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