Il controllo della qualità di esecuzione dei pali di fondazione: la Prova Cross-Hole

Il metodo di prova Cross-Hole Logging Test (CHLT) è uno dei metodi di verifica: della qualità di esecuzione, della omogeneità del calcestruzzo e dell’integrità, delle fondazioni profonde gettate in opera, come le palificate e le paratie, ma trova impiego anche nella verifica delle strutture in calcestruzzo massivo, come i blocchi frangiflutto delle dighe foranee o altro.

I primi studi e applicazioni risalgono al 1960, in Francia, e sono stati elaborati e realizzati da parte del “Centre Experimental de Recherches d’Etudes du Batiment et des Travaux Publics” (CEBTP).

Oggi il CHLT è fra i metodi indiretti non distruttivi che trova più frequentemente impiego per la raggiunta affidabilità delle attrezzature, per il ridotto danneggiamento della struttura e per la possibilità di eseguire ulteriori misure durante l’esercizio, ovviamente avendo previsto in progetto di prolungare i tubi oltre l’estradosso della struttura.

Il suo limite maggiore è rappresentato dal fatto che la possibilità di eseguire la prova è subordinata alla predisposizione, prima dell’esecuzione del getto di calcestruzzo, dei tubi di ispezione nell’elemento da controllare.

La Normativa

Le NTC 2008 per prime hanno recepito l’importanza di prevedere il controllo, con tecniche indirette non distruttive, della omogeneità del calcestruzzo e della buona qualità di esecuzione dei pali, introducendo il principio che per poter garantire la prestazione prevista, e prescritta, in progetto è necessario che tutti i pali della palificata siano integri e privi di difetti.

Infatti tanto il paragrafo 6.4.3.6, delle NTC 2008, che si riporta nel seguito:

6.4.3.6 CONTROLLI D’INTEGRITÀ DEI PALI
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, devono essere effettuati controlli di integrità.
Il controllo dell’integrità, da effettuarsi con prove dirette o indirette di comprovata validità, deve interessare almeno il 5% dei pali della fondazione con un minimo di 2 pali.
Nel caso di gruppi di pali di grande diametro (d > 80 cm), il controllo dell’integrità deve essere effettuato su tutti i pali di ciascun gruppo se i pali del gruppo sono in numero inferiore o uguale a 4.

che il successivo paragrafo 6.4.3.7, che si richiama in estratto, sono stati successivamente confermati nelle vigenti NTC 2018:

6.4.3.7 PROVE DI CARICO
…..
6.4.3.7.2 Prove in corso d’opera
……..
Fermo restando il numero complessivo delle prove di carico minimo sopra indicato, il numero di prove di carico statiche può essere ridotto se sono eseguite prove di carico dinamiche sostitutive, da tarare con quelle statiche di progetto su pali pilota, e siano effettuati controlli non distruttivi su almeno il 50% dei pali, per verificarne lunghezza e integrità strutturale. In ogni caso, deve essere eseguita almeno una prova di carico statica.

Entrambi i paragrafi prescrivono il ricorso alle prove non distruttive, il par. 6.4.3.6 prevede, in corso d’opera, l’esecuzione delle PnD, dirette o indirette, su almeno il 5% del numero dei pali della palificata, con un minimo di 2 prove, e la prescrizione che nel caso oggetto del controllo siano gruppi di pali di grande diametro (d > 800 mm) di numero inferiore a 4, la verifica dell’integrità deve essere estesa a tutti i pali di ciascun gruppo.

Il fatto di avere previsto nelle NTC il controllo della qualità e della integrità dei pali segna una evoluzione dell’approccio, che ha caratterizzato il progetto e il controllo delle fondazioni profonde, che per anni lo ha riferito esclusivamente all’esito delle risultanze sperimentali ottenute dalle prove di carico, statiche prima e integrate dalle prove dinamiche in tempi più recenti.

Tale approccio è sicuramente condivisibile nel caso delle prove di progetto meno per le prove di collaudo, per le seguenti ragioni: le interazioni con gli altri pali, le interferenze con il cantiere, l’alto costo, il numero minimo di prove che non è statisticamente rappresentativo della qualità dell’intera palificata, i tempi di risposta che non sono coerenti con l’esecuzione delle opere.

Il par. 6.4.3.7.2. consente di ridurre il numero minimo, prescritto dalle NTC 2018, delle prove statiche con le prove dinamiche, “da tarare con le prove statiche di progetto,” con l’ulteriore condizione che la sostituzione venga integrata da PnD, di verifica della lunghezza e della integrità, su almeno il 50% della popolazione di pali.

Un’elaborazione delle due prescrizioni, che rappresenterebbe l’evoluzione “innovativa” nel progetto e nella verifica della esecuzione delle palificate, sarebbe prescrivere preliminarmente e circoscritta alla fase progettuale l’esecuzione, cogente, di prove statiche e dinamiche, per calibrare e affinare il modello di calcolo e prescrivere l’esecuzione in corso d’opera di una maggiore numerosità dei “controlli non distruttivi”, diretti ed indiretti, finalizzati invece alla verifica della lunghezza, della integrità e della qualità di esecuzione dei pali.

Inoltre, non è immediatamente comprensibile la ragione per cui mentre nel caso di gruppi di pali, come sono, per esempio, quelli dei plinti di fondazione di un ponte, che sono in genere lontani fra loro, in genere sono distribuiti ortogonalmente alle incisioni vallive, o all’asse dei corsi d’acqua, …, e per questo, alle volte, possono insistere su terreni di natura diversa e possono avere caratteristiche geometriche diverse, è stato giustamente previsto di estendere i controlli a tutti i pali di ciascun gruppo, proprio perché diverse sono le condizioni al contorno di ogni gruppo di pali, detto obbligo è stato però limitato al solo caso dei pali di grande diametro (d > 800 mm).

È evidente che le condizioni al contorno, come per esempio: la diversa geometria, la lunghezza e il diametro, dei pali; la presenza di falda; la diversa stratigrafia con presenza di materiali incoerenti o instabili,…; che possono incidere sulla qualità di esecuzione dei pali sono le medesime sia che si tratti di pali di grande che di piccolo diametro.

È pertanto opportuno che anche nel caso di gruppi di pali di piccolo diametro sia rispettato l’obbligo di estendere il controllo a tutti i pali di ciascun gruppo.

Per quanto riguarda il riferimento a procedure normalizzate di prova in assenza di uno specifico quadro normativo comunitario o nazionale si può fare riferimento alle norme tecniche attualmente pubblicate rispettivamente negli USA e in Francia:

• UNI EN 12504-4:2021: Prove sul calcestruzzo nelle strutture - Determinazione della velocità di propagazione degli impulsi ultrasonici;
• ASTM D6760-14: Standard Test Method for Integrity Testing of Concrete Deep Foundation by Ultrasonic Cross-hole Testing;
• ACI 228.2R: Nondestructive Test Methods for Evaluation of Concrete in Structures;
• NFP (AFNOR) 94-160-1: Auscultation d’un èlèment de fondation – Partie 1: Mèthode par transparence.

Il principio teorico che sta alla base della prova Cross-Hole

Il principio teorico generale su cui si fonda la prova cross-hole, ma anche quello delle prove ultrasoniche in genere, è quello della propagazione delle onde ultrasoniche che viaggiano in un mezzo omogeneo ed elastico di lunghezza L, dove la velocità c delle onde è funzione delle costanti elastiche del mezzo tramite la relazione [1]:

dove:
E = modulo elastico del materiale;
ρ = densità del materiale;
υ  = coefficiente di Poisson.

c può anche essere espressa dalla relazione [2], in funzione del tempo di transito t:

c = L/t     [2]

Sostituendo c nella [2] e risolvendo la [2] rispetto a t, si ottiene la [3]:

Dalla relazione [3] si ricava che se la distanza L, fra la sonda trasmittente T e la sonda ricevente R, è costante allora il tempo di transito t è funzione delle sole caratteristiche fisiche del calcestruzzo e la velocità c diviene un “indicatore” della qualità del calcestruzzo, a maggiore velocità corrisponde una migliore qualità del palo.

La migliore qualità può essere interpretata in termini di addensamento del calcestruzzo ma può anche segnalare la presenza di difetti, come: vespai, dilavamento, strizioni o sgrottamenti, intrusioni di materiale franato, interruzioni o vuoti vistosi.

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