Soil Nailing

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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:

 

Le barre non si rompono per trazione in seguito del tiro imposto;

Le barre non  si sfilano dalla malta per insufficiente aderenza;

Il terreno circostante la barra non si rompe per insufficiente adesione.

 

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:

 

SOIL NAILING1.png

Sezione dell' intervento di stabilizzazione

 

Tipo Terreno

CDG (granito completamente decomposto),

C '

5 kPa,

γ

20 kN/m3,

φ'

38°

D

0,1 m, diametro dei fori nel terreno,

α

15°, angolo di inclinazione della barra,

γw

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

 


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