Un semplice criterio di consolidamento dei terreni: la “precarica”

Nella prima parte dell'articolo vengono descritti criteri generali relativi alla precarica di terreni coesivi di scarsa resistenza, con previsione di successive fasi di carico, dando modo al terreno di aumentare la propria resistenza durante la consolidazione.

Vengono poi trattati due esempi: un primo esempio relativo alla costruzione di un nuovo rilevato arginale (in ritiro) del fiume Po, un secondo esempio relativo alla realizzazione della fondazione di un silo per mais.

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Sommario

• Introduzione alla tecnica della precarica
• Principi di consolidamento dei terreni coesivi molli
• Calcolo e incremento della coesione non drenata
• Applicazione ai rilevati arginali sul Po
• Caso studio: fondazione di un silo per mais
• Conclusioni e riferimenti bibliografici

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Criteri generali relativi alla precarica di terreni coesivi di scarsa resistenza

Nel progetto per la realizzazione di nuovi rilevati (stradali o arginali) poggianti su terreni molli, con valori scadenti della coesione non drenata c_u , i risultati delle verifiche di stabilità possono fornire valori inadeguati del fattore di sicurezza.

In tali situazioni si può procedere nel seguente modo:

• prevedere la realizzazione del rilevato per fasi successive (vedi schema di figura 1); l’altezza del rilevato, e quindi il carico relativo alla prima fase, va rapportata alle iniziali condizioni di resistenza del terreno;
• prevedere adeguati tempi di sosta fra una fase e la successiva, legati ai tempi di consolidazione del terreno; durante la sosta il terreno consolida (cede) aumentando gradualmente la propria resistenza al taglio;
• prevedere adeguati sistemi di monitoraggio: livellazioni topografiche, ad esempio, per verificare l’evolversi della consolidazione e prove geotecniche atte a verificare il reale incremento di resistenza del terreno a seguito della sosta.

Procedendo in tal modo si può raggiungere la necessaria condizione di sicurezza.

 

  

Per accelerare i tempi di consolidazione, si potrà poi fra ricorso a dreni verticali (vedi figura 2).

 

                    

Vengono qui indicati alcuni semplici criteri geotecnici ai fini di una possibile previsione dell’incremento dei valori della resistenza al taglio (coesione non drenata c_u) a seguito della “precarica”, in funzione della pressione verticale geostatica efficace agente s’_v0 e delle caratteristiche del materiale (indice di plasticità IP% ricavabile dai Limiti di Atterberg di laboratorio):

Ipotesi: argille tenere normalmente consolidate (NC)

c_u = 0,23 × s’_v0 (Jamiolkowski et Al. 1985)

c_u = (0,11 + 0,0037 × IP%) × s’_v0 (Eurocodice 7 di seconda generazione 2024 – parte 2)

Il criterio della “precarica” del terreno si può applicare non solo ai rilevati, ma anche ad altri casi di fondazioni poggianti su terreni molli: fondazioni di edifici, fondazioni di silos e altro.

Nel seguito si riportano i risultati derivanti dalla “precarica”, relativamente a due casi reali:

• la costruzione di un rilevato arginale del fiume Po, poggiante su un banco argilloso tenero normalmente consolidato (N.C.)
• la realizzazione di una platea di fondazione di un silo di stoccaggio per mais, poggiante su terreni molli.

Applicazione della precarica ad un caso reale : rilevato arginale

Il primo esempio si riferisce al progetto e alla realizzazione di un rilevato arginale ex novo (argine in ritiro) del fiume Po nel territorio del Delta, con il contributo di chi scrive, in qualità di consulente geotecnico.

L’argine in esame rientra in tutta una serie di interventi realizzati dall’allora Magistrato per il Po (attuale AIPo) in corrispondenza dell’asta principale del fiume.

Il rilevato presenta un’altezza massima di 9 m sul piano campagna, con una larghezza alla base pari a 73 m (vedi figura 3); risulta poggiare su un banco argilloso molle (con intercalazioni sabbiose), di spessore pari a 13 m (vedi figura 4). Trattasi della classica argilla tenera normalmente consolidata di Porto Tolle (più volte citata in letteratura), contraddistinta dai seguenti valori dei parametri geotecnici:

• coesione non drenata: c_u = 20÷25 kPa = 0,20÷0,25 bar
• indice di plasticità: IP » 30%
• modulo edometrico: M₀ » 2 MPa = 20 bar   (relativamente ai carichi in gioco).

  

  

Dalle prove Vane Test in sito (Field Vane Test FVT) eseguite nel corso di un sondaggio prima della realizzazione del rilevato (vedi figura 5), si sono registrati valori della coesione non drenata c_u(FVT) mediamente pari a 25 kPa (0,25 bar). A questo dato corrisponde un valore corretto di c_u pari a:

c_u = m × c_u(FVT) = 0,9 x 25 = 22,5 kPa

con m = fattore di correzione » 0,9 (Bjerrum 1973).

Le verifiche di stabilità condotte con il metodo di Bishop convenzionale (cerchi di scivolamento), con riferimento al suddetto valore della coesione non drenata, hanno fornito valori assolutamente inadeguati del fattore di sicurezza.

Ciò considerato si decise di procedere alla realizzazione del rilevato per fasi successive.

Con riferimento a una quota media del piano campagna pari a 8,20 (le quote sono riferite alla fondamentale -10,00 m.s.l.m.m.), la prima fase ha previsto un’altezza di rilevato pari a 3,00 m (quota 11,20) per un periodo di 33 mesi. Successivamente si è passati alla seconda fase con altezze crescenti fino a quota 13,70 nei successivi 11 mesi (vedi diagramma di carico di figura 6).

 

   

  

  

Nel contempo il terreno ha subito i normali cedimenti di consolidazione, dell’ordine di 100 cm (valori elevati, ma già previsti in fase di progettazione, considerate le particolari caratteristiche dell’argilla), con concomitante graduale aumento di resistenza. Alla fine, alla distanza di 47 mesi dall’inizio lavori, l’altezza complessiva del rilevato è risultata pari a H = 5,50 + 1,00 = 6,50 m (vedi schema di figura 7).

Nel corso di un ulteriore sondaggio, si sono ripetute le prove Vane Test in sito, ottenendo un nuovo valore medio, praticamente raddoppiato, della resistenza al taglio non drenata, circa pari a (vedi sempre figura 5):

c_u(FVT) » 50 MPa (0,5 bar) cui corrisponde un valore medio corretto:

c_u = m × c_u(FVT) = 0,9 x 50 = 45,0 kPa.

  

 

Ai fini di una previsione dell’aumento di resistenza del terreno, valgono le indicazioni che seguono.

In corrispondenza della mezzeria del banco argilloso (spessore ridotto da 13 m a 12 m a causa del cedimento medio di 1 m) risulta il seguente valore della pressione verticale efficace:

s’_v0 = 6,50 m x 20 kN/m³ + (12/2) m x 7,5 kN/m³ = 175 kPa

tenendo conto di 6,50 m di materiale di rilevato (peso di volume 20 kN/m³) e di 12,00/2 = 6,00 m di argilla sottostante (peso di volume immerso pari a 17,5 – 10 = 7,5 kN/m³ – con falda superficiale).

Utilizzando i metodi sopra indicati per la previsione degli effetti della “precarica”, si ricavano i seguenti valori “migliorati” della resistenza al taglio non drenata:

c_u = 0,23 × s’_v0 = 0,23 x 175 = 40,3 kPa (Jamilkowski et Al. 1985)

c_u = (0,11 + 0,0037 × IP%) × s’_v0 = (0,11 + 0,0037 x 30) x 182 = 40 kPa (Eurocodice 7 - 2024)

in ottimo accordo con il valore medio misurato e corretto:  

c_u = m × c_u(FVT) = 0,9 x 50 = 45,0 kPa.

Tenendo conto degli effetti della “precarica”, si sono eseguite nuovamente le verifiche di stabilità della sagoma arginale completa, ottenendo valori adeguati del fattore di sicurezza. Tenuto conto di ciò, si è proceduto all’ultimazione del rilevato, con risultati assolutamente soddisfacenti.

Il cedimento massimo misurato in fase di collaudo, a distanza di due anni dall’ultimazione, è risultato pari a circa 150 cm, valore certamente elevato, ma perfettamente in linea con le previsioni progettuali, date le particolari caratteristiche dell’argilla tenera N.C. di Porto Tolle. La realizzazione ha avuto successo ed è stata oggetto di una tesi di laurea presso l’Università di Brescia.

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DALLA REDAZIONE. Questo articolo tecnico di Riccardo Zoppellaro, esperto ingegnere geotecnico, rappresenta un contributo prezioso per la comunità dei progettisti. Il testo coniuga in modo chiaro i fondamenti teorici della precarica con esperienze applicative concrete, arricchite da dati di campo e riferimenti normativi aggiornati. La qualità dei contenuti, la chiarezza espositiva e la solidità metodologica rendono questa trattazione uno strumento utile e affidabile per i tecnici che operano nel consolidamento di terreni molli e nella progettazione di opere su suoli critici.