Soil Nailing¶
Metodo di progettazione del sistema Soil nailing
Uno degli interventi di stabilizzazione di un pendio è quello del soil nailing.
Il dimensionamento delle barre di acciaio (verifica interna) si effettua ipotizzando, per le stesse, delle dimensioni di tentativo e verificando che:
Il parametro di sicurezza (FS) è definito come:
SF = Forza Disponibile / Forza Necessaria
Per stimare i valori massimi di resistenza si possono utilizzare le relazioni proposti in letteratura da Hausmann (1992) e MGSL Ltd (2006).
Massima forza di trazione ammissibile della barra d'acciaio:
| Ta = (Φ · f y) · (d - 4)2 · π / 4 | Eq ( 5.8) |
|---|---|
dove:
| Φ | = fattore di riduzione della tensione stabilito dalla normativa, |
|---|---|
| fy | = tensione di snervamento dell'acciaio, |
| d | = diametro della barra d'acciaio |
Massima forza ammissibile tra acciaio e malta:
| [ β (fcu)1/2] · π · (d - 4) · Le / SF | Eq (5.9) |
|---|---|
dove:
| β | = 0.5 per barre di tipo 2 secondo la normativa standard australian (imposto per norma), |
|---|---|
| fcu | = resistenza della malta cementizia a 7 giorni, |
| SF | = fattore di sicurezza adottato (imposto dalla norma), |
| Le | = lunghezza di ancoraggio efficace. |
Massima forza ammissibile tra il terreno e malta:
| [(πDC' + 2D Kα σν' tanΦ)· Le] / SF | Eq (5.10) |
|---|---|
dove
| D | = diametro del foro nel terreno, |
|---|---|
| C’ | = coesione efficace del terreno, |
| Kα | = coefficiente di pressione laterale (α = angolo di inclinazione) = 1 - (α/90) (1-Ko) = 1 - (α/90) (sinΦ) |
| σν' | = tensione efficace verticale del terreno calcolata alla profondità media di rinforzo |
| Φ | = angolo di attrito del terreno. |
Esempio di calcolo
Ipotesi di progetto
Della sezione critica del pendio instabile rappresentato in figura si conoscono i seguenti parametri di progetto:
Sezione dell' intervento di stabilizzazione
| Tipo Terreno | CDG (granito completamente decomposto), |
|---|---|
| C ' | 5 kPa, |
| g | 20 kN/m3, |
| φ' | 38° |
| D | 0,1 m, diametro dei fori nel terreno, |
| a | 15°, angolo di inclinazione della barra, |
| gw | 9.81kN/m3, peso specifico dell’acqua |
| Chiodatura | Lunghezza della barra (m) |
Diametro della barra (mm) |
Distanza orizzontale tra le barre (m) |
La (m) |
Le (m) |
Forza per metro di larghezza (KN) |
Forza richiesta Tr (kN) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| E | 8,0 | 25 | 2 | 4,70 | 3,30 | 8,00 | 16,00 |
| D | 8,0 | 25 | 2 | 4,20 | 3,80 | 15,00 | 30,00 |
| C | 8,0 | 25 | 2 | 3,70 | 4,30 | 20,00 | 40,00 |
| B | 12,0 | 32 | 2 | 3,80 | 8,20 | 50,00 | 100,00 |
| A | 12,0 | 32 | 2 | 2,30 | 9,70 | 55,00 | 110,00 |
Dati di progetto
I fattori di sicurezza minimi imposti dalla normativa vengono riportati in tabella:
| Modalità di rottura | Fattore di sicurezza minimo (normativa) |
|---|---|
| Rottura a trazione della barra d’acciaio | fmax=0,5 fy |
| Sfilamento tra malta e barra d’acciaio | 3 |
| Rottura a taglio del terreno attiguo | 2 |
Resistenza a trazione della barra d'acciaio:
fy= 460 Mpa (tensione di snervamento dell'acciaio);
Φ·fy= 0,5 fy= 230 Mpa (massimo sforzo di trazione dell'acciaio).
Forza di trazione massima della barra d'acciaio
Ta = (Φ · f y) · (d - 4)2 · π / 4
| Chiodatura | Lunghezza della barra (m) |
Diametro della barra (mm) |
Distanza orizzontale tra le barre (m) |
Forza per metro di larghezza (KN) |
Forza richiesta (KN) |
Massima forza di trazione ammissibile (KN) |
Check (Ta>Tr) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| E | 8,0 | 25 | 2,0 | 8,0 | 16,0 | 79,66 | ok |
| D | 8,0 | 25 | 2,0 | 15,0 | 30,0 | 79,66 | ok |
| C | 8,0 | 25 | 2,0 | 20,0 | 40,0 | 79,66 | ok |
| B | 12,0 | 32 | 2,0 | 50,0 | 100,0 | 141,62 | ok |
| A | 12,0 | 32 | 2,0 | 55,0 | 110,0 | 141,62 | ok |
Tabella di calcolo della resistenza a trazione della barra d'acciaio
Sfilamento tra barra d’acciaio e malta
fcu=32Mpa, resistenza cubica della malta a 28 giorni
b=0.5 per barre di tipo 2 (deformabili),
SF= 3, fattore di sicurezza .
Forza massima ammissibile tra malta e barra d'acciaio:
[ β (fcu)1/2] · π · (d - 4) · Le / SF
Le= lunghezza efficace della barra,
| Chiodatura | Lunghezza della barra (m) |
Diametro della barra (mm) |
Distanza orizzontale tra le barre (m) |
Lunghezza libera La (m) |
Lunghezza efficace (m) |
Forza per metro di larghezza (KN) |
Forza richiesta (KN) |
Massima forza di ammissibile (KN) |
Check (Tmax>Tr) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| E | 8,0 | 25 | 2,0 | 4,70 | 3,30 | 8,0 | 16,0 | 205,26 | ok |
| D | 8,0 | 25 | 2,0 | 4,20 | 3,80 | 15,0 | 30,0 | 236,36 | ok |
| C | 8,0 | 25 | 2,0 | 3,70 | 4,30 | 20,0 | 40,0 | 267,46 | ok |
| B | 12,0 | 32 | 2,0 | 3,80 | 8,20 | 50,0 | 100,0 | 680,06 | ok |
| A | 12,0 | 32 | 2,0 | 2,30 | 9,70 | 55,0 | 110,0 | 804,46 | ok |
Tabella di calcolo: Verifica allo sfilamento tra barra d'acciaio e malta
Mancata adesione tra malta e terreno
Tf= (πDC'+ 2DKασv' tanφ) × Le (Forza mobilitata tra malta e terreno),
αK = 1 - (α / 90) (1-Kο) = 1 - (α / 90) (sinφ), fattore d'inclinazione,
Granito completamente decomposto (CDG) con Kα = 0.897
Tf = (πDC'+ 2DKασv'tanφ) × Le = (1.571 + 0.14σ'v) × Le= (1.571+ 0.140 σ'v)
| Chiodatura | Zona resistente |
|---|---|---|---|
| Lunghezza efficace nello strato CDG (m)
Le | Profondità del punto medio della lunghezza efficace | | |
| Strato CDG | | | |
| CDG | WATER | | |
| E | 3,30 | 3,40 | 0,00 |
| D | 3,80 | 5,30 | 0,00 |
| C | 4,30 | 7,20 | 0,00 |
| B | 8,20 | 9,70 | 1,40 |
| A | 9,70 | 9,40 | 3,00 |
Tabella di calcolo: Caratteristiche geometriche delle barre d'acciaio
| Chiodatura | Tensione verticale efficace s'v (kPa) |
Resistenza mobilitata Tf (kN) |
Resistenza totale mobilitata Tf (kN) |
Forza richiesta Tr (kN) |
F.O.S. Tf/Tr |
Check (F.O.S.)>2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| CDG | CDG | |||||
| E | 68.00 | 36.65 | 36.65 | 16.00 | 2.29 | OK |
| D | 106.00 | 62.45 | 62.45 | 30.00 | 2.08 | OK |
| C | 144.00 | 93.58 | 93.58 | 40.00 | 2.34 | OK |
| B | 180.27 | 220.16 | 220.16 | 100.00 | 2.20 | OK |
| A | 158.57 | 230.92 | 230.92 | 110.00 | 2.10 | OK |
Tabella di calcolo: Verifica a rottura per mancata adesione tra malta e terreno