Uno scorrimento marcato del paramento, al posto della consueta rottura del riempimento: è quanto registrato su una parete di sostegno con backfill in Tire-Derived Aggregate (TDA) sottoposta a eccitazione sismica su tavola vibrante in scala piena. Un comportamento che si allontana da quello atteso per un muro di sostegno tradizionale e che ha richiesto un apparato di modellazione dedicato, dal moto di corpo rigido fino alla gestione degli urti tra fusto e riempimento.
Un riempimento riciclato conforme ad ASTM D 6270
Il TDA è un materiale di riempimento riciclato ottenuto frammentando pneumatici di scarto in pezzature che rispettano i requisiti granulometrici della norma ASTM D 6270. Dalla sua introduzione nelle applicazioni di ingegneria civile, riempimenti e backfill realizzati con questo aggregato sono stati impiegati con esito positivo in numerosi progetti. Restava invece poco esplorato il comportamento dinamico di tali riempimenti sotto terremoti intensi, e proprio su questo punto si è concentrata la ricerca.
Dalla prova sperimentale all’analisi a tempo-storia non lineare
Per colmare questa lacuna, la ricerca ha ricostruito mediante analisi non lineare a tempo-storia (time-history) agli elementi finiti (FEA) il comportamento dinamico della parete con riempimento in TDA, applicata al caso della prova su tavola vibrante a scala piena. La costruzione del modello ha imposto scelte specifiche. L’opera tende a muoversi come un blocco, quindi il calcolo deve saper rappresentare il moto di corpo rigido della parete; occorre inoltre una formulazione capace di descrivere le sollecitazioni d’impatto generate dalla separazione tra fusto e riempimento.
Perché il muro scivola invece di rompere il terreno
Dove una parete analoga, riempita con terreno convenzionale, manifesta la tipica rottura del backfill, la struttura con TDA registra uno scorrimento significativo del muro. La spiegazione sta nella massa. Il TDA è leggero e, riducendo la resistenza d’attrito disponibile alla base della fondazione, favorisce il movimento orizzontale dell’opera.
Attrito alla base e contatto ammorbidito: le scelte di modellazione
Tra gli ingredienti del modello, il più determinante per riprodurre con accuratezza lo scivolamento (sliding) è la legge d’attrito tra planca di fondazione e terreno. Poiché il coefficiente presenta dipendenza dalla velocità (rate dependence), per semplificarne la rappresentazione sono stati adottati due coefficienti d’attrito distinti, uno per ciascuno dei due terremoti considerati nello studio.
Sul fronte del contatto, la legge ammorbidita (softened contact) ammette una limitata interpenetrazione delle superfici (overclosure) e una rigidezza finita in fase d’urto. Con questa impostazione le forze d’impatto risultano più realistiche.
Accordo con le misure e impiego in fase di progetto
Con leggi d’attrito adeguate e contatti ammorbiditi, la FEA ha generato il moto dinamico della parete in buon accordo con le risposte misurate in prova, scorrimento compreso. Il modello e le tecniche di modellazione messe a punto diventano così uno strumento disponibile per la progettazione sismica di diverse pareti di sostegno a scala reale con backfill in TDA.
Per chi progetta, il punto operativo è che, con riempimenti leggeri, la risposta sismica dell’opera passa dallo scorrimento alla base: la previsione numerica dipende quindi strettamente dal coefficiente d’attrito e dalla legge di contatto adottate. Lo studio di Il-Sang Ahn e Lijuan Cheng è pubblicato su Construction Materials (vol. 6, pag. 18, doi: 10.3390/constrmater6020018).
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