Come ricorda Santino Ferretti, nel volume Geotecnica applicata per progettisti , edito da Maggioli Editore, uno degli aspetti più importanti della progettazione strutturale è rappresentato da quello geotecnico, che per diversi motivi risulta quello più affetto da incertezze.
Questo perché i materiali utilizzati per le costruzioni hanno comportamenti ben inquadrati con modelli matematici semplici ed affidabili e con la produzione in serie degli stessi si ha la garanzia circa i valori minimi delle caratteristiche meccaniche che offrono durante il loro esercizio.
Diverso è il discorso geotecnico che deve necessariamente confrontarsi con il terreno, sia per la realizzazione di opere di fondazione, sia per il calcolo delle spinte sulle opere di sostegno, sia per lo studio dei pendii o per altri motivi ancora.
Fondamentale è lo studio delle caratteristiche meccaniche del terreno che serve anche per stabilire se un pendio o un fronte di scavo è stabile oppure no ed eventualmente per dimensionare le opere di sostegno.
Vediamo nel dettaglio quali sono le tipologie di opere di sostegno esistenti e quale scegliere nel progetto geotecnico.
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Muri a gravità
Passiamo in rassegna le tipologie maggiormente utilizzate per le opere di sostegno. Nella maggior parte dei casi si utilizzano muri, che sono semplici da realizzare e con costi accessibili. Una tipologia utilizzata è quella a gravità, cioè che si oppone al movimento del terreno con il proprio peso.
Questa tipologia di opera risulta estremamente massiccia ed è stata ampiamente utilizzata soprattutto in passato, quando i muri spesso erano realizzati con pietre che poi sono state sostituite da blocchi di laterizio e infine dal calcestruzzo. In figura 1 è rappresentato un classico muro a gravità con l’indicazione delle forze in gioco.
La spinta S dovuta al terreno tende a far ruotare il muro rispetto al punto O alla base dello stesso, mentre il peso P tende a stabilizzare il muro generando un momento contrario a quello dovuto alla spinta. Affinché il muro abbia sicurezza rispetto alla rotazione deve risultare:
Ms ≥ M i
Ossia il momento stabilizzante dovuto al peso P deve essere maggiore di quello instabilizzante dovuto alla spinta S.
Detti momenti dipendono dai bracci delle forze che sono stati indicati d e b in figura. Al fine di avere un alto momento stabilizzante, si deve avere il braccio d elevato e quindi il muro deve essere di elevato spessore.
Inoltre, la spinta S tende a far traslare il muro e ad opporsi a tale moto è la forza di attrito T tra muro e terreno. Qualora detta forza fosse insufficiente, si può pensare, come mostrato nel caso di destra, di approfondire il muro nel terreno della quantità h, in modo che anche detto strato di terreno possa esercitare la forza F che si somma a quella di attrito e incrementa il momento stabilizzante.
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Muri a mensola
Muri di minor peso e quindi con minore utilizzo di materiali si possono ottenere sfruttando il principio della mensola. In figura 2 è rappresentato un classico muro a mensola, dove si notano la zattera di fondazione e il paramento verticale.
La spinta per semplicità è stata posta orizzontale e si nota che nella parte posteriore della zattera il peso Q di terreno tende a stabilizzare il muro. Similmente, la parte anteriore della zattera di fondazione, aumenta il braccio delle forze Q e P e quindi aumenta il momento stabilizzante.
Il muro si comporta come una mensola incastrata alla base e rispetto al caso precedente, la presenza della zattera di fondazione, mette a disposizione il peso di terreno Q e l’aumento dei bracci delle forze stabilizzanti, dando la possibilità di avere un muro più snello rispetto a quelli a gravità. Ai fini dimensionali, si può fare riferimento alla seguente figura 3.
I muri sono opere rigide e quindi vengono utilizzati anche per dare un senso estetico, ad esempio quando si realizza una recinzione ad un fabbricato, o quando si vuole sostenere il terreno per la realizzazione di una strada.
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Gabbionate
Quando invece sono accettabili deformazioni e non ha molta importanza il senso di ordine che si vuole dare, si possono utilizzare le gabbionate, come mostrato in figura 4, che sono realizzate con delle gabbie in rete metallica, riempite da ciottoli di ghiaia e pietre.
Le dimensioni in metri delle gabbie generalmente sono 1,0 × 1,0 × 1,0 oppure 1,0 × 1,0 × 0,5 oppure 1,0 × 1,0 × 2,0 e risultano permeabili all’acqua e si adattano alle deformazioni dei terreni. In genere vengono realizzate come mostrato nella figura 4, con delle rastremazioni, in modo che lo spessore complessivo diminuisca verso l’alto.
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Muri cellulari
Esistono poi i muri cellulari, che si realizzano con elementi che si ripetono, generalmente di calcestruzzo prefabbricato o anche in legno. In figura 5 ne vengono mostrati alcuni tipi.
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Palancolate o palificate
Talora si utilizzano anche palancolate, o palificate, come mostrato nella seguente figura 6, specialmente quando l’opera di sostegno deve essere realizzata prima ancora di eliminare il terreno per dare vita al fronte di scavo. Ad esempio in figura si è ipotizzato di dover realizzare una strada in adiacenza ad un fabbricato esistente.
Se eliminassimo il terreno per dare vita al fronte di scavo, il fabbricato potrebbe subire gravi danni a causa del cedimento del terreno. Pertanto si realizzano prima i pali in modo da dare sostegno al terreno e solo dopo si elimina il terreno in modo da garantire stabilità del fronte di scavo e sicurezza del fabbricato esistente.
La figura mostra il fabbricato e la palificata secondo le tre classiche viste. Simili opere di sostegno possono realizzarsi, anziché con i pali con palancole metalliche che vengono infisse nel terreno.
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Terre armate o rinforzate
Molto utilizzate ultimamente sono soluzioni innovative come le terre armate o rinforzate. In figura 7 è rappresentato un esempio di tali soluzioni dove si notano gli strati di terreno e una armatura metallica che sostiene il tutto.
La rete metallica a lavoro finito può essere nascosta utilizzando dei rivestimenti per il paramento esterno, oppure può essere inglobata nella vegetazione che porta alla sua definitiva scomparsa, facendo apparire il pendio come un fatto del tutto naturale.
Questa soluzione è ottima dove si vuole mitigare o addirittura eliminare del tutto l’impatto sull’ambiente con opere in calcestruzzo o in altro materiale e quindi si presenta come opera di ingegneria naturalistica. Vi sono poi altre soluzioni correntemente adottate come opere di sostegno, quali i muri prefabbricati, e altri sistemi.
Talora i sistemi visti vengono utilizzati insieme, come ad esempio le palificate con elementi prefabbricati che nascondono la palificata stessa, in quanto presenta una immagine poco gradevole dal punto di vista estetico.
Per poter calcolare dette opere, l’obiettivo è la ricerca della spinta che il terreno esercita su tali manufatti, che dipende dalle caratteristiche dei terreni. L’articolo è estratto dal volume Geotecnica applicata per progettisti di Santino Ferretti, edito da Maggioli Editore.
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Geotecnica applicata per progettisti
Nella progettazione strutturale il tema geotecnico è fondamentale ed è quindi necessario saper modellare il terreno e condurre le verifiche di sicurezza.A tale proposito, la letteratura che tratta questo argomento appare spesso molto dispersiva.Il progettista deve necessariamente confrontarsi con il terreno, ad esempio, ma non solo, per la realizzazione di opere di fondazione, per il calcolo delle spinte sulle opere di sostegno e per lo studio dei pendii.L’opera offre al lettore un testo organico e comprensibile, anche a chi non ha una approfondita conoscenza della geologia, con gli strumenti per definire le procedure per le applicazioni pratiche che riguardano i rapporti tra strutture e terreno.Nel testo sono trattate anche la dinamica dei terreni e la risposta sismica locale, in modo da introdurre la tematica relativa alla progettazione in zone sismiche con riferimento all’importanza che assume il terreno nella propagazione delle onde sismiche.Al testo sono stati associati dei fogli Excel che risultano utilissimi nella pratica progettuale e che compendiano i numerosi esempi di calcolo illustrati passo per passo.Santino FerrettiIngegnere, svolge la libera professione nel settore delle costruzioni, occupandosi di progettazione geotecnica e di strutture antisismiche, nonché di adeguamento sismico delle strutture. Ha approfondito particolarmente la dinamica strutturale e la modellazione dei materiali sia in campo lineare che non lineare.
Santino Ferretti | 2021 Maggioli Editore
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“Un testo che declina dettagliatamente un concetto che reputo alla base della progettazione strutturale” (Franco Bontempi).“Nel volume non ci si limita ad introdurre in modo semplice la problematica, ma si guida il lettore alla comprensione della risposta strutturale agli eventi inattesi attraverso esempi concreti” (Ivo Caliò)La robustezza di un sistema strutturale e geotecnico è intesa, sostanzialmente, come la capacità di prevenire o ridurre le conseguenze derivanti da un evento locale (eccezionale e/o estremo).Il testo, suddiviso in due parti distinte per un’agevole consultazione, affronta con piglio autorevole e approccio operativo il tema – ancora oggi poco conosciuto – della valutazione del comportamento strutturale attraverso gli indici di robustezza.Tra i molteplici aspetti trattati, il manuale analizza, in dettaglio, il fenomeno del collasso progressivo, le forme con cui può manifestarsi ed i relativi meccanismi di innesco e propagazione, proponendo, poi, esempi di interventi di retrofitting per ottimizzare la risposta strutturale.Inoltre, vengono riportati, in maniera esaustiva, numerose applicazioni numeriche per la stima degli indici di robustezza, con particolare riferimento alle strutture esistenti in c.a., murature e opere geotecniche.Tali casi studio, rappresentano utili strumenti operativi per lo strutturista che si occupa di tali tematiche.Matteo FelittiTitolare dello studio ENGINEERING & CONCRETE CONSULTING, si occupa principalmente di calcolo strutturale, dissesti statici nelle costruzioni esistenti, degrado dei materiali e risoluzione di contestazioni. Cultore di Scienza delle Costruzioni ICAR/08, docente Esterno di “Calcolo Automatico delle Strutture” presso l’Università degli Studi di Napoli Federico II.Francesco OlivetoIngegnere specializzato nell’ambito strutturale e geotecnico. Collabora con Gruppo Sismica srl per la formazione e lo sviluppo di metodologie di calcolo di strutture in muratura e in c.a. in condizioni di danno pregresso e attuale ai fini della stima della capacità residua.Gli Autori, in collaborazione con STACEC Srl, hanno sviluppato e implementato, nel software FaTA Next, alcuni modelli di degrado per la valutazione degli indicatori di rischio su strutture in calcestruzzo armato con danno inglobato. Tale argomento sarà oggetto di una prossima pubblicazione.
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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).
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