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Crystal growth and geotechnics

Alonso Eduardo
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2012
Numero:
4
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N.4/2012

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L’accrescimento dei cristalli è un meccanismo che porta a fenomeni espansivi estremi e a pressioni di rigonfiamento molto elevate per le opere di ingegneria. Nel corso della conferenza sono presentati tre casi in cui si sono avuti danneggiamenti e costosi interventi correttivi: una galleria scavata in argilliti anidritiche, un viadotto fondato su pali e su un rilevato compattato per l’accesso ad un altro viadotto. Nei primi due casi la precipitazione di cristalli di gesso nelle discontinuità della roccia ha indotto un notevole sollevamento dell’arco rovescio e forti pressioni sul rivestimento della galleria, nonché un inatteso sollevamento dei pilastri centrali del viadotto. Il terzo caso illustra invece l’accrescimento massivo di cristalli di ettringite e thaumasite in viadotti rinforzati con cemento Portland, che ha assoggettato il ponte ad uno stato di compressione assiale con conseguente danneggiamento. Oltre a questi inconvenienti si è reso necessario lo scavo degli strati sommitali del rilevato e la costruzione di strutture di sostegno aggiuntive. Nell’articolo sono descritti inoltre i principi dell’accrescimento dei cristalli di gesso e viene formulato un modello costitutivo accoppiato idromeccanico-chimico per un mezzo poroso. Il modello è stato applicato per interpretare e riprodurre il rigonfiamento manifestato dal viadotto. Le capacità di modellazione sono state confrontate e verificate con l’andamento del sollevamento del viadotto nel lungo periodo e con la risposta della fondazione ai carichi applicati sulla superficie del rilevato che è stato sovrapposto all’impalcato del viadotto per contrastare il fenomeno di rigonfiamento.

Crystal growth is a mechanism leading to extreme expansive phenomena and very high swelling pressures against engineering works. The lecture presents three cases which resulted in damage and expensive corrective measures in a tunnel excavated in anhydritic claystone, in a viaduct founded on piles and in the compacted access embankments to another viaduct. In the first two cases gypsum precipitation in rock discontinuities led to severe tunnel floor heaving, to very high pressures against tunnel lining and to the unexpected heave of the central pillars of the viaduct. The third case describes the massive growth of ettringite and thaumasite in embankments reinforced by Portland cement. As a result the bridge was axially compressed and damaged. In addition the heave rates of embankment surface required a full excavation of upper embankment layers and the construction of additional supporting structures. The paper also describes the fundamentals of gypsum crystal growth and presents a coupled Hydro Mechanical and Chemical model formulated in a porous media. The model was applied to interpret and simulate the heave experienced by the viaduct. Modelling capabilities were checked against the long term history of viaduct heave and also, against the foundation response when the vertical load from a surface embankment was added to counteract swelling.