sulla progettazione dei fronti di scavo autosostenuti
Romolo Di Francesco (www.romolodifrancesco.it) e
Armando Massimiliano Piergentili (www.studiopiergentili.it)
Le opere di sostegno rappresentano una voce importante nel computo dei costi degli interventi, ad esempio, di edilizia residenziale e stradale che talora possono fare la differenza tra l'eseguire un'opera o il rinunciare ad essa; d'altra parte, sia sufficiente riflettere sulla figura 1 nella quale e' rappresentato un fronte di scavo, progettato affinche' rimanesse stabile per l'intera durata dei lavori di costruzione di un intervento di edilizia residenziale, la cui eventuale opera di sostegno avrebbe determinato l'anti economicita' dell'investimento.
Figura 1. Al fine di eliminare i costi esorbitanti per le opere di sostegno, e' stato progettato un fronte di scavo autosostenuto alto poco oltre i 10 metri; la palazzina e' stata poi progettata con lo scatolare in cemento armato agente da sostegno dello scavo, controventato verticalmente da setti e orizzontalmente dai solai; il risparmio e' stato dell'ordine dei 120.000 euro (fonte: Manuale avanzato di Meccanica delle Terre).
Occorre poi considerare che le teorie correntemente utilizzate che sostengono la progettazione geotecnica delle opere di sostegno sono alquanto limitate, dal momento che queste ultime rientrano nel campo dei problemi marcatamente iperstatici; cio' implica che, non essendo possibile simulare tutte le fasi costruttive, e' stata adottata una strategia basata sulla teoria semplificata, suffragata da decenni di applicazioni e tutt'ora utilizzata, i cui limiti, pero', si riscontrano ampiamente anche sui moderni software di calcolo.
A titolo di esempio, quest'ultimi hanno difficolta' ad analizzare correttamente i muri di sostegno fondati su pali oppure le paratie interagenti con versanti in frana, conducendo ai numerosi collassi che si sono verificati negli ultimi anni; non ultimo, con l'introduzione del metodo agli stati limite, che penalizzano molto le verifiche a scorrimento, si sta assistendo alla progettazione di muri di sostegno con fondazioni eccessivamente sovradimensionate (e costose).
Figura 2. Un esempio di edilizia artigianale eseguito in assenza di opere di sostegno del retrostante fronte di scavo (data foto: luglio 2014).
Rimandando al "Manuale avanzato di Meccanica delle Terre" per maggiori dettagli sugli argomenti citati (comprese le soluzioni per superare i limiti dei software di calcolo), nel seguito s'illustra un esempio di progettazione di un fronte di scavo autosostenuto che ha consentito l'esecuzione, economicamente sostenibile, dell'intervento di edilizia artigianale di figura 2.
Come si evince dalla stessa, l'intervento riguarda la realizzazione di un capannone artigianale la cui esecuzione in prossimita' di un versante ha richiesto la profilatura di un fronte di scavo, a parete verticale, lungo circa 80 metri e con un'altezza media di circa 6 metri; in questo modo sono stati notevolmente abbattuti i costi di costruzione ed e' stato massimizzato lo sfruttamento areale del lotto.
Vista la presenza di terreni regressivi del Calabriano (argille e sabbie antiche di 1,2 milioni di anni, di difficile analisi sia in laboratorio che in sito), il primo passaggio e' consistito nella determinazione della coesione attraverso l'analisi dei meccanismi di rottura cinematicamente compatibili applicati a locali strutture geologiche ritenute stabili; quindi, mediante l'applicazione del principio dei lavori virtuali, e una volta parametrizzato il range di variazione dell'angolo di resistenza al taglio, si e' pervenuti ai valori di collasso che hanno consentito di costruire il criterio di snervamento di Mohr-Coulomb.
Noti tutti i valori, e' stato infine progettato il fronte di scavo di figura 3 per poi analizzarne le condizioni di stabilita' attuali e la possibile variazione nel tempo; allo stesso tempo, sono state progettate anche le fondazioni dell'intervento che, in relazione a sollecitazioni normali massime dell'ordine dei 670,00 kN combinate con sollecitazioni flettenti dell'ordine dei 210 kNm, sono consistite in plinti quadrati a bicchiere delle dimensioni variabili da 1,70 mt a 2,20 mt, di altezza 0,50 mt, bicchiere di sp. da 0,2 a 0,3 mt di altezza 1,00 mt, collegati da travi delle dimensioni di 0,35x0,70 metri.
Figura 3. In alto: vista generale del fronte di scavo; al centro: sezioni dei plinti di fondazion; in basso: panoramica delle fondazioni viste dal ciglio superiore dello scavo (data foto: febbraio 2013).
Occorre comunque evidenziare che la progettazione di uno scavo autosostenuto rappresenta soltanto una parte del problema conoscitivo, dal momento che occorre anche valutare la sua deformabilita' e l'influenza che la stessa puo' avere nei confronti di strutture pre-esistenti.
Il primo dei due problemi richiede che sia valutata la deformazione dei terreni soggetti allo scarico tensionale e il possibile innesco di rotture locali; quindi, se la deformabilita' puo' essere analizzata con i metodi dettagliati nel citato testo di riferimento, la rottura locale puo' essere contrastata (o contenuta) con l'installazione delle reti paramassi di figura 4 (mutuate dalle applicazioni alle pareti rocciose) i cui costi sono del tutto esigui se confrontati con l'opera di sostegno da essi sostituita.
Figura 4. Le reti paramassi possono essere utilizzare per contrastare il degrado dei fronti di scavo autosostenuti, talora con l'ausilio di spritz-beton qualora non sussistano necessita' ambientali e/o estetiche.
Per ulteriori informazioni si rimanda, oltre al testo citato, anche al corso di "Progettazione geotecnica e strutturale di fondazioni e opere di sostegno" tenuto a Spoleto (PG) dal Prof. Aurelio Ghersi e da Romolo Di Francesco.
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