Feedback geotecnico: un nuovo metodo per la validazione strutturale di fondazioni superficiali

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Introduzione

Nel panorama edilizio italiano le fondazioni superficiali sono ampiamente utilizzate: ampliamenti di edifici residenziali (attraverso il ben noto Piano Casa), edifici monopiano industriali (capannoni) oppure edifici agricoli sono solo alcune delle tipologie edilizie "supportate" da fondazioni superficiali, le quali, hanno la caratteristica di trasferire i carichi nei primi strati portanti del terreno.

Tuttavia, anche se ampiamente utilizzate, queste tipo di fondazioni devono rispettare alcune accortezze realizzative, in modo tale, da scongiurare cedimenti oppure degrado del materiale causati principalmente alle infiltrazioni di acqua o ad una superficialità sui controlli da condurre in cantiere.

Come tutte la categoria, anche le fondazioni superficiali devono essere soggette a controlli specifici. Infatti, oltre a quelle che sono ormai i controlli classici sui materiali da costruzione, le fondazioni superficiali dovrebbero essere sottoposte anche ad una validazione geotecnico - strutturale: l'obiettivo è quello di evitare sorprese nei computi metrici [1] di verificare quanto progettato [2] e di ottemperare a quella che generalmente è la validazione in ambito pubblico (D.Lgs. n. 50/2016) del progetto [3].

Attualmente la combinazione progettuale geotecnico – strutturale avviene in modo indipendentemente, spesso senza una collaborazione attiva tra le varie figure in gioco: computi metrici non reali, indicazioni progettuali non rispettate eliminano quelle che possono essere definite le condizioni minime per rendere collaudabile un'opera in zona sismica [4].

Il processo è complicato, ma la soluzione può essere ricercata basandoci su quello che è il controllo in continuo. Infatti, l'ambito geotecnico è particolarmente delicato visto che non possiamo, a priori, conoscere in modo esaustivo e completo il sottosuolo.
Attraverso, quindi, un'azione di progetto - verifica è possibile giungere alla validazione strutturale in cantiere [3].
 

Il processo geotecnico

Come già espresso nell'introduzione, le fondazioni superficiali sono ampiamente utilizzate. La loro realizzazione segue sempre quello che può definirsi in gergo il "criterio di progetto" composto dalla definizione del sottosuolo attraverso una perizia geologica - geotecnica e dal progetto strutturale, molto spesso completamente disgiunto da quello che dovrebbe essere un criterio più "generale" ma rispettoso della normativa.
Il criterio generale di progetto, di fatto, potrebbe essere sommariamente espresso in quattro fasi principali (Figura 1):

  • una fase 1 corrispondente alla caratterizzazione del terreno attraverso la ricostruzione geologica e geotecnica del sottosuolo. Questa fase preliminare viene valutata molto spesso con scarsa attenzione, soprattutto per opere di modesta entità (ampliamenti residenziali ecc.) È ampiamente riscontrabile come valutazioni generali, non approfondite, portano ad una stima dei parametri caratteristici molto cautelativa [5] con successivo ricorso a opere di fondazioni sproporzionate se confrontate con le reali necessità;
  • una fase 2 in cui, in base alle condizioni al contorno derivate dal modello geotecnico e alle necessità progettuali, si possa definire il piano di posa delle fondazioni. Quasi sempre il piano di posa è un parametro "variabile" e non ben definito nella caratterizzazione geotecnica. È un dato essenziale a cui si riferiscono anche le nuove NTC 2018 al paragrafo 6.4.2.
  • la fase 3 comprende, invece, le verifiche allo S.L.U., S.L.E. e la validazione del progetto. Questa fase è quella a cui si da maggior spazio. Purtroppo in taluni casi non vengono indicate quali sono le condizioni al contorno che influiscono direttamente nelle fondazioni;
  • la fase 4 (quella finale) è quella corrispondente alla realizzazione e alla verifica di quanto effettuato in fase di progettazione. Questa fase, praticamente, viene ignorata nella stragrande maggioranza dei casi, sebbene essa, permetta di avere un confronto diretto e una verifica globale tra la progettazione strutturale, geotecnica e la realizzazione.
fasi del criterio generale di progetto
Figura 1 - Fasi del criterio generale di progetto

Come vediamo dallo schema riportato in Figura 1, attualmente la prassi si concentra solamente sulla fase 1 e sulla fase 3, ovvero su quelle che sono le indicazioni fondamentali proposte nella normativa.

Le fasi 2 e 4, invece, sono spesso evitate seppur esse sono parte integrante del sistema prescrittivo delle NTC 2018. Infatti al paragrafo 6.4.1 la norma sottolinea come le "scelte progettuali per le opere di fondazione devono essere effettuate contestualmente e congruentemente con quelle delle strutture in elevazione." Questo evidenzia, pertanto, la necessità di conoscere quelle che sono le condizioni al contorno definite nella fase 2. Oltre a questo aspetto, la norma al paragrafo 6.4.2 prescrive che "La profondità del piano di posa della fondazione" debba "essere scelta e giustificata in relazione alle caratteristiche e alle prestazioni della struttura in elevazione, alle caratteristiche del sottosuolo e alle condizioni ambientali."

È inevitabile, quindi, che nella perizia geotecnica si debba inserire quelle che sono le giustificazioni geotecnico - strutturali per la scelta del piano di posa più idoneo per la nuova opera.

La fase 4, invece, può essere vista come una sorta di applicazione "semplificata" del metodo osservazionale proposto al paragrafo 6.2.5. Infatti, la norma evidenzia che "La progettazione può fare ricorso anche al metodo osservazionale, nei casi in cui a causa della particolare complessità della situazione geologica e geotecnica e dell'importanza e impegno dell'opera, dopo estese ed approfondite indagini permangano documentate ragioni di incertezza risolvibili solo in fase di esecuzione dell'opera."

Anche se qualcuno potrebbe obiettare il ricorso al metodo osservazionale per le opere definite comuni, in quanto, "non importanti" si sottolinea come al paragrafo 2.1 la norma per quanto concerne "la sicurezza nei confronti di stati limite ultimi" chiarisce che essi si identificano con la "capacità di evitare crolli, perdite di equilibrio e dissesti gravi, totali o parziali, che possano compromettere l'incolumità delle persone oppure comportare la perdita di beni [ . . . ]" è inevitabile che, con tale premessa, tutte le opere devono considerarsi importanti, in quanto, possono compromettere l'incolumità delle persone o la perdita di beni.
 

Il feedback geotecnico

Come ben risaputo, quando il progetto strutturale risulta completato, si passa al successivo deposito delle strutture e quindi all'effettiva realizzazione dell'opera sotto il controllo della D.LL. A questo punto, il processo progettuale per quanto riguarda l'aspetto geotecnico si conclude. In realtà, essendo il mezzo indagato (terreno) non verificabile a priori, i dati ipotizzati devono essere comunque validati.

In realtà, ci dovrebbe essere un'interazione continua tra i vari attori in gioco:

  • il geotecnico, nella fase di progetto, deve (6.4.1 NTC 2018) interagire con il progettista strutturale informandolo dei rischi e delle scelte più idonee per le opere in fondazione. Ad ampio spettro, pertanto, il geotecnico è una figura importante per mezzo del quale è possibile ottimizzare quelle che sono le opere di fondazione e di conseguenza la sovrastruttura;
  • una volta iniziati i lavori, la D.LL. e la figura preposta alla perizia geotecnica dovrebbero effettuare un sopralluogo in cantiere. Questo sopralluogo è necessario per molteplici aspetti tra i quali la verifica delle condizioni stratigrafiche ipotizzate, la valutazione dell'idoneità del piano di posa indicato in relazione e il controllo generale sulle possibili condizioni di instabilità generatesi;
  • nella fase di validazione, il geotecnico dovrebbe effettuare un vero e proprio rilievo qualitativo e quantitativo del sottosuolo in modo tale da concludere il processo realizzativo (Figura 2). Infatti, attraverso un rilievo geometrico e fotografico è possibile ricostruire l'andamento del sottosuolo verificandone le ipotesi assunte. Successivamente, redatta una relazione esplicativa è possibile consegnare il report alla D.LL. oppure direttamente al collaudatore dell'opera.
processo realizzativo di un'opera secondo il feedback geotecnico
Figura 1 - Processo realizzativo di un'opera (copyright Ennio Casagrande)

Indubbiamente qualcuno potrebbe pensare che quest'ultima fase sia la "perdita di tempo". In realtà, essa può essere vista una sorta di limitazione di responsabilità per le varie figure. Di fatto se il terreno ipotizzato in fase di indagine non fosse quello riscontrato "a scavo aperto", un possibile futuro smottamento, un crollo ecc. potrebbero essere l'innesco di una certa responsabilità.

Al rilievo geometrico e fotografico deve seguire un rilievo qualitativo prelevando, ad esempio, dei campioni di terreno i quali poi possono essere catalogati e archiviati per successive richieste o problematiche future.
Il sistema di validazione proposto colma quello che un tassello fondamentale del processo realizzativo.

ciclo completo per la realizzazione delle opere di fondazione
Figura 1 - Ciclo completo per la realizzazione delle opere di fondazione (copyright Ennio Casagrande)

Con riferimento alla Figura 3, i punti fondamentali del controllo sono sostanzialmente quattro:

  • caratterizzazione geotecnica del sottosuolo. Questa attività coincide con l'analisi del sottosuolo e la conseguente ricostruzione stratigrafica con la quel potrà essere dimensionata l'opera. Questa fase è molto importante, in quanto, essa richiede oltre che una certa perizia, una corretta investigazione del sottosuolo, visto che esso, è un sistema "a priori" non noto e nemmeno completamente visualizzabile;
  • progettazione strutturale. La fase di progetto strutturale si basa, sostanzialmente, sulle ipotesi fornite dal modello geotecnico. Anche se in prima battuta tale affermazione sembrerebbe fuorviante, basti pensare a come si potrebbe effettuare un'analisi strutturale senza le informazioni geotecniche: la portanza del terreno, l'interazione terreno-struttura o l'amplificazione sismica non potrebbero essere messe in conto nel progetto strutturale;
  • realizzazione dell'opera. La fase realizzativa è, invece, il culmine delle analisi condotte in precedenza. Anche se per molti tecnici, lo scavo non è poi così "importante", esso può restituirci una miniera di informazioni: infatti, quando lo scavo è "aperto" possiamo effettivamente effettuare un'analisi globale del sottosuolo valutandone le reali condizioni e verificando quanto ipotizzato inizialmente;
  • validazione. Solitamente le fasi si concludono con il punto precedente. Il collegamento tra fase realizzativa e ipotesi, invece, può essere affidato al metodo del feedback geotecnico. Il feedback geotecnico è una in buona sostanza la verifica in loco delle ipotesi assunte in fase di analisi ed elaborazione. A scavo aperto, di fatto, possiamo effettuare le misurazioni precise per definire i vari orizzonti stratigrafici, definire le stratigrafie e condurre analisi sulle possibili presenze di strati non rilevati in precedenza. Queste analisi sono importanti perché possono essere una testimonianza documentata del buon lavoro svolto ed essere una prova tangibile riguardo alla correttezza delle ipotesi assunte: fessurazioni e lesioni alla sovrastruttura oppure agli elementi non-strutturali, pertanto, possono essere ricondotte ad altre cause.
 

Conclusioni

Con un nuovo approccio progettuale - realizzativo come il feedback geotecnico possiamo effettuare la validazione strutturale in cantiere degli elementi in fondazione. Infatti, se le ipotesi geotecniche sono state verificate a scavo aperto e il progetto strutturale ha seguito scrupolosamente le indicazioni del tecnico incaricato della perizia geotecnica, a tal punto le opere di fondazioni possono definirsi validate e rispettose della normativa cogente.
 

Opere citate

[1] E. Casagrande, "l computo metrico: il documento di (non) riferimento per la richiesta delle offerte economiche," Il Nuovo Cantiere, 2015.
[2] E. Casagrande, "La validazione strutturale in cantiere: dalla teoria alla pratica," Il Nuovo Cantiere, 2015.
[3] E. Casagrande, " La validazione in cantiere: le metodologie ed i processi di controllo," Il Nuovo Cantiere, n. 4, 2015.
[4] E. Casagrande, "Dal collaudo statico verso il collaudo sismico," Il Nuovo Cantiere, n. 6, 2015.
[5] CEN, UNI EN 1997:2013 Eurocodice 7 Progettazione geotecnica, CEN, 2013.
 

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