Terra rinforzata analisi e calcolo

strada

Le opere in terra rinforzata e le loro applicazioni rappresentano attualmente una grande risorsa nell’ambito della progettazione e, più in generale, dell’ingegneria geotecnica, naturalistica ed ambientale. Le strutture in terra rinforzata, che combinano le proprietà e le caratteristiche del terreno e del rinforzo, trovano applicazione in una ormai ampia gamma di settori, come opere di sostegno, opere di contenimento, opere in rilevato e opere accessorie di arredo urbano. Il sistema si basa sul principio di migliorare le caratteristiche meccaniche del terreno conferendogli resistenza a trazione. I terreni sono caratterizzati da una resistenza a compressione significativa, che dipende dalle loro caratteristiche intrinseche e dalla loro storia tensionale, ma non possiedono resistenza a trazione. Il sistema composito realizzato con elementi resistenti a trazione  e terreno è un sistema dotato di caratteristiche meccaniche superiori di quelle del solo terreno.

I rinforzi rivestono la funzione chiave dell’opera poiché assolvono la funzione di assorbire gli sforzi di taglio che i terreni, presenti nell’intorno, non sono in grado di sostenere. Il terreno impiegato per realizzare le opere in terra rinforzata si definisce rilevato strutturale e rappresenta, insieme ai rinforzi, la parte più importante dell’intera opera.
Terreni incoerenti (come sabbie e ghiaie) rappresentano, teoricamente, la soluzione ideale per la realizzazione del rilevato in quanto, questa tipologia di terreni, è in grado di garantire una migliore interazione terreno-rinforzo, migliori caratteristiche geotecniche, grazie alle proprietà meccaniche, e maggiore facilità di messa in opera.

Interazione tra terreno e rinforzo sintetico
Adottando il criterio tradizionale di Mohr-Coulomb per rappresentare il comportamento del sistema ibrido e ammettendo che il contributo reso disponibile dal rinforzo sia pari alla massima resistenza a trazione che il materiale è in grado di attivare, il suo stato limite ultimo corrisponderà, ovviamente, al valore di rottura.
Il materiale composito (terreno-geosintetico) è rappresentabile, sul piano di Mohr (Vedi Figura), come se fosse un terreno dotato di coesione efficace c’r (Schlosser e Long, 1972).

mohr

La seguente applicazione riguarda la verifica di una terra rinforzata utilizzata nella realizzazione di un rilevato stradale le cui caratteristiche geometriche si riportano nella seguente figura.

Geometria

Come disciplinato dalle Norme Tecniche, le terre rinforzate rientrano nella categoria delle opere di sostegno, ovvero quelle opere geotecniche e quegli interventi atti a sostenere in sicurezza un corpo di terreno o di materiale con comportamento simile:

muri: la funzione di sostegno affidata al peso proprio del muro e a quello del terreno agente su di esso.
paratie: la funzione di sostegno è assicurata principalmente dalla resistenza del terreno posto innanzi l’opera e da eventuali ancoraggi e puntoni.
strutture miste (es. terre rinforzate, ture, muri cellulari): la funzione di sostegno viene esplicata anche per effetto di trattamenti di miglioramento e per la presenza di particolari elementi di rinforzo e collegamento.

Per le strutture miste come per le opere di sostegno le verifiche da effettuarsi sono:

SLU di tipo geotecnico (GEO) e di equilibrio del corpo rigido (EQU)
– stabilità del complesso opera-terreno;
– scorrimento sul piano di posa;
– collasso per carico limite dell’insieme fondazione-terreno;
– ribaltamento (EQU).

SLU di tipo strutturale (STR)
Raggiungimento della resistenza degli elementi strutturali, accertando che la condizione Ed<Rd sia soddisfatta per ogni stato limite considerato.

L’azione è rappresentata dalla spinta del terreno, dall’incremento di spinta dovuta all’azione sismica e dal contributo di eventuali sovraccarichi valutati a livello del singolo rinforzo.

Verifica a sfilamento del rinforzo
La resistenza viene calcolata con la seguente relazione:

Tpullout=2·Lr·σ’v·fb·tanφ’

dove:

Lr  lunghezza efficace del rinforzo;
fb   coefficiente di pullout;
σ’tensione efficace in direzione ortogonale al piano del rinforzo.

Verifica a rottura del rinforzo
La resistenza a rottura del rinforzo si calcola come segue:

Tallow=Tnom/(Πi FSi)

dove:

Tnom tensione nominale

FSi    fattori correttivi che tengono conto di eventuali danneggiamenti in fase di posa, dell’aggressività di natura chimica dell’ambiente, dei fenomeni di creep.

Il calcolo è stato eseguito con il software M.R.E. (Mechanically Reinforced Earth), i parametri geotecnici del terreno si riportano nella seguente tabella:

stratigrafia

I risultati dell’analisi si riportano in forma tabellare.

Verifiche SLU di tipo strutturale (STR)

SLU_STR

SLU di tipo geotecnico (GEO) e di equilibrio del corpo rigido (EQU)

Spinte risultanti e punto di applicazione

azioni

Verifica a scorrimento sul piano di posa

scorrimento

Verifica a carico limite Combinazione A2+M2+R2 (Terzaghi)

ΣForiz.                                                          415.29 kN
ΣFvert.                                                       1452.82 kN
ΣMomenti                                               -6520.98 kNm
Larghezza fondazione                                      7.0 m
Eccentricità su B                                            0.99 m
P.U.V.                                                                19.0 kN/m³
Angolo di resistenza al taglio                     24.79 °
Coesione                                                            4.0 kN/m²
Peso terreno sul piano di posa                    19.0 kN/m³
Nq                                                                   12.43
Nc                                                                   24.75
Ng                                                                    9.46
Carico limite verticale (Qlim)              5096.34 kN
Fattore sicurezza (Csq=Qlim/Fy)        3.51

Verifica a carico limite Combinazione SISMA (Terzaghi)

ΣForiz.                                                         329.76 kN
ΣFvert.                                                       1452.82 kN
ΣMomenti                                              -6828.88 kNm
Larghezza fondazione                                      7.0 m
Eccentricità su B                                               1.2 m
P.U.V.                                                                19.0 kN/m³
Angolo di resistenza al taglio                       30.0 °
Coesione                                                             5.0 kN/m²
Peso terreno sul piano di posa                     19.0 kN/m³
Nq                                                                    22.46
Nc                                                                     37.16
Ng                                                                     19.73
Carico limite verticale (Qlim)                10483.2 kN
Fattore sicurezza (Csq=Qlim/Fy)         7.22

Verifica a ribaltamento

Ribaltamento

Dalle seguenti immagini è possibile prendere visione di alcune schermate del programma.

MRE

 

Per la verifica di stabilità globale il programma M.R.E. si interfaccia con il software SLOPE.

 

stabilità_globale

Leave a Comment

Name *

Email

Website