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Evaluation of the efficiency of soft-soil improvement with rigid columns

Fuoco Stefano Oss Andrea Napoleoni Quintilio Lucarelli Augusto Blanksma Derrick
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2016
Numero:
2
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 2/2016

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Valutazione dell’efficienza dei consolidamenti di rilevati su terreni compressibili mediante l’impiego di inclusioni rigide 

L’analisi dei cedimenti di un rilevato realizzato su un terreno di fondazione compressibile costituisce un usuale problema di interesse pratico nella geotecnica. L’insorgere di eccessivi cedimenti che possono compromettere la funzionalità dell’infrastruttura influenza, spesso, la costruzione di rilevati su terreni compressibili. In relazione al contesto applicativo, il miglioramento del terreno di fondazione può essere conseguito attraverso l’impiego di differenti soluzioni tecniche; una di queste è costituita dall’installazione nel terreno di fondazione di inclusioni rigide, caratterizzate da una rigidezza elevata rispetto al materiale originario circostante. La ripartizione del carico trasmesso dal rilevato alle inclusioni rigide costituisce, come ben noto, un problema tridimensionale. Approcci semplificati, spesso basati su tecniche di omogeneizzazione, sono molto diffusi e costituiscono una soluzione approssimata e di primo utilizzo nei confronti del comportamento del sistema composito. Queste soluzioni che possiedono il pregio di fornire rapide risposte al problema, sono affette da grosse incertezze in relazione alle caratteristiche meccaniche del terreno trattato. Il presente articolo riporta le back analyses condotte su un rilevato alto da 8 a 10 m impostato su un terreno compressibile, a partire dai dati di monitoraggio dei cedimenti rilevati durante e dopo la costruzione dell’opera. Il rinforzo al di sotto del rilevato è costituito da inclusioni rigide caratterizzate da una diversa geometria lungo lo sviluppo dell’opera e tali da prefigurare diversi schemi progettuali: rispettivamente “consolidato”, “parzialmente consolidato” e “non consolidato”. Per “consolidato” si intende che le inclusioni attraversano l’intero strato consolidato, nel caso “parzialmente consolidato” le inclusioni hanno una lunghezza inferiore. Pali ad elica continua (CFA piles) e pali di tipo trivellato sono stati impiegati per rinforzare il terreno di fondazione del rilevato. Le colonne CFA provvedono a dare un ulteriore beneficio in relazione alle modalità di perforazione e realizzazione della colonna. I cedimenti misurati sono strettamente correlati alla presenza e alla lunghezza delle colonne di rinforzo. L’analisi critica dei risultati, con l’aiuto anche di apposite analisi numeriche 3D, ha permesso di valutare il fattore di efficienza in relazione al carico portato dai pali e alla calibrazione di un approccio di calcolo semplificato. Calcoli analitici hanno inoltre consentito di avere un confronto con le analisi numeriche.

Settlements of an improved compressible soil loaded by an embankment is a common geotechnical problem. Often, excessive settlements influence the feasibility of embankments on compressible soils, limiting the functionality of the infrastructure. Soil improvement can be implemented using different techniques; one of which is to install high stiffness columns compared to the surrounding soil matrix. The problem of the load distribution is three-dimensional. Simplified approaches often use a homogenization technique. These techniques provide a first approximation about the behavior of the composite system. However, simplified analyses have some uncertainties related to the mechanical characteristics of the improved soil. This paper summarizes the measurements and the back analyses of the settlements for a 8-to 10-m high embankment resting on soft soil. Inclusions with different lengths have been chosen along the embankment alignment as improvement of the soil creating areas with fully improved, partially improved and with any improvement. In the case of fully improved subsoil, the columns run through the entire compressible layer, while for partially improved subsoil, a shorter length was adopted. Continuous Flight Auger (CFA) columns and bored piles were used as improvement technique. The CFA columns provide an additional benefit by increasing the lateral stiffness due to the partial lateral soil spreading during the drilling phase. The measured settlements were strictly related to the presence and length of the columns. The critical analysis of the experimental data, with the help of 3D numerical analyses, has enabled the development of an efficiency factor and the calibration of the simplified design approach. Analytical calculations were also performed in order to give a comparison with numerical results.

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