Influenza dei diversi materiali di riempimento sulle prestazioni della geocella

Jul 30, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12330 (2023) Citare questo articolo

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Questo articolo presenta uno studio completo sullo studio numerico e parametrico dei letti di terreno coesivi rinforzati con geocelle, concentrandosi su diversi materiali di riempimento. I calcoli numerici sono stati convalidati rispetto ai risultati dei test del modello utilizzando il software FLAC3D. Successivamente, il modello verificato è stato esteso ai letti di terreno coeso rinforzato con geocelle. Sono stati simulati sei casi per studiare le prestazioni del rinforzo, comprese le risposte alla pressione-assestamento, il fattore di miglioramento della capacità portante, la percentuale di riduzione dell'assestamento e la deformazione superficiale. I risultati numerici sottolineano che l'importanza di un rinforzo superiore delle geocelle non dovrebbe oscurare la considerazione delle proprietà meccaniche del riempimento del terreno. Nel caso di terreno coeso come materiale di riempimento, lo scarso miglioramento delle prestazioni rinforzate con geocelle può essere attribuito al suo basso modulo e coesione. Studi parametrici suggeriscono che le geocelle influiscono in modo significativo sulle prestazioni rinforzate quando il materiale di riempimento è costituito da terreno di fondazione con un modulo più elevato e una coesione inferiore. Inoltre, secondo questo studio numerico, il terreno incoerente con un modulo di 20 MPa e un attrito di 40° è il terreno di riempimento ottimale nelle tasche per rinforzare i letti di terreno coesivi.

Le geocelle hanno una geometria pieghevole e a nido d'ape, in grado di migliorare la coesione apparente del terreno grazie al sistema di limitazione laterale tridimensionale (LL). Le tasche della struttura della geocella vengono riempite con materiali granulari, che vengono poi compattati per creare uno strato composito rinforzato. Grazie alle eccellenti prestazioni rinforzate ed economiche, le geocelle sono state ampiamente applicate nell'ingegneria geotecnica1,2,3,4,5,6,7,8. Le geocelle aumentano la coesione del suolo mantenendo l'attrito fornendo LL attraverso le loro pareti verticali. Oltre all'effetto LL fornito dalle geocelle, sotto carico statico si osservano altri due effetti rinforzati: la dispersione delle sollecitazioni verticali e il meccanismo della membrana9. Inoltre, le geocelle possono isolare le vibrazioni e ridurre lo stress dinamico sotto carichi dinamici9,10,11,12.

Le prove di carico su piastra modello sono ampiamente utilizzate per valutare la capacità portante dei letti di terreno rinforzati con geocelle. Dash et al.13,14 hanno condotto un test su modello di laboratorio per studiare il miglioramento della capacità portante di plinti appoggiati su sabbia rinforzata con geocelle per quanto riguarda le curve di assestamento pressione, i fattori di miglioramento della capacità portante e l'assestamento/sollevamento della superficie. Analizzando alcuni parametri, tra cui la dimensione e il modulo della geocella, la profondità del materasso della geocella e la densità relativa della sabbia, l'autore ha affermato che la parte superiore del materasso della geocella dovrebbe trovarsi a una profondità pari a 0,1 volte la larghezza del basamento per ottenere la profondità massime prestazioni rinforzate. A seguito di questa ricerca, studi successivi di Ujjawal et al.11, Hegde e Sitharam15, Hegde e Sitharam16, Hegde e Sitharam17, Hegde e Sitharam18, Venkateswarlu et al.19 hanno tutti adottato questa profondità sepolta del materasso geocellulare per studiare il comportamento dei letti di terreno rinforzato sulla base di test sul modello o sul sito. Storicamente, i ricercatori si sono concentrati principalmente sul miglioramento della capacità portante dei letti rinforzati con geocellule20,21, sulla distribuzione del carico dei materassi geocell22 e sull’isolamento dalle vibrazioni11,12. Questi risultati della ricerca hanno fortemente influenzato l’applicazione delle geocelle nell’ingegneria geotecnica e dei sottofondi. Inoltre, per quanto riguarda la tecnologia numerica, molti ricercatori hanno accettato di studiare il comportamento dei letti di terreno rinforzati con geocelle. Ujjawal et al.11, Hegde e Sitharam23, Latha e Somwanshi24 hanno utilizzato l'approccio composito equivalente (ECA) per simulare lo strato composito geocella-suolo. Tuttavia, con l’avanzamento delle tecniche di modellazione, l’utilizzo di modelli 3D reali per simulare l’interazione geocella-suolo è diventato più importante. Han et al.25 e Latha e Somwanshi24 hanno adottato il motivo a diamante per simulare la forma della geocella. Inoltre, Leshchinsky e Ling26, Biabani et al.27, Ngo et al.28, Siabil et al.29 hanno utilizzato il modello quadrato ed esagonale per i calcoli. Negli ultimi anni è stata adottata anche la forma a nido d'ape (forma attuale)17,19,30. Nel complesso, l'utilizzo della forma effettiva delle geocelle nei modelli numerici può rappresentare accuratamente il comportamento dei letti di terreno rinforzati con geocelle, inclusa la risposta all'assestamento della pressione e l'assestamento/sollevamento della superficie. Il software numerico consente il calcolo efficiente di vari casi regolando i parametri, consentendo la visualizzazione diretta dei meccanismi rinforzati e delle distribuzioni delle sollecitazioni attraverso lo spostamento e i contorni delle sollecitazioni.