Coefficiente di Winkler o modulo di reazione del terreno. Perché é così importante e come si determina?

08/06/2021

Il coefficiente di Winkler o costante di Winkler o modulo di reazione del terreno, indicato generalmente con k, rappresenta la rigidezza del suolo, idealizzato matematicamente alla Winkler come un letto di molle elastiche fra loro indipendenti. Tale metodo ha la comodità di essere usato con facilità nei calcoli strutturali e presenta sufficienti legami alla maggioranza dei casi reali.

Il coefficiente di Winkler (k) non è una proprietà intrinseca del terreno, ma dipende dalla stratigrafia e dalla composizione fisica del suolo (tipologie di terreno, dimensione, forma ed assortimento del pietrisco), che ne determinano lo stato tenso-deformativo.

Nella realizzazione di un pavimento industriale, il coefficiente K è la base di partenza per qualsiasi calcolo progettuale. Il pavimento in calcestruzzo, non essendo “auto-portante”, svolge il suo lavoro dipendentemente dal supporto su cui poggia.

Come determinare il coefficiente di Winkler tramite prova di carico su piastra.

Per la determinazione del coefficiente di reazione del terreno k, occorre effettuare delle prove in situ mediante piastra rigida statica del diametro di 760 mm, secondo le indicazioni fornite dalla Norma CNR BU N. 146 del 14 Dicembre 1992. Nonostante la piastra da 30 cm sia più pratica per il trasporto, essa fornisce risultati meno rappresentativi in quanto coinvolge una porzione di massicciata notevolmente inferiore, inoltre i risultati devono essere matematicamente correlati alla piastra da 76 cm.

Individuata la zona della massicciata dove eseguire la prova (preferibilmente NON le zone soggette a maggiore e più facile compattazione), la stessa va livellata con un leggero allettamento di sabbia. Si posiziona la piastra di acciaio, si inserisce al centro della piastra il cilindro idraulico, contrastandolo dal lato opposto con un mezzo d’opera od un’autobetoniera.
A 120° dal perimetro della piastra vanno posizionati tre trasduttori elettronici di spostamento con risoluzione 0,001 mm.
La prova si effettua eseguendo un doppio ciclo di carico e di scarico.

k = 0,07/(L1-L2)

k = Coefficiente di reazione del terreno [N/mm2]
0,07 = Valore teorico entro il quale il terreno risulta sollecitato in modo elastico
L1 = Valore medio delle letture del cedimento della piastra ad esaurimento, ovvero ad una pressione di 0,08 N/mm2
L2 = Valore medio delle letture del cedimento della piastra ad una pressione di 0,01 N/mm2
Non esistono valori k “ottimali”, ma solo valori che devono corrispondere a dati di progetto (questo per rispondere a chi, di sovente, mi chiede che valori deve avere la massicciata per poter realizzare un pavimento industriale)
In ogni caso, per pavimentazioni ad uso industriale, è improbabile utilizzare massicciate con valori medi inferiori a 0,06 N/mm3

Gli svantaggi della piastra statica e l’alternativa della piastra dinamica.

Il test della piastra statica è il test normato in Italia per la determinazione del coefficiente di Winkler tuttavia, per caratteristiche intrinseche, porta con sé diversi svantaggi:

• E’ un test che richiede diverso tempo per la sua realizzazione, oltre che la messa a disposizione di un mezzo d’opera di importanti dimensioni che funga da contrasto.
• La strumentazione e la piastra da 760mm hanno un elevato peso da gestire.
• Il tempo occorrente per l’esecuzione della prova ne implica un numero esiguo di test eseguibili in una giornata lavorativa, con conseguenze anche economiche.

Il metodo della piastra dinamica risulta estremamente veloce, facile e dinamico per valutare la qualità e l’omogeneità di compattazione di una massicciata.
Il test LWD (Light Weight Deflectometer) si esegue facendo cadere un massa battente di 10 kg su una piastra di 300 mm di diametro, nella quale è alloggiato un accelerometro.
I dati rilevati dall’accelerometro mediante 3 serie di battute, vengono inviati ad un’unità di rilevazione esterna in grado di stampare e/o immagazzinare i risultati.
Data la grande velocità di esecuzione del test (meno di 2 minuti) è possibile eseguire decine/centinaia di rilevazioni, in modo da avere una accurata mappatura dell’omogeneità di compattazione della massicciata, cosa che con il metodo della piastra statica non è possibile!
Purtroppo la piastra dinamica (o LWD test) non gode di un adeguato riconoscimento nella normativa italiana, pertanto i suoi risultati andrebbero comparati con quelli della (obsoleta) piastra statica.

Nel link qui sotto potete vedere un video registrato in cantiere, che parla di massicciata e prove con piastra dinamica.

Ulteriori informazioni su https://www.youtube.com/watch?v=ZY8-90zppGQ