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Analisi strutturale di una sovrastruttura flessibile rinforzata con geocomposito

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Analisi strutturale di una sovrastruttura

flessibile rinforzata con geocomposito



Premessa

A partire dagli anni Ottanta, in relazione al sensibile aumento dei volumi di traffico, il settore stradale assiste alle prime applicazioni di geocompositi nel rinforzo di sovrastrutture in conglomerato bituminoso.

Ancora oggi, tuttavia, l'impiego di queste nuove tecniche di rinforzo è nella prassi caratterizzato da una connotazione puramente empirica; in realtà si pone la necessità di utilizzare nuovi criteri di dimensionamento strutturale e metodi di calcolo più evoluti, quale il Metodo degli elementi Finiti, in grado di eseguire analisi approfondite e coerenti con la realtà.

Oggetto del presente studio è la valutazione, sotto il profilo teorico, dell'influenz 16316s1813q a di un georinforzo posto all'interno degli strati legati di una pavimentazione flessibile; in particolare il lavoro si propone di determinare il contributo offerto dalla rete allo stato tenso-deformativo della sovrastruttura, sollecitata staticamente, al variare della profondità di posa della stessa.

Si è quindi proceduto ad una modellazione agli elementi finiti della pavimentazione in assenza rinforzo e con rinforzo presente in tre diverse posizioni - all'interfaccia tra strato di usura e binder, tra binder - base e a sei centimetri dalla base dello strato di base - effettuando opportuni raffronti tra le varie configurazioni.

L'approccio teorico al problema del comportamento strutturale del sistema rinforzato (eventualmente integrato da un'attività sperimentale attualmente inattiva) consente di determinare i potenziali benefici che le reti apporterebbero in termini di rigidezza flessionale, resistenza a trazione, prestazioni meccaniche, e, conseguentemente, aumento della vita strutturale e funzionale dell'intera sovrastruttura.

Figura 3.1 Dal sistema continuo al modello discreto

Definizione del modello teorico

Al fine di quantificare il contributo strutturale offerto dalla rete, è stato messo a punto un modello di calcolo agli elementi finiti dei vari strati costituenti la pavimentazione e del sottofondo, per la cui risoluzione è stato utilizzato il codice di calcolo ANSYS. Preliminarmente si è pensato di realizzare un modello di sovrastruttura in assenza di rinforzo, al fine di mettere a confronto i risultati ottenuti - in termini di stato tenso-deformativo - con quelli dei successivi modelli, contenenti il geocomposito alternativamente a tre diverse profondità, all'interno del pacchetto di pavimentazione. Il modello è stato inizialmente tarato confrontando i risultati da esso forniti con quelli del multistrato elastico risolto col programma di calcolo BISAR; quest'ultimo ha consentito di stabilire le dimensioni del modello e di individuare la mesh ottimale, annullando ingegneristicamente gli errori di discretizzazione, insiti nel metodo numerico.

Il calcolo strutturale della pavimentazione flessibile è stato effettuato ricorrendo ad una schematizzazione tridimensionale della sovrastruttura come multistrato elastico, in cui i materiali sono stati supposti elastico - lineari, omogenei e isotropi, quindi caratterizzati da parametri elastici o pseudoelastici .

Le caratteristiche dei materiali - in particolare moduli complessi e valori assoluti dei rapporti complessi di Poisson - sono state reperite in letteratura in riferimento a un periodo climatico intermedio: esse sono state stimate ad un temperatura di circa 20°C.

Per modellare i vari strati sono stati utilizzati elementi solidi tridimensionali a otto nodi; il geocomposito è stato rappresentato tramite uno "strato equipesante" a comportamento membro-flessionale e discretizzato mediante elementi piani a quattro nodi. In altre parole, si è ricorso ad una "macromodellazione" della griglia, schematizzandola come uno strato omogeneo, isotropo ed equipesante[1].

Questa scelta è coerente con gli obiettivi della simulazione, tendenti a valutare la risposta della sovrastruttura in termini globali, inoltre comporta una notevole semplificazione per quanto riguarda la forma della mesh, che non risulta vincolata alla geometria del rinforzo.

Le analisi riproducono una condizione di pavimentazione nuova: il modello non prevede la presenza di fessurazione, nè di scorrimenti relativi tra strato e strato: si ipotizza che l'aderenza all'interfaccia tra gli strati sia costante e perfetta[2]; ciò è stato realizzato attraverso la "fusione" dei nodi situati in corrispondenza delle interfacce tra due layers.

Per conferire validità generale al presente studio, è stata prescelta dal Catalogo delle Pavimentazioni Stradali una pavimentazione flessibile di medio spessore (complessivamente 25 cm di conglomerato bituminoso).

Per quanto riguarda il carico, si è preso in considerazione il caso di una coppia di ruote gemellate di un asse singolo ed è stato applicato in modo statico al modello come pressione uniforme sulle facce superiori degli elementi secondo la configurazione di un'impronta circolare.

Considerata la doppia condizione di simmetria, è stato studiato un quarto del sistema strutturale globale ( vedi figure 3.2 e 3.3); la geometria del problema e l'imposizione di tali vincoli di simmetria rispetto a due delle sezioni verticali estreme fanno sì che il modello ben si presti a simulare numericamente una prova sperimentale con Trave di Benkelman.




Figura 3.2 -Vista del modello in pianta

Figura 3.3 -Vista del modello completo



Tale modellazione si basa sui metodi di omogeneizzazione, secondo i quali il materiale reale viene sostituito con un materiale localmente omogeneo, distribuito con continuità all'interno della sovrastruttura e avente caratteristiche medie globali equivalenti a quelle della struttura reale[G. Bosurgi, S.Cafiso, S.Taormina: STUDIO TEORICO-SPERIMENTALE DI SOVRASTRUTTURE FLESSIBILI RINFORZATE CON RETI METALLICHE. S.I.I.V. 2003]

In realtà l'aderenza tra gli strati ha un 'influenza notevole sulla funzionalità strutturale di una pavimentazione, in quanto il mutare delle condizioni di vincolo interno tra gli strati a contatto può modificare in maniera significativa l'entità dello stato tenso-deformativo: l'aderenza è governata dal modulo di reazione complesso K*, legato alla temperatura e alla pressione verticale che si genera all'interfaccia tra gli strati [C.Caliendo: INFLUENZA DELLA VARIABILITA' DELL'ADERENZA FRA GLI STRATI SULLO STATO TENSO-DEFORMATIVO DELLE PAVIMENTAZIONI FLESSIBILI. S.I.I.V.1999]





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