Soil-nailing: a sostegno delle opere!

> Tecnologie
a cura di Ing. Corrado Pilati e Ing. Stefano Frasson
(Geosoluzioni Engineering). Si ringrazia l’impresa
Dalla Gassa per la gentile collaborazione
Soil-nailing:
a sostegno delle opere!
La chiodatura dei
terreni consiste
nel rinforzo di
una massa di
terreno tramite
l’introduzione di
una serie di barre
metalliche a
sezione circolare,
di diametro
variabile, entro
fori suborizzontali
realizzati nella
massa da
stabilizzare.
Vediamo le
caratteristiche di
questa particolare
tecnica operativa
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I
l soil-nailing (chiodatura del terreno) viene tradizionalmente impiegato come opera di sostegno nella
realizzazione di pareti da scavo o nel
consolidamento di versanti instabili dove
l’azione di ritegno è principalmente fornita dalla presenza dei chiodi.
Il rivestimento ha la sola funzione di evitare eventuali scavernamenti superficiali del
terreno e si può presentare rigido (hard
facing), flessibile (flexible facing) o soft, a
seconda dell’inclinazione del paramento
e delle sollecitazioni in gioco.
Questa tecnica di rinforzo del terreno
consiste nell’introdurre rinforzi all’interno dell’ammasso del terreno aventi 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), sia per il superamento dei valori ultimi di queste ultime (sforzi di taglio) dovuto agli interventi antropici successivi alla
fase di rinforzo (generalmente scavi).
I chiodi sono degli ancoraggi passivi in
quanto sviluppano la loro azione resistente solo in seguito all’instaurarsi dei primi
spostamenti nella zona attiva del terreno
a tergo del paramento. La loro capacità di
trasferire le azioni al terreno è fortemente
influenzata, oltre che dalle caratteristiche
geomeccaniche del terreno in cui si vanno ad ancorare, dalle modalità esecutive
e dalla scelta della tipologia di armatura.
La tecnica autoperforante è attualmente
la più diffusa nella realizzazione di chiodi
di ancoraggio grazie alla semplicità esecutiva, alla rapidità di intervento e alle garanzie offerte dalle barre autoperforanti
(self-drilling bars).
Le problematiche
connesse al soil nailing
Il soil-nailing è una tecnica di consolidamento passiva e ciò implica l’instaurarsi di
spostamenti a tergo del paramento e lungo lo stesso al fine di innescare la spinta attiva del terreno che comporta a sua volta
l’instaurarsi delle sollecitazioni sui chiodi.
Nel caso di pareti derivanti da uno scavo,
una consistente frazione degli spostamenti
sul paramento si attiva in fase di costruzione della parete chiodata a partire già dal primo livello di sbancamento, incrementandosi poi gradualmente a ogni fase di scavo.
Lo stato deformativo massimo si può raggiungere una volta arrivati a fondo scavo
o in un periodo medio/lungo, in quanto
possono verificarsi condizioni particolarmente gravose per l’opera, quali ad esempio l’innalzamento del livello di falda, i moti di filtrazione nel terreno retrostante e il
malfunzionamento del sistema di drenaggio. Questi spostamenti possono diventare
molto pericolosi nel caso in cui l’opera di
sostegno si presenti a ridosso di reti viarie
o edifici in genere.
Stima degli spostamenti
La stima degli spostamenti è legata soprattutto a indicazioni di tipo empirico, basate
sulle osservazioni dal vero, eseguite in diversi terreni e con sistemi differenti di rinforzo. Gli spostamenti che si verificano sul
rivestimento possono essere fondamentalmente attribuiti ai seguenti fattori: altezza “H” della parete; inclinazione “α” della
parete; caratteristiche del terreno nell’intorno delle iniezioni; spaziatura dei chiodi
e profondità dei livelli di scavo; il fattore
di stabilità globale (FSG); il rapporto tra la
lunghezza dei chiodi “L” e l’altezza di parete “H”; inclinazione “θ” dei chiodi rispetto
all’orizzontale; presenza di sovraccarico a
monte della parete.
L’osservazione delle opere dal vero ha condotto alle seguenti indicazioni (Schlosser
et al 1992): gli spostamenti verticali δV sulla
parete risultano comparabili a quelli orizzontali δH (Fig.1): δh ≈ δv
Il rapporto tra lo spostamento orizzontale δh e l’altezza della scarpata “H” varia principalmente in funzione del tipo
del terreno (Juran e Elias, 1991): δh / H =
0.05-0.3%
Alle spalle del muro i fenomeni deformativi si verificano entro una lunghezza l
che dipende dall’inclinazione dell’opera
h e dal tipo di terreno k valutabile empiricamente con la formula: λ = H x k x
(1 – tg α), con k = 0.8÷1.25÷1.5 rispettivamente per rocce alterate e terreni molto consistenti, sabbie, argille.
Sollecitazioni lungo il chiodo
Gli spostamenti sul paramento si verificano per la passività stessa dei chiodi i
quali, una volta innescato il movimento,
vengono sollecitati assialmente a trazione per tutta la loro lunghezza (Fig.2). Tale sollecitazione presenta un valore non
nullo in testa al chiodo, un valore massimo in prossimità della superficie di rottura del terreno per poi annullarsi alla fine
del chiodo. Studi approfonditi hanno dimostrato che lo stato tensionale in testa
al chiodo risulta maggiore con il crescere
dell’inclinazione della parete e della rigidezza del rivestimento.
Fig. 2: Andamento dello stato tensionale lungo
il chiodo
Pareti chiodate miste
Fig. 1: Schema tipo del comportamento
deformativo di una parete chiodata
Questa metodologia prevede, oltre
all’inserimento di chiodi (ancoraggi
passivi), anche l’utilizzo di tiranti (ancoraggi attivi) al fine di limitare gli spostamenti del paramento e garantire una
maggiore stabilità globale dell’opera di
sostegno.
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Fig. 5: Esempi di Ancoraggi Compositi Sirive
Special® impiegabili nel soil-nailing attivo
Fig. 3: Sezione esplicativa di parete con ancoraggi attivi e passivi
Fig. 4: Parete chiodata mista
Ancoraggio composito
Ancoraggio composito Sirive®
L’ancoraggio composito è costituito da
una barra autoperforante al cui interno
viene inserito un trefolo in acciaio armonico. La novità assoluta a livello internazionale è rappresentata dall’utilizzo dei trefoli
tradizionali da C.A.P. abbinati alla tecnica
autoperforante per la realizzazione di soilnailing attivo. Per quanto riguarda la componente attiva dell’ancoraggio composito
vengono utilizzati materiali e tecnologie
che rispettano le norme e le procedure nazionali ed europee (UNI-EN ed Eurocodici)
per la costruzione di tiranti attivi.
L’impresa Dalla Gassa (Vicenza) propone
l’utilizzo dell’“Ancoraggio Composito Sirive®” per la realizzare di opere in soil-nailing
attivo: questo sistema di ancoraggio, brevettato nel 2012 e per il quale è stata presentata domanda di brevetto europeo, consiste nell’accoppiare le prestazioni offerte da
una barra autoperforante Sirive® con quelle
dei trefoli in acciaio armonico attraverso il
semplice inserimento di uno o più trefoli
nella cavità della barra i quali, tra le varie
possibilità, possono venire tesati in modo
da realizzare un ancoraggio attivo (Fig. 5).
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Quest’accoppiamento di barra e trefolo,
abbinato a una speciale testata di tesatura e di blocco, aumenta di molto le caratteristiche prestazionali della barra autoperforante stessa e ne amplia i campi di
applicazione. I trefoli possono presentarsi
inguainati nella parte libera e vengono resi
solidali alla barra mediante cementazione
e accoppiamento meccanico.
La peculiarità di questa nuova tecnica è
la semplicità e la rapidità delle operazioni
di realizzazione dell’Ancoraggio Composito Sirive®. La realizzazione dell’ancoraggio
composito inizia con l’inserimento nel terreno della barra munita di punta a perdere
attraverso una perforazione esterna a rotopercussione. La boiacca viene iniettata, a
pressione controllata, dalla testa della barra contemporaneamente alla perforazione
(inizialmente il rapporto A/C risulta pari a
1); tale miscela, fuoriuscendo dalle aperture localizzate sulla punta di perforazione,
funge da fluido di spurgo e di sostegno del
foro. Come si può ben capire, il foro stesso
viene stabilizzato in fase di avanzamento
evitando così l’insorgere di sovrapressioni
o detensionamenti del terreno. Pertanto,
già in fase di perforazione si danno delle
garanzie nel controllo dei cedimenti del
terreno che nel caso degli ancoraggi con
barre non autoperforanti o con armature
idonee a essere tesate non vengono assicurate in quanto la loro installazione implica
la realizzazione di un preforo.
Installata la barra autoperforante, si passa
all’inserimento del/i trefolo/i nella cavità interna della barra; ciascun trefolo si presenta
inguainato nella parte libera e cementato
alla barra nel tratto di fondazione. Generalmente è sufficiente un solo trefolo nella
realizzazione dell’ancoraggio attivo in quanto i chiodi di una tradizionale parete in soilnailing sono molto meno sollecitati rispetto a una qualsivoglia struttura tirantata. La
chiodatura, essendo molto diffusa, determina delle sollecitazioni contenute sul singolo
chiodo variabili dai 50 ai 150 kN.
Una volta realizzato e maturato il materiale di rivestimento della parete per la singola fila di chiodi (il paramento dovrà avere idonea rigidezza flessionale) si applica il
pre-carico ai trefoli; questo si trasmetterà
in profondità bypassando la zona di spinta
attiva, determinando così un efficace pretensionamento del chiodo. Così facendo, il
terreno retrostante il paramento risulterà
“compresso” tra il rivestimento e la zona
resistente del terreno (Fig. 6).
La pressione di confinamento esercitata sulla zona attiva del terreno evita l’insorgere di
detensionamenti del terreno e spostamenti
del paramento verso valle. La pre-sollecitazione sul paramento implica un controllo
totale dei movimenti una volta che si procede con la successiva fase di scavo. Come
detto in precedenza, gli spostamenti del terreno in fase di scavo sono quelli più pericolosi e importanti nella realizzazione di una
Fig. 7: Particolare sistema di testata ancoraggio composito R32 Special
tradizionale soil-nailing. Con questa nuova
tecnica, il fenomeno del detensionamento
del terreno in seguito all’installazione dei
chiodi viene evitato. Una volta completata
la parete in soil-nailing attivo, gli ancoraggi
passivi rappresentati dalle barre autoperforanti iniziano ad attivarsi e a contribuire alla
stabilità della parete stessa.
Il contributo resistente di questi viene dato principalmente al taglio nella zona interessata dalla rottura del terreno per stabilità
globale. In aggiunta al trefolo, la barra autoperforante rappresenta un ulteriore margine di sicurezza per la resistenza a trazione
del singolo chiodo in quanto, nel caso in cui
le sollecitazioni superino i valori di progetto
(errori di progettazione quali ad esempio sovraccarichi non previsti, geologia diversa da
quella ipotizzata, eccetera), la barra contribu-
Fig. 6: Ancoraggio attivo con tecnica autoperforante
isce alla resistenza dell’ancoraggio composito
essendo questa resa solidale alla piastra attraverso il dado di bloccaggio. Il contributo di
resistenza della barra si attiverà solo una volta superato il carico di tesatura del trefolo.
La realizzazione del soil-nailing attivo mediante Ancoraggi Compositi Sirive® è fortemente indicata per scavi subverticali a ridosso di strade o edifici dove vi deve essere
il controllo totale dei movimenti del terreno in modo da evitare cedimenti delle fondazioni e fessurazioni sugli edifici. Anche nel
caso di pareti molto alte, dove i chiodi risultano lunghi e quindi allungamenti elevati
prima di essere sollecitati, è consigliato l’ancoraggio attivo almeno nelle file superiori di
chiodi dove gli spostamenti del paramento
sono più importanti (Fig. 1).
Il soil-nailing attivo mediante Ancoraggi
Compositi Sirive® è applicabile sia per opere provvisorie, sia per opere permanenti. Nel
caso si volesse realizzare un ancoraggio permanente si dovrà effettuare una serie di accorgimenti sulla protezione delle armature
contro la corrosione. Oltre all’installazione
d’idonea guaina di protezione nella parte libera del trefolo, esso risulta ulteriormente
protetto in quanto collocato all’interno della barra autoperforante. La barra autoperforante, invece, dev’essere zincata a caldo al
fine di garantire la durabilità nel tempo; le
procedure da seguire per rendere un chiodo in barra permanente sono riportate nella
norma europea UNI-EN 14490 del 2010 specifica sulla chiodatura dei terreni.
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