Le fondamenta di ogni ascensore: perché il supporto a terra è importante

La terza legge del moto di Newton afferma che a ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. Per mantenere l'equilibrio, quando un oggetto esercita una forza su un altro (una gru a terra o un piede contro il pavimento), il secondo oggetto esercita contro il primo una forza di uguale intensità ma di direzione opposta. Se il secondo oggetto non ha un'adeguata stabilità o capacità, si verifica il cedimento.

Per garantire un adeguato supporto delle fondamenta (a terra) per le operazioni di sollevamento di carichi pesanti, tre elementi di base devono essere compresi in modo chiaro e approfondito dal progettista del sollevamento: stabilità del terreno, capacità del terreno e conoscenza del sollevamento stesso.

Fin dall'invenzione delle gru edili da parte dei Greci, intorno al 600 a.C., e fino a oggi, si è sempre ritenuto che un'adeguata stabilità del terreno e un'adeguata capacità del terreno siano essenziali per garantire operazioni di sollevamento sicure ed efficienti.

Quindi, che si sollevi un peso di 10.000 tonnellate o la schiena da un divano, ogni movimentazione sicura e corretta di un carico dipende dalla stabilità delle condizioni di supporto e dalla capacità adeguata. Di conseguenza, ogni sollevamento inizia "sottoterra", con la necessità universale di un adeguato supporto di fondazione.

Nonostante il suo riconoscimento secolare, il tema del supporto a terra ha recentemente acquisito una visibilità ancora maggiore all'interno della comunità del sollevamento pesante. Esempi di questa maggiore attenzione sono visibili nella nuova Guida ai materiali, alla selezione e all'utilizzo dei supporti per stabilizzatori di nuova pubblicazione di SC&RA e nell'appendice non obbligatoria, di prossima pubblicazione, all'Appendice D dello standard ASME P30 - Pianificazione delle fondazioni e del supporto per stabilizzatori di stabilizzatori di prossima pubblicazione.

Una breve avvertenza: il contenuto di questo articolo si concentra su raccomandazioni per sollevamenti "ingegnerizzati" di maggiore capacità/complessi/critici. È ovvio che gli aspetti economici delle operazioni con gru "taxi" limitano o precludono la possibilità di attuare molte di queste raccomandazioni. Tuttavia, possono contribuire a mettere a fuoco la necessità di questo tipo di informazioni, indipendentemente dalle dimensioni o dalla complessità del sollevamento.

Garantire il supporto a terra

Per garantire un adeguato supporto delle fondamenta (a terra) per le operazioni di sollevamento di carichi pesanti, tre elementi di base devono essere compresi in modo chiaro e approfondito dal progettista del sollevamento:

Stabilità del terreno: conoscenza dell'integrità della superficie del terreno e delle condizioni del sottosuolo, inclusa la conoscenza delle strutture sotterranee (fondamenta, serbatoi, servizi, ecc.), delle condizioni di tali strutture e della loro ubicazione tridimensionale (posizione delle coordinate e profondità di copertura), delle aree di terreni potenzialmente non consolidati e dei vuoti nel sottosuolo.

Capacità del terreno: capacità meccanica dei terreni, della pavimentazione o della struttura elevata di resistere alla deformazione e di sostenere i carichi imposti.

Conoscenza dell'ascensore stesso: identificazione delle attrezzature specifiche per la movimentazione dell'ascensore (LHE) da impiegare, di eventuali attrezzature di assistenza da impiegare e delle relative forze di reazione al suolo (pressioni al suolo, note anche come GBP) da imporre al suolo.

I metodi geofisici raccolgono dati su ampie fasce e offrono una rappresentazione generale delle condizioni del sottosuolo in tutto il sito. L'analisi di questi dati consente di identificare vuoti sotterranei e aree di terreni non consolidati, stimandone la posizione e l'estensione.

Stabilità del terreno

Acquisire conoscenza delle condizioni superficiali e sotterranee del sito è un primo passo fondamentale nel processo di pianificazione dell'impianto, e a sua volta fondamentale è la raccolta della documentazione storica e progettuale disponibile. Fotografie aeree (attuali e storiche), rilievi topografici, relazioni geotecniche, mappe e atlanti dei servizi, disegni costruttivi e planimetrie logistiche del sito contribuiranno a informare il progettista sulle strutture e sugli elementi sotterranei eventualmente presenti. Con queste informazioni a disposizione, il passo successivo è eseguire un rilievo fisico del sito. I rilievi del sito offrono l'opportunità di convalidare e documentare le condizioni attuali.

Nella pianificazione del sopralluogo del sito, è importante non ignorare le posizioni operative delle attrezzature di assistenza o i percorsi di spostamento delle attrezzature di carico e sollevamento che escono o attraversano il sito.

Il processo di indagine inizia con un sopralluogo del sito per osservare le condizioni del terreno e gli elementi fuori terra. Il sopralluogo viene utilizzato anche per identificare altri potenziali pericoli di sollevamento, come strutture di servizio, scantinati adiacenti, fondamenta e strutture sopraelevate.

Sebbene le misurazioni manuali di queste caratteristiche possano essere utilizzate per documentarle, la tecnologia odierna consente l'acquisizione di dati 3D. La scansione laser terrestre, il LiDAR, la SLAM (localizzazione e mappatura simultanee) e/o la fotogrammetria, inclusi i "droni" (sistemi aerei senza pilota), sono tutte tecnologie valide per la raccolta dati. Sebbene ciascuna di esse sia soggetta a una propria specifica applicabilità, offrono la possibilità di acquisire in modo completo e accurato le condizioni di un sito.

La combinazione di prove geofisiche e geotecniche è altamente raccomandata per le valutazioni del sottosuolo. Nel loro insieme, offrono una visione completa delle condizioni del sottosuolo. Diversi standard ASTM regolano i metodi di prova geofisici e geotecnici.

Le indagini geofisiche utilizzano tecniche non invasive, come il georadar (GPR), per sviluppare una comprensione e una caratterizzazione "qualitative" delle condizioni del sottosuolo. I metodi geofisici raccolgono dati su ampie fasce e offrono una rappresentazione generale delle condizioni del sottosuolo in tutto il sito. L'analisi di questi dati consente l'identificazione di vuoti sotterranei e aree di terreni non consolidati, stimandone la posizione e l'estensione.

Un ulteriore vantaggio di un'indagine GPR è la sua capacità di individuare e convalidare la presenza di diverse strutture sotterranee, inclusi materiali metallici e non metallici. Il GPR garantisce la capacità analitica di documentare la profondità e la posizione di sottoservizi, fondazioni in calcestruzzo e simili. In queste indagini è possibile utilizzare anche localizzatori portatili di tubi e cavi per facilitare l'individuazione di sottoservizi conduttivi.

È importante notare che non c'è nulla di intrinseco nei dati geofisici che identifichi o differenzi specificamente un obiettivo del sottosuolo (ovvero un'"anomalia") da un altro. In altre parole, non c'è nulla nei dati GPR che identifichi automaticamente un particolare obiettivo lineare come una fognatura o che differenzi automaticamente una fognatura da una condotta del gas, da un fascio di condotte da una radice di albero. Una corretta valutazione di questi dati richiede analisi da parte di esperti e informazioni aggiuntive (ovvero, documenti storici e relativi al progetto) per contestualizzare i dati e renderli realmente utili.

La raccolta di dati geotecnici è un processo fisicamente invasivo che fornisce dati "quantitativi" sul materiale del terreno stesso. Un'indagine geotecnica completa include il campionamento fisico dei terreni in punti specifici (sondaggi). L'analisi inizia al momento della raccolta con la registrazione del numero di colpi necessari per infiggere un campionatore a cucchiaio diviso per quindici centimetri nel terreno ("conteggio dei colpi") e la valutazione visiva dei materiali campionati; l'analisi culmina in un laboratorio di prova.

Un metodo geotecnico alternativo, rapido ed economico per valutare la resistenza del terreno è la penetometria conica dinamica (DCP). Consiste nell'infiggere nel terreno un cono metallico su un'asta graduata utilizzando un peso standard lasciato cadere da un'altezza fissa e misurando la penetrazione per colpo per valutare la resistenza del terreno. Le velocità di penetrazione sono correlate al California Bearing Ratio (CBR), da cui si calcola la rigidezza del terreno.

Un ultimo requisito per la raccolta dati sul sito è l'istituzione di un "controllo topografico" e/o di una "georeferenziazione". Gli allineamenti e le posizioni note delle caratteristiche superficiali e dei punti di raccolta dati sono fondamentali per la valutazione del sollevamento proposto e la corretta disposizione di miglioramenti e attrezzature di sollevamento.

Capacità di terra

Una volta documentate e caratterizzate le condizioni del sito, è necessario determinare la capacità portante meccanica del terreno.

Basandosi sui dati delle prove geotecniche, un tecnico competente può calcolare la capacità portante massima del terreno per il sito in questione. La capacità portante massima del terreno è generalmente definita come il carico massimo per unità di superficie che il terreno può sopportare prima di cedere. È un fattore cruciale per stabilire la capacità portante ammissibile del terreno per il sollevamento previsto.

Il lavoro di Dearborn Companies spazia dall'impiego di gru su strutture elevate, strade urbane trafficate, centrali elettriche e industriali, parchi eolici, fino all'applicazione ingegneristica di impalcature complesse, sistemi di puntellamento e di contenimento del terreno.

Indipendentemente dal metodo di prova geotecnico utilizzato, i dati rappresentano un'istantanea delle condizioni del terreno in quella specifica posizione. Sono necessari più punti di prova nell'area di installazione del LHE, poiché le condizioni tra i punti vengono dedotte o interpolate.

Utilizzando la capacità portante massima e applicando un "fattore di progetto" (noto anche come "fattore di sicurezza"), la persona competente calcola quindi la capacità portante ammissibile del terreno per il sollevamento proposto. Un fattore di progetto è un moltiplicatore applicato in questo caso alla capacità portante massima per tenere conto delle incertezze nelle proprietà dei materiali e degli effetti ambientali sconosciuti, e per fornire un margine di sicurezza contro guasti catastrofici.

Capire l'ascensore

Una volta documentate le condizioni esistenti e note le capacità del terreno in loco, è possibile avviare la pianificazione definitiva del sollevamento. Il bilanciamento delle reazioni al suolo calcolate con la capacità portante del terreno ammissibile fornirà informazioni e influenzerà le decisioni sull'utilizzo e il posizionamento di piattaforme e piattaforme per gru, sulla potenziale necessità e portata di miglioramenti del terreno, o persino su eventuali modifiche nella selezione della piattaforma o nella posizione del sollevamento.

Non importa quanto sia meticoloso il piano di sollevamento o elegante l'attrezzatura, niente sopravvive a un appoggio scadente: ogni sollevamento inizia e finisce con ciò che si trova sotto.

L'AUTORE

Mike Walsh, membro dell'ASME P30, è presidente di Dearborn Companies, un'azienda familiare di terza generazione che fornisce consulenza ingegneristica e edile da oltre 70 anni. Il lavoro di Dearborn Companies spazia dall'impiego di gru su strutture sopraelevate, strade urbane ad alta densità, centrali elettriche e industriali e parchi eolici, fino alla progettazione di ponteggi complessi, sistemi di puntellamento e di contenimento del terreno.