Rilevati stradali e ferroviari: le novità introdotte in GeoStru Loadcap

La progettazione di opere in terra, ovvero strutture realizzate utilizzando terre sciolte, ha come obiettivo principale la creazione di costruzioni che rimangano stabili nel tempo, garantendo adeguati margini di sicurezza. Le prestazioni richieste variano in base al tipo di opera: ad esempio, per una diga in terra o un argine fluviale è essenziale assicurare l’impermeabilità idraulica, mentre per rilevati stradali o ferroviari si deve garantire una percorribilità sicura.
In generale, nella costruzione di rilevati stradali, si predilige l’uso di materiali che naturalmente possiedono caratteristiche di idoneità. Non si considerano invece quei materiali che, pur non conformi in origine, potrebbero essere resi adatti attraverso trattamenti con additivi. Attualmente, le normative riguardanti la progettazione e la costruzione dei rilevati prescrivono l’uso di materiali che rispettano specifici requisiti naturali, senza considerare le modifiche meccaniche ottenibili attraverso processi di lavorazione o trattamento. Questo pone una sfida, poiché è spesso complesso reperire terreni selezionati e di qualità per la costruzione di rilevati, rendendo necessario ottimizzare al massimo il movimento di terra.

Il movimento di terra fa riferimento al trasporto dei materiali dalla cava al cantiere in cui verranno utilizzati. Per ridurre i costi legati a queste operazioni, le normative stanno gradualmente evolvendo per consentire l’uso di materiali non conformi, che in passato erano considerati di scarto. Questi materiali, dopo essere trattati con additivi e sottoposti a compattazione, possono migliorare le loro proprietà meccaniche e diventare idonei all’uso nei rilevati stradali.

Caratteristiche geometriche

La figura una sezione trasversale schematica di un rilevato standard

Un rilevato stradale si compone dei seguenti elementi strutturali:

• Piano di fondazione;
• Corpo del rilevato (nucleo centrale);
• Sottofondo stradale;
• Sovrastruttura o pavimentazione.

Stabilità e cedimenti

La stabilità dei rilevati, come per altre opere in terra, è strettamente legata all’interazione con il terreno di fondazione. I carichi trasmessi dal rilevato al terreno possono raggiungere diverse decine di tonnellate per metro quadrato, influenzando strati di terreno anche molto profondi. Se il piano di posa è inclinato, può aumentare il rischio di scivolamento. Su terreni con buone caratteristiche meccaniche (ad esempio rocce o terreni granulari cementati), la stabilità del rilevato dipende principalmente dalla sua struttura. Tuttavia, se costruito su terreni deboli, occorre valutare il rischio di instabilità e considerare i possibili cedimenti, sia immediati che nel tempo, dovuti alla compressione del terreno.

L’instabilità del rilevato può verificarsi quando il terreno di fondazione ha una bassa resistenza. Il cosiddetto “carico limite” è il punto oltre il quale il terreno non può più sostenere il peso del rilevato, causando una rottura generale, caratterizzata da una superficie di scorrimento nel terreno che cede sotto il peso del rilevato. La stabilità si valuta con metodi geotecnici e richiede un coefficiente di sicurezza stabilito dal progettista.

I terreni argillosi saturi non consolidati sono particolarmente vulnerabili a fenomeni di scivolamento, soprattutto nelle prime fasi di costruzione del rilevato, a causa delle pressioni interne che impiegano molto tempo a dissiparsi. In questi casi, i rimedi comuni includono la riduzione dell’altezza del rilevato, l’addolcimento delle scarpate o la costruzione di contrappesi laterali.

Un altro problema è rappresentato dai cedimenti, che possono verificarsi dopo la costruzione del rilevato a causa della compattazione del materiale, delle vibrazioni del traffico e del cedimento del terreno di fondazione. Fattori come un compattamento inadeguato o l’uso di materiali non idonei possono causare deformazioni eccessive, compromettendo la pavimentazione stradale.

Il fenomeno del consolidamento del terreno di fondazione può provocare cedimenti che si manifestano in periodi variabili, da pochi mesi a molti anni, a seconda delle caratteristiche del terreno e dell’altezza del rilevato. Quando i cedimenti non sono uniformi, possono danneggiare la sovrastruttura stradale. In tali casi, è necessario:

• Analizzare accuratamente le caratteristiche del terreno e prevedere i cedimenti;
• Decidere se accelerare i cedimenti per stabilizzare il rilevato o cercare di ridurli.

Calcolo Rilevati

Dalla versione 2025 di GeoStru Relazione geotecnica – Loadcap, consente di effettuare tutte le verifiche utili per la stabilità dei rilevati. Esse includono:

• Verifiche di sicurezza nei riguardi degli SLU:

  • Calcolo resistenza di progetto verticale
  • verifica allo schiacciamento
  • Verifica a scorrimento
  • Verifica alla stabilita’ globale

• Verifiche SLD, SLE:

  • Calcolo dei cedimenti elastici ed edometrici (anche da curva edometrica) in x,y,z

  • Decorso dei cedimenti nel tempo

• Interventi di consolidazione:
  • Pali in ghiaia: Ricalcolo del carico limite e dei cedimenti
  • Abbassamento della falda con l’applicazione dei pali in ghiaia (sistema di drenaggio)

Tutte le verifiche vengono effettuate secondo le NTC 2018 (Norme Tecniche per le Costruzioni 2018) e Eurocodice 7 e 8.

L’applicazione dei rilevati stradali in GeoStru Loadcap rende l’approccio al problema sull’interazione rilevato-terreno totalmente differente dall’interazione fondazione-terreno: le relazioni geotecniche utilizzate per i rilevati sono create ad hoc per il tipo di problema.

Configurazione del rilevato

Dal menù “Dati Generali”, come detto, è possibile raggiungere il nuovo strumento:

Dopo aver inserito la stratigrafia del terreno, da qui è possibile dimensionare il rilevato e, molto importante, eventualmente inserire dreni sottoforma di pali in ghiaia atti a ridurre il carico idraulico e quindi consolidare più velocemente il terreno che forma il nostro rilevato.

Infatti le soluzioni più comuni per gestire i cedimenti includono:

• Aumento del sovraccarico: costruire il rilevato con un’altezza maggiore del necessario, per poi ridurla una volta stabilizzati i cedimenti. È una tecnica economica ma lenta.
• Sistemi drenanti: installare dreni verticali o orizzontali per facilitare la fuoriuscita dell’acqua dal terreno, riducendo i tempi di consolidamento. I dreni verticali, realizzati con pali di sabbia, sono i più utilizzati.

In Proprietà si possono impostare le caratteristiche geotecniche del rilevato:

• Descrizione: una breve descrizione libera che identifichi l’opera e, affianco, la possibilità di impostare il colore di quest’ultima nel modello;
• Peso specifico espresso in KN/m³;
• Angolo di attrito espresso in °;
• Coesione espressa in kPa.

In Geometria rilevato è possibile definire la lunghezza longitudinale, la base superiore, inferiore e l’altezza tutti espressi in m.

In Profilo terreno e falda si andrà a indicare in m di quanto si voglia estendere il terreno sottostante il rilevato sulla sinistra e sulla destra dello stesso: EL e ER.

L’opzione Pali in ghiaia attivi permette di attivare o disattivare l’azione dei pali in ghiaia. Selezionandolo, infatti la successiva parte Pali in ghiaia verrà disattivata.

In quest’ultima sezione, se attiva, si andranno ad inserire e impostare tutti i parametri atti a descrivere i pali in ghiaia per l’effetto drenante come:

• Diametro e Lunghezza espressi in m;
• Colore dei pali da visualizzare nello schema;
• Posizione primo ed ultimo palo X: nelle due caselle di input va inserita, in m, la distanza a cui deve essere posizionato rispettivamente il primo (cella sinistra) e l’ultimo palo (cella destra) rispetto all’origine dello schema del rilevato (quindi dall’estremo inferiore sinistro lungo l’asse X);
• Posizione primo ed ultimo palo Z: nelle due caselle di input va inserita, in m, la distanza a cui deve essere posizionato rispettivamente il primo (cella sinistra) e l’ultimo palo (cella destra) rispetto all’origine dello schema del rilevato (quindi dall’estremo inferiore sinistro lungo l’asse Z normale allo schermo del pc);
• Interasse X,Z: una volta definita la posizione del primo e dell’ultimo palo lungo le direzioni X e Z, e quindi aver creato l’estensione dell’ingombro dei pali, da qui è possibile inserire l’interasse di quest’ultimi lungo X (input sinistro) e Z (input destro) espresso in m;
• Modulo di elasticità espresso i MPA in un range consigliato da 250 a 500;
• Carico limite singolo palo: espresso in KN.

In Falda si andrà a specificare se è presente o meno la falda attraverso la Profondità falda dal PC (Piano Campagna) espressa in m, se è diverso da 0 indicherà la sua presenza e si attiverà l’opzione Calcolo abbassamento falda in azzurro: facendo click con il mouse sarà calcolato l’abbassamento che la falda subirà in funzione anche degli altri due parametri da inserire, come Portata totale estratta in m³/s (nel caso di presenza di pozzi di emungimento) e la permeabilità del terreno espressa in m/s nel range consigliato di 10^-9 – 10^-2.

L’opzione “Calcolare il peso proprio ed aggiungerlo al carico netto” permette di considerare nei calcoli anche il peso proprio del rilevato stesso in aggiunta ad ulteriori carichi come, per esempio, il sovraccarico stradale

Pali e micropali di fondazione MP è un software per il calcolo della capacità portante del terreno di fondazione per un palo “infisso troncoconico, trivellato, elica ed elica continua” o un micropalo gravato da una qualsiasi distribuzione di carichi (momento, sforzo normale e taglio); esegue inoltre il calcolo strutturale dimensionandone l’armatura longitudinale e la staffatura. Calcolo portanza con formule statiche e dinamiche. Cedimenti con Fleming 1992, Poulos e Davis 1968. Carico critico ad instabilità. Portanza pali di gruppo.

Con MP puoi calcolare il carico limite dei pali in ghiaia

Calcolo carico limite

Dal menù Calcolo,  cliccando su Carico limite, si aprirà la consueta finestra di calcolo del carico limite.

È bene notare che, nel caso di rilevati, la sezione relativa ai carichi agenti risulta differente rispetto agli altri casi: infatti è necessario indicare solo la Pressione normale di progetto in kN/m³ e il tipo di carico applicato tra lo stato limite di Progetto o di Servizio

I risultati saranno visualizzati per ogni autore ed evidenziata la condizione più sfavorevole.

Calcolo cedimenti

La particolarità del nuovo aggiornamento risiede anche nel calcolo dei cedimenti del rilevato: infatti l’approccio di calcolo è tridimensionale. Questo è facilmente verificabile andando su Calcolo e poi Cedimenti Edometrico e di Schmertmann.

Nell’immagine che segue, è raffigurata la vista planimetrica dello schema di calcolo, in cui la parte gialla è l’area occupata dal rilevato e in bianco è il restante terreno. Facendo click con il tasto sinistro del mouse e tenendo premuto, l’utente può spostarsi planimetricamente, quindi lungo X e lungo Z, e visualizzare il valore del cedimento W_t (che rappresenterebbe l’asse Y).

Il calcolo dei cedimenti tridimensionale avviene anche applicando i pali in ghiaia come dreni

L’analisi di stabilità globale dei rilevati con Slope e l’esportazione della geometria da importare in GFAS

Molto importante, inoltre, è l’interoperabilità con gli altri software GeoStru.

Nel Menù Output è presente l’apposito strumento “Esporta Slope“: una volta premuto verrà generato un file di estensione “LoadcapToSlope”, che una volta salvato verrà aperto con il modulo Slope/Loadcap, da cui effettuare l’analisi di stabilità globale.

Allo stesso modo, l’interoperabilità dei dati tra Loadcap e Analisi agli elementi finiti in Geotecnica – GFAS per analisi ad elementi finiti del rilevato, compreso l’analisi per fasi costruttive, permette di generare il file in formato *txt, contenente la geometria da importare, come detto, in GFAS.

Visualizzazione 3D

Lo schema del rilevato, con eventuali dreni, è possibile visualizzarlo tridimensionalmente

Loadcap è un software per redigere la relazione geotecnica professionale. Consente di calcolare la capacità portante e cedimenti di fondazioni su terreni sciolti e rocciosi, secondo i metodi di: Terzaghi (1955), Meyerhof (1963), Hansen (1970), Vesic (1975), Brinch-Hansen (1970), Richards et al. (1993) e Meyerhof and Hanna (1978) e molto altro.

A partire dalla versione 2025, LoadCap effettua la progettazione di rilevati stradali e ferroviari. Le verifiche effettuate includono: Capacità portante, Cedimenti (3D), Cedimenti nel tempo, Consolidazione con pali in ghiaia e Drenaggio

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