I MURI DI SOSTEGNO Prof. Marina Rasulo

CONTENUTI - Le proprietà dei terreni: richiami sulle più importanti (disomogeneità – anisotropia – igroscopicità – coesione – attrito) - Pendii e frane: pochi cenni per capire di che si tratta - Le opere di contenimento: che sono? a che servono? (scarpate – paratie – muri di sostegno) - La spinta del terreno (attiva e passiva): che cos’è? - Classificazione dei muri di sostegno: • in base al materiale utilizzato (muratura – calcestruzzo armato) • alla forma della sezione (paramento esterno e esterno) • all’altezza rispetto al terrapieno (pareti a tutt’altezza – muri di sottoscarpa o di unghia – muri di controripa) • al funzionamento (muri a gravità e muri a mensola) • tipi speciali (con contrafforti, con costoloni e solette, con tiranti) - Altri tipi di opere di sostegno: • muri di elementi modulari prefabbricati (gabbionate – muri cellulari) • graticciate • muri in terra armata (con materiale geotessile – con rete metallica)

PROPRIETA’ DEI TERRENI Il terreno è un materiale disomogeneo e anisotropo costituito da particelle. Le particelle di terreno sono impedite a scorrere o a distaccarsi l’una rispetto all’altra dall’attrito interno, dalla coesione e dalla igroscopicità del terreno stesso. OMOGENEITA’ Un materiale si dice omogeneo se presenta sempre le stesse proprietà, in ogni punto che consideriamo. Il terreno NON è omogeneo. ISOTROPIA Un materiale si dice isotropo se le sue proprietà sono indipendenti dalla direzione che stiamo considerando (questo non è vero per i materiali stratificati, fibrosi o con direzioni preferenziali). Il terreno NON è isotropo. IGROSCOPICITA’ L’igroscopicità di un materiale è la sua tendenza a vedere alterate le sue proprietà in presenza di acqua.

ATTRITO INTERNO L’attrito interno del terreno (f) è la forza che impedisce alle particelle del terreno di scorrere l’una sull’altra in virtù dello sfregamento che si sviluppa tra un granello e l’altro. Fisicamente rappresenta la resistenza al taglio del terreno in presenza di compressione. È una proprietà sempre presente nei terreni, rappresentata dall’angolo f, cioè l’angolo che un cono di terreno versato su di un piano forma con l’orizzontale.

COESIONE La coesione (c) è la forza di attrazione tra i granuli del terreno che impedisce che essi si allontanino o scorrano l’uno sull’altro in virtù della loro composizione chimica. Fisicamente rappresenta la resistenza al taglio del terreno in assenza di compressione. È una proprietà non sempre presente nei terreni, fortemente igroscopica (cioè influenzata dalla presenza o meno di acqua nel terreno) e difficilmente calcolabile, per cui di solito viene trascurata nei calcoli. Ha comunque dimensione di una pressione e il suo valore varia dai 100 ai 1.000 daN/cm2.

I PENDII E LE FRANE IL NATURAL DECLIVIO Quando sono liberi di assumere una configurazione naturale, i terreni si dispongono in pendio. Il pendio è più o meno pronunciato a seconda che il terreno sia più o meno coerente. In natura il terreno forma con l’orizzontale un angolo, detto angolo di natural declivio (ξ), che in caso di terreni perfettamente incoerenti (c = 0) corrisponde con l’angolo di attrito interno del terreno (f).

LE FRANE Se il terreno viene disturbato da cause naturali o artificiali, esso si muove, ossia frana, fino a ritrovare il proprio equilibrio. I terreni franano distaccandosi dal masso originario lungo una superficie curvilinea a cucchiaio (superficie di distacco, di rottura o di scorrimento).

LE OPERE DI CONTENIMENTO Per evitare la frana di un terrapieno occorre predisporre opere di contenimento, che possono essere di vario tipo, come scarpate, paratie e muri di sostegno. LE SCARPATE Le scarpate sono pareti di scavo dotate di una pendenza superiore a quella originaria ma tale che il terreno a monte non frani (di solito protette e rinforzate con inerbimenti, tessuto geotessile o altri accorgimenti).

LE PARATIE Le paratie sono elementi verticali puntuali (pali) o continui (pareti) piuttosto sottili in acciaio o in calcestruzzo armato infissi nel terreno per una notevole profondità.

I MURI DI SOSTEGNO I muri di sostegno sono le opere più frequenti per contenere la terra e il suo scoscendimento, e quindi per conservare o ripristinare l’equilibrio di un pendio, che può venire a mancare per cause naturali o artificiali.

SPINTA ATTIVA E PASSIVA La spinta che il terreno esercita sui muri di sostegno prende il nome di spinta attiva. La spinta che il muro di sostegno esercita sul terreno prende il nome di spinta passiva. Sia la spinta attiva che la spinta passiva possono raggiungere dei livelli massimi, oltre i quali il terreno a monte della parete si rompe secondo superfici curvilinee che però per comodità possiamo approssimare a superfici piane. La porzione di terreno che spinge sul muro o che viene spinta dal muro fino a rompersi prende il nome di cuneo di spinta.

Nel caso della spinta attiva (cioè quella che il terreno esercita sul muro), il terreno si rompe lungo un piano inclinato rispetto all’orizzontale di un angolo a pari a a = p/4 + f/2. Nel caso della spinta passiva (cioè quella che il muro esercita sul terreno), il terreno si rompe lungo un piano inclinato rispetto all’orizzontale di un angolo a pari a a = p/4 - f/2.

CLASSIFICAZIONE DEI MURI DI SOSTEGNO I muri di sostegno si classificano in base: al materiale da costruzione utilizzato alla forma della sezione alla loro altezza rispetto al terrapieno sostenuto al loro funzionamento

MATERIALE DA COSTRUZIONE In base al materiale da costruzione possiamo avere: - muri di sostegno in muratura (in pietrame, in pietrame con ricorsi di mattoni, in mattoni, o in calcestruzzo con pietrame affogato)

- muri di sostegno in calcestruzzo armato (muri massicci in calcestruzzo poco armato o muri elastici in calcestruzzo armato)

FORMA DELLA SEZIONE In base alla forma della sezione possiamo avere: muri con paramento interno: - verticale - a scarpa - a strapiombo

- muri con paramento esterno: - a scarpa (muratura) - verticale (calcestruzzo armato)

ALTEZZA RISPETTO AL TERRAPIENO In base all’altezza possiamo avere: - pareti a tutt’altezza, alte come il terrapieno da sostenere;

- pareti di sottoscarpa o di unghia, che sostengono porzioni della scarpata interrompendone la continuità;

- pareti di controripa, che sostengono lo sterro solo nella sua zona inferiore.

FUNZIONAMENTO La distinzione più importante tuttavia è in base al funzionamento, secondo la quale i muri si distinguono in: - muri a gravità, che sono strutture massicce che si oppongono alla spinta del terreno grazie al proprio peso, - muri a mensola, che sono strutture elastiche che funzionano come mensole infisse nel terreno, e che si oppongono alla spinta del terreno grazie all’apporto delle ali di fondazione, che possono essere di monte o di valle.

MURI A GRAVITA’ I muri a gravità sono strutture massicce, perlopiù in muratura o in calcestruzzo (con pietrame affogato o poco armato) che resistono alla spinta del terreno grazie alla propria massa e al proprio peso. Possono raggiungere altezze massime di 2 metri se hanno sezione rettangolare o di 5 metri se hanno sezione trapezia. hmax = 2,00 m hmax = 5,00 m

MURI A MENSOLA I muri a mensola sono strutture sottili ed elastiche, in calcestruzzo armato. Possono avere l’ala di base maggiore a monte (nel qual caso sfruttano come elemento stabilizzante il terreno gravante su tale ala) o l’ala di base maggiore a valle (nel qual caso sfruttano come elemento stabilizzante il momento generato da tale ala).

Possono inoltre essere dotati di denti di fondazione che migliorano la stabilità allo slittamento e di contrafforti di irrigidimento interni o esterni. I più semplici, con sezione a L, possono raggiungere altezze fino a 3,5 metri se con ala a valle o di 7 metri se con ala a monte. Quelli con contrafforti interni possono raggiungere altezze di 10 metri; quelli con contrafforti esterni possono raggiungere altezze di 12 metri.

CONTRAFFORTI ESTERNI

CONTRAFFORTI INTERNI

Per altezze superiori è necessario realizzare strutture complesse con costoloni e solette di irrigidimento sia verticali che orizzontali. I muri a mensola sono ovviamente più difficili e dispendiosi da realizzare rispetto a quelli a gravità, perché richiedono materiali più costosi e manodopera specializzata.

Nei muri di sostegno di grande altezza si usano poi ulteriori accorgimenti per stabilizzare la parete, quali tiranti metallici ancorati in zone stabili e profonde di roccia alle spalle del muro.

ALTRE STRUTTURE DI CONTENIMENTO Esistono poi altre tipologie di muri di contenimento, come quelli costituiti da elementi modulari prefabbricati sovrapposti sfalsati gli uni agli altri, come le gabbionate (cubi di pietrame ingabbiato in strutture metalliche) e i muri cellulari (composti di elementi cellulari in legno o in cemento armato riempiti di terra). Un altro sistema per contenere e consolidare le scarpate consiste nelle graticciate (graticci di legno di bloccaggio della terra inerbati). Infine altre forme di opere di contenimento sono i muri in terra armata, che consistono in pareti di terra rinforzata mediante materiale resistente a trazione e a taglio, come ad esempio barre o strisce metalliche, strisce o fogli di tessuto geotessile, griglie di filo metallico. Il fronte della parete può poi essere ulteriormente protetto dall’erosione mediante pannelli prefabbricati in calcestruzzo armato o in metallo, membrane in tessuto geotessile o griglie metalliche. Questa tecnica di sostegno dei terreni risulta competitiva in termini di costo soprattutto quando occorre sostenere scavi alti.

GABBIONATE

MURI CELLULARI DI CEMENTO

MURI CELLULARI IN LEGNO

GRATICCIATE

MURI IN TERRA ARMATA

CONCLUSIONI In conclusione abbiamo visto: - cosa sono e a che servono i muri di sostegno - come si classificano - come funzionano i muri a gravità e i muri a mensola - quali sono le principali tipologie di opere di contenimento e di sostegno

FINE