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Geotecnica e opere di sostegno. Quali tipologie scegliere nel progetto

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

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Geotecnica opere di sotegno

Come ricorda Santino Ferretti, nel volume Geotecnica applicata per progettistiedito 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.

Fig.1_Muro a gravità ©Geotecnica applicata per progettisti – Maggioli Editore

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.

Fig.2_Muro a mensola ©Geotecnica applicata per progettisti – Maggioli Editore

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.

Fig.3_Dimensionamento muro a mensola ©Geotecnica applicata per progettisti – Maggioli Editore

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.

Fig.4_Gabbionate ©Geotecnica applicata per progettisti – Maggioli Editore

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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.

Fig.5_Muri cellulari ©Geotecnica applicata per progettisti – Maggioli Editore

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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.

Fig.6_Palancolate ©Geotecnica applicata per progettisti – Maggioli Editore

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.

Fig.7_Terra armata ©Geotecnica applicata per progettisti – Maggioli Editore

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.

Continua a leggere dal volume:

Geotecnica applicata per progettisti

Geotecnica applicata per progettisti

Santino Ferretti, 2021, Maggioli Editore

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...



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Foto: iStock.com/fotolinchen


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