Significato e procedura di calcolo dei micropali nelle fondazioni.

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La caratterizzazione geotecnica del sottosuolo rappresenta il primo passo nel processo progettuale di una nuova struttura. È il geologo a fornire i parametri meccanici dei terreni, attraverso indagini in sito e prove di laboratorio, che lo strutturista utilizza per modellare l’edificio e scegliere la tipologia di fondazione. Le fondazioni costituiscono l’interfaccia tra la sovrastruttura e il terreno, con il compito di trasmettere i carichi in modo sicuro, limitare i cedimenti e garantire fattibilità ed economicità.

Fondazioni superficiali e profonde: criteri di scelta

La selezione del tipo di fondazione dipende da molteplici fattori: entità dei carichi trasmessi, caratteristiche geotecniche del terreno, presenza di falda, numero e tipo di indagini eseguite, vita utile dell’opera e morfologia del sito.

Si parla di fondazione diretta o superficiale quando il rapporto tra la profondità del piano di posa D e la larghezza della fondazione B è minore o non molto maggiore di uno. In questo caso i carichi si trasmettono al terreno principalmente attraverso tensioni normali agenti sulla base. Quando il rapporto D/B è molto maggiore dell’unità, la fondazione è definita profonda: una parte consistente del carico, spesso prevalente, viene trasferita al sottosuolo per mezzo delle tensioni tangenziali che si sviluppano lungo la superficie laterale dell’elemento, come accade nei pali o nei micropali.

Il ricorso alle fondazioni profonde è frequentemente determinato dalla insufficiente capacità portante dei terreni superficiali. Consentono di limitare i cedimenti, prevenire fenomeni di erosione e trasferire le sollecitazioni a strati più profondi, anche in presenza di terreni omogenei. L’evoluzione delle macchine da cantiere e delle tecniche costruttive ha portato allo sviluppo di numerose tipologie di pali, dai micropoli con diametri di 10-15 cm fino a tubolari d’acciaio di 2-3 metri.

Micropali: definizione e campi di impiego

I micropali sono pali trivellati di piccolo diametro, inferiore a 250 mm, utilizzati per fondazioni profonde in strutture nuove o esistenti. La loro applicazione più frequente riguarda il consolidamento di edifici esistenti, ma trovano impiego anche laddove sia necessario operare con attrezzature leggere o eseguire pali inclinati rispetto alla verticale.

Si distinguono due categorie principali:

• palo radice: tecnica di palo trivellato di medio diametro con getto in pressione e armatura composta da ferri longitudinali e staffe;
• palo Tubfix: realizzato con un tubo di acciaio valvolato cementato al terreno.

Progettazione secondo le NTC 2018

Il progetto di una fondazione su micropali deve includere la scelta della tecnologia esecutiva, il dimensionamento degli elementi e delle strutture di collegamento, con verifiche agli Stati Limite Ultimi (SLU) e Stati Limite di Esercizio (SLE) come previsto dal D.M. 2018.

Al paragrafo 6.4.3.1 delle NTC 2018, le verifiche per le fondazioni profonde si articolano in:

• SLU di tipo Geotecnico (GEO): carico limite per carichi assiali di compressione, carichi trasversali e sfilamento a trazione;
• SLU di tipo Strutturale (STR): resistenza dei micropali e della struttura di collegamento.

Le verifiche devono essere condotte secondo l’Approccio 2, combinazione (A1+M1+R3).

Caso studio: fondazione su micropali in area sfavorevole

Un esempio concreto riguarda un edificio residenziale in cemento armato gettato in opera, con forma rettangolare di 15,30 m per 9,45 m e altezza fuori terra di 6,50 m. La struttura si sviluppa su tre livelli, uno dei quali posto a -3,00 m dal piano campagna. La zona a valle, difficilmente accessibile ai mezzi da cantiere e caratterizzata da terreni con scarse proprietà meccaniche, ha richiesto l’adozione di fondazioni profonde.

Nella modellazione, realizzata con software di calcolo strutturale BIM-based con solutore FEM integrato, è stata prevista una platea superficiale nella zona a monte e una platea su micropali nella zona a quota -3,00 m. I micropali, con diametro di 25 cm e lunghezze comprese tra 8,00 e 9,00 m, sono disposti su tre file: due verticali e una inclinata di 15° verso l’esterno. L’armatura è costituita da tubolari d’acciaio S235, profilo O 168,3×12,5. In totale sono stati modellati 12 micropali verticali e 11 inclinati.

Il software consente di definire l’inclinazione dei micropoli, la tipologia di armatura (tondini o profilati), la lunghezza della zona iniettata e la sezione dei tubolari. Le verifiche geotecniche e strutturali, eseguite in regime SLU con combinazione (A1+M1+R3), hanno fornito coefficienti di sicurezza ampiamente soddisfacenti, rispettando le indicazioni del D.M. 2018 e della Circolare 2019.

Vantaggi applicativi dei micropali

L’impiego di micropali risolve due criticità: logistica e geotecnica. Dal punto di vista logistico, le dimensioni ridotte dei micropali permettono l’installazione con attrezzature compatte, facilitando l’accesso anche in zone impervie o in contesti urbani vincolati. Dal punto di vista geotecnico, consentono di trasferire le sollecitazioni a strati di terreno più resistenti, rendendo edificabili siti altrimenti inadatti alle fondazioni superficiali.

Grazie alla possibilità di scegliere tra armatura a tondini o tubolare, di inclinare i micropali rispetto alla verticale e di personalizzare le caratteristiche geometriche, strumenti di calcolo come quello utilizzato offrono al progettista strutturale una elevata flessibilità, senza sacrificare la precisione delle verifiche normative.