Scavo profondo 4,80 m a ridosso di una strada con fognatura: palancole in cantilever e falda
Si deve realizzare uno scavo di 4,80 m di profondità per un parcheggio interrato il cui perimetro dista 3,50 m dal ciglio di una strada comunale percorsa da mezzi pesanti; sotto la strada corrono una fognatura mista in cls e un cavo MT. Il sottosuolo, indagato con tre sondaggi con SPT, mostra: 0–2,5 m terreno di riporto; 2,5–9,0 m sabbia limosa sciolta (N_SPT 10–14, γ = 18,5 kN/m³, φ' = 30°, k = 5×10⁻⁵ m/s); sotto, argilla limosa consistente. La falda è a 1,50 m dal piano campagna e si vuole mantenerla a 0,50 m sotto il fondo scavo con emungimento dall'interno. È prevista una paratia di palancole in acciaio libera in testa su 4,80 m, infissa per ulteriori 7,20 m; il traverso di scavo è largo 20 m e lungo 40 m. L'impresa propone di eliminare i puntoni per liberare il piano di scavo e di lavorare a campagna aperta, garantendo che «le palancole tengono».
1. Verificare la stabilità idraulica del fondo scavo e valutare la portata di emungimento richiesta.
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Abbassamento della falda: da −1,50 m a −5,30 m, quindi Δh = 3,80 m. Con il piede della paratia a −12,00 m, il percorso di filtrazione sotto la paratia attraversa sabbia limosa fino a −9,00 m e poi argilla: la lunghezza efficace del percorso verticale all'interno dello scavo è circa 9,00 − 4,80 = 4,20 m, non i 7,20 m di infissione.
Verifica di sollevamento (Terzaghi): FS = (γ'·D)/(γw·Δh) = (9,2 × 4,20)/(9,81 × 3,80) = 38,6/37,3 ≈ 1,04. Il fattore di sicurezza è praticamente unitario: la verifica non è soddisfatta, perché il riferimento corretto non è l'infissione ma lo spessore di terreno permeabile sotto il fondo scavo. Se si volesse usare D = 7,20 m si otterrebbe 1,78, ma questo sarebbe un errore concettuale che nasconderebbe il rischio di sifonamento e di instabilità del fondo.
Portata di emungimento indicativa: Q ≈ k·i·A = 5×10⁻⁵ × (3,80/4,20) × (20 × 40) ≈ 3,6×10⁻² m³/s ≈ 130 m³/h, con punte superiori all'inizio. È una portata elevata, che richiede un sistema di pozzi ben dimensionato, controllo del regime e soprattutto la consapevolezza che l'abbassamento della falda induce cedimenti nel riporto e nella sabbia limosa a monte, cioè proprio sotto la strada e la fognatura.
Contromisure da valutare: palancole con giunti sigillati e infissione spinta nell'argilla (taglio idraulico del percorso di filtrazione), eventuale tappo impermeabile di fondo o jet-grouting sotto il piano di scavo, reintegro della falda a monte, monitoraggio piezometrico con allarme. L'emungimento non è una scelta neutra: è una delle cause più frequenti di danno agli edifici limitrofi.
2. Valutare se la paratia in cantilever con 7,20 m di infissione sia accettabile, motivando la risposta anche in termini di spostamenti.
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In equilibrio limite, con φ' = 30° si ha Ka ≈ 0,33 e Kp ≈ 3,0; sotto falda si opera in tensioni efficaci con γ' = 9,2 kN/m³. Va aggiunto il sovraccarico stradale, assunto almeno 20 kPa per i mezzi pesanti: la spinta attiva sulla faccia a monte cresce in modo sensibile e la risultante si sposta verso il basso, aumentando il momento ribaltante rispetto al piede.
Applicando un coefficiente riduttivo sulla resistenza passiva (Kp/1,5 ≈ 2,0, come nelle verifiche GEO), il margine si riduce: la verifica di equilibrio si colloca intorno a FS ≈ 1,2–1,3, quindi formalmente al limite ma non certo rassicurante, e da confermare con un'analisi a equilibrio limite completa (o con un modello agli elementi finiti con legge di carico-scarico).
Il punto decisivo non è però il fattore di sicurezza statico, ma la deformabilità. Una paratia non puntellata in sabbia sciolta sviluppa spostamenti in testa dell'ordine di 0,3–0,5% dell'altezza di scavo, cioè 15–25 mm, con cedimenti a tergo dello stesso ordine che si estendono fino a circa 2H (≈ 9,6 m). La fognatura, a 3,5 m dal ciglio, ricade nella zona di massimo cedimento: con un limite di esercizio dell'ordine di 10 mm per una condotta in cls, il margine non esiste. Vanno aggiunti la vibrazione del traffico pesante, l'effetto dell'emungimento e la variabilità dei riporti.
Conclusione: il cantilever non è da escludere in assoluto sul piano dell'equilibrio, ma è inaccettabile sul piano del controllo degli spostamenti. Occorre un livello di puntellamento o di ancoraggio (puntoni provvisori, tiranti con pre-carico, o metodo top-down), accoppiato a una riduzione del sovraccarico mediante deviazione del traffico pesante.
3. Definire il piano di monitoraggio e i valori di soglia che l'impresa deve rispettare durante lo scavo.
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Impostazione secondo il metodo osservazionale: il monitoraggio deve essere parte del progetto, con grandezze, strumenti, frequenze e soglie definite prima dell'inizio dei lavori, e con un responsabile che abbia l'autorità per fermare l'attività.
Strumentazione minima:
- inclinometri entro la paratia o in foro a tergo (almeno 3, uno in asse del tratto più sollecitato), letti a partire da 5 m sotto il piede;
- piezometri a monte e a valle per controllare l'abbassamento della falda e l'efficacia del reintegro;
- caposaldi topografici sulla strada, sulla fognatura (pozzetti) e sugli edifici prospicienti, con livellazione di precisione a cadenza giornaliera in corso di scavo;
- estensimetri o assestimetri sulla condotta, se accessibile;
- controllo della portata emunta e dei volumi, come indicatore indiretto di anomalie.
Soglie a tre livelli, costruite sui valori attesi (spostamento orizzontale stimato 15–25 mm, cedimento stimato 10–20 mm):
- gialla: 50% del valore atteso (≈ 10 mm orizzontale, 8 mm di cedimento);
- arancione: 75% (≈ 15 mm), con revisione del programma di scavo e riduzione della spinta;
- rossa: 100% o comparsa di lesioni/fughe nella condotta, con sospensione dei lavori, riempimento parziale dello scavo e intervento correttivo.
Frequenze: giornaliera durante lo scavo e l'infissione, settimanale nel periodo di sospensione, con lettura «zero» prima dell'inizio e almeno tre letture di baseline. Va inoltre previsto un allarme rapido per il gestore della fognatura e un protocollo scritto di comunicazione, perché il cedimento della condotta è il rischio con la maggiore probabilità di danno economico.