Ancoraggi palificate. Cosa stabiliscono NTC 2018 e Eurocodici?

Ancoraggi palificate. Cosa stabiliscono NTC 2018 e Eurocodici?

ancoraggi palificate

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.
Ancoraggi palificate

Fig.1_Tipologie ricorrenti di ancoraggio delle palificate_Progettazione delle opere geotecniche secondo le NTC 2018 e gli Eurocodici©Maggioli Editore

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.

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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).

ancoraggi palificate

Fig.2_Schema funzionale di tirante di ancoraggio (CSLLP, 2011)_ Progettazione delle opere geotecniche secondo le NTC 2018 e gli Eurocodici©Maggioli Editore

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:

  1. essere ubicato in una zona (del terreno di monte) stabile e resistente sia in condizioni statiche sia sismiche;
  2. 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).

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Ancoraggi palificate: come avviene il dimensionamento?

Il dimensionamento dell’ancoraggio riguarda i seguenti elementi resistenti:

  1. sistema di ripartizione della testata dell’ancoraggio;
  2. elemento strutturale (barra o trefolo metallico);
  3. interfaccia tra elemento strutturale e materiale della fondazione (generalmente costituito da boiacca cementizia);
  4. 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:

F= 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 Htanϕ(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:

RsπdL2 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:

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.

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Progettazione delle opere geotecniche secondo le NTC 2018 e gli Eurocodici

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