Prove su pali

Spesso il progettista di una qualsiasi costruzione, trovandosi di fronte a terreni con scarsa resistenza a compressione, deve adottare dei sistemi di fondazioni profonde come i pali in cemento armato. Poiché il comportamento di un palo di fondazione è fortemente condizionato dagli aspetti esecutivi, spesso non controllabili in fase di progetto, sorge la necessità della verifica dell’integrità del palo. Infatti le NTC del D.M. 14/01/2008 par.6.4.3.6 affermano che sono obbligatori i controlli di integrità “In tutti i casi in cui la qualità dei pali dipenda in misura significativa dai procedimenti esecutivi e dalle caratteristiche geotecniche dei terreni di fondazione” ed è da “…effettuarsi con prove dirette o indirette di comprovata validità..”

Oltre alle tradizionali prove di carico di tipo statico si effettuano anche prove dinamiche per il controllo non distruttivo dei pali. Nelle prove “dinamiche” si sfrutta il principio fisico della propagazione delle onde elastiche all’interno del calcestruzzo, per cui la testa del palo viene sottoposta a delle sollecitazioni impulsive e vengono misurate in uno o più punti la forza impressa e le accelerazioni delle vibrazioni che scaturiscono nella sommità del palo. In tale modo si può riuscire a stimare le dimensioni e le caratteristiche meccaniche del palo che si va investigando e valutare l’eventuale presenza di difetti al suo interno. I difetti possono essere costituiti da strozzature o sbulbature del fusto del palo o tratti di palo con caratteristiche meccaniche del calcestruzzo più scadenti.

Si possono distinguere due principali metodologie di prova: i metodi sonici e i metodi globali a bassa potenza. Alla categoria dei metodi sonici appartiene la prova di Cross-Hole, la quale effettua una indagine diretta con carattere di analisi locale nei riguardi di omogeneità e continuità del getto del calcestruzzo. Le prove vibrazionali e le prove ecometriche appartengono alla categoria dei metodi globali a bassa potenza le quali, a differenza delle precedenti, interessano tutta la struttura palo-terreno.

Vediamo ora in breve le caratteristiche delle singole metodologie.

PROVA CROSS-HOLE

La metodologia del Cross-Hole si basa sul principio che le caratteristiche di un segnale sonico impulsivo (velocità di propagazione, ampiezza e frequenza), che si propaga attraverso un materiale, sono legate alle proprietà elastiche ed alla consistenza del materiale stesso. La tecnica di prova consiste nell’effettuare misure soniche tra coppie di fori che si sviluppano per tutta la lunghezza del palo. L’apparecchiatura è costituita da due sonde (una trasmittente e una ricevente) che, a comando degli sperimentatori, si muovono all’interno della struttura in esame, utilizzando dei tubi inseriti e inglobati nel calcestruzzo in fase di realizzazione della struttura stessa. Le sonde sono collegate a uno strumento ad ultrasuoni che provvede a generare il segnale sonico impulsivo attraverso la trasmittente e a visualizzare il tempo impiegato per raggiungere la ricevente. La restituzione dei dati è rappresentata da un diagramma che mette in relazione il tempo di ritardo registrato in funzione della posizione della sonda (varie profondità del palo). Con tale metodologia è possibile indagare la porzione di palo compresa tra le due sonde. Le informazioni che si ottengono riguardano le caratteristiche del getto di calcestruzzo; in particolare la presenza di fratture, vuoti, strutture a nido d’ape, inclusioni di terreno, variazioni nette di qualità del calcestruzzo, ecc., sono evidenziate da un aumento del tempo di ritardo tra l’impulso trasmesso e il segnale ricevuto rispetto a quello registrato in condizioni di integrità del materiale. L’utilizzo di tale metodologia presuppone la sua programmazione in fase di progettazione per consentire la realizzazione dei fori all’interno del palo tramite la predisposizione di tubi di piccolo diametro in PVC (generalmente n. 3 tubi disposti a 120ƒ) legati all’armatura. Questa operazione deve essere eseguita con la massima accuratezza per consentire la verticalità e il parallelismo dei tubi: condizione indispensabile per una corretta interpretazione dei dati.

PROVE VIBRAZIONALI

Le prove vibrazionali consistono nel provocare una eccitazione all’elemento, mediante un vibratore elettrodinamico, la cui massa imprime una forza costante alla testa del palo. L’energia trasmessa si dirige verso la base del palo che ne riflette una parte verso l’alto; il conseguente movimento della testa del palo viene monitorato da un trasduttore di velocità in funzione della frequenza di eccitazione. Conoscendo il valore della forza impressa è possibile risalire all’ammettenza meccanica (rapporto tra la velocità della testa del palo e la forza applicata), grandezza direttamente legata al comportamento vibratorio del complesso palo-terreno. Tale caratteristica permette, attraverso alcune elaborazioni ed analisi della curva ammettenza-frequenza, di determinare la geometria del palo (lunghezza, variazioni di sezione). L’esecuzione di tale prove necessita di una preparazione della testa del palo almeno ventiquattro ore prima del test, in modo da livellare e rendere più uniforme possibile la superficie dove verrà fissato il vibratore.

PROVA ECOMETRICA – SIT (Sonic Integrity Test)

La prova si esegue sollecitando la testa del palo con un martello per generare un’onda di compressione che si propaga nel palo, viene parzialmente riflessa verso l’alto dalle discontinuità ed è registrata da un accelerometro posto anch’esso sulla testa del palo.

Il segnale elaborato da una centralina elettronica nel dominio tempo, permette di determinare la lunghezza del palo, o la distanza di una discontinuità dalla testa del palo stesso. L’analisi della curva di propagazione dell’onda permette di fornire indicazioni sulla geometria del palo. Per elementi integri e di sezione regolare si ottengono due sole riflessioni: la prima corrispondente al colpo del martello e la seconda al fondo del palo.

PROVE DI AMMETTENZA MECCANICA

La prova di Ammettenza Meccanica, si differenzia dal metodo ecometrico per il fatto che aggiunge a questo la possibilità di ottenere informazioni di carattere meccanico del sistema palo‐terreno. La funzione che descrive nel dominio della frequenza il rapporto tra lo spettro della risposta del palo, espressa in termini di velocità, V(f), e lo spettro della sollecitazione impressa al palo, espressa in termini di forza, F(f): M = |V(f)| / |F(f)| è detta Ammettenza Meccanica per un’analogia elettrica e fornisce al variare della frequenza f una serie di interessanti dati sul comportamento del sistema palo-terreno: è infatti possibile dedurre l’area della sezione trasversale, la lunghezza effettiva e la rigidezza elastica del palo, ed inoltre individuare la presenza di difetti significativi.

Oltre alle sopra citate prove, l’azienda è in grado di eseguire prove di carico:

• prove pilota: sono finalizzate a verificare le capacità di portanza di pali appositamente costruiti, che non faranno parte della palificata, e vengono eseguite sollecitando gli elementi al carico di rottura;
• prove di collaudo: eseguite su una piccola percentuale degli elementi della palificata al fine di verificare le caratteristiche meccaniche e l’entità dei cedimenti. 

La normativa vigente prevede che per ogni palificata vengano eseguite prove di carico statiche su almeno l’1% dei pali, con un minimo di due. Il carico di prova è normalmente 1,5 volte di quello di progetto e le modalità d’esecuzione delle prove fa, in genere, riferimento alle norme AGI.
La difficoltà maggiore della prova è quella di realizzare opportuni sistemi di contrasto al fine di inserire tra quest’ultimi e il palo, gli appositi martinetti idraulici. Molto spesso, a tal fine, vengono inseriti sulla verticale del palo dei profilati di acciaio vincolati ai pali adiacenti, che in tale maniera “reagiscono” (per trazione e per una quota parte del carico applicato) all’azione opposta (di compressione) applicata al palo di prova. L’applicazione del carico avviene tramite cilindri idraulici governati da centralina oleodinamica, con rilevazione degli spostamenti eseguita da trasduttori elettronici fissati mediante supporti alla superficie del palo; l’entità del carico applicato viene ricavata dalla misura della pressione applicata ai martinetti.
In alternativa, la struttura di contrasto può essere costituita da cataste di blocchi in cls, posti in quantità tale da uguagliare e superare (in termini di forza peso) l’azione da applicare al palo.

La prova di carico sui pali di fondazione costituisce la prova classica di collaudo di tali tipi di strutture, che permette di confrontare il comportamento reale con quello teorico. La difficoltà di realizzazione del contrasto comporta tempi di esecuzione elevati e il dispiego rilevante di personale e mezzi.