La rottura progressiva nella fondazione degli ancoraggi nei terreni e nelle rocce

 Il presente articolo è la continuazione del precedente pubblicato su ingenio-web come approfondimento della progettazione geotecnica della fondazione dei tiranti di ancoraggio nei terreni e nelle rocce nel campo delle tensioni d’interfaccia successive al limite di rottura per scorrimento (o sfilamento), quindi nel campo plastico.

Quando si verifica il superamento di tale limite di rottura ha inizio la cosiddetta “rottura progressiva” dell’ancoraggio (altrimenti chiamata in termini anglosassoni “progressive debonding”) che può avvenire in diverse e successive fasi fino a provocare il completo sfilamento dello stesso (che costituisce uno Stato Limite Ultimo di tipo GEO), come già illustrato schematicamente nel precedente articolo.

Tale fenomeno è stato illustrato essere, nella maggior parte dei casi pratici, provocato da una distribuzione delle tensioni tangenziali d’interfaccia tutt’altro che uniforme, anche nel caso di valori piuttosto bassi del parametro A, come precedentemente definito, tale da provocare tensioni d’interfaccia molto alte all’inizio dell’ancoraggio.

Ancora più recentemente di quanto riportato in Froldi (2022), è stato ulteriormente dimostrato (De Sousa et Alii, 2021) con numerose e approfondite prove sperimentali strumentate, come detta distribuzione sia non uniforme anche in terreni granulari non addensati quali “sabbie fini leggermente argillose da sciolte a dense”.

Si riporta nella successiva Figura 1 un diagramma tratto da tale articolo illustrante, per uno dei tiranti strumentati oggetto di analisi, i carichi sull’interfaccia lungo la lunghezza di ancoraggio normalizzata.

Fig. 1 – Distribuzione dei carichi all’interfaccia d’ancoraggio (da De Sousa et Alii, 2021)

Nello studio citato è stato inoltre osservato che il gradiente di diminuzione della forza tangenziale sull’interfaccia (e pariteticamente delle tensioni d’interfaccia) frequentemente diminuisce con l’aumentare del carico in sommità al tirante (F), con contestuale incremento della forza nella barra d’ancoraggio e del gradiente di diminuzione della stessa lungo l’ancoraggio (vedi Figura 1 precedente); il fenomeno potrebbe essere dovuto alla diminuzione del modulo di taglio all’interfaccia per comportamento non perfettamente elasto-plastico del terreno ma a progressiva plasticizzazione (vedi Figura 2), generalmente più realistico rispetto al comportamento ideale elasto-plastico.

Nella figura 2 si fanno osservare le diverse fasi concettuali di decadimento del modulo di rigidezza allo sfilamento caratterizzato dai valori di Ks 1, Ks 2, Ks pl, dove la rigidezza tangenziale è espressa, a unico scopo illustrativo, sulla base di una prova di taglio in laboratorio (su campione di terreno), mentre l’espressione in forma completa relativa al tratto di ancoraggio di lunghezza Δx è (con nota conoscenza dei termini):

Fig. 2 – Comportamento tenso deformativo al taglio realistico dell’interfaccia

Nella trattazione che segue, a partire dalle formulazioni proposte precedentemente per l’analisi in campo elastico (Froldi, 2022), si derivano ulteriori formulazioni valide nel campo elasto-plastico, al fine di poter esaminare in concreto il comportamento della “rottura progressiva” dell’ancoraggio, ottimizzandone le prestazioni e la relativa progettazione.

Modello concettuale del trasferimento di carico nell’interfaccia

Si ricorda al seguito con la successiva Figura 3 il già illustrato modello concettuale di trasferimento del carico e progressione della rottura all’interfaccia, secondo un comportamento elastico perfettamente plastico di reazione della superficie di interfaccia tra ancoraggio e terreno:

1) Fase completamente elastica: si verifica quando la massima tensione tangenziale al contorno dell’ancoraggio non supera il valore di resistenza ultima (o di picco) dell’interfaccia: le tensioni resistenti (curva verde) sono dovute esclusivamente alla reazione elastica dell’interfaccia;

2) Fase mista elastica e plastica: si verifica quando la massima tensione tangenziale al contorno dell’ancoraggio raggiunge e supera il valore di resistenza ultima (o di picco) dell’interfaccia per una certa lunghezza dell’ancoraggio, plasticizzandola parzialmente fino al punto di equilibrio tra le forze esterne agenti (domanda) e resistente (capacità): le tensioni resistenti all’interfaccia (curva marrone) sono dovute alla sequenza dei tratti elastico e plastico;

3) Fase completamente plastica: si verifica quando la massima tensione tangenziale al contorno dell’ancoraggio è stata raggiunta in tutta la superficie dell’interfaccia: le tensioni reagenti resistenti (curva rossa) sono dovute esclusivamente alla reazione plastica dell’interfaccia.

A prescindere dalla distribuzione delle tensioni all’interfaccia nella fase 1 e nella seconda sezione della fase 2, esaurientemente illustrate nell’articolo precedente, l’analisi che segue si prefigge lo scopo di determinare le condizioni di equilibrio statico allo sfilamento nella condizione mista (la n° 2) maggiormente ricorrente nella pratica.

Fig. 3 – Distribuzione delle tensioni all’interfaccia d’ancoraggio nelle tre fasi progressive ideali 

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