28.11.2025
Fondazioni con colonne di ghiaia per grandi serbatoi d’acqua

Quando si progetta un grande serbatoio d’acqua su terreno soffice, il rischio non è solo che ceda un po’ il terreno: il vero problema è il controllo dei cedimenti nel tempo, soprattutto quelli differenziali, che possono danneggiare il fondo del serbatoio, i giunti e le tubazioni collegate.

Proprio per affrontare questi scenari, uno studio recente presentato all’Indian Geotechnical Conference 2024 e pubblicato da Springer analizza in dettaglio il comportamento di una fondazione rinforzata con colonne di ghiaia (stone columns) a supporto di un serbatoio circolare di 16 metri di diametro realizzato su un deposito soffice.

Lo studio parte da un caso reale e lo usa come base per un’analisi estesa. L’obiettivo non è solo verificare se la soluzione adottata regge, ma capire come cambiano le prestazioni della fondazione al variare di alcuni parametri chiave: distanza tra le colonne, diametro delle colonne stesse, presenza o meno di un rivestimento con geosintetici. Il tutto viene esplorato con un modello numerico tridimensionale sviluppato in Plaxis 3D, uno dei software più usati in geotecnica per simulare il comportamento di terreno e fondazioni in condizioni realistiche di carico.

Per comprendere la portata del lavoro è utile ricordare cosa sono le colonne di ghiaia: si tratta di inclusioni verticali ottenute scavando o dislocando il terreno soffice e riempiendo il volume con materiale granulare grossolano, ben drenante. In pratica si crea una rete di elementi più rigidi e permeabili immersi in una matrice di terreno deformabile; il sistema migliora la capacità portante complessiva e riduce i cedimenti perché parte dei carichi viene deviata verso gli elementi più rigidi, mentre il drenaggio accelerato limita le deformazioni nel tempo.

Negli ultimi anni, alla tecnica tradizionale delle colonne di ghiaia si è affiancata la variante con colonne incamiciate, cioè avvolte da una geogriglia o da un geotessile che ne incrementa il confinamento laterale. Studi sperimentali su colonne flottanti incamiciate hanno mostrato che l’involucro geosintetico aumenta in modo significativo la capacità portante, contiene le deformazioni a bulbo (il rigonfiamento laterale della colonna) e rende più uniforme il trasferimento dei carichi in profondità: in altre parole, la colonna non si allarga nel terreno soffice, ma rimane più compatta e lavora meglio sotto carico.

Nel caso analizzato dai ricercatori, la fondazione del serbatoio è formata da uno strato di sabbia (sand pad) appoggiato su un campo di colonne di ghiaia disposte sotto l’ingombro del serbatoio; la sabbia funziona sia come cuscino di ripartizione, che uniforma i carichi sul sistema terreno-colonne, sia come interfaccia costruttiva che semplifica il contatto con la platea o il fondo del serbatoio. Il terreno naturale è caratterizzato da una bassa resistenza e da elevata comprimibilità: condizioni tipiche in cui una fondazione diretta tradizionale sarebbe troppo rischiosa per un serbatoio di grandi dimensioni e per un esercizio prolungato nel tempo.

A partire da questo caso reale, lo studio sviluppa una serie di varianti parametriche: i progettisti modificano la distanza tra le colonne, passando da spaziature molto ampie, dell’ordine di 8 metri interasse, fino a una configurazione molto più densa con passo di 1,6 metri. In parallelo variano il diametro delle colonne, da 0,5 a 1 metro, e confrontano due configurazioni: colonne ordinarie, prive di rivestimento, e colonne incamiciate con geosintetico. Tutte queste combinazioni vengono simulate con Plaxis 3D, applicando carichi rappresentativi del serbatoio in esercizio.

Dalle simulazioni emerge un quadro chiaro: quando le colonne sono molto distanziate e di piccolo diametro, il miglioramento rispetto al terreno naturale è presente ma limitato; la capacità portante aumenta di poco e, soprattutto, i cedimenti restano elevati, con il rischio di differenze significative tra il centro e il bordo del serbatoio. In pratica, una maglia troppo rada di colonne non riesce a prendere in consegna una quota sufficiente del carico, che continua a gravare in gran parte sul terreno soffice.

Quando la spaziatura si riduce e il diametro delle colonne aumenta, il comportamento cambia in modo sensibile: La rete di elementi rinforzati diventa più fitta, il rapporto di sostituzione (cioè la percentuale di terreno rimpiazzata da ghiaia) cresce e il sistema tende a comportarsi come un composito più rigido. I cedimenti totali diminuiscono e la distribuzione degli spostamenti risulta più uniforme. Tuttavia, il lavoro sottolinea anche che l’incremento delle prestazioni non è infinito: oltre una certa soglia, rendere le colonne ancora più grandi o ancora più ravvicinate produce benefici marginali rispetto all’aumento dei costi. Diventa quindi essenziale individuare un equilibrio progettuale tra miglioramento geotecnico e sostenibilità economica.

Un aspetto decisivo messo in luce dallo studio è il confronto tra colonne ordinarie e colonne incamiciate: le seconde mostrano sistematicamente prestazioni migliori e, per la stessa configurazione geometrica, le colonne avvolte da geogriglia offrono una capacità portante più elevata e cedimenti inferiori rispetto alle colonne non rivestite. Questo risultato è coerente con gli studi sperimentali su modelli fisici, che hanno evidenziato come l’incamiciatura aumenti la rigidezza laterale delle colonne, modifichi la forma del bulbo di deformazione e consenta di trasferire una quota maggiore dei carichi verso la base della colonna, invece che disperderli lateralmente nel terreno soffice.

Interessante è anche il richiamo esplicito al ruolo delle proprietà del terreno naturale. Gli autori evidenziano che il vantaggio offerto dalle colonne incamiciate non è un valore fisso, ma dipende molto dalle caratteristiche geotecniche della matrice di terreno: coesione non drenata, modulo di deformazione, grado di saturazione, condizioni di drenaggio. In un terreno estremamente soffice e poco resistente, l’incamiciatura può fare una differenza enorme in termini di controllo dei cedimenti e stabilità; in suoli già moderatamente consistenti, l’incremento di prestazioni, pur presente, può risultare meno eclatante. In pratica, la stessa griglia di colonne può avere comportamenti molto diversi a seconda del contorno in cui è inserita.

La scelta di una fondazione a colonne di ghiaia per un serbatoio di 16 metri di diametro va letta anche in chiave comparativa rispetto ad altre soluzioni: una fondazione su pali, ad esempio, offre un sistema molto rigido e riduce drasticamente i cedimenti, ma a costi e complessità esecutive maggiori, specie in aree estese. La soluzione con colonne di ghiaia e cuscino di sabbia, invece, lavora sull’ingegnerizzazione del terreno: non si sostituisce il suolo con un sistema strutturale classico, ma lo si trasforma in un mezzo composito più performante, spesso con un impatto ambientale e una quantità di calcestruzzo inferiori rispetto a una palificata massiccia.

Dal punto di vista del gestore di infrastrutture idriche, un serbatoio appoggiato su terreno soffice e migliorato con colonne di ghiaia ben progettate può offrire una vita utile lunga, con cedimenti contenuti nel tempo e una maggiore sicurezza nei confronti di fenomeni di instabilità o di danneggiamento localizzato. La presenza di una modellazione numerica accurata a supporto del dimensionamento consente inoltre di prevedere meglio l’evoluzione dei cedimenti nel corso degli anni e di pianificare eventuali controlli o interventi di manutenzione straordinaria. In un contesto di cambiamento climatico, in cui le infrastrutture idriche sono chiamate a resistere a cicli di carico variabili e a falde spesso fluttuanti, la robustezza della fondazione diventa un elemento centrale di affidabilità complessiva.

Lo studio conferma anche un messaggio di fondo per i progettisti: non esiste una ricetta unica per l’uso delle colonne di ghiaia sotto grandi serbatoi. La spaziatura, il diametro, l’eventuale incamiciatura e lo spessore del cuscino di sabbia devono essere calibrati caso per caso, mettendo in relazione le caratteristiche del terreno, i carichi di esercizio, i limiti ammissibili di cedimento e il budget disponibile. Gli autori mostrano come un approccio integrato, che combina un caso reale con un ventaglio di simulazioni parametriche, permetta di costruire una sorta di mappa di progetto in cui è possibile leggere, in modo qualitativo e quantitativo, l’effetto di ogni scelta geometrica e tecnologica.

Il lavoro su questo serbatoio da 16 metri di diametro su terreno soffice, quindi, conferma che le fondazioni rinforzate con colonne di ghiaia, soprattutto se abbinate a geosintetici di confinamento, rappresentano una soluzione affidabile e flessibile per le grandi infrastrutture di stoccaggio idrico; offrono un compromesso interessante tra prestazioni, costi e sostenibilità, a patto di essere progettate con attenzione, supportate da analisi numeriche robuste e sempre lette alla luce delle specifiche condizioni geotecniche del sito.