La prova di carico statica assiale su pali misura la risposta carico-spostamento di una fondazione profonda e ne verifica capacità portante e cedimenti. La revisione 2020 della ASTM D1143 razionalizza le procedure (Quick, Maintained, CRP), rende obbligatoria la cella di carico (±1%) e rafforza taratura e sicurezza.

L'articolo la collega alle NTC 2018 e alla Circolare 7/2019: prove di progetto e di collaudo, criteri di collasso (15% D ASTM vs 0,10·D NTC) e sistemi di reazione. Su INGENIO, una lettura tecnica indipendente per orientare le scelte progettuali e tutelare la responsabilità professionale.

Prove di carico statiche su pali: perché il metodo condiziona il risultato

La revisione 2020 dello standard ASTM D1143 ha razionalizzato le procedure di prova su pali, riducendole a tre metodologie principali (Quick Test, Maintained Test e CRP), esplicitando che la scelta del metodo influenza direttamente la curva carico‑spostamento e quindi l’interpretazione dei risultati.

Il Quick Test è la procedura di riferimento per rapidità ed efficienza, ideale per il collaudo e la determinazione della capacità ultima, mentre il Maintained Test consente di analizzare il comportamento viscoso e di lungo periodo, risultando preferibile nei terreni coesivi.

Il CRP Test, più complesso, garantisce la migliore definizione del carico di collasso grazie a una curva continua, ma richiede elevato controllo operativo.

Un ruolo cruciale è svolto dal sistema di reazione, che deve essere progettato per evitare interferenze con il comportamento del palo e garantire sicurezza.

Le configurazioni principali (ancoraggi o zavorra) devono rispettare precise distanze geometriche per evitare alterazioni dei risultati. La norma introduce inoltre requisiti più stringenti in termini di sicurezza del personale e progettazione dell’apparato, imponendo la minimizzazione della presenza umana nelle zone di rischio.

Il confronto con le NTC 2018 evidenzia una complementarità normativa: le NTC definiscono gli obiettivi prestazionali (prove di progetto vs collaudo), mentre ASTM disciplina le modalità esecutive. Differiscono anche i criteri di collasso e cedimento limite, con approcci ASTM più operativi e NTC più conservativi.

L’impiego di strumentazione avanzata (telltale e strain gauge) consente di scomporre la risposta del palo in contributi di attrito laterale e resistenza di punta, migliorando la calibrazione dei modelli geotecnici e l’ottimizzazione progettuale. Tuttavia, ciò è giustificato economicamente solo in opere complesse o di elevata importanza.

La qualità dei risultati dipende in modo determinante dalla taratura e ridondanza della catena di misura: lo standard 2020 rende obbligatoria la cella di carico e impone controlli rigorosi su accuratezza e calibrazione, oltre a sistemi di misura indipendenti per verificare i dati.

Infine, viene rafforzata la centralità del fattore umano e organizzativo: personale qualificato, chiara attribuzione delle responsabilità (progettista geotecnico, progettista dell’apparato, laboratorio) e documentazione completa sono condizioni imprescindibili per garantire affidabilità, tracciabilità e utilità ingegneristica delle prove.

Principio generale: la prova di carico non è un semplice controllo “passa/non passa”, ma uno strumento di indagine avanzata, il cui valore dipende dalla qualità integrata di progettazione, esecuzione, misura e interpretazione.

Prove di carico su pali: come scegliere tra Quick Test, Maintained Test e CRP

Una delle novità più rilevanti dell'edizione 2020 dello standard ASTM D1143/D1143M rispetto alla versione del 2007 è la razionalizzazione delle procedure di prova: da sette procedure (A–G) si è passati a tre sole procedure principali, con la soppressione di quelle meno utilizzate (Constant Time Interval, Constant Movement Increment e Cyclic Loading). Le procedure oggi previste sono:

• Quick Test (procedura preferenziale)
• Maintained Test (opzionale)
• Constant Rate of Penetration (CRP) Test (opzionale)

La scelta tra le tre non è indifferente: procedure diverse producono curve carico-spostamento diverse, e questa consapevolezza è ora esplicitamente sancita dallo standard (§5.4 della ASTM D1143-20).

Quick Test su pali: prova rapida per collaudo e capacità ultima

Secondo questa procedura il carico viene applicato per incrementi uguali pari ad almeno il 5% del carico di collasso atteso (nella versione 2007 era esattamente il 5%).

Ogni gradino di carico viene mantenuto per un intervallo di tempo fisso, compreso tra 4 e 15 minuti, scelto all'inizio della prova e mantenuto costante per tutta la sua durata. Lo scarico avviene in cinque-dieci gradini uguali con gli stessi intervalli temporali. Si consiglia di aumentare l’intervallo di mantenimento per il carico massimo e per lo scarico.

Curva carico-spostamento nel Quick Test: lettura della risposta rapida palo-terreno

La curva carico-spostamento ottenuta nel Quick Test si presenta tipicamente regolare e continua, con incrementi ravvicinati che delineano bene la forma della curva. Poiché il tempo di permanenza su ogni gradino è breve, gli effetti di consolidazione e di creep sono limitati e la curva riflette essenzialmente la risposta "rapida" del sistema palo-terreno.

Quando usare il Quick Test nelle prove di collaudo su pali

Il Quick Test è la procedura raccomandata dallo standard come scelta predefinita. È particolarmente indicato quando:

• si ha necessità di contenere i tempi di prova,
• il numero di pali da testare è elevato
• l'obiettivo primario è la verifica del palo al carico di progetto o la determinazione della capacità ultima nel caso di terreni non coesivi (limitata influenza del creep).

È la procedura standard per le prove in corso d'opera (collaudo).

Poiché i gradini di carico vengono applicati rapidamente (ogni 4-15 minuti) e in incrementi ridotti (pari al 5% o 10% del carico massimo), i punti sperimentali si allineano lungo una traccia molto pulita. Non si notano le classiche "estensioni" dei cedimenti differiti nel tempo tipiche del metodo Maintained.

Il grafico riporta solitamente una linea di compressione elastica teorica dell'elemento strutturale (riconoscibile dalla linea tratteggiata nel grafico precedente).

Nel caso ci si discosti dalle indicazioni dello standard e si eseguano cicli di scarico o si protragga la sosta per un tempo diverso, l’effetto del creep può diventare significativo per un singolo step rispetto agli altri, rendendo l’interpretazione dei dati più complicata. (v. Figura 1: allo step 7 la decisione di mantenere più a lungo il carico e procedere ad un ciclo di scarico e ricarico ha generato un curva di inviluppo spezzata per l’accumulo degli effetti di creep).

Se il carico a cui è sottoposto l’elemento di fondazione è sufficientemente elevato (come nell’esempio in Figura 2) è possibile riconoscere il punto in cui la curva ottenuta inizia a divergere in modo marcatamente plastico da quella elastica, indicando la progressiva mobilitazione dell'attrito laterale. Se il carico cresce ancora la curva raggiunge una zona semi-asintotica. Questo comportamento individua graficamente il carico limite geotecnico ultimo (Ultimate Load), ovvero il momento in cui la punta dell'elemento fallisce o subisce un punzonamento continuo.

Maintained Test su pali: cedimenti viscosi e comportamento a lungo termine

Il carico viene applicato in incrementi più grandi (tipicamente il 25% del carico di progetto) e ciascun gradino viene mantenuto fino a che la velocità di cedimento non scende sotto 0,25 mm/ora, con un massimo di 2 ore per gradino.

Il carico massimo (200% del carico di progetto per pali singoli, 150% per gruppi) deve essere tenuto per almeno 12 ore, e fino a 24 ore se i cedimenti non si stabilizzano. Lo scarico avviene in quattro gradini uguali con 1 ora tra l'uno e l'altro.

Creep e cedimenti differiti: cosa misura il Maintained Test

La curva del Maintained Test è meno definita nella zona di transizione verso il collasso, poiché i gradini sono più radi. Tuttavia, la lunga durata di mantenimento di ogni gradino consente di osservare la componente di cedimento viscoso (creep) del sistema. Questo la rende la procedura migliore per la valutazione del comportamento a lungo termine, specialmente in terreni coesivi.

Prove di progetto su pali pilota: quando preferire il Maintained Test

Questo tipo di prova è indicato come prova di progetto (palo pilota), quando:

• si vuole valutare il comportamento del palo sotto carichi di lunga durata, in terreni argillosi o limosi dove il creep è significativo,
• il committente richiede esplicitamente di dimostrare il comportamento sotto carico di servizio mantenuto.

Se il terreno circostante l’elemento di fondazione è un'argilla satura o un terreno altamente comprimibile, il grafico Tempo-Cedimento mostrerà una curva che continua a cambiare anche dopo molte ore dall'applicazione del carico. Se la pendenza di questa curva non si stabilizza sotto la soglia dei 0.25 mm/ora, significa che l'elemento di fondazione non ha raggiunto l'equilibrio e il terreno sta cedendo per fenomeni di consolidazione o plasticizzazione viscosa e la prova si può considerare conclusa perché il carico genererebbe uno spostamento non accettabile.

Constant Rate of Penetration (CRP) Test su pali: curva continua per individuare il carico di collasso

Secondo questa procedura, il carico non è controllato direttamente: viene invece imposto al palo di penetrare nel terreno a velocità costante, compresa tra 0,25 e 1,25 mm/min per terreni coesivi e tra 0,75 e 2,5 mm/min per terreni granulari. Il sistema di carico (martinetto idraulico con valvola di controllo) regola in continuo la pressione per mantenere la velocità di penetrazione nella finestra prescritta. La prova termina quando si raggiunge una penetrazione totale almeno pari al 15% del diametro medio del palo.

Il CRP produce tipicamente la curva carico-spostamento più fluida e continua tra le tre procedure, priva di discontinuità legate ai gradini di carico. Questo la rende teoricamente la più adatta per determinare con precisione il carico di collasso, perché non vi sono ambiguità nella lettura del "ginocchio" della curva.

Il CRP test è particolarmente indicato quando si vuole ottenere la miglior definizione possibile del carico limite, tipicamente nelle prove di progetto.

Lo standard avverte tuttavia che il controllo della velocità di penetrazione è tecnicamente complesso, specialmente per pali di grande diametro o alta capacità, e che tale complessità va valutata rispetto al beneficio di una curva più definita. A differenza delle procedure tradizionali (guidate dalla forza), questa metodologia inverte la logica di esecuzione: l'operatore impone uno spostamento a velocità costante e l'apparato idraulico misura la resistenza progressiva opposta dal sistema palo-terreno.

Confronto operativo tra Quick Test, Maintained Test e CRP

Nella tabella seguente si riporta un confronto tra le tre procedure descritte in modo da fornire un supporto pratico per la scelta del tipo di test da eseguire: cosa scegliere in pratica

Sistemi di contrasto e ancoraggio: la sicurezza e la geometria delle reazioni

Una prova di carico statica richiede che la spinta esercitata sul sistema fondale dal martinetto sia bilanciata da un sistema di reazione capace di assorbire il carico senza cedere o influenzare il comportamento del palo in prova. La scelta e la geometria di questo sistema non sono mai banali, e lo standard ASTM D1143-20 dedica a questo tema una sezione specifica con prescrizioni sia tecniche che di sicurezza, definendo due sistemi principali.

Pali e tiranti di ancoraggio: geometria corretta del sistema di reazione

Sistema con pali/tiranti di ancoraggio (§8.3 della D1143-20). È il sistema più diffuso nella pratica professionale italiana. Il martinetto spinge verso il basso il palo in prova, mentre la trave di reazione è ancorata al terreno tramite pali di tiro. Lo standard prescrive che la distanza in chiaro tra il palo in prova e il bordo del palo di ancoraggio più vicino sia almeno cinque volte il diametro massimo tra palo di prova e pali di ancoraggio, con un minimo assoluto di 2,5 m.

Questa distanza minima è fondamentale per evitare che le pressioni di sollevamento del terreno attorno ai pali di ancoraggio interferiscano con la zona di mobilitazione dell'attrito laterale del palo in prova, alterandone il risultato.

Figura 4 - Esempio di sistemi di contrasto con pali/tiranti di ancoraggio (Laboratorio Ufficiale dei Materiali da Costruzione – DICCA Università di Genova / Studio PRD – Genova).

Sistema con zavorra Kentledge: limiti d’uso e requisiti di sicurezza

Sistema con zavorra (Kentledge, §8.4). Il martinetto reagisce contro una piattaforma caricata con masse (blocchi di calcestruzzo, terra, acciaio, serbatoi d'acqua). La distanza minima tra le nervature della piattaforma e il palo in prova è di 1,5 m. La versione dello standard del 2020 introduce la qualifica esplicita di "Kentledge type" e la precisazione che questo sistema è tipicamente idoneo per pali a carico limitato, sconsigliandolo per elementi di grande capacità per ragioni pratiche e di sicurezza. Il peso totale della zavorra, incluso quello della trave di prova e della piattaforma, deve essere almeno il 110% del carico massimo di prova.

Una menzione specifica va, invece, alla prova eseguita con carico diretto con pesi noti (§8.5). Questo metodo è utilizzato in situazioni particolari o per carichi ridotti. I pesi vengono applicati direttamente sul palo tramite una piattaforma di dimensioni note. Ha l'inconveniente di rendere difficile il controllo della stabilità in prossimità del collasso.

Riferimenti normativi principali
• ASTM D1143/D1143M-20 – Standard Test Methods for Deep Foundation Elements Under Static Axial Compressive Load (settembre 2020)
• D.M. 17 gennaio 2018 – Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018), §6.4.3.7
• Circolare n. 7 del 21 gennaio 2019 – Istruzioni per l'applicazione dell'«Aggiornamento delle Norme Tecniche per le Costruzioni», §C6.4.3.7
• ASTM D3740 – Practice for Minimum Requirements for Agencies Engaged in Testing and/or Inspection of Soil and Rock
• ASTM D8169 – Test Methods for Deep Foundations Under Bi-Directional Static Axial Compressive Load

Apparato di prova su pali: progettazione strutturale e sicurezza del personale

Lo standard è perentorio riguardo alla progettazione strutturale del sistema di reazione. Il §8.1.6 della ASTM D1143 prescrive che un ingegnere qualificato debba progettare e approvare tutti gli elementi dell'apparato di carico, incluse le travi di reazione, i telai di supporto, i pali di ancoraggio e le procedure di carico.

Le travi e le strutture di supporto devono essere dimensionate per la deformazione massima ammissibile in condizioni di carico massimo previsto.

Novità rilevante della versione 2020 rispetto al 2007 è l’elemento di sicurezza indicato al §7.1.8, che prescrive che il piano generale della prova includa tutte le disposizioni necessarie per minimizzare o eliminare la presenza di personale nell'area immediata della prova, e che ogni ragionevole sforzo debba essere fatto per posizionare a distanza sicura le pompe, i display delle celle di carico, i data logger e gli strumenti di monitoraggio. L'obiettivo è che il personale non debba stazionare tra le travi caricate e i pali di ancoraggio durante la fase di applicazione del carico.