Ancoraggi attivi e passivi nelle giunzioni rocciose: nuovi criteri progettuali dalla ricerca sperimentale e numerica
Il comportamento meccanico dei giunti rocciosi armati con bulloni richiede una distinzione fondamentale tra due modalità di intervento, ciascuna con implicazioni progettuali specifiche. I risultati di uno studio integrato, che ha combinato analisi teorica, prove di taglio diretto in laboratorio e simulazioni numeriche, forniscono indicazioni operative per la scelta del sistema di ancoraggio più adatto in funzione delle condizioni geomeccaniche e dei requisiti di deformazione.
La ricerca ha analizzato provini con bulloni completamente iniettati, con ancoraggio di testa e con bulloni pretensionati, evidenziando meccanismi di rottura e risposte sismoresistenti nettamente differenziati.
Curva sforzo-deformazione in quattro fasi
La resistenza al taglio di una giunzione rocciosa armata evolve con lo scorrimento secondo una curva caratteristica che presenta quattro stadi distinti: scorrimento iniziale, fase elastica, fase di snervamento e fase di softening. Questa sequenza è comune a tutte le tipologie di ancoraggio esaminate, sebbene i valori di picco e i comportamenti post-picco varino sensibilmente.
Per i bulloni completamente iniettati, il collasso avviene per rottura mista a trazione e taglio. In queste condizioni, l’incremento di resistenza al taglio si manifesta già a piccoli spostamenti, rendendo questa tipologia adatta dove si richiede una risposta rigida immediata.
Nei bulloni con ancoraggio di testa, invece, si osserva una deformazione a forma di S del fusto, con la formazione di cerniere plastiche simmetriche su entrambi i lati del giunto. Il meccanismo consente di sostenere il carico anche in presenza di grandi spostamenti, ma la resistenza di picco risulta inferiore rispetto alla soluzione completamente iniettata.
Contributo attivo e passivo: la quantificazione numerica
La distinzione tra azione attiva, generata dal pretensionamento, e azione passiva, indotta dallo scorrimento differenziale, è stata quantificata attraverso il modello numerico del bullone pretensionato. Secondo i risultati delle simulazioni, il contributo attivo rappresenta circa il 69,6% dell’incremento totale di resistenza al taglio, mentre la componente passiva incide per il restante 30,4%.
Questa partizione ha un riscontro diretto nella scelta del sistema di ancoraggio in fase progettuale. Nelle condizioni in cui la deformazione attesa è contenuta e il controllo dello spostamento iniziale è prioritario, il contributo attivo del pretensionamento risulta determinante. Al contrario, in ambienti ad alto stress geostatico o in scenari che prevedono deformazioni significative, la capacità portante a grandi spostamenti offerta dall’ancoraggio di testa (o da bulloni cedevoli) diventa il parametro di progetto dominante.
Criteri di scelta per la progettazione
Dallo studio emergono raccomandazioni applicative puntuali. Per ambienti ad alta geostress o in presenza di potenziali deformazioni elevate, è preferibile adottare bulloni con ancoraggio di testa o bulloni cedevoli (yielding bolts), in grado di sfruttare la resistenza passiva a grandi spostamenti.
Dove invece è richiesto un controllo rigoroso delle deformazioni nella fase iniziale del consolidamento, l’utilizzo di bulloni pretensionati consente di massimizzare l’efficienza del supporto attivo, riducendo lo scorrimento al giunto già nelle prime fasi di messa in carico.
Le prove sperimentali hanno chiarito le modalità di rottura e i meccanismi di resistenza passiva delle due tipologie di ancoraggio, mentre solo l’analisi numerica ha permesso di separare quantitativamente i contributi attivo e passivo nel caso del bullone pretensionato. Per il progettista, la scelta del sistema di ancoraggio non può prescindere dalla valutazione combinata del regime tensionale, delle deformazioni attese e del controllo richiesto sugli spostamenti iniziali del giunto roccioso.
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