Influenza della geologia e degli spostamenti (SLE) nella progettazione delle paratie: un esempio pratico


Continua la collaborazione tra L’angolo dell’ingegnere strutturista e l’esperto di geologia e geotecnica Romolo di Francesco, già autore di un altro articolo pubblicato su queste pagine. Buona lettura.

1. INTRODUZIONE

Le paratie possono essere definite come strutture geotecniche interagenti con i fronti di scavo e costituite da una porzione fuori terra, soggetta a condizioni di spinta attiva, ed una porzione interrata che contrappone la resistenza passiva del terreno (figura 1).

Figura 1. Schema di azione della spinta attiva (monte) e della mobilitazione della resistenza passiva (estratta da: Geotecnica: guida pratica alla luce delle nuove NTC, Dario Flaccovio Editore – Palermo, 2010).


Da un punto di vista normativo, la progettazione delle paratie agli SLU di tipo GEO richiede che siano soddisfatte le seguenti verifiche:

  1. collasso per rotazione intorno ad un punto dell’opera;
  2. collasso per carico limite verticale;
  3. sfilamento di uno o più ancoraggi;
  4. instabilità del fondo scavo in terreni a grana fine in condizioni non drenate;
  5. instabilità del fondo scavo per sollevamento;
  6. sifonamento del fondo scavo.

Occorre comunque considerare che in genere l’aspetto più delicato è rappresentato dal punto “1”, poiché dallo stesso discende il metodo di pre-dimensionamento delle paratie basato sulle equazioni della statica di equilibrio dei momenti rispetto, ad esempio, al punto R di cui alla figura 1. In ogni caso, è evidente che la progettazione di tali strutture non può prescindere dall’utilizzo dei moderni software di calcolo dal momento che entrano in gioco numerose variabili legate alla complessità della stratigrafia, all’idrodinamica sotterranea, alla natura e meccanica dei terreni, alla geometria della struttura, ai materiali utilizzati ed infine alla molteplicità delle azioni sia permanenti che transitorie.

Per tali motivi, e rimandando alle nuove NTC 2008  per le verifiche geotecniche agli SLU, nel seguito viene discussa l’influenza esercitata da una corretta definizione del modello geologico e degli Stati Limite di Esercizio nei confronti del dimensionamento geotecnico – strutturale e, conseguenzialmente, del costo finale di tali opere.

2. UN CASO REALE

L’esempio che segue riguarda la realizzazione di un intervento di edilizia residenziale il quale, per il contesto urbano all’interno del quale è inserito con presenza di strade comunali e di edifici limitrofi (figura 2), necessita di opere di sostegno dei fronti di scavo che raggiungono l’altezza di 7.5 metri.

Figura 2. Planimetria dell’intervento.

Gli studi geologici, corredati da sondaggi a carotaggio continuo e da prove penetrometriche dinamiche, hanno condotto alla definizione della sezione stratigrafica sintetizzata nella figura 3, nella quale sono evidenti i rapporti tra i terreni di copertura, rappresentati da colluvioni a granulometria fine (limi ed argille) e da alluvioni ghiaiose, ed il sottostante substrato costituito da argille strutturalmente complesse (argille sovraconsolidate e fessurate antiche di 5 MA).

Figura 3. Sezione stratigrafica iniziale.

Con tale conoscenza del sottosuolo sono state allora dimensionate la paratia e le strutture di fondazione, quest’ultime costituite da una platea poggiante su pali incastrati nel substrato roccioso così come pure i pali costituenti l’opera di sostegno. Purtroppo, però, i costi delle sole opere descritte hanno raggiunto il valore di 250.000 €, tale da indurre, inizialmente, il proprietario dell’area ad abbandonare l’investimento e successivamente a consultare un’altra equipe di professionisti coordinata dallo scrivente.

Il primo passo è allora consistito nel riesame degli studi geologici ed in particolare delle carote estratte dalle perforazioni di sondaggio, dalle quali è emerso che parte dei terreni sovrastanti le ghiaie manifestano la struttura tipica del sottostante substrato marnoso: un’apparente contraddizione che è stata risolta consultando recenti studi scientifici dell’area, pubblicati dal Dipartimento di Scienze della Terra di Chieti, che dimostrano la presenza di sacche di ghiaie all’interno del substrato. In questo modo, con la perforazione di nuovi sondaggi ed il prelievo di campioni indisturbati sottoposti a prove di laboratorio, è stata infine ricostruita la sezione stratigrafica finale rappresentata in Figura 4.

Figura 4. Sezione stratigrafica finale e relativo profilo geotecnico.

Una volta definito un corretto modello geologico del sito, sul quale è stato poi costruito il relativo modello geotecnico (figura 4), è stato possibile riprogettare tutte le opere geotecniche eliminando i pali di fondazione, sostituendo la platea con travi rovesce ed infine diminuendo il numero e la sezione dei pali costituenti l’opera di sostegno del fronte di scavo; in questo modo è stato possibile limitare i costi a soli 105.000 €, con una diminuzione del 58% rispetto al progetto iniziale.

Occorre a questo punto considerare che, come richiesto dalle nuove NTC, le opere geotecniche descritte sono state progettate per soddisfare non solo i criteri di analisi semiprobabilistica agli SLU, ma anche agli SLE, tenuto conto che

gli spostamenti dell’opera di sostegno e del terreno circostante devono essere valutati per verificarne la compatibilità con la funzionalità dell’opera e con la sicurezza e funzionalità di manufatti adiacenti …” (NTC – par. 6.5.3.2).

Ma se si analizza la planimetria e le sezioni di progetto (figure 2 e 4) si scopre che le condizioni di criticità nei confronti delle opere preesistenti riguardano sostanzialmente il solo manufatto denominato “edificio 1” il quale è poi risultato, dallo scavo di due trincee esplorative, fondato sul substrato marnoso.

Tenuto conto delle nuove informazioni è stata infine tentato un nuovo dimensionamento della paratia non più pensata come opera infinitamente rigida, quanto, piuttosto, come un’opera flessibile alla quale affidare spostamenti di esercizio prossimi ai 15 millimetri; in questo modo, come emerso dalle analisi ad elementi finiti (figura 5), si è scoperto di poter ulteriormente diminuire i costi di realizzazione a scapito del parziale danneggiamento del muro di sostegno preesistente, in mattoni pieni, posto solo in parte al confine tra il sito e l’area di pertinenza dell’edificio 1 come chiaramente visibile nella planimetria di cui alla figura 2.

Figura 5. A sinistra: analisi agli SLU; a destra: analisi agli SLE per spostamenti orizzontali massimi di 15 millimetri.

3. CONSIDERAZIONI FINALI

L’iter progettuale descritto si è concluso con la sottoscrizione di un accordo con il proprietario dell’area sovrastante il sito di intervento, secondo il quale tutti i danni arrecati dagli interventi di progetto sarebbero stati prontamente riparati. In questo modo il costo finale delle opere geotecniche (platea di fondazione e paratia di sostegno) è stato limitato a 75.000 € con una riduzione del 70% rispetto al valore iniziale.

Ovviamente a tali costi occorrono anche aggiungere i circa 4.000 € di danni arrecati al muro di sostegno che, come previsto in sede progettuale, ha subito una deformata prossima agli 11 millimetri tale da comportare la comparsa di un quadro fessurativo di modesto rilievo e tale anche da diminuire la percentuale del risparmio al 68.4%.

Concludendo, la progettazione delle opere di sostegno, pur essendo affidata al dimensionamento geotecnico e strutturale secondo il principio semiprobabilistico agli Stati Limiti Ultimi, risulta di fatto decisamente dipendente da una corretta definizione del modello geologico del sito e dall’analisi degli spostamenti relativi agli Stati Limiti di Esercizio.

In questo modo, operando con oculatezza, è possibile da una parte salvaguardare l’integrità strutturale o anche solo architettonica dei manufatti preesistenti e dall’altra diminuire notevolmente i costi di realizzazione. L’importante è anche prevedere un corretto piano di monitoraggio, come d’altronde previsto dalle nuove NTC 2008.

Si ringrazia l’autore Romolo di Francesco per aver realizzato appositamente per L’angolo dell’ingegnere strutturista l’articolo in questione; potete fargli visita a:

Blog di Romolo di Francesco

oppure contattarlo direttamente a:

romolo.difrancesco@vodafone.it

Per chiarimenti, segnalazioni ed altro è possibile contattare il sottoscritto a:

ofs@hotmail.it

Ing. Onorio Francesco Salvatore

10 Responses to Influenza della geologia e degli spostamenti (SLE) nella progettazione delle paratie: un esempio pratico

  1. Afazio scrive:

    Polemica: l’articolo sembra piu’ un volantino pubblicitario che non un utile documento tecnico.
    Ero curioso, invece, di meglio comprendere come sia stata condotta l’analisi allo stato limite di esercizio per spostamenti massimi di 15 mm.
    Non comprendo infine cosa si intende con la dicitura “stato limite di esercizio per fissato spostamento massimo”.

  2. Ciao Giovanni,

    non posso fare altro che girare le osservazioni all’autore dell’articolo che, se vorrà, sarà lui stesso a risponderti.

    P.S. leggi l’aggiornamento all’articolo sulle funzioni Excel. Siamo a quota 500 downloads.

  3. Afazio scrive:

    In merito al numero dei downloads, la cosa non puo’ che farmi piacere.
    Ciao

  4. Afazio scrive:

    Inoltre con riferimento a quanto scritto nel documento ed in particolare alla parte “… ma se si analizza la planimetria e le sezioni di progetto (figure 2 e 4) si scopre che le condizioni di criticità nei confronti delle opere preesistenti riguardano sostanzialmente il solo manufatto denominato “edificio 1””, non e’ affatto immediato scoprire quanto affermato. A meno di ulteriori informazioni qui mancanti, sembrerebbe, invece, che le condizioni di criticità riguardino piu’ l’edificio denominato “edificio 2” considerando che e’ assai più prossimo alla paratia (quasi in accostamento) che non l’edificio 1.

  5. Ringrazio innanzitutto “Afazio” per la possibilità offertami di approfondire l’argomento.
    Quando ho inviato l’articolo l’ho definito divulgativo, perchè non possiede il tipico taglio tecnico ma serve solo, come introduco sempre nei miei corsi di geotecnica, a comprendere l’approccio all’argomento. Voglio dire: nella progettazione di una paratia gli SLU non la fanno da padrone, perchè il successo dipende molto da un corretto modello geologico e dalla verifica della compatibilità degli spostamenti dell’insieme terreno-struttura con la funzionalità dell’opera e la sicurezza dei manufatti adiacenti. In altre parole occorre avere sensibilità e non fidarsi solo dei modelli di calcolo, soprattutto automatici.
    Per quanto concerne la progettazione per lo spostamento massimo ritenuto ammissibile, è stato considerato lo stesso come limite di salvaguardia dell’edificio e di limitato danneggiamento del muro; il che ha comportato un’analisi parametrica variando, quale unico parametro coinvolto, la rigidezza della paratia. Come siamo riusciti a stabilire tale limite lo potrete trovare nel mio libro “Lesioni degli edifici” edito Hoepli (bisogna pur farsi pubblicità, non me ne vogliate!).
    L’ultima frase non l’ho compresa, anche perchè non ricordavo di averla scritta nell’articolo. In ogni caso la risposta è nelle righe precedenti.
    Ringrazio di nuovo Afazio, perchè senza polemica non si cresce.
    Romolo DF

  6. Mentre scrivevo la risposta al primo commento “Afazio” mi ha preceduto proponendo un’ulteriore approfondimento. Si, ha perfettamente ragione sulla mancata corretta comprensione, avrei dovuto inserire anche la seconda sezione nella quale si sarebbe visto che l’edificio 2 è interrato alla quota fondo scavo.
    Cordialmente
    Romolo DF

  7. Afazio scrive:

    @Romolo D. F.
    La frase da me riportata pur non essendo scritta nel testo e’ presente nell’articolo come titolo di una delle figure. In particolare la fig 5. Figura 5. A sinistra: analisi agli SLU; a destra: analisi agli SLE per spostamenti orizzontali massimi di 15 millimetri
    Forse l’analisi allo stato limite SLE e’ stata condotta imponendo lo spostamento di 15 mm?
    Oppur si e’ costruito un primo modello FEM, quindi ricavato lo spostamento del punto di controllo, confrontato questo col limite che ci si pone e quindi modificato il modello variando le rigidezze della paratia in maniera che con un procedimento iterativo si riuscisse a determinare la rigidezza necessaria?

  8. Afazio scrive:

    Altre domande:
    – come sono state fissate le combinazioni dei carichi ed eveantualmente i coefficienti parziali di sicurezza, sia delle azioni che dei parametri di calcolo da assumere nella analisi allo stato limite di esercizio?
    – avendo fatto ricorso al metodo FEM per l’analisi, quale modello costitutivo e’ stata assunto per il terreno e per il sistema di sostegno?
    – lo spostamento massimo fissato pari a 15 mm e’ adeguato e discende da qualche verifica oppure arbitrariamente fissato? Uno spostamento massimo di 30 mm avrebbe provocato danni irreparabili sulle strutture sovrastanti. Fissando poi uno spostamento ammissibile di 60 mm, forse si sarebbe potuto risparmiare parecchio di piu’ sulle opere scendendo dai 105.000 magari a 55.000.

  9. Romolo Di Francesco scrive:

    Risposte già date.
    Come da NTC 2008.
    Drucker-Prager – Multi-Laminate – Elastico non lineare.
    Trucchi del mestiere.

    Cordiali saluti
    Romolo DF

  10. Afazio scrive:

    uhmm
    che dire se non che alla luce di queste ultime informazioni l’articolo esposto diventa davvero molto utile?
    Ringraziando colgo occasione per porgere occidenti saluti nella speranza di poter vedere ad oriente ulteriori trucchi del mestiere.

    A.Fazio

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