2) vano isolato in poliuretano espanso 80 mm con barriera vapore; (3) sistema di alimentazione idrica con pompa peristaltica e bilancia in linea per misura flusso assorbito; (4) traversa meccanica con LVDT per misura sollevamento con compensazione termica; (5) acquisizione multicanale per 16-32 termocoppie; (6) software dedicato per ciclaggio automatico e reporting conforme ASTM. Il progetto custom e richiesto per laboratori universitari geotecnici, ANAS/Autostrade per test materiali sottofondo, produttori aggregati per certificazione.