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Applicazioni Geotecniche

Riguardano in generale le strutture di fondazione propriamente dette, sia quelle necessarie a creare la cosiddetta “ interazione terrenostruttura” quali ad esempio le opere di contenimento, i tiranti, i micropali,etc.
S’includono anche le metodologie relative al miglioramento delle caratteristiche meccaniche del terreno e delle rocce mediante la realizzazione di muri di sostegno, di paratie ancorate, di pareti chiodate, etc.
I ns.sistemi si possono utilizzare infatti come “Rock Bolts, Soil Nails, Ground Anchors and Micropiles” nei lavori di consolidamento e rinforzo d’opere geotecniche, nei lavori di riparazione e consolidamento delle opere fondali, per costruzioni in gallerie, per lavori in sotterraneo ed impianti minerari, etc.

 

Ancoraggi – Anchors – Anker – Anchrages
 
DESCRIZIONE GENERALE
 
Si tratta di elementi strutturali metallici (barre piene o cave) inseriti in fori trivellati che attraversano la potenziale superficie di rottura ancorandosi sulla retrostante massa stabile.
Gli ancoraggi possono essere suddivisi in due tipologie:
1.        ancoraggi passivi (chiodi), in cui l’elemento strutturale non viene pretensionato e la tensione necessaria a sostenere la massa ancorata è indotta dagli spostamenti dellamassa stessa;
2.        ancoraggi attivi (bulloni e tiranti), in cui l’elemento strutturale viene pretensionato al momento dell’installazione trasferendo direttamente alla massa instabile la tensione di sostegno.
 
I chiodi nella loro forma più semplice consistono in barre di acciaio cementate per tutta la loro lunghezza entro fori trivellati. Dopo la realizzazione, il foro viene riempito dal fondo fino alla sommità tramite malta cementizia, quindi il chiodo viene spinto nel foro per ca. metà della sua lunghezza; a questo punto la barra viene ruotata e poi spinta completamente entro il foro (la rotazione del chiodo ne consente il fissaggio fino all’avvenuta presa della malta).
Il fissaggio del chiodo entro il foro può essere garantito anche dalla sola forza attritiva; in questo caso l’elemento strutturale, costituito da un tubo in acciaio con sezione a C, viene inserito a forza all’interno di un foro di diametro leggermente inferiore. Non essendo cementato, il chiodo è maggiormente soggetto a fenomeni di alterazione; per tale ragione questo tipo di ancoraggio può essere utilizzato solo per funzioni di supporto temporaneo.
Generalmente i chiodi presentano lunghezze non superiori ai 3 m e sono spesso utilizzati in combinazione con altri sistemi di stabilizzazione come reti metalliche, spritz beton, ecc.
 
I bulloni sono ancoraggi di tipo attivo costituiti da una barra metallica ancorata nel foro per un certo tratto della sua lunghezza (parte fissa) e filettata all’estremità opposta (testata), per consentirne il pretensionamento tramite un dado di fissaggio.
Il fissaggio del bullone alla massa stabile può essere di tipo meccanico (tramite un sistema a cuneo che al momento del tiraggio causa l’espansione della parte terminale del bullone ed il suo conseguente ancoraggio), tramite cementazione della porzione terminale o tramite ancoraggio chimico con resina o malta cementizia.
Nella bullonatura con ancoraggio chimico, all’interno del foro vengono inserite alternativamente delle cartucce, costituite dai due componenti di una resina a presa rapida; l’inserimento della barra determina la rottura delle cartucce ed il conseguente mescolamento dei due componenti della resina, grazie al profilo spiralato della barra. Nel caso di bulloni sia ad ancoraggio chimico che per cementazione, il tensionamento della barra dovrà essere effettuato dopo la presa del cemento o della resina.
 
Come i bulloni, anche i tiranti sono costituiti da una “testa”, munita di una piastra di ripartizione e di un sistema di bloccaggio, da una “parte libera” (porzione tensionabile con guaina di rivestimento) e da una “fondazione” (munita o meno di guaina di rivestimento) ancorata alla massa stabile.
La differenza fondamentale tra i tiranti ed i bulloni sta nella diversa scala di utilizzo. I tiranti presentano lunghezze generalmente superiori ai 10 m (i bulloni non superano mai i 10 m di lunghezza) e sono in grado di sopportare e trasmettere tensioni notevolmente superiori rispetto a quelle dei bulloni; questi aspetti li rendono adatti negli interventi di stabilizzazione di masse di dimensioni maggiori, rispetto a quelle trattabili con i chiodi ed i bulloni, e nella realizzazione di strutture di sostegno tirantate (muri, paratie, palificate, ecc.).
L’elemento strutturale, generalmente costituito da uno o più elementi (ancoraggio multiplo ) cavi o barre in acciaio, viene inserito all’interno dei fori, ancorato al terreno per cementazione e messo in trazione tramite il dispositivo di bloccaggio in testa; un sommario dei vari tipi di cavi e barre di ancoraggio utilizzati come tiranti è fornito da WINDSOR (1992).
Il tiraggio nel caso del cavo determina uno spostamento radiale delle spire, inducendo una pressione di confinamento tra cavo e cemento che, assieme al coefficiente di frizione (tra cavo e cemento),influenza la resistenza al taglio del tirante . HOEK (2000) fornisce utili indicazioni sulle miscele cementizie, relativamente al differente rapporto acqua/cemento da utilizzare e ai relativi parametri di deformabilità e di resistenza.
 
INDICAZIONI PROGETTUALI
 
È necessaria un’approfondita caratterizzazione geomeccanica dell’ammasso roccioso volta all’identificazione dei principali sistemi di discontinuità e all’identificazione e al dimensionamento dei blocchi instabili o potenzialmente instabili.
Per la valutazione dell’orientazione ottimale dell’ancoraggio occorre determinare l’andamento del fattore di sicurezza (F) in funzione dell’angolo θ che l’ancoraggio forma con la superficie di scivolamento.
Ai fini del progetto, gli ancoraggi si distinguono in provvisori e permanenti.Gli ancoraggi possono essere ulteriormente suddivisi in attivi o presollecitati, quando nell’armatura viene indotta una forza di tesatura, e passivi o non presollecitati. Nella scelta del tipo di ancoraggio si deve tenere conto delle sollecitazioni prevedibili, delle caratteristiche del sottosuolo, dell’aggressività ambientale.
Nel progetto devono indicarsi l’orientazione, la lunghezza e il numero degli ancoraggi; la tecnica e le tolleranze di esecuzione; la resistenza di progetto Rad e l’eventuale programma di tesatura. Nel caso di ancoraggi attivi impiegati per una funzione permanente, devono essere adottati tutti gli accorgimenti costruttivi necessari a garantire la durabilità e l’efficienza del sistema di testata dei tiranti, soprattutto per quelli a trefoli, in particolare nei riguardi della corrosione. Deve inoltre essere predisposto un piano di monitoraggio per verificare il comportamento dell’ancoraggio nel tempo. Esso è da recepire, ove necessario in relazione alla rilevanza dell’opera, nel piano di manutenzione.
Nel progetto deve prevedersi la possibilità di successivi interventi di regolazione e/o sostituzione. Se questi requisiti non possono essere soddisfatti, dovranno essere previsti ancoraggi passivi. Se la funzione di ancoraggio è esercitata da piastre, da pali accostati o simili, è necessario evitare ogni sovrapposizione tra la zona passiva di pertinenza dell’ancoraggio e quella attiva a tergo dell’opera di sostegno.
Per la valutazione del carico limite si può procedere in prima approssimazione con formule teoriche o con correlazioni empiriche. La conferma sperimentale con prove di trazione in sito nelle fasi di progetto e di collaudo è sempre necessaria. Nelle verifiche di sicurezza devono essere presi in considerazione tutti i meccanismi di stato limite ultimo, sia a breve sia a lungo termine. Gli stati limite ultimi dei tiranti di ancoraggio si riferiscono allo sviluppo di meccanismi di collasso determinati dalla mobilitazione della resistenza del terreno e al raggiungimento della resistenza degli elementi strutturali che li compongono.
 
MANUTENZIONE E PRECAUZIONI
 
È necessario proteggere gli ancoraggi dalla corrosione dovuta all’acqua che si infiltra tra i giunti e che viene a contatto con l’elemento strutturale; precauzione, questa, fondamentale nei casi in cui gli ancoraggi debbano avere una funzione di tipo permanente. Generalmente la protezione della porzione compresa tra la fondazione e la testata è ottenuta tramite cementazione, che sarà effettuata dopo aver acquisito la certezza che non sono necessari ulteriori ritensionamenti dell’ancoraggio (talvolta necessari per allentamenti dovuti ad eventuali movimenti e/o deformazioni). La testa dell’ancoraggio può essere protetta tramite l’utilizzo di vernici bituminose o apposite coperture in cemento (ORTIGAO & SAYAO,2004).
I cavi, maggiormente soggetti alla corrosione delle barre, vengono dapprima ingrassati e poi rivestiti con guaina in PVC.
Si può ricorrere ad protezioni di tipo passivante come la zincatura o rivolgersi a materiali più durevoli e meno sensibili alla corrosione come gli acciai inossidabili (Tipo GEODINOX).
Nella scelta del tipo di ancoraggio è necessario tener conto delle caratteristiche geomeccaniche dell’ammasso che dovrà essere rinforzato: in generale, un ancoraggio di tipo puntuale (ancoraggio meccanico) è preferibile in ammassi resistenti e poco fratturati, mentre ad ancoraggi di tipo ripartito (chimico o tramite cementazione), per evitare che il carico applicato alla fondazione provochi la rottura dell’ammasso circostante e il distacco dell’ancoraggio; in rocce tenere o suoli la parte finale del foro può essere allargata per consentire una maggiore area di ancoraggio (COLOMBO et al., 1996)
Un altro aspetto che dovrà essere tenuto in considerazione è la cementazione dell’elemento strutturale (in particolar modo in riferimento ai tiranti) nel foro; è necessario evitare la formazione di bolle d’aria tra ancoraggio e foro tramite l’utilizzo di opportune tecniche di iniezione e di specifiche miscele cementizie (HOEK, 2000).
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AREA DI UBICAZIONE
 
I bulloni possono essere utilizzati per ancoraggi temporanei o permanenti di blocchi o lastre rocciose di limitato spessore e comunque inferiore ai 3-4m.
I chiodi possono avere lo stesso utilizzo dei bulloni, anche se generalmente è preferibile un loro impiego nella stabilizzazione di masse più piccole ed in situazioni in cui siano tollerabili spostamenti (se pur lievi) delle masse ancorate, necessari per mettere il chiodo in tensione (ancoraggio di tipo passivo); sono utilizzati negli interventi di chiodatura dei terreni ed in combinazione con altri sistemi di stabilizzazione come reti metalliche, spritz beton, ecc.
Con la tirantatura si interviene nella stabilizzazione di masse di maggiore importanza e dimensioni rispetto a quelle trattabili con bulloni e chiodi ; i tiranti sono utilizzati spesso in combinazione con strutture di sostegno tipo muri paratie o palancole.