Risposte alle Domande esame orale Fondazioni e opere di sostegno - Indagini

Risposte fondazioni

1) Mezzi di indagine (scavi esplorativi, sondaggi)

Tramite l’indagine geotecnica si possono descrivere i parametri d’ingresso del modello. Otteniamo la successione stratigrafica, le proprietà meccaniche di ciascun stato e strato, il regime delle pressioni interstiziali (per il calcolo delle tensioni efficaci), tutto questo ottenuto tramite delle misure in sito. L’estensione delle indagini individua il volume di terreno significativo dal quale si ricavano le tensioni indotte. Dipende dal tipo di fondazione o opera di sostegno che si vuole usare. La frequenza delle indagini dipenderà dall’importanza dell’opera, dalla tipologia dell’opera e dall’eterogeneità dei terreni (per tipologia dell’opera si intende opera puntuale o opera estesa).

È fondamentale risalire alla geometria del terreno mediante le indagini geotecniche. Queste sono necessarie per l’identificazione dei modelli geotecnici del sottosuolo. Secondo la Norma vigente, è responsabilità del progettista l’indagine, la scelta del modello d’analisi e l’estensione. La loro finalità è quella di acquisire le conoscenze necessarie per il progetto, la realizzazione e il funzionamento in esercizio delle opere in ingegneria civile.

Il costo delle indagini è basso in confronto al costo delle strutture di fondazione ed è ancora minore in confronto al costo complessivo di un’opera di ingegneria civile. Una campagna di indagini non adeguata può provocare un significativo aggravio del costo finale di un’opera, fino al 10% del valore previsto in contratto, senza considerare la responsabilità legale del progettista.

Per il riconoscimento dei terreni occorre eseguire scavi accessibili o fori di sondaggio. Per quanto riguarda, invece, la determinazione delle caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni sono possibili 2 vie: il prelievo di campioni con successiva sperimentazione in laboratorio oppure l’esecuzione di prove in sito. Quelli diretti sono scavi accessibili e perforazioni di sondaggio, quelli indiretti sono prove penetrometriche e indagini geofisiche.

Gli scavi esplorativi consentono l’osservazione diretta del sottosuolo e l’esecuzione di prove in sito e prelievo di campioni indisturbati anche di grandi dimensioni; ma hanno costi elevati e la profondità massima limitata (in genere dalla falda).

• Trincee: Scavi a sezione rettangolare. Vengono generalmente scavate con un mezzo meccanico e raggiungono profondità di alcuni metri. Va sostenuto lo scavo con armature discontinue e dalle pareti si possono prelevare provini indisturbati e isolati idraulicamente con la paraffina. (H = 3-4 metri)
• Pozzi: Scavi a sezione circolare. Raggiungono profondità maggiori ma i costi sono onerosi. Sono scavati a mano e richiedono armature di sostegno. Questi si usano quando poi diventano parte della fondazione. (Hmax = 10 metri)
• Cunicoli esplorativi: Gallerie orizzontali eseguite in avanzamento alle opere. Sono di diametro piccolo e si fanno per vedere i terreni che saranno interessati. Anche questi sono scavati a mano e richiedono armatura di sostegno.

2) Tecniche di realizzazione (percussione, rotazione, carotaggio continuo)

Bisogna effettuare perforazioni di sondaggio. Sono usate per: riconoscere la successione stratigrafica; prelevare campioni indisturbati per prove di laboratorio; esecuzione di prove in sito; installazione di strumenti di misura in profondità. Rappresentano il più diffuso ed importante mezzo d’indagine.

I sondaggi si possono fare:

• A distruzione di nucleo: Foro per arrivare alla profondità voluta distruggendo e disturbando il terreno. Sono a percussione, a rotazione con scalpello (profondità massima 50-60 metri, diametro di perforazione 100-600 mm), a rotazione con trivella (profondità max 30-40 metri, diametro di perforazione 100-150 mm).
• A carotaggio continuo: A rotazione (profondità max 100-150 metri, diametro 80-150 mm).

Nei sondaggi a distruzione di nucleo, il terreno viene disgregato completamente e non recuperato. Si usano per l’installazione di strumenti e non per conoscere la stratigrafia.

Nel caso a percussione, il terreno a fondo foro viene disgregato dall’azione battente di uno scalpello pesante collegato ad un cavo di acciaio, il foro è riempito con acqua per favorire la formazione di un fango con il terreno disgregato. Il terreno disgregato viene rimosso dal foro con una curetta. Possono eseguirsi in terreni molto consistenti e in terreni a grana grossa. Si raggiungono lunghezze massime di 50-60 metri e diametri di 100-160 millimetri. Il sostegno del foro è garantito da un tubo metallico di rivestimento che viene infisso progressivamente con l’avanzare della perforazione. Questi devono avere un foro per permettere la fuoriuscita dell’acqua che viene messa per facilitare la disgregazione del terreno e per non far surriscaldare l’utensile di scavo.

Gli utensili usati sono:

• Scalpello (diametro φ = 200 mm) per disgregare il terreno se questo è lapideo, altrimenti si usa direttamente la curetta (terreni a grana grossa).
• Curetta (diametro φ = 200-400 mm) per rimuovere il terreno disgregato dal foro ed è un tubo d’acciaio spesso con bordo tagliente a valvola a sportello per impedire la fuoriuscita di materiale durante l’estrazione (valvola aperta nella fase di infissione e valvola chiusa nella fase di estrazione).

È un metodo semplice ed economico ma il terreno estratto è completamente rimaneggiato e quello al di sotto del foro è fortemente disturbato. Non può essere usato per prove e questi tipi di sondaggi non devono essere eseguiti quando si prevede il prelievo di campioni indisturbati al di sotto del fondo.

Nel caso a rotazione (sondaggi più usati) si ha il movimento combinato di rotazione e avanzamento mediante un sistema di aste. Si può usare la trivella o lo scalpello.

Nel primo caso, la perforazione viene eseguita per rotazione e avanzamento di una trivella. Su di essa è, infatti, applicata una coppia di forze e una forza puntuale. Si raggiungono profondità massime di 30-40 metri, diametro φ = 100-150 mm per terreni coesivi. Questi tipi di sondaggi non si usano per terreni a grana grossa. La trivella è un tubo metallico di rivestimento per il sostegno del foro, ce ne sono di 2 tipi:

• Corta: Le eliche della trivella si estendono per un breve tratto al di sopra della punta. Quando il terreno riempie le spire della trivella o quando si raggiunge la massima corsa, si estrae e si puliscono le spire facendole ruotare a piano campagna.
• Continua: Le eliche si estendono fino al piano campagna; durante la perforazione il terreno scavato si muove verso l’alto lungo le spire ed emerge al piano campagna. Si raggiungono profondità molto maggiori rispetto alla trivella corta.

In entrambi i casi lo svantaggio è che la trivella deve essere rimossa se è previsto il prelievo di campioni indisturbati. Nella fase di estrazione, infatti, la trivella crea distorsioni e disturbi al terreno sul fondo. È necessario l’impiego di un tubo metallico di rivestimento per impedire il collasso del foro. Entrambi i metodi sono, però, veloci ed economici. Per prelevare un campione si possono usare trivelle con nucleo con aste cave. Qui l’apparecchiatura è costituita da una trivella e da una batteria di aste interne chiusa inferiormente da una punta a lame. Nella fase di perforazione, trivella e batteria ruotano insieme. Nella fase di campionamento, si arresta la rotazione, si estrae la batteria di aste interna e si inserisce il campionatore all’interno della trivella per il prelievo del campione. Qui l’unico svantaggio è che l’asta cava della trivella deve essere di grande diametro per permettere l’inserimento del campionatore.

Nel secondo caso, la perforazione viene eseguita per rotazione e avanzamento di uno scalpello; i detriti di scavo sono trasportati in superficie mediante la circolazione del fluido di perforazione (miscela di acqua e bentonite) che serve anche a raffreddare l’utensile di scavo. Il fluido di perforazione viene pompato a fondo foro attraverso una batteria d’aste. Il fluido, così, risale nell’intercapedine tra la batteria di aste e le pareti del foro con i detriti di scavo. In superficie il fango di perforazione sedimenta in una vasca e la miscela di acqua e bentonite viene separata dal terreno e filtrata prima di essere riutilizzata.