Le opere di sostegno dei fronti di scavo

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1 a cura dello Studio Associato Pilati Le opere di sostegno dei fronti di scavo Inauguriamo una collaborazione editoriale con lo Studio Associato Pilati di Costabissara (Vi). Al centro degli interventi, lo sviluppo della ricerca tecnologica in applicazione alle diverse tecniche di fondazione per ogni tipologia di intervento in ambito urbano (prima parte) 66 PF maggio-giugno 2010

2 A causa degli spazi sempre più ristretti negli ambienti fortemente antropizzati, spesso si presenta la necessità di realizzare scavi verticali per ricavare degli interrati fino al limite del confine di proprietà. Non potendo quindi eseguire delle scarpate naturalmente stabili risulta necessario intervenire con opere di sostegno, provvisorie o permanenti, che permettano di lavorare nel rispetto delle normative in materia di sicurezza (giustamente) sempre più severe. Pertanto, è necessario prevedere queste opere in fase di progettazione: sia per considerare il loro ingombro (e il conseguente restringimento dello scantinato), sia per il loro costo, sia per piccole opere può risultare significativo se rapportato al costo totale dell opera stessa. Considerazioni generali L approccio alla scelta della giusta opera di sostegno per ogni cantiere deve essere ragionato e valutato considerando diversi fattori. Per prima cosa bisogna disporre di una relazione geologico-geotecnica eseguita in modo specifico per quel cantiere particolare di cui ci si occupa; una relazione che descriva le caratteristiche geotecniche dei terreni su cui si andrà a operare e che evidenzi, soprattutto, il livello della falda freatica e il suo gradiente idraulico. La presenza dell acqua a una quota superiore a quella di fondo scavo da raggiungere diventa molte volte elemento discriminante nella scelta delle opere di sostegno da realizzare. Altra cosa da fare è raccogliere tutte le informazioni possibili relativamente alle infrastrutture esistenti oltre il confine di proprietà; infatti, è completamente diverso dover sostenere solo del terreno, una strada, una ferrovia o un edificio di più piani intelaiato in calcestruzzo armato o in muratura sciolta e privo di scantinato. Per quanto riguarda gli edifici limitrofi bisogna valutare la tipologia strutturale: se siano costituiti da un telaio in calcestruzzo armato o in muratura sciolta, la quota di imposta della loro fondazione, il carico da essa scaricato sul terreno e la presenza di eventuali scantinati anche se non in prossimità del confine. Per le strade o i terreni Lo scavo di un piano, realizzato con putrella d angolo e tiranti limitrofi bisogna individuare la presenza di eventuali sottoservizi, pozzi o elementi che possano interagire con le opere da realizzare. Un altro aspetto fondamentale è la possibilità o meno di poter realizzare dei chiodi o dei tiranti oltre il limite di proprietà. Dato per scontato che ai sensi dell articolo 840 del codice civile non si può intervenire nella proprietà altrui, rimane sempre la possibilità di inoltrare una richiesta formale al vicino per poter realizzare delle opere sempre provvisorie proponendo eventualmente delle ricompense economiche. Alcuni comuni ad esempio, la municipalità di Bolzano hanno regolamentato la materia sotto il profilo normativo: per i tiranti da eseguire sotto il suolo pubblico chiedono un compenso in denaro in funzione dell area occupata e del tempo di utilizzo dell opera provvisoria. La tariffa viene a volte applicata anche tra privati e rimane comunque un punto di riferimento per una stima dell eventuale compenso da corrispondere ai confinanti. Se l opera di sostegno ha carattere definitivo, l esecuzione di tiranti permanenti in proprietà altrui può essere fatta solo previa costituzione di una servitù nel terreno altrui e l esecuzione stessa va valutata economicamente da un legale. Ovviamente il problema dei tiranti non sussiste quando si tratta di sostenere un edificio o un manufatto all interno del limite di proprietà del cantiere. Passiamo ora in rassegna le opere di sostegno dei fronti di scavo più frequentemente utilizzate e cioè: berlinesi di micropali, pareti chiodate o Soil Nailing, diaframmi, Soil Mix, palancole e Jet-Grouting. Berlinesi di micropali Per berlinese s intende una serie di micropali allineati disposti a breve distanza tra loro, vincolati in testa o a diverse profondità e in grado di sostenere verticalmente il terreno fino ad alcune decine di metri. Per realizzare ogni micropalo è necessario eseguire un foro verticale con l ausilio di una sonda, inserire un adeguata armatura metallica nel foro e poi riempire il tutto con una miscela cementante. I micropali vanno solitamente eseguiti con passo orizzontale di cm a seconda del tipo di terreno e dei carichi da sostenere e vanno collegati in testa con un cordolo in calcestruzzo armato per renderli collaboranti in prossimità di carichi concentrati. Possono essere fatti lavorare a sbalzo per sostenere solo del terreno oppure opere che possono accettare piccole deformazioni o contrastati in testa per evitare PF maggio-giugno

3 Berlinese con tre ordini di tiranti per lo scavo di tre piani non costituiscono un opera impermeabile: infatti, essendoci degli spazi vuoti tra i pali, l acqua può tranquillamente entrare nello scavo. Solitamente entrando trasporta anche del materiale fino, asportandolo da monte e creando dei vuoti sotto le fondazioni degli edifici limitrofi con le prevedibili conseguenze. Se lo scavo va appena sotto il livello della falda e il terreno è poco permeabile è possibile realizzare dei pali secanti, solitamente uno armato con funzione statica e l altro riempito di miscela cementante con funzione di tampone idraulico. Questa soluzione comporta un numero elevato di micropali a metro lineare di intervento e viene realizzata di solito in piccoli cantieri (in quelli di grandi dimensioni vengono scelte, solitamente, altre tipologie di intervento). Va posta grande attenzione in modo costante agli ingombri presenti in altezza (linee aeree, terrazzini, sporti del tetto), poiché per realizzare i micropali si deve scegliere una sonda tanto più piccospostamenti quando vengono realizzati in prossimità di edifici in cui non risulta accettabile alcuno spostamento. La loro lunghezza è solitamente di 6 m, per uno scavo di circa 3,5 m, e con contrasti in testa. Il contrasto in testa viene solitamente dato dai tiranti, elementi che vengono realizzati sempre mediante perforazione e inserimento di trefoli o barre di acciaio successivamente cementate, che vanno ad ancorarsi nel terreno a tergo dell opera di sostegno. Nel caso in cui non ci sia la possibilità di intervenire con i tiranti si possono utilizzare puntoni interni costituiti da putrelle o tubi che vanno a scaricare la spinta orizzontale sulle parti di edificio già realizzato, poste a una certa distanza dal fronte di scavo o su altri lati della berlinese. Le berlinesi possono essere utilizzate solo quando la falda si trova naturalmente al di sotto della quota di fondo scavo. Altrimenti, la quota stessa viene abbassata con un impianto well point perché le berlinesi la quanto minore è l altezza disponibile (in tal caso, lievitano anche i costi dell opera). Importante è anche scegliere il metodo di perforazione (aria, acqua, elica, autoperforante), per evitare di creare danni alle infrastrutture limitrofe. Pareti chiodate o Soil Nailing La tecnica di rinforzo del terreno a mezzo di chiodi ( nails ) denominata Soil Nailing o Clouage Des Sols, consiste nell introdurre dei rinforzi all interno dell ammasso del terreno, con la funzione primaria di assorbire sforzi che il terreno non armato non sarebbe in grado di sopportare, sia per le proprie intrinseche caratteristiche meccaniche (sforzi di trazione) che per il superamento dei valori limite delle stesse (sforzi di taglio) dovuto agli interventi antropici successivi alla fase di rinforzo (generalmente, si tratta di scavi). La tecnica prevede che la fase di scavo e quella di infissione dei chiodi procedano 68 PF maggio-giugno 2010

4 Figura 1 in successione alternata; dopo una fase di scavo tale da mantenere stabile il tratto di parete appena scavato (vedi fig. 1) si procede immediatamente con l esecuzione dei chiodi. Le spinte attive generatesi al momento dello sbancamento nel volume di terreno retrostante la superficie di scavo vengono così controbilanciate. Il sistema prevede l inserimento di tubi cavi del diametro ad esempio di 32 mm muniti in testa di punta a perdere. I chiodi vanno realizzati sul fronte di scavo a quinconce con interasse verticale di circa 1-1,5 m e interasse orizzontale variabile da 2 a 3 m. La realizzazione di una parete rinforzata con chiodatura avviene, in generale, Figura 2 secondo le fasi sinteticamente illustrate nella figura 2: 1. scavo di altezza ed estensione dipendente dal tipo di terreno; 2. ricoprimento del fronte di scavo con uno strato di Spritz Beton dello spessore di circa cm, armato con una rete elettrosaldata da 8 mm (maglia 200x200 mm) PF maggio-giugno

5 per contenere l eventuale distacco localizzato di materiale; 3. esecuzione dei chiodi con attrezzatura a rotopercussione, diametro medio reso di mm, eseguiti con barre autoperforanti con la disposizione e della lunghezza risultante dalle verifiche di stabilità; 4. approfondimento dello scavo, a maturazione avvenuta, sia dei chiodi che dello Spritz Beton; 5. ripetizione delle fasi 2, 3 e 4 fino al raggiungimento del fondo dello scavo. Le pareti chiodate risultano idonee su terreni granulari privi di falda e dove esiste la possibilità di realizzare i chiodi oltre il fronte di scavo. Essendo opere passive non sono idonee per realizzare scavi in aderenza a edifici esistenti, in quanto possono deformarsi leggermente per far entrare in tensione i chiodi con un conseguente piccolo spostamento del fronte di scavo in funzione del tipo di terreno e dell altezza dello scavo. Per ovviare a tale inconveniente è possibile abbinarle a file di tiranti attivi con lo scopo di frazionare il fronte di scavo e mettere dei punti fermi nelle zone che permettono di ridurre gli spostamenti in testa. Si possono raggiungere notevoli altezze (anche 20 m, come riportato nella foto sottostante) se il terreno lo permette. La riduzione di costo rispetto a una berlinese è di circa il 20-30%, ma ci devono essere le condizioni geotecniche e di contorno favorevoli per la loro realizzazione. Solitamente non vengono realizzate verticali ma con un inclinazione di circa 5-10 rispetto alla verticale, sia per sfruttare l auto-sostentamento provvisorio del terreno che per facilitare l esecuzione dello Spritz Beton. Il terreno più idoneo per la loro realizzazione è quello granulare con trovanti non superiori a 20 cm per evitare eccessivi fuori sagoma in fase di scavo, con un conseguente eccessivo uso di Spritz Beton. Sul terreno limoso-argilloso risulta limitato l ancoraggio dei chiodi e, quindi, bisogna aumentare di molto la lunghezza dei chiodi. Questo fatto determina una maggiore deformazione del fronte di scavo e una maggiore incidenza dei chiodi a metro quadro di parete, con un aumento dei costi. Si impone, inoltre, una seria verifica di stabilità globale. (continua) 70 PF maggio-giugno 2010

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