La stabilizzazione dei pendii di terreno sciolto o roccioso con reti e ancoraggi è un sistema ampiamente utilizzato nella pratica, si tratta di una soluzione economica, una buona alternativa agli interventi rigidi delle opere in cemento. Oltre alle reti metalliche tradizionali, sono disponibili sul mercato anche reti in acciaio ad alta resistenza.

Queste ultime hanno una capacità maggiore di assorbimento delle forze instabilizzanti che vengono successivamente trasferite agli ancoraggi.

INTRODUZIONE
L’utilizzo della rete metallica come opera di stabilizzazione flessibile, costituisce oggi, una valida alternativa alle opere in cemento massiccio, grazie ai risultati ottenuti sui numerosi interventi di stabilizzazione in cui è stata impiegata.
E’ importante l’aspetto naturalistico dell’intervento, la struttura aperta delle maglie consente la completa rivegetazione.
Lo sviluppo di una rete in filo di acciaio ad alta resistenza, con resistenza a trazione di 1.770 N/mm2 ( le reti comuni hanno una resistenza a trazione del filo di circa 500 N/mm2 ), ha reso di fatto più efficiente ed economico l’intervento di stabilizzazione rispetto ad altri sistemi. La maggiore capacità della rete di assorbire le forze da trasferire agli ancoraggi ha infatti consentito di aumentare il loro interasse.

RETI IN ACCIAIO AD ALTA RESISTENZA PER LA STABILIZZAZIONE DEI PENDII
Sono state sviluppate e sono disponibili sul mercato reti in acciaio ad alta resistenza. Il filo della rete ha un diametro di 3 mm e un rivestimento in alluminio-zinco per proteggere la rete dalla corrosione, la maglia ha forma romboidale con dimensioni medie di circa 83 e 143 mm. La rete ha una resistenza a trazione di 150 kN/m (resistenza minima a rottura). La sua struttura tridimensionale consente una diffusione ottimale delle sollecitazioni generate dallo scorrimento del terreno da un lato e dall’altro offre un vantaggioso contributo alla rivegetazione.
Rispetto alle reti metalliche di acciaio tradizionali, disponibili sul mercato, confrontabili con le misure della maglia e il diametro del filo, la rete ad alta resistenza con le sue proprietà specifiche ha la capacità di assorbire e trasmettere forze circa tre volte superiore.
Il sistema di piastre di ancoraggio è stato progettato per saldare la rete al suolo e agli ancoraggi, questo sistema consente una considerevole pretensione della rete.

IL CONCETTO DI DIMENSIONAMENTO DEI SISTEMI FLESSIBILI PER LA STABILIZZAZIONE DEI VERSANTI IN TERRENO SCIOLTO O ROCCIA MOLTO ALTERATA

Analizzando il meccanismo di instabilità locale tra gli ancoraggi e l’instabilità superficiale parallela al pendio è possibile dimensionare i sistemi flessibili di stabilizzazione dei pendii costituiti da reti in acciaio e ancoraggi.
L’ instabilità locale (Figura 2) riguarda lo scorrimento del terreno tra gli ancoraggi, attraverso questa verifica, il sistema viene dimensionato in modo da contenere lo scorrimento del terreno. Le azioni che si sviluppano per effetto del cinematismo verranno assorbite e trasmesse attraverso gli ancoraggi al sottosuolo stabile.

Figura 2. Instabilità locale tra gli ancoraggi

Come evidenziato in Figura 2, la superficie di influenza tra ancoraggi è caratterizzata da una larghezza “a” e da una lunghezza “2b“, a seguito dell’azione di serraggio del dado sulla piastra si genera una forza V di pretensionamento ed una diffusione del carico a forma tronco conica. Di conseguenza la sezione trasversale del corpo instabile ha una forma trapezioidale, vedi Figura 3, ma può essere approssimata ad un rettangolo con base ared ed altezza t.

Figura 3. Meccanismo di scivolamento di due corpi – Sezione trasversale del terreno instabile di spessore t e diffusione del carico di prepensionamento

Applicando le equazioni di equilibrio allo scorrimento e il principio di Mohr-Coulomb ai due corpi (vedi Figura 3), si ricava la forza massima P trasmessa dal meccanismo di scivolamento. Tale forza dipende dall’inclinazione β della superficie di scivolamento, dallo spessore dello strato t, dall’effetto del sisma (εv, εh) e per l’incertezza del modello viene applicato un fattore correttivo γmod.

P[kN]= (A+B+C)/D (1)

A[kN]= (1+εv)·G·[γmod·sinβ-cosβ·tanϕ]
B[kN]= εv·G·[γmod·cosβ+sinβ·tanϕ]
C[kN]= (X+FSII) εv·G·[γmod·cos(α-β)-sin(α-β)·tanϕ]-c·AII
D[kN]= γmod·cos(ψ+β)+sin(ψ+β)·tanϕ
X= GI·[(1+εv)·sinα+εh·cosα]-GI/γmod·[(1+εv)·cosα+εh·sinα]·tanϕ -(Z+c·AI)/γmod+FSII

Per l’ instabilità locale tra gli ancoraggi occorre verificare:

• la resistenza al taglio della rete lungo la piastra attraverso la massima forza P
• la resistenza della rete alla trasmissione della forza Z parallela al pendio.

L’ instabilità superficiale parallela al versante (Figura 4), riguarda lo strato superficiale che tende a scivolare sulla parte stabile del terreno (combinazione di diverse instabilità tra gli ordini di ancoraggi). Si analizza la stabilità allo scorrimento di un corpo di forma cubica di larghezza “a“, lunghezza “b” e spessore “t“.
Da considerazioni di equilibrio e dalla condizione di rottura di Mohr-Coulomb si ricava l’espressione funzionale della forza di taglio S (2) che agisce sul sistema.
Oltre ai parametri geotecnici, le altre grandezze significative sono:
V = forza di pretensionamento dell’ancoraggio,
γmod= fattore correttivo per imprecisioni sul modello
(εv, εh)= accelerazioni verticali ed orizzontali dovute al sisma
FS=forza di pressione dovuta dalla saturazione completa del terreno

Figura 4. Corpi di forma cubica predisposti allo scivolamento nel piano parallelo al versante

SkN]= A+B+C+FS (2)

A[kN]= (1+εv)·G·[sinα-cosα·tanϕ/γmod]
B[kN]= εh·G·[cosα+sinα·tanϕ/γmod]
C[kN]= V·[cos(ψ+α)+sin(ψ+α)·tanϕ/γmod]+c·A/γmod

Per tale meccanismo occorre verificare:
• la resistenza dell’ancoraggio allo scorrimento dello strato superficiale parallelo al versante;
• la resistenza della rete al punzonamento;
• la resistenza dell’ancoraggio agli sforzi combinati.

Ing. Luigi Sica

The stabilization of the slopes of loose or rocky ground with nets and anchors is a system widely used in practice, it is an economical solution, a good alternative to the rigid interventions of concrete works. In addition to traditional wire meshes, high-strength steel meshes are also available on the market.

The latter have a greater capacity to absorb the unstable forces that are then transferred to the anchors.

INTRODUCTION

The use of wire mesh as a flexible stabilization work is now a valid alternative to solid concrete works, thanks to the results obtained on the numerous stabilization interventions in which it was used.

The naturalistic aspect of the intervention is important, the open structure of the meshes allows the complete revegetation.

The development of a high-strength steel wire mesh, with a tensile strength of 1,770 N/mm2 ( the common nets have a tensile strength of the wire of about 500 N/mm2 ), has made the stabilization intervention more efficient and economical than other systems. The greater capacity of the net to absorb the forces to be transferred to the anchors has in fact allowed to increase their wheelbase.

HIGH-STRENGTH STEEL NETS FOR SLOPE STABILIZATION

High-strength steel nets, such as the standard TECCO® steel netting, have been developed and are available on the market. The wire of the net has a diameter of 3 mm and an aluminium-zinc coating to protect the net from corrosion, the mesh has a rhomboidal shape with average dimensions of about 83 and 143 mm. The mesh has a tensile strength of 150 kN/m (minimum breaking strength). Its three-dimensional structure allows an optimal diffusion of the stresses generated by the sliding of the ground on the one hand and on the other hand offers an advantageous contribution to revegetation.
Compared to traditional steel wire meshes, available on the market, comparable with mesh sizes and wire diameter, the high strength mesh with its specific properties has the ability to absorb and transmit forces about three times higher.

The system of anchoring plates has been designed to weld the net to the ground and to the anchors, this system allows a considerable pretension of the net.
Establishing a network of anchors in the same place as the network

(Figure 1. Slope stability with high-strength steel nets and anchors)

THE CONCEPT OF DIMENSIONING FLEXIBLE SYSTEMS FOR STABILISING SLOPES IN LOOSE SOIL OR HEAVILY ALTERED ROCK

By analysing the mechanism of local instability between the anchors and the surface instability parallel to the slope, it is possible to dimension the flexible systems for stabilising the slopes made up of steel nets and anchors.

The local instability (Figure 2) concerns the sliding of the ground between the anchors, through this verification, the system is sized so as to contain the sliding of the ground. The actions that develop as a result of kinematics will be absorbed and transmitted through the anchors to the stable subsoil.
Local instability between individual anchors

(Figure 2. Local instability between anchors)

As shown in Figure 2, the influence surface between anchors is characterized by a width “a” and a length “2b”, as a result of the action of tightening the nut on the plate generates a pre-tensioning force V and a load diffusion in the shape of a truncated cone. As a result, the cross-section of the unstable body has a trapezoidal shape, see Figure 3, but can be approximated to a rectangle with ared base and t height.
Mecanismul de alunecare a două corpuri

(Figure 3. Mechanism for slipping two bodies – Unstable ground cross-section of thickness t and diffusion of the pre-tensioning load)

Applying the equations of equilibrium to the sliding and the principle of Mohr-Coulomb to the two bodies (see Figure 3), the maximum force P transmitted by the sliding mechanism is obtained. This force depends on the inclination β of the sliding surface, on the thickness of the layer t, on the effect of the earthquake (εv, εh) and for the uncertainty of the model a correction factor γmod is applied.

P[kN]= (A+B+C)/D (1)

A[kN]= (1+εv)-G-[γmod-sinβ-cosβ-tanϕ]

B[kN]= εv-G-[γmod-cosβ+sinβ-tanϕ]

C[kN]= (X+FSII) εv-G-[γmod-cos(α-β)-sin(α-β)-tanϕ]-c-AII

D[kN]= γmod-cos(ψ+β)+sin(ψ+β)-tanϕ

X= GI-[(1+εv)-sinα+εh-cosα]-GI/γmod-[(1+εv)-cosα+εh-sinα]-tanϕ -(Z+c-AI)/γmod+FSII

Due to the local instability between the anchors, it is necessary to check:

the shear strength of the net along the plate through the maximum force P,
the resistance of the grid to the transmission of Z force parallel to the slope.

The surface instability parallel to the slope (Figure 4), concerns the surface layer that tends to slip on the stable part of the ground (combination of different instabilities between the orders of anchors). The sliding stability of a cube-shaped body of width “a”, length “b” and thickness “t” is analysed.

From considerations of equilibrium and from the breaking condition of Mohr-Coulomb we obtain the functional expression of the shear force S (2) acting on the system.

In addition to the geotechnical parameters, the other significant quantities are:

V = pre-tensioning force of the anchor,

γmod= correction factor for model inaccuracies

(εv, εh)= vertical and horizontal accelerations due to the earthquake

FS=pressure force due to complete saturation of the soil
Investigation of corpus de formă cubică preparing the alunecare

Figure 4. Cubic-shaped bodies prepared for sliding in the plane parallel to the slope

SkN]= A+B+C+FS (2)

A[kN]= (1+εv)-G-[sinα-cosα-tanϕ/γmod]

B[kN]= εh-G-[cosα+sinα-tanϕ/γmod]

C[kN]= V-[cos(ψ+α)+sin(ψ+α)-tanϕ/γmod]+c-A/γmod

This mechanism needs to be verified:

– the resistance of the anchorage to the sliding of the surface layer parallel to the slope;

– the resistance of the net to punching;

– the resistance of the anchorage to the combined stresses.