Studio numerico sull'influenza del geosintetico di base in rilevati costruiti su terreni cedevoli rinforzati mediante pali

The reduction of settlements in structures has long been a crucial matter for designers, particularly as regards to embankments built on weak soils. According to current design approaches, such soils are considered to be inadequate as foundation soils, for their modest mechanical properties may cause settlements of considerable entit. Over the last few decades, a new foundation system has been proposed, including the construction of piles (or granular columns) and the introduction of geosynthetics at the embankment base, with the aim of increasing the bearing capacity of the foundation soil as well as to limit its differential settlements at the base and, consequently, on the surface. This system is known as Geosynthetic Reinforced Piled Embankment System. The proper design of such works requires the study of a complex problem of interaction between the three main parts of the system (column, foundation soil and embankment), and the numerical analysis proves to be the ideal tool for a detailed study of the phenomenon. Numerical analyses, performed by neglecting any potential phenomena of consolidation, have demonstrated that the presence of the geosynthetics at the base greatly affects the redistribution of stresses, resulting in a significant reduction of differential settlements not only in the lower part of the embankment, but also at the top. With a view to approaching a real condition, a liquid phase has been introduced so as to examine the effect of water and soil interactions on the behaviour of the entire system. The comparison of drained and undrained analyses has shown that one of the variables that influence the expected settlements the most is the ratio between the construction time of the embankment and the drainage time of foundation soil. In the case in which the construction time is higher or comparable to the drainage time, the differential settlements are important, both at the base and on the surface. The decrease of such ratio leads to a gradual reduction of differential settlements.

La riduzione dei cedimenti nelle costruzioni è da sempre una tematica di centrale importanza per i progettisti, in particolare nel caso di rilevati poggianti su terreni cedevoli. Tali terreni, per gli attuali approcci progettuali, sono considerati inadeguati come terreno di fondazione, in quanto le modeste proprietà meccaniche causano abbassamenti di entità notevole. Nel corso degli ultimi anni è stato proposto un nuovo sistema di fondazione, che prevede la costruzione di pali (o colonne in ghiaia in materiale granulare) e, in aggiunta, anche l’introduzione di un geosintetico alla base del rilevato, con l’obiettivo di aumentare la capacità portante del terreno di fondazione e limitarne i cedimenti differenziali alla base e, conseguentemente, in superficie. Questo nuova sistema è noto come Geosynthetic Reinforced Piled Embankment System. La corretta progettazione di tali opere prevede lo studio di un complesso problema di interazione tra le tre parti principali del sistema (colonna, terreno di fondazione e rilevato) e l’analisi numerica si dimostra lo strumento ideale per uno studio dettagliato del fenomeno. Le analisi numeriche, effettuate trascurando eventuali fenomeni di consolidazione, hanno mostrato come la presenza della membrana di base influenza notevolmente la redistribuzione degli sforzi alla base, riducendo significativamente i cedimenti differenziali non solo nella parte inferiore del rilevato, ma anche in sommità. Con l’intento di avvicinarsi maggiormente ad una condizione reale, si è introdotta la fase liquida e si è andato ad investigare l’effetto dell’interazione dell’acqua con il terreno sul comportamento dell’intero sistema. Il confronto tra le analisi drenate e non drenate ha messo in luce come una delle variabili che maggiormente influenza i cedimenti attesi è il rapporto tra tempo di costruzione del rilevato e il tempo di drenaggio del terreno di fondazione. Nel caso in cui il primo risulti maggiore o comparabile al secondo, i cedimenti differenziali, alla base e in superficie, sono elevati. Al diminuire di tale rapporto, diminuiscono progressivamente anche i cedimenti differenziali.