A proposito di ancoraggi palificate, è noto e dimostrato che una palificata di stabilizzazione ancorata (laddove è possibile realizzare l’ancoraggio) permette una migliore efficienza statica rispetto a un analogo sistema non ancorato.
Realizzare un sistema a due vincoli garantisce (ridondanza delle azioni resistenti) una migliore distribuzione delle sollecitazioni e, di conseguenza, un loro minor valore puntuale a parità di azioni instabilizzanti che gravano sull’opera.
Inoltre permette una migliore efficienza dal punto di vista della duttilità del sistema, poiché, se adeguatamente concepita, permette di differenziare il comportamento tenso-deformativo complessivo dell’intera struttura, in funzione dello spostamento al quale avviene la crisi plastica di ciascun vincolo, quale in particolar modo:
- raggiungimento dello stato limite per flessione del palo;
- raggiungimento dello stato limite di aderenza della fondazione dell’ancoraggio.
Nella fattispecie sovradimensionare la forza limite ultima dell’ancoraggio significa permetterne un comportamento più duttile a causa del maggior spostamento accumulabile sulla struttura di collegamento con i pali prima del suo “collasso”.
Per tali ragioni l’ancoraggio dovrà realizzare il sistema di vincolo superiore garantendo adeguatamente lo schema vincolare di progetto. Il sistema di ancoraggio potrà essere realizzato secondo le seguenti differenti tipologie ricorrenti (Fig.1):
- a) a barra o a trefoli metallici sub-orizzontale;
- b) a micropalo inclinato;
- c) a trave di collegamento di micropali disposti a cavalletto;
- d) a paratia di pali verticali;
- e) a blocco in calcestruzzo.
Le prime due tipologie sono quelle maggiormente diffuse e riconosciute nel loro funzionamento dalle normative tecniche internazionali; al seguito si illustreranno i principali criteri di funzionamento statico e di conseguenza del loro dimensionamento geotecnico, rimandando la loro descrizione ai testi di bibliografia specialistica.
Potrebbe interessarti: Tiranti o catene: focus su posizionamento, fissaggio e funzionamento in caso di sisma
Ancoraggi palificate a barra o a trefoli metallici
Sono, come noto, costituiti da un tratto libero (che non fornisce forza resistente di trasmissione al terreno circostante) e uno di fondazione (che fornisce forza resistente per trasmissione al terreno circostante), come illustrato nella figura al seguito (Fig.2).
A loro volta tali ancoraggi possono avere funzionamento di tipo:
- a) passivo – non sono pretesati (in genere realizzati con barre);
- b) attivo – sono pretesati con una forza stabilita in progetto.
Nel primo caso l’azione del tirante è innescata solo in corrispondenza di deformazioni dello stesso indotte dallo spostamento del terreno circostante.
Nel secondo caso l’azione del tirante è già attiva prima di ulteriori spostamenti del terreno circostante, e questi provocano solo un incremento del valore di sollecitazione nello stesso.
Utilizzare uno schema a tiranti attivi significa prevenire spostamenti del terreno, a fronte di una minore capacità successiva di carico; è questo il caso di tiranti a sostegno di scavi.
Nel caso di palificate di stabilizzazione pare più opportuno ricorrere a tiranti di tipo passivo, o scarsamente pretesati.
Indipendentemente dallo stato di tesatura iniziale, (fase precedente alla trasmissione delle azioni sulla palificata), l’ancoraggio deve essere in grado di trasferire le forze agenti sulla palificata al terreno stabile di substrato. Il trasferimento delle forze è realizzato per mezzo del tratto di fondazione.
Il tratto di fondazione, che costituisce la parte resistente dell’ancoraggio in collegamento con il terreno stabile, per essere in grado di realizzare il vincolo statico superiore della palificata di consolidamento deve possedere le seguenti caratteristiche:
- essere ubicato in una zona (del terreno di monte) stabile e resistente sia in condizioni statiche sia sismiche;
- essere dimensionato al fine di realizzare completamente la forza resistente a trazione di progetto.
La zona di fondazione deve quindi essere esente sia dai movimenti di versante sia da quelli indotti dalla deformazione dell’opera di consolidamento, e deve posizionarsi a monte della palificata oltre i seguenti vincoli geometrici, in funzione dei casi:
- a) linea di rottura per condizione di spinta attiva o instabilità localizzata (in condizioni statiche e dinamiche);
- b) linea di rottura per instabilità di versante (in condizioni statiche e dinamiche).
Il vincolo geometrico di tipo b) è, nei casi di pendii potenzialmente instabili, più conservativo rispetto a quello di tipo a).
Nel caso si prevedesse una rottura per stato limite plastico (caso a), la determinazione della corrispondente linea deve essere effettuata sulla base della natura e delle caratteristiche geotecniche del terreno a monte della palificata.
Si consideri che, in caso di azioni dinamiche (scuotimento sismico o liquefazione sismica), è stato dimostrato, con modelli in laboratorio (Murphy, 1960) e osservazioni su casi reali, come tale superficie realizzi una inclinazione sull’orizzontale assai minore (fino a dimezzarsi) rispetto a quella in condizioni statiche. In questo caso in prima approssimazione, in assenza di movimenti attivi o potenziali di versante (solo spinte da stato plastico), detta linea potrebbe assumere una pendenza di circa 45° sull’orizzontale (Seed, 1969).
Leggi anche: Valutazione del rischio sismico: quali passaggi seguire per il metodo semplificato?
Ancoraggi palificate: come avviene il dimensionamento?
Il dimensionamento dell’ancoraggio riguarda i seguenti elementi resistenti:
- sistema di ripartizione della testata dell’ancoraggio;
- elemento strutturale (barra o trefolo metallico);
- interfaccia tra elemento strutturale e materiale della fondazione (generalmente costituito da boiacca cementizia);
- interfaccia tra materiale di fondazione e terreno circostante.
Il dimensionamento più complesso dal punto di vista delle ipotesi di calcolo è quello relativo al punto 4). Il dimensionamento del tratto di fondazione (o fusto di fondazione) può essere effettuato con la procedura più ampiamente in uso (Littlejohn, 1970).
La capacità resistente a trazione dell’ancoraggio FR dipende:
- a) dalla resistenza di interfaccia Rs (resistenza di attrito) tra fusto della fondazione e terreno circostante;
- b) dalla eventuale resistenza di punta Rp fornita dal terreno alla base del fusto di fondazione:
Fr = Fs + Fp
Il secondo termine è nullo laddove il diametro del fusto di fondazione corrisponde a quello della perforazione oppure, in caso contrario (diametro della fondazione maggiore di quello del tratto libero), è generalmente da trascurarsi a favore di sicurezza.
In terreni granulari la resistenza per attrito, nel caso di fondazioni realizzate con iniezione non in pressione, è fornita dalla seguente equazione:
Rs = 1/2 kγ Htanϕs (πdL2)
dove:
- k = coefficiente di spinta del terreno ≈ k0 (coefficiente di spinta a riposo del terreno);
- γ = peso di volume del terreno della fondazione;
- H = altezza litostatica gravante sull’inizio del tratto di fondazione;
- ϕs = angolo di attrito d’interfaccia fusto-terreno ≈ 0,7 ϕ;
- d = diametro del fusto di fondazione;
- Lr = lunghezza del fusto di fondazione.
Nel caso d’iniezione del fusto in pressione il valore “d” diviene quello del diametro efficace resistente (vedi bibliografia specializzata).
In terreni coesivi saturi la resistenza a trazione del fusto è fornita dalla seguente equazione:
Rs = πdL2Cu
dove:
Cu = coesione non drenata del terreno della fondazione.
Alternativamente, qualora disponibile il valore della resistenza a compressione monoassiale (Sc) del terreno della fondazione, in forma cautelativa può essere assunto:
Rs = πdL2 Sc/10
Le procedure di calcolo appena illustrate si basano sul presupposto che lo sforzo di taglio sull’interfaccia cilindrica fusto-terreno sia omogeneamente distribuito; ciò si verifica laddove l’attrito di interfaccia è completamente mobilitato lungo tutta la sua superficie (terreni soffici e/o non compatti).
In caso contrario (terreni molto compatti e rocce), è stato dimostrato sperimentalmente che lo sforzo di taglio decade esponenzialmente lungo il fusto di fondazione, analogamente a quanto succede nelle barre di armatura tese nel cemento armato (Hawkes & Evans, 1951), in accordo con la seguente legge:
τx /τ0 = exp (-Ax/d) = R
dove:
- τ0 = sforzo di taglio all’inizio del fusto di fondazione;
- τx = sforzo di taglio all’ascissa x lungo il fusto di fondazione;
- A ≈ Ea / Ea= parametro che definisce il rapporto tra lo sforzo di taglio nel terreno di fondazione e lo sforzo assiale nella barra di ancoraggio;
- Ea = modulo elastico del materiale di riempimento del fusto di ancoraggio;
- Er = modulo elastico della barra o del trefolo;
- R = rapporto tra gli sforzi di taglio.
I dettagli per il calcolo della resistenza allo sfilamento di ancoraggi palificate realizzati in tali situazioni sono da ricercarsi nella letteratura specializzata.
In tale situazione la concentrazione degli sforzi di taglio alla sommità (inizio) del fusto di ancoraggio è potenzialmente in grado di provocare la rottura progressiva all’interfaccia con il terreno.
Può verificarsi il caso in cui una verifica non sia positiva alla rottura progressiva di una fondazione di ancoraggio; la corrispondente verifica allo sfilamento, secondo una distribuzione omogenea delle tensioni di taglio, conduce invece a una verifica positiva.
Lo sforzo di taglio agente sull’interfaccia è ricavato con calcolo iterativo per integrazione discreta degli sforzi di taglio sulla superficie segmentata in 10 tratti di uguale lunghezza.
IL testo è tratto dal volume Progettazione delle opere geotecniche secondo le NTC 2018 e gli Eurocodici di Piergiuseppe Froldi edito da Maggioli Editore.
Articolo originariamente pubblicato su Ingegneri.cc
Per saperne di più, continua a leggere dal volume
Progettazione delle opere geotecniche secondo le NTC 2018 e gli Eurocodici
Questa nuova edizione, rivista e aggiornata allo stato dell’arte della normativa italiana (NTC 2018 e circolare applicativa 2019) e degli Eurocodici strutturali, tratta in maniera approfondita le tematiche progettuali geotecniche di maggiore diffusione e utilità per la professione.Per questo motivo sono state ampliate le parti dedicate alle opere geotecniche di fondazione profonda su pali e di stabilizzazione dei pendii con pali e ancoraggi.Il manuale conduce il lettore alla comprensione dei fenomeni fisici, per poi affrontarli con criteri tecnico-scientifici.L’opera illustra i principi con i quali si progettano le opere geotecniche, avendo sempre l’accortezza di fornire una visualizzazione intuitiva dei fenomeni ed evitando formalismi teorici. Questa nuova edizione è arricchita da numerosi esempi applicativi e risultati sperimentali condotti sia su opere in reale grandezza sia su modelli di laboratorio.Le evidenze pratiche presenti nel manuale si prefiggono lo scopo di fornire al lettore reali strumenti applicativi da utilizzare nella attività di progettazione.Completano l’opera diverse schede di approfondimento su casi reali, dettagliatamente analizzate e commentate.IL VOLUME INCLUDE- Schede di approfondimento tecnico-pratiche – Esempi applicativi e risultati sperimentali – Evidenze pratiche delle formulazioni geotecnichePRINCIPALI ARGOMENTIAnalisi approfondite e aggiornate delle opere geotecniche:- di fondazione profonda su pali- di stabilizzazione pendii con pali e ancoraggiAGGIORNAMENTI NORMATIVI- Norme Tecniche per le Costruzioni 2018- Circolare applicativa NTC 2018, n. 7/2019- Eurocodici strutturali recepiti in ItaliaPiergiuseppe FroldiLaureato in Scienze Geologiche e in Ingegneria Civile Geotecnica, ha svolto attività di direzione tecnica per società di geoingegneria ed esercita attualmente le professioni di Ingegnere e Geologo. È attualmente Presidente della Società Italiana di GeoIngegneria (SIGI).
Piergiuseppe Froldi | 2020 Maggioli Editore
Scrivi un commento
Accedi per poter inserire un commento