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Tiranti Ground Anchors

Descrizione generale : TIRANTI – ANCHORS – ZUG ANKER

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 d’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.).
I Tiranti sono utilizzati spesso in combinazione con strutture di sostegno .
 
 
STRUTTURE SPECIALI
 
Sono raggruppate in questa tipologia d’interventi tutte quelle strutture di sostegno nelle quali l’opposizione al movimento del terreno non è ottenuta dal peso dell’opera stessa (strutture a gravità ) e/o da quello del terreno che grava sulla base di fondazione (strutture in cemento armato ), bensì dalla resistenza passiva del terreno mobilizzata dallo spostamento della porzione infissa della struttura (paratie e palificate) e/o dalla presenza di sistemi d’ancoraggio.
 
Paratie DESCRIZIONE GENERALE
 
Le paratie sono delle strutture di sostegno verticali immorsate nel terreno fino ad una certa profondità, legata alla spinta del terreno che deve essere contrastata, che si oppongono agli spostamenti sfruttando la spinta passiva del terreno mobilizzata sul lato a valle della struttura. Possono essere tirantate o meno; nel primo caso i tiranti, di tipo passivo o attivo, sono fissati generalmente nella porzione superiore della paratia e contribuiscono a contrastare, assieme alla spinta passiva agente sul lato immorsato, il movimento del terreno.
Le paratie possono essere formate da elementi prefabbricati (palancole in acciaio o cemento armato), da diaframmi in cemento armato gettati in opera o da pali trivellati accostati tra loro. Nel caso d’utilizzo di palancole prefabbricate, i vari elementi vengono infissi nel terreno ed accoppiati tra di loro in maniera tale da realizzare una struttura continua. Le palancole possono avere sezioni trasversali di varia forma: generalmente quelle in cemento armato sono a sezione rettangolare con giunti di differente tipologia , mentre tra quelle in acciaio esiste un’ampia possibilità di scelta, che consente di far fronte alle svariate problematiche che si possono presentare. Rispetto alle palancole in cemento armato, quelle in acciaio sono più flessibili, aspetto che dovrà essere tenuto in considerazione nella progettazione, visto che le spinte del terreno dipendono dal modo in cui le strutture di sostegno si deformano e dall’entità degli spostamenti (COLOMBO et al., 1996). Le paratie in cemento armato gettate in opera sono costituite generalmente da pannelli con sezione rettangolare o a «T»; vengono utilizzate in sostituzione delle paratie con palancole prefabbricate nel caso d’ampie larghezze d’intervento (strutture con larghezza >10-15 m). Le paratie in pannelli di cemento armato gettati in opera e quelle ad elementi prefabbricati sono utilizzate principalmente come opere di sostegno negli scavi, nella realizzazione di vasche interrate in terreni con falda superficiale e per la protezione di lavori in alveo e/o in mare (palancole in acciaio); visti i problemi di corrosione cui possono andare soggette e la possibilità di recupero e riutilizzo, le paratie in acciaio sono comunemente utilizzate per interventi di carattere provvisorio.
Negli interventi di stabilizzazione di corpi di frana si fa generalmente ricorso a paratie di pali trivellati gettati in opera o a paratie di micropali (berlinesi), anche se spesso è più corretto parlare di palificate , visto che la struttura è solitamente immorsata nel terreno per tutta la sua lunghezza. I pali possono essere accostati tra loro o avere una certa interdistanza, che comunque dovrà essere tale da evitare possibili rotture del terreno tra di essi; una volta realizzati, i pali vengono collegati tramite un cordolo in cemento armato posizionato in testa, in maniera tale da realizzare una struttura solidale.
Nel caso delle paratie di micropali, possono essere distinte due differenti tipologie di berlinesi:
 
1.    berlinesi con spaziatura di micropali ridotta (da 0.3 a 1 m) e armatura dei pali costituita da tubi o profilati ad H;
2.  berlinesi con spaziatura tra i micropali relativamente ampia (da 1.5 a 3 m). In questo caso l’armatura è realizzata con profilati ad H ed il terreno tra i pali sostenuto tramite lastre prefabbricate o tavole in legno inserite tra le ali dei micropali; questo tipo di struttura trova una minore applicazione nella sistemazione di corpi di frana, mentre è utilizzata ampiamente nel sostegno di scavi.
 
La realizzazione di una paratia di micropali prevede la perforazione del singolo micropalo fino alla profondità di progetto, la posa in opera dell’armatura ed il riempimento del foro con miscela o malta cementizia. Completata l’esecuzione di tutti i micropali ed eventualmente collegata la testa tramite un apposito cordolo in cemento armato, lo scavo a valle viene effettuato per fasi, alternando il posizionamento dei tiranti (previsti in fase di progettazione) al rivestimento della parete. La faccia a vista della paratia (sia di micropali che di pali di grosso diametro), messa a nudo dal successivo scavo, viene generalmente rivestita con cemento proiettato o con altre tecniche, allo scopo di evitare il collasso del terreno tra i pali e di ridurre l’impatto visivo della struttura. Oltre a quello realizzato in testa ai pali, ulteriori cordoli di collegamento (in cemento armato) possono essere realizzati nella porzione a vista della paratia ; oltre ad incrementare la rigidezza della struttura, ciò consente il posizionamento di tiranti aggiuntivi a quelli solitamente applicati sul cordolo di testa , con la conseguente possibilità di contrastare rilevanti spinte dei terreni.
 
INDICAZIONI PROGETTUALI
 
La valutazione delle condizioni di stabilità della paratia prevede la verifica della profondità di infissione della struttura e la verifica degli eventuali tiranti.La verifica della profondità di infissione può essere effettuata tramite metodi all’equilibrio limite (verifica a rottura) e metodi di calcolo più sofisticati, quali metodi di calcolo derivati dal modello di Winkler o a «molle» o metodi ad elementi finiti (sono disponibili al riguardo numerosi software quali: Pac (AZETEC, 2005), Flac (ITASCA, 2000) Paratie (CEAS, 2005), ecc. che tengono conto dell’interazione terreno-struttura e della legge costitutiva (sforzo-deformazione) del terreno.Nel metodo all’equilibrio limite la valutazione della profondità di infissione e l’eventuale verifica dei tiranti vengono realizzate accertando l’equilibrio alla traslazione ed alla rotazione della struttura; la verifica della profondità di infissione è realizzata per tentativi (NAVFAC,1986; LANCELLOTTA, 1993; COLOMBO et al., 1996), variando detta profondità fino al raggiungimento delle condizioni di equilibrio.Nella valutazione dei coefficienti di spinta, CHEN (1990) mette in evidenza l’importanza della considerazione dell’attrito tra terreno e paratia; questo rende evidente come sia più corretto valutare i coefficienti di spinta tramite il metodo di CAQUOT & KERSEL (1948) o far ricorso ai coefficienti riportati da NAVFAC (1986), limitando l’uso della metodologia di Rankine, al massimo, alla determinazione dei coefficienti di spinta attiva.
Studi sperimentali hanno mostrato come le spinte passive agenti sulle paratie varino in relazione al tipo e all’entità degli spostamenti della struttura; pertanto, con i metodi a rottura vengono ipotizzate distribuzioni di pressioni sulle strutture che riflettono solo parzialmente quello che si verifica nella realtà.
Nel caso di terreni coesivi, le verifiche dovrebbero essere effettuate per le condizioni sia a breve (condizioni non drenate) che a lungo termine (condizioni drenate); relativamente ai tiranti, utili indicazioni sulla verifica, sull’ubicazione e sulla relativa spaziatura in pianta ed in verticale sono fornite da NAVFAC (1986) e da ORTIGAO & SAYAO (2004). Dovranno infine essere verificate le condizioni di stabilità globali del versante.
 
MANUTENZIONE E PRECAUZIONI
 
È necessario assicurare il drenaggio delle acque alle spalle dell’opera con lo scopo di ridurre la spinta attiva del terreno sulla struttura.
Le paratie senza tiranti possono essere utilizzate solo per pareti di modesta altezza e per basse spinte del terreno; nel caso di paratie tirantate, lo scavo viene eseguito per fasi, al termine di ognuna delle quali vengono installati i tiranti. Nel caso in cui l’opera risulti in prossimità di altri manufatti, oltre alla verifica di stabilità della struttura dovranno essere valutati i possibili spostamenti del terreno (permessi dalla paratia) e i loro effetti sulla stabilità e sulla funzionalità dei suddetti manufatti. Affinché la paratia contrasti efficacemente il potenziale fenomeno franoso, è necessario che la paratia oltrepassi la superficie di rottura, immorsandosi nel sottostante substrato stabile.
 
AREA DI UBICAZIONE
 
Vengono posizionate lungo il corpo di frana a valle dell’area della quale si debbano contrastare i movimenti ; nel caso la paratia sia posizionata lontano dal piede della frana, per la completa stabilizzazione del fenomeno è necessario ricorrere ad ulteriori interventi, quali opere di sostegno al piede, interventi di drenaggio, ecc. Le paratie di micropali rispetto a quelle di pali di grande diametro sono più rapide da realizzare ed inoltre possono essere realizzate anche in ambienti ristretti, dove pali di grosso diametro risulterebbero di difficile esecuzione; di contro sono molto meno rigide, per cui necessitano comunemente dell’uso di tiranti. Le paratie sono utilizzabili nel caso di superfici di scivolamento profonde e/o frane di grosse dimensioni e comunque in situazioni che giustifichino il ricorso a metodologie relativamente costose (ad es. presenza di infrastrutture o edifici).
 
Muri tirantati DESCRIZIONE GENERALE
 
Si tratta di muri in cemento armato di spessore ridotto (tra i 20 e 30 cm) fissati al substrato stabile tramite ancoraggi pretensionati. Il procedimento costruttivo dei muri tirantati può essere ascendente o discendente a seconda che siano costruiti dal basso verso l’alto (nel caso di riempimenti) o dall’alto verso il basso (nel caso di scavi). Nel caso di riempimenti, dopo il posizionamento dei tiranti nel substrato, viene posizionata l’armatura e gettato il muro incorporando la prima fila di tiranti; si procede successivamente al tensionamento degli ancoraggi ed al riempimento della porzione retrostante al muro. A questo punto viene posizionata un’ulteriore fila di tiranti e si continua con questo schema costruttivo fino al raggiungimento dell’altezza voluta . Nel procedimento discendente, dopo il posizionamento degli ancoraggi, si realizza lo scavo fino ad oltrepassare i tiranti e si getta il muro; successivamente si procede al tensionamento degli ancoraggi. Si ripetono le varie fasi costruttive fino al raggiungimento dell’altezza voluta della struttura . Il risultato è la realizzazione di una struttura di sostegno in cemento armato tirantata sufficientemente rigida per contrastare le spinte del terreno.
 
INDICAZIONI PROGETTUALI
 
I più comuni meccanismi di rottura che devono essere considerati nella progettazione di un muro tirantato sono :
 
1.    cedimento del terreno di fondazione del muro;
2.   rottura alla base del muro per la presenza di livelli deboli al fondo dello scavo;
3.   fenomeni di rottura generalizzata del pendio e rottura per cuneo;
4.  eccessiva deformazione della struttura che può verificarsi (generalmente) prima del tensionamento degli ancoraggi;
5.   rottura degli ancoraggi sia durante le fasi costruttive, per il mancato tensionamento degli ancoraggi inferiori e il conseguente sovraccarico (temporaneo) di quelli superiori, sia per il cattivo dimensionamento degli stessi in relazione alle forza che si trovano a contrastare;
6.  rottura del muro per insufficiente rinforzo (armatura) o per svincolamento della struttura dagli ancoraggi (sfilamento del muro dalla testa dei tiranti);
 
ORTIGAO & SAYAO (2004) riportano che, per geometrie semplici e terreni omogenei, la verifica di stabilità dei muri tirantati può essere realizzata tramite il metodo del cuneo (metodo brasiliano .ORTIGAO & SAYAO (2004) riportano delle carte di progetto che possono essere utilizzate in via preliminare per avere un’idea della tensione di tirantaggio in differenti condizioni, considerando un fattore di sicurezza F=1.5.
In situazioni più complesse, le verifiche di stabilità potranno essere realizzate con metodi più rigorosi, come i vari metodi all’equilibrio limite, assumendo possibili superfici di scivolamento sia circolari che poligonali, o i metodi agli elementi finiti, tramite l’utilizzo di specifici software come ad es. Plaxis (BRINKGREVE & VERMEER,1998) e Flac (ITASCA, 2000), che consentono di valutare anche le possibili deformazioni permesse dalla struttura.
 
MANUTENZIONE E PRECAUZIONI
 
E’ necessario che siano assicurati la presenza ed il corretto funzionamento dei dreni alle spalle della struttura di sostegno.Nel caso in cui siano presenti edifici e/o infrastrutture, dovranno essere valutate le possibili deformazioni del terreno sia durante che dopo la realizzazione del muro, al fine di verificarne la compatibilità con le opere presenti; allo scopo potranno essere utilizzati software basati sul metodo agli elementi finiti, quali Flac (ITASCA, 2000), Plaxis (BRINKGREVE & VERMEER, 1998), ecc. I tiranti devono essere sufficientemente spaziati tra loro, in maniera tale da eliminare possibili interazioni tra le porzioni ancorate. PINELLO (1980) indica una spaziatura degli ancoraggi S> 6D, con D diametro della parte ancorata ed una profondità di inizio ancoraggio oltre la superficie di scivolamento pari almeno a 0.15H (con H altezza del muro); relativamente a quest’ultimo aspetto, appare evidente come l’individuazione della possibile superficie di scorrimento sia di fondamentale importanza.
 
AREA DI UBICAZIONE
 
I muri tirantati possono essere utilizzati al piede di frane di scivolamento di medie dimensioni, nel caso in cui si debbano contrastare elevate spinte del terreno con spazi di intervento ristretti o comunque tali da impedire il ricorso ad opere più “ingombranti”, quali ad es. strutture a gravità .Possono essere utilizzati assieme ad interventi di gradonatura (posizionati a sostegno dei relativi terrazzi ed ancorati al substrato stabile), nel caso in cui l’intervento di riprofilatura non sia sufficiente a garantire la stabilità del versante.
 
 
Appunti di Ingegneria Civile – Sezione Geotecnica, Università degli Studi di Firenze