Nella progettazione dei rilevati stradali e ferroviari su terreni a grana fine o finissima, è necessario capire l’andamento dei cedimenti nel corso del tempo. Questo perchè nel caso di infiltrazione d’acqua, il processo di drenaggio avviene molto lentamente nel medio e lungo termine.
Il problema, è particolarmente sentito nei tratti adiacenti le spalle dei viadotti e nell’ampliamento di rilevati preesistenti per ovvi motivi.
Quindi, l’obiettivo è quello di accelerare il processo del decorso dei cedimenti, attraverso il drenaggio oppure rafforzare (consolidare) il terreno. Attualmente vi sono varie tecniche adatte allo scopo suddetto: quelle tradizionali attraverso l’applicazione di dreni e/o precarichi e tecniche di consolidamento di terreni con l’inserimento di rinforzi colonnari (pali, deep mixing, jet grouting, stone columns ecc…)
Le soluzioni per intervenire sui cedimenti
Le scadenti proprietà meccaniche dei terreni di fondazione, unitamente ai carichi cospicui derivanti dal peso proprio del rilevato possono infatti indurre fenomeni di instabilità oppure dare luogo a cedimenti elevati e protratti nel tempo, in grado di compromettere la funzionalità dell’opera.
Le tecniche tradizionali prevedono l’utilizzo di dreni verticali, eventualmente combinati con una fase di precarico. L’applicazione del carico ha come l’effetto di “premere” il terreno ed espellere l’acqua.
Recentemente, sono proposte soluzioni che, invece di avere lo scopo di accelerare il processo di drenaggio, hanno la finalità di consolidare il terreno in previsione del cedimento che si avrebbe nel tempo: si tratta dell’applicazione di elementi cilindrici rigidi costituiti da pali o colonne consolidate. Come lato positivo si ha che non è necessario di attendere i lunghi tempi dovuti al movimento del terreno, ma d’altro canto il costo aumenta.
Consolidamento tramite pali di fondazione
Nell’applicazione dei pali, i carichi vengono trasferiti alla testa di quest’ultimi, cercando di aumentare l’interasse e ridurre la concentrazione di sforzi tangenziali e di deformazioni distorsionali nel rilevato che potrebbero generare irregolarità del piano stradale.
In alternativa ai pali è quella dell’introduzione nel terreno di vari materiali come calcestruzzo, sabbia, ghiaia, boiacca ecc… combinata a diverse azioni quali: battitura, trivellazione, iniezione, miscelazione, vibrazione, sostituzione, compattamento. Si vanno a creare degli elementi cilindrici, i cosiddetti “rinforzi colonnari”: deep mixing, jet grouting, stone columns e tutte le varianti a loro associate.
Deep Mixing
Si tratta nella miscelazione meccanica nel terreno di calce e/o cemento, attraverso una trivella meccanica con pale rotanti. Se la miscela di calce e cemento è aggiunta in polvere si ha il dry mixing utilizzati di solito per terreni limo-argillosi saturi, se premiscelati con acqua wet mixing
Jet grouting
Consiste nell’iniezione di miscele fluide, proiettate ad alta velocità. Questo processo fa si che si hanno fenomeni di disgregazione, miscelazione e/o permeazione del terreno, che con la presa e indurimento produce un elemento di terreno cementato di forma pressoché cilindrica
Stone columns
Le Stone columns sono colone di sabbia e/o ghiaia e hanno la duplice proprietà di drenare l’acqua e irrigidire il terreno. Vengono applicate attraverso una sonda vibrante che penetra nel terreno addensando il terreno circostante e riempito il foro con sabbia e ghiaia.
Analisi e calcolo di Platee Pilate – DeepFound
Analisi e calcolo di Platee Pilate – DeepFound consente di calcolare il carico limite (SLU) ed i cedimenti (SLE) tramite il metodo PDR proposto da Poulos (2000) derivante dalla combinazione dei metodi di Poulos e Davis(1980) e dal metodo di Randolph(1994).
Tipologie previste: Trivellati, Infissi, Micropali, Pali ad Elica
Dreni verticali
I dreni verticali rappresentano delle importanti vie di migrazione dell’acqua di falda, quando si vuole accelerare il processo di consolidazione, indotto per esempio da una precarica, nei terreni a bassa permeabilità.
La messa in opera dei dreni viene, in genere, preceduta dalla predisposizione, sull’impronta del corpo del rilevato, di un tappeto drenante, con la duplice funzione di piano di lavoro e raccolta e smaltimento dell’acqua trasmessa dai dreni. Per quanto riguarda le tipologie di dreni e le loro modalità di installazione, storicamente, i dreni realizzati con pali in sabbia sono stati più diffusi, in ragione del loro modesto costo di realizzazione.
Dimensionamento degli interventi
Nel dimensionare opere di questo genere, bisogna tenere a mente che il comportamento meccanico di una fondazione rinforzata con elementi colonnari è in funzione dell’interazione tra rilevato, terreni naturali e colonne, ognuno con le proprie caratteristiche.
In aggiunta le caratteristiche meccaniche, oltre ai fattori sopracitati e al materiale, variano in base alla profondità della colonna che è condizionata fortemente dalla modalità di esecuzione. La disposizione geometrica degli interventi (Fig. 4) può portare ad una distribuzione dei carichi da una zona più cedevole a quella più rigida.
Per definire la lunghezza delle colonne occorre in primo luogo individuare e caratterizzare il volume significativo della fondazione, intendendo con esso quella porzione di terreno che, per effetto della costruzione e dell’esercizio del rilevato, risulterà interessato da significativi sforzi o deformazioni.
Analisi agli elementi finiti in Geotecnica – GFAS
GFAS – Geotechnical and F.E.M. analysis system è un software per la geotecnica ad elementi finiti non lineare. Una soluzione completa che integra tutte le funzionalità necessarie per l’analisi di molteplici problematiche geotecniche e geologiche in condizioni statiche e dinamiche, quali: Tunnel, Stabilità dei pendii, Terre rinforzate, Opere di Stabilizzazione, Scavi, Cedimenti, Interazione terreno struttura, Analisi Filtrazione, Analisi dinamica modale con spettri NTC ed Eurocodici.
GFAS importa le geometrie da AUTOCAD e dai principali software GEOSTRU.
Come prevedere i cedimenti nel tempo
GeoStru ha tra le sue Geoapp l’applicativo online “Decorso dei cedimenti in presenza dei dreni verticali” che permette attraverso pochi dai di input di generare i grafici dell’andamento nel tempo del grado di consolidazione e dei cedimenti (Fig.5)
L’utente è seguito passo-passo nell’inserimento dei dati seguendo lo schema presente:
Dove con:
- h1 = Spessore strato con dreni
- h2 = Spessore strato senza dreni
- H = Percorso drenaggio strato senza dreni
- Cv = Coeff. di consolidazione verticale
- Ch = Coeff. di consolidazione orizzontale
- dw = Diametro eqivalente del dreno
- i = Interasse dei dreni
Può scegliere la tipologia di dreno tra quello prefabbricato a nastro o in sabbia, con incluso un database con i valori di riferimento della tipologia come diametro del dreno, spessore, larghezza, permeabilità in funzione del materiale ecc…
Il modello di calcolo prevede la scelta della disposizione del dreno a maglia quadrata o quinconce (Fig. 7):
Altri dati input sono coefficiente di Forma, cedimenti prevedibili espressi in cm, coefficienti di permeabilità orizzontale e di filtro, diametro di zona disturbata, modalità di scarico del dreno (un’estremità o due).
L’output sarà quello mostrata in Figura 5 dove vengono evidenziati gli andamenti nel tempo della consolidazione e dei cedimenti in 3 diversi casi: Senza dreni, con dreni con efficacia ridotta (tenendo in considerazione l’effetto della resistenza idraulica del dreno sia il rimaneggiamento del terreno) e con dreni.
Oltre a salvare e aprire progetti di lavoro, l’applicazione permette di elaborare una relazione di calcolo completa con cenni teorici del modello utilizzato e risultati di output in maniera dettagliata come le tabelle dei valori utilizzati nella realizzazione dei grafici.
Decorso dei cedimenti in presenza di dreni verticali
Applicativo che permette di analizzare il decorso dei cedimenti nel tempo, in terreni a grana fine in presenza di dreni verticali.
Possibilità di salvare e caricare il progetto, creazione grafico di andamento di cedimenti e consolidazione nel tempo ed esportazione relazione di calcolo completa di cenni teorici in formato *.docx
