INDAGINI IN FONDAZIONE

La progettazione e la verifica di costruzioni esistenti e nuove non possono prescindere dalla necessità di acquisire dati mediante Indagine geognostica e Indagini su fondazioni, come è stato evidenziato con l’aggiornamento delle Normative tecniche per le costruzioni  D.M. del 17 gennaio 2018 (NTD 2018), consultabile sulla “G.U. n. 42 del 20 febbraio 2018 – Suppl. Ordinario n. 8” (CAP. 6).

Queste verifiche consentono di caratterizzare la parte profonda del sottosuolo sia dal punto di vista delle qualità fisico-meccaniche, sia in merito all’influenza derivante sul comportamento strutturale della costruzione rispetto a quello previsto dal progetto originario. Inoltre, hanno lo scopo di consentire la realizzazione di opere di ingegneria, previa valutazione sia del livello accettabile dei terreni che dei rischi relativi alla loro inidoneità.

LE INDAGINI GEOGNOSTICHE

Gli obiettivi delle Indagini Geognostiche sono quelli di definire in ciascuno strato del terreno: l’ambiente geologico di formazione (la storia deposizionale, l’attività dei processi di erosione, l’alterazione e l’invecchiamento); la struttura macroscopica (fessure, giunti, stratificazioni); le caratteristiche geotecniche, ovvero l’identificazione della naturalità (granulometria e plasticità) e della condizione (storia tensionale, stato tensionale attuale, contenuto d’acqua, grado di sovraconsolidazione); l’acquisizione dei valori nominali o valori sperimentali dei parametri di resistenza che, successivamente, verranno trasformati in parametri di rigidezza; la determinazione delle caratteristiche di permeabilità; le condizioni della falda.

I MEZZI D’INDAGINE

I mezzi d’indagine si differenziano e si adoperano, in relazione alle quattro finalità ottenibili:

  1. Il profilo stratigrafico: prevede l’utilizzo di mezzi d’indagine diretti e indiretti. I primi vengono effettuati in situ (pozzi, trincee, cunicoli, fori di sondaggio); i secondi, invece, prevedono Indagini geofisiche e prove penetrometriche statiche (CPT) (effettuabili senza scavi o perforazioni di sondaggio e con l’ausilio del Georadar e della tomografia elettrica).
  2. La proprietà meccanica: prevede l’utilizzo di mezzi d’indagine in laboratorio e in situ. I primi analizzano le prove su campioni indisturbati; i secondi si avvalgono di alcuni metodi: le prove penetrometriche statiche (C.P.T. ), le prove penetrometriche dinamiche  (S.P.T. ), le prove scissometriche (Vane Test), le prove dilatometriche (D.M.T.), le prove di carico su piastra e le prove geofisiche (CH, DH, SASW).
  3. La proprietà idraulica: prevede l’utilizzo di mezzi d’indagine in laboratorio e in situ. I primi analizzano le prove di permeabilità su campioni indisturbati; i secondi esaminano le prove di permeabilità prelevate in fori di sondaggio e pozzi.
  4. Il regime idraulico: prevede solo mezzi di indagine in situ che usufruiscono di installazioni e misure con piezometri.

Fra le indagini geognostiche sopra citate assumono un importante rilievo le prove penetrometriche, in quanto non distruttive. Esse si distinguono in base alla strumentazione utilizzata (penetrometri), in prove penetrometriche statiche (C.P.T. – C.P.T.U. – S.C.P.T.U.) e prove penetrometriche dinamiche (S.P.T. – S.C.P.T. – D.P.)

La prova penetrometrica statica C.P.T. (Cone Penetration Test) è un mezzo d’indagine molto diffuso in Italia per il costo modesto; permette l’identificazione della successione stratigrafica (lungo una verticale) e la stima di molti parametri geotecnici (in terreni a grana fine e terreni a grana grossa). La prova è auto perforante, infatti, non richiede l’esecuzione di un foro di sondaggio ma consiste nell’infissione a mezzo pressione nel terreno di una punta conica collegata al dispositivo di spinta.

La prova penetrometrica dinamica S.P.T. (Standard Penetration Test) è un mezzo d’indagine ideato negli Stati Uniti e tra quelli più diffusi in tutto il mondo poiché richiede semplicità operativa, ha costo economico basso e vanta una vasta letteratura tecnica per l’interpretazione dei risultati. Consente di determinare la resistenza del terreno alla penetrazione dinamica mediante campionatore infisso a partire dal fondo (di un foro di sondaggio o di un foro con diametro largo).

La prova penetrometrica sismica S.C.P.T.U. (Seismic Cone Penetration Test Piezocone) è un mezzo d’indagine statico realizzato con il piezocono sismico (evoluzione del piezocono elettrico). Viene effettuata in combinazione con altre prove penetrometriche statiche (C.P.T. – C.P.T.U.) per ottenere, in modo economico e veloce, sia quattro parametri di misurazione, sia le loro variazioni con la profondità.

Le prove penetrometriche in combinazione con i metodi geofisici attivi (MASW – SASW), anch’essi di tipo non distruttivo (PND), consentono di ampliare il raggio d’azione valutativo. Difatti, si acquisiranno non solo i dati specifici riguardanti le peculiarità meccaniche, statiche e dinamiche, ma anche le proprietà fisiche del sottosuolo come, ad esempio, la profondità, l’eventuale rilevazione delle onde sismiche superficiali (con il metodo attivo SASW) e le caratteristiche sismiche del suolo (con il metodo attivo MASW).

INDAGINI IN FONDAZIONE

Le indagini in fondazione consentono la conoscenza accurata della natura del terreno in fondazione e sono fondamentali per l’adeguamento progettuale delle costruzioni. La minuziosa conoscenza delle proprietà biologiche del terreno consentirà sia di ottimizzare i costi delle opere fondali che d’individuare i rischi d’instabilità del costruito.

Ne deriva che la scelta di un terreno oltre i limiti accettabili diverrà la fonte di plurimi sbilanciamenti dell’opera di ingegneria civile, tra i quali:

  1. L’instabilità del costruito: a causa dell’inadeguata combinazione del sistema terreno-fondazioni.
  2. Il comportamento di un palo di fondazione: condizionato dalle caratteristiche del terreno attraversato e dalla tecnologia esecutiva
  3. Cedimenti differenziali: ovvero spostamenti non uniformi e anomalie del comportamento strutturale che, di norma, avvengono al completamento del manufatto. Sono legati alle proprietà biologiche del suolo, alla presenza di acqua di falda, alle stratificazioni geologiche e alla scarsa idoneità meccanica del terreno di fondazione
  4. Fenomeni di dissesto strutturale: sono problematiche individuabili dalla presenza di un quadro fessurativo critico, dalle deformazioni di elementi costruttivi, dallo schiacciamento del calcestruzzo, etc. Il loro manifestarsi può essere dovuto a più fattori, tra questi, i casi principali che meritano particolare attenzione sono il cedimento di fondazione e i dissesti strutturali da sisma. Questi avvenimenti aggravano lo stato complessivo della costruzione, causando perdita di stabilità ed un conseguente crollo strutturale).

Gli aspetti evidenziati rappresentano alcune delle motivazioni fondamentali per cui è sorta l’esigenza di aggiornare la normativa tecnica per le costruzioni D.M. del 17 gennaio 2018 (NDT 2018) consultabile sulla “G.U. n. 42 del 20 febbraio 2018 – Suppl. Ordinario n. 8” (CAP. 6 – paragrafi: 6.4. – 6.4.3 – 6.4.3.6 – 6.4.3.7 -6.4.3.7.1 – 6.4.3.7.2.). Nello specifico, sono state regolamentate le opere di fondazione che interagiscono con il terreno, obbligando l’esecuzione di indagini su fondazioni con annessi interventi di prove e verifiche, tra cui: le prove di carico su pali in fondazione, le prove su pali pilota, le prove di collaudo su pali.

Altri metodi di indagini su pali in fondazione comprendono anche quelli non distruttivi (PnD).

Tra quelli più diffusi e regolamentati si segnalano:

  1. Il Metodo CASE (prova di carico dinamica): con il quale si ricava la capacità portante di un palo utilizzando i valori di deformazione e di velocità (ottenuti dai trasduttori installati sul palo) durante l’applicazione di un carico impulsivo. Questo metodo di verifica può essere alternativo alle prove su pali pilota, purché fornisca risultati comparabili con quelli di queste ultime, così come previsto dalle normative tecniche per le costruzioni vigenti.
  2. Il Metodo Cross-hole (CSL): è una tra le prove non distruttive (PND) che assicura maggiore affidabilità nella stima dell’integrità e dell’omogeneità delle fondazioni profonde. La principale normativa USA di riferimento ASTM D6760-14, ne stabilisce le regole applicative. Si basa sulla registrazione in continua di impulsi ultrasonici tra due sonde (trasmittente e ricevente) che, grazie a dei fori longitudinali che penetrano verticalmente lungo il palo, attraversano le sezioni del calcestruzzo.

Pertanto, combinando un’indagine geognostica ad un’analisi accurata del quadro fessurativo, si raggiungerà l’obiettivo di definire lo stato di degrado per i conseguenti interventi di consolidamento.