analisi sperimentale del comportamento meccanico di fondazioni superficiali poste su sabbia...

ANALISI SPERIMENTALE DEL COMPORTAMENTO MECCANICO

DI FONDAZIONI SUPERFICIALI POSTE SU SABBIA RINFORZATA

MEDIANTE GEOSINTETICI

Giovanni CALONI Andrea SAVOLDI

mostrare l’efficacia dei georinforzi nell’aumentare la capacità portante di fondazioni superficiali;

Scopo del lavoro:

proporre un nuovo tipo di geometria dei rinforzi per incrementarne l’efficienza.

Evoluzione del concetto di georinforzo

Rinforzi in materiale polimerico

Geogriglia mono-orientata

Strisce metalliche

Rinforzi

Geogriglia bi-orientata

Caso particolare: i muri di sostegno

Carico inclinato ed eccentrico sul terreno di fondazione

W = Peso del muroS = Spinta totale del terreno sul muro

W

S

Effetto del numero di rinforzi e della loro lunghezza sulla capacità

portante

B.C.R. = qr/qu

dove: qr = carico limite del terreno rinforzato

qu = carico limite del terreno non rinforzato

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 5 10 15L/B

BCR

N = 6

N = 6

N = 3

N = 1

N = 4

Lunghezza dei rinforzi =

Base della fondazione

Numero di rinforzi = 3

Geometria delle prove

B

0.5B

0.5B

0.5B

sabbia densa

Soluzione innovativa:

rinforzi allacciati fra loro

e solidarizzati alla fondazione

sabbia densa

B

0.5B

0.5B

0.5B

Apparato sperimentale

cassone di prova

(890 x 440 x 200 mm)

Cassone vecchio

Cassone nuovo

Deformazione laterale dei cassoni

0

20

40

60

80

100

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Deformazione laterale [mm]

Carico

[kPa

]

cassone nuovo

cassone vecchio

sistema di carico

Apparato sperimentale

cassone di prova

(890 x 440 x 200 mm)

Schema della macchina e sistema di carico

sistema di acquisizione dati

sistema di carico

Apparato sperimentale

cassone di prova

(890 x 440 x 200 mm)

Presentazione

dei risultati

sperimentali

Materiali utilizzati

sabbia del Ticino depositata con il metodo del “sand spreader”

geogriglia bi-orientata in scala ridotta “Tenax S11”

Prove su sabbia sciolta (Dr = 20%)

Prove su sabbia densa (Dr = 100%)

geosintetici allacciati

geosintetici non allacciati

sabbia sciolta non rinforzata

sabbia sciolta rinforzata

sabbia densa rinforzata

sabbia densa non rinforzata

Prove su sabbia sciolta (Dr = 20%)

rottura per punzonamento

Sprofondamento della fondazione senza evidenti superfici di scorrimento (Vesic,

1973)

Influenza del sovraccarico lateraleConfronto fra una prova con aspirazione

laterale ed una senza aspirazione

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

cedimento [mm]

cari

co [

kPa]

Prova aspirata

Prova non aspirata

Prove con aspirazione laterale del sovraccarico

Prove su sabbia densa (Dr = 100%)

rottura generale per taglio

Presenza nel terreno di superfici di scorrimento ben definite (Vesic, 1973)

Dai risultati di ogni classe di prove si ricava un dominio di rottura.C

ari

co o

rizz

onta

le H

Carico verticale V

Dai risultati di ogni classe di prove si ricava un dominio di rottura.C

ari

co o

rizz

onta

le H

Carico verticale V

Percorsi di carico:

Percorso 1: carico verticale

Dai risultati di ogni classe di prove si ricava un dominio di rottura.C

ari

co o

rizz

onta

le H

Carico verticale V

Percorsi di carico:

Percorso 2: carico inclinato (H = 0,1 V)

Dai risultati di ogni classe di prove si ricava un dominio di rottura.C

ari

co o

rizz

onta

le H

Carico verticale V

Percorsi di carico:

Percorso 3: carico inclinato (H = 0,2 V)

Dai risultati di ogni classe di prove si ricava un dominio di rottura.

Percorsi di carico:

Percorso 4: carico in due passi successivi

Cari

co o

rizz

onta

le H

Carico verticale VVo

Dai risultati di ogni classe di prove si ricava un dominio di rottura.

Percorsi di carico e punti sperimentaliC

ari

co o

rizz

onta

le H

Carico verticale VVo

Prove di classe A:

sabbia sciolta non rinforzata

Dominio di rottura

0

1

2

3

4

5

0 10 20 30 40 50qV [kPa]

qH [

kPa]

Prove di classe A: sabbia sciolta non rinforzata

Prove di classe B:

sabbia sciolta rinforzata

geosintetici non allacciati

Prove di classe B: sabbia sciolta rinforzata geosintetici non allacciati

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150qV [kPa]

qH [

kPa]

Dominio di rottura

Prove di classe C:

sabbia sciolta rinforzata

geosintetici allacciati

Prove di classe C: sabbia sciolta rinforzata geosintetici allacciati

0

6

12

18

24

0 30 60 90 120 150 180qV [kPa]

qH [

kPa]

Dominio di rottura

Prove di classe D:

sabbia sciolta non rinforzata

fondazione profonda

Prove di classe D: sabbia sciolta non rinforzata fondazione profonda

Schema della prova

B

1,5

B

Prove su sabbia sciolta: confronto dei domini di rottura

0

4

8

12

16

20

24

0 40 80 120 160 200

qV [kPa]

qH [

kPa]

Geos. non allacciati

Non rinf orzata

Prove su sabbia sciolta: confronto dei domini di rottura

0

4

8

12

16

20

24

0 40 80 120 160 200

qV [kPa]

qH [

kPa]

Geos. allacciati

Geos. non allacciati

Non rinf orzata

Prove su sabbia sciolta: grafico riassuntivo (carico verticale)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Cedimento [mm]

Cari

co v

erti

cale

[kP

a]

non rinforzata

rinforzata non allacciati

rinforzata allacciati

Prove su sabbia sciolta: grafico riassuntivo (carico verticale)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Cedimento [mm]

Cari

co v

erti

cale

[kP

a]

non rinforzata

rinforzata non allacciati

rinforzata allacciati

fondazione profonda

Prove su sabbia sciolta: grafico riassuntivo (carico verticale)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Cedimento [mm]

Cari

co v

erti

cale

[kP

a]

non rinforzata

rinforzata non allacciati

zona addensata

Prove su sabbia sciolta: grafico riassuntivo (carico verticale)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Cedimento [mm]

Car

ico

vert

ical

e [k

Pa]

non rinf orzata

rinf orzata non allacciati

rinf orzata allacciatif ondazione prof onda

zona addensata

Prove di classe E:

sabbia densa non rinforzata

Prove di classe E: sabbia densa non rinforzata

Dominio di rottura

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100qV [kPa]

qH [

kPa]

Prove di classe F:

sabbia densa rinforzata

Prove di classe F: sabbia densa rinforzata

0

6

12

18

24

0 50 100 150 200 250 300 350qV [kPa]

qH [

kPa]

Dominio di rottura

Prove su sabbia densa: confronto dei domini di rottura

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150 200 250 300 350qV [kPa]

qH [

kPa]

Non rinf orzata

Rinf orzata

Prove su sabbia densa: grafico riassuntivo (carico verticale)

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Cedimento [mm]

Car

ico

vert

ical

e [k

Pa]

Densa rinf orzata

Densa non rinf orzata

Presentazione

dei risultati delle

analisi numeriche

Approccio teorico:

Meccanismo di rottura:

Metodo cinematico dell’analisi limite

Criterio di Hill semplificato

Criterio di Hill semplificato

dxdx

dx

B (1-)B

sx

sx

Criterio di Hill

Legge di rottura:

Mohr – Coulomb con legge di scorrimento associata

Approccio teorico:

Meccanismo di rottura:

Metodo cinematico dell’analisi limite

Criterio di Hill semplificato

si ricerca un minimo tramite il risolutore di excel

Parametri di ingresso:

prove triassiali

2/3 ’

1/2 ’

angolo di attrito fra terreno e fondazione

angolo di attrito interno (sabbia densa)

angolo di attrito interno (sabbia sciolta)

angolo di attrito fra terreno e geosintetico

qlim = f(sx , dx , sx , dx , )

1. Sabbia sciolta non rinforzata

14,03 [kN/ m3]

32 [°]

terreno- cls 20 [°]

Dominio di rottura

0

2

4

6

8

10

0 20 40 60 80qV [kPa]

qH [

kPa]

sperimentali

Analisi limite

Vesic

Sabbia sciolta non rinforzata (i = 0°)

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

-0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4

i = 0°

Sabbia sciolta non rinforzata (i = 18°)

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

-0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4

i = 18°Sabbia sciolta non rinforzata (i = 12°)

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

-0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4

i = 12°

Sabbia sciolta non rinforzata (i = 6°)

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

-0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4

i = 6°

Geometrie di rottura

1. Sabbia sciolta non rinforzata

2. Sabbia sciolta rinforzata (geosintetici non allacciati)

Dominio di rottura

0

4

8

12

16

20

0 50 100 150 200

qV [kPa]

qH [

kPa]

sperimentaliAnalisi limiteVesic

esterno 14,03 [kN/ m3]

interno 16,38 [kN/ m3]

sciolto 32 [°]

denso 38 [°]

terreno- cls 22 [°]

terreno- geo 16 [°]

2. Sabbia sciolta rinforzata (geosintetici non allacciati)

Parametri utilizzati nella simulazione

2. Sabbia sciolta rinforzata (geosintetici non allacciati)

Geometrie di rotturaSabbia sciolta rinforzata (i = 0°)

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

-0,4 -0,2 0 0,2 0,4

Sabbia sciolta rinforzata (i = 6°)

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

-0,4 -0,2 0 0,2 0,4

Sabbia sciolta rinforzata (i = 12°)

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

-0,4 -0,2 0 0,2 0,4

Sabbia sciolta rinforzata (i = 18°)

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

-0,4 -0,2 0 0,2 0,4

i = 0°

i = 18°i = 12°

i = 6°

3. Sabbia densa non rinforzata

16,38 [kN/ m3]

42 [°]

terreno- cls 26 [°]

Dominio di rottura

0

3

6

9

12

15

18

0 50 100 150 200

qV [kPa]

qH [

kPa]

Sperimentali

Analisi limite

Hansen

4. Sabbia densa rinforzata (geosintetici non allacciati)

Dominio di rottura

0

10

20

30

0 100 200 300 400 500qV [kPa]

qH [

kPa]

sperimentali

Analisi limite

Hansen

4. Sabbia densa rinforzata (geosintetici non allacciati)

16,38 [kN/ m3]

interno 32 [°]

esterno 38 [°]

terreno- cls 22 [°]

terreno- geo 16 [°]

Parametri utilizzati nella simulazione

Computo metrico di

confronto fra una

fondazione superficiale

rinforzata con geosintetici

e una fondazione profonda

Schema fondazione rinforzata

Schema fondazione profonda

Risultati del computo metrico comparativo

Fondazione superficiale rinf orzata tramite

geosintetici non allacciati alla f ondazione201.400L. 104,02 €

Fondazione superficiale rinf orzata tramite

geosintetici allacciati alla f ondazione216.400L. 111,76 €

Fondazione prof onda in C.A. 410.500L. 212,01 €

prezzi per metro lineare

Conclusioni

Aumento della capacità portante fino ad oltre il 200% sia su sabbia sciolta che densaRiduzione dei cedimenti: l’aumento di rigidezza su sabbia sciolta è da attribuire quasi interamente alla presenza di sabbia densa nella zona rinforzata

La configurazione con geosintetici allacciati permette di ottenere risultati paragonabili a quelli di una fondazione profonda occupante lo stesso volume di scavo, pur necessitando di costi nettamente inferiori.

L’uso di rinforzi corti (L = B) si dimostra molto efficace ed economico

Conclusioni