Diapositiva 1 - Sapienza > Dipartimento di Ingegneria Strutturale e

CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA QUINQUENNALE
IN ARCHITETTURA UE
Laboratorio di Costruzioni
Modulo di “GEOTECNICA E FONDAZIONI”
Prof. Giuseppe Lanzo
Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica
Via A. Gramsci 53 - 00197 Roma
tel: 06-49.91.91.73
[email protected], http://dsg.uniroma1.it/lanzo/
FONDAZIONI SU PALI
FONDAZIONE PROFONDA: PALO
Il carico è trasmesso attraverso la
base X-X e le superfici laterali X-Z
D/B >> 1
PALO: elemento strutturale di fondazione, costruito in opera o
infisso dalla superficie del terreno, in grado di trasmettere al
sottosuolo, anche lungo la sua superficie laterale, i carichi trasmessi
dalla sovrastruttura
PALI DI FONDAZIONE
Situazioni in cui si impone una fondazione su pali:
 esigenze idrauliche (fondazioni di ponti o di opere in alveo o al
largo in mare)
 necessità di limitare i cedimenti o di trasmettere il carico in
profondità al di sotto di terreni con caratteristiche meccaniche scadenti
PALIFICATE
PALIFICATE: gruppo di pali posti a distanza ravvicinata e collegati
tra loro da plinti, travi e intelaiature
PALIFICATE
Viadotto sul fiume Garigliano
SUDDIVISIONE DEI PALI DI FONDAZIONE
Il comportamento dei pali è fortemente influenzato dalla
tecnologia di installazione, in quanto dipende principalmente
dal volume di terreno immediatamente circostante il palo che
è quello disturbato dall’installazione (variazione di proprietà e
di stato tensionale)
 occorre tenere conto nella progettazione del disturbo
arrecato al terreno circostante
 è utile una suddivisione basata sulla tecnologia di
installazione perché da questa dipende il disturbo
SUDDIVISIONE DEI PALI DI FONDAZIONE
PALI A SPOSTAMENTO DI TERRENO
PALI INFISSI: addensamento del terreno
nell’intorno del palo
PALI AD ASPORTAZIONE DI TERRENO
PALI TRIVELLATI
PALI AD ELICA CONTINUA (CFA) :
decompressione del terreno nell’intorno del
palo
PALI INFISSI
Un palo infisso è eseguito senza asportazione di terreno e realizzato
mediante l'infissione, per mezzo di battipali e vibratori, di elementi
prefabbricati (calcestruzzo, acciaio), oppure mediante getto di
calcestruzzo in opera entro un tubo forma infisso nel terreno.
Si distinguono:
-pali prefabbricati in c.a. ordinario o precompresso : sono costituiti
da elementi a sezione costante o rastremata, di forma circolare,
ottagonale, esagonale, quadrata, pieni o cavi (dimensione trasversale d =
0,2 ÷ 0,8 m) aventi lunghezza variabile tra 20 m e 35 m;
-pali di acciaio: diametro variabile tra 0,2 m e 3 m e lunghezza fino a
100 metri (specie nelle opere marittime e in mare aperto)
-pali infissi gettati in opera: pali in c.a. realizzati entro una cassaforma
costituita da un tubo d'acciaio di grande spessore infisso nel terreno;
durante il getto del calcestruzzo il tubo di acciaio viene gradualmente
estratto (diametro tra 0,3 e 0,6 metri, lunghezza fino a 30 ÷ 35 m)
PALI INFISSI
tappo di
ghiaia o CLS
secco
Palo tipo FRANKI
PALI TRIVELLATI
Un palo trivellato è eseguito con asportazione di terreno mediante getto
di calcestruzzo in un foro trivellato preventivamente con attrezzatura a
percussione o a rotazione.
Convenzionalmente si suddividono in:
- Pali di grande diametro: hanno diametro maggiore di 700 mm
(diametri commerciali: 800-1000-1200-1500-2000 mm) e possono
raggiungere, salvo casi speciali, lunghezze dell'ordine di 40 m;
- Pali di medio diametro: hanno diametro compreso tra 300 mm e 700
mm (diametri commerciali: 400-600 mm); la lunghezza di norma è
compresa tra 20 m e 40 m;
- Pali di piccolo diametro: hanno diametro compreso tra 80 e 300 mm
(diametri commerciali: 80-100-120-150-200-250 mm) e lunghezza
compresa fra 10 m e 20 m; sono realizzati con tecnologie ed attrezzature
speciali
PALI TRIVELLATI
CRITERI DI SCELTA
PALI INFISSI
 risultano di difficile esecuzione se il sottosuolo è costituito da
terreni con elevata resistenza o da terreni eterogenei con blocchi e
trovanti lapidei
 in terreni incoerenti, provocano un addensamento che migliora le
caratteristiche del terreno
 in terreni coerenti saturi, l'infissione provoca un aumento della
pressione neutra e non si ha alcun effetto di addensamento
 le attrezzature per l'infissione sono di grandi dimensioni e possono
perciò essere impiegate solo in cantieri vasti e di agevole accesso
 le operazioni di infissione danno origine a vibrazione e scuotimenti
nel terreno e a rumore intenso con disturbo alle persone e possibili
dissesti nei manufatti adiacenti
CRITERI DI SCELTA
PALI TRIVELLATI
 può essere eseguito in qualsiasi tipo di terreno adottando
l’opportuna tecnica di perforazione
 l'asportazione di materiale, caratteristica di questo tipo di pali, può
causare la decompressione e il peggioramento delle caratteristiche
meccaniche del terreno
 in terreni incoerenti al disotto del livello della falda idrica possono
avvenire franamenti delle pareti o rifluimento di materiale dal fondo
 le attrezzature, a parte i limiti dipendenti dalle dimensioni, non
pongono particolari problemi e gli effetti sull'ambiente circostante
possono essere ridotti a valori accettabili
SUDDIVISIONE DEI PALI DI FONDAZIONE
Concepito in Olanda nei primi anni ‘60.
Notevole sviluppo in Europa.
PALI AD ELICA CONTINUA: parziale addensamento del
terreno nell’intorno del palo ed estrazione di terreno
trivellati
ad elica
infissi
PALI AD ELICA CONTINUA
•
•
•
Scavo del palo mediante infissione di un elica continua
assemblata su un tubo centrale cavo
Estrazione dell’elica e contemporaneo getto del cls dal
tubo
Inserimento della gabbia di armatura nel cls fresco
CRITERI DI SCELTA
PALI AD ELICA CONTINUA
 lunghezze massime 30-40 m, diametri fino a 1200 mm
 parziale addensamento del terreno circostante il palo (palo ad
elica può essere considerato intermedio tra trivellato ed infisso)
 minimizzazione del cantiere e possibilità di operare in spazi
ristretti
 non si utilizzano fanghi bentonitici (anche in presenza di falda):
- non occorrono impianti di produzione, stoccaggio e
dissabbiamento dei fanghi (ingombri inaccettabili in aree urbane)
- si elimina la necessità di trasporto dei fanghi in discarica
SUDDIVISIONE DEI PALI DI FONDAZIONE
CRITERI DI SCELTA
PALI A SPOSTAMENTO DI TERRENO
L’installazione del palo determina un incremento di stato tensionale e di
addensamento (terreni a grana grossa) all’interfaccia palo-terreno sia
lungo la superficie laterale sia alla punta del palo
Il palo interagirà con un terreno «migliorato» a seguito della
installazione
PALI AD ASPORTAZIONE DI TERRENO
L’installazione del palo determina una riduzione di stato tensionale e di
addensamento (terreni a grana grossa) all’interfaccia palo-terreno sia
lungo la superficie laterale sia alla punta del palo
Il palo interagirà con un terreno «peggiorato» a seguito della installazione
PALI AD ASPORTAZIONE DI TERRENO (CFA)
Come per i pali trivellati ma possibili minori effetti di disturbo sul
terreno circostante.
Vantaggio: non necessita del sostegno del foro
Svantaggio: la gabbia viene calata dopo il getto del cls
CARICO LIMITE DEL SINGOLO PALO
Il carico limite può essere determinato attraverso
numerosi metodi:

TEORICI: esprimono analiticamente il
comportamento a rottura del terreno
(FORMULE STATICHE)

EMPIRICI: il carico limite è ricavato da
prove di carico su pali prototipo
Nel seguito si fa riferimento a pali soggetti
unicamente a carichi assiali verticali
CARICO LIMITE DEL SINGOLO PALO
FORMULE STATICHE
il carico limite Qlim di un palo
viene suddiviso
convenzionalmente in due
parti: la resistenza di punta Qp
e la resistenza laterale Qs,
prescindendo dalla
interferenza tra i due
meccanismi di rottura
Qlim  Qp  Qs  P
Qlim è il valore del carico che applicato alla
testa del palo produce la rottura del terreno
posto al di sotto della punta del palo e lungo la
sua superficie laterale
CARICO LIMITE DEL SINGOLO PALO
RESISTENZA ALLA PUNTA
Qp  (cN c  q L Nq )Ap
Struttura simile al carico limite fondaz. sup.
Ap
c
Nc
Nq
q L   γ i Δzi
i
qL
area della punta del palo
coesione del terreno in
corrispondenza della punta del palo
coefficiente di capacità portante
(empirico)
coefficiente di capacità portante,
funzione di j del terreno alla punta
del palo e del rapporto L/d
tensione litostatica verticale alla
profondità della punta del palo
CARICO LIMITE DEL SINGOLO PALO
RESISTENZA LATERALE
Qs  πd  q si  K i σ viμ i Δzi
i
Con riferimento allo strato i-esimo:
qsi
svi
i
Ki
Dzi
adesione palo-terreno indipendente
dalla tensione orizzontale
tensione litostatica verticale media
coefficiente di attrito palo-terreno
coefficiente di tensione laterale
spessore dello strato
Carico limite del singolo palo
RESISTENZA LATERALE
La resistenza laterale è data da una componente dipendente dallo
stato tensionale efficace agente (s’v0) e da una componente di tipo
adesivo (c)
qs  ca  Ks v' 0 tg  ca  Ks v' 0 
qs
  tg   angolo di attrito all ' int erfaccia
s h'
K '
s v0
s
qs
'
h
s h'
s v' 0
COEFFICIENTE DI TENSIONE LATERALE K
Il coefficiente K è fortemente modificato rispetto al valore iniziale K0
in conseguenza della installazione del palo.
Pali ad asportazione di terreno
Un palo ad asportazione di terreno determina
una riduzione di stato tensionale efficace e di
addensamento lungo tutta la superficie laterale
del palo. Cio comporta una riduzione del
coefficiente K.
'
'
s h  K s v0
s h' s h'
s v'
COEFFICIENTE DI TENSIONE LATERALE K
Un palo a spostamento di terreno (infisso)
determina un addensamento del terreno in
prossimità del fusto del palo. Ciò comporta che il
coefficiente di tensione laterale K aumenta.
s  Ks
'
h
'
v
K  (2  3) K 0
s h'
s h'
s v'
SCELTA DELLE CONDIZIONI DI VERIFICA
CONDIZIONI DI
DRENAGGIO
DRENATE
NON DRENATE
MODELLO
Continui sovrapposti
(tensioni efficaci)
Continuo indifferenziato
(tensioni totali)
TERRENI
Sabbie
Argille a lungo termine
Argille a breve termine
PARAMETRI DI
RESISTENZA AL
TAGLIO
tf = c + s tan f
c = c’
f = f’
c = cu
f=0
Terreni incoerenti (elevata permeabilità)
Terreni coesivi (bassa permeabilità)
verifica in T.E. (cond. drenate)
verifica in T.T. (cond. non drenate)
TERRENI INCOERENTI
Trattandosi di terreni incoerenti: c’=0 e qsi = 0
n
Qlim  qL N q Ap   d  K i s vi i Dzi  P
i 1
con:
grande diametro
q'L   γ i Δzi  u
i
tensione litostatica
verticale efficace alla
punta del palo
P'  P  γ w Vimmerso
Peso del palo depurato
della spinta di
galleggiamento
medio diametro
TERRENI INCOERENTI
Trattandosi di terreni incoerenti: c’=0 e qsi = 0
n
Qlim  qL N q Ap   d  K i s vi i Dzi  P
i 1
I valori di K e  dipendono principalmente dalla tecnologia esecutiva
TERRENI INCOERENTI
Indipendentemente dalla tecnologia esecutiva con cui è realizzato il
palo, il valore del coefficiente di attrito =tg all’interfaccia paloterreno dipende dalla rugosità del materiale di cui è realizzato il palo.
tgAcciaio < tg cls prefabbricato < tg cls gettato in opera
TERRENI INCOERENTI
Sulla base di dati sperimentali derivanti da prove di carico effettuate su
pali reali fino a rottura, per il calcolo della resistenza alla punta è stato
suggerito (Kishida, 1967) di utilizzare valori corretti dell’angolo di
resistenza al taglio differenziati a seconda della tecnologia esecutiva:
Pali ad asportazione di terreno (trivellati)
j’corretto =j’-3°
Pali a spostamento di terreno (battuti)
j’corretto =(j’+40°)/2
TERRENI INCOERENTI
Esempio: L/D = 20
j’=30°
Riduzione del 40% per palo ad asportazione di terreno
Aumento del 260% per palo a spostamento di terreno
(Mandolini, 2011)
TERRENI COESIVI
Per terreni coesivi in condizioni non drenate e in T.T.: c = cu e j = 0
n
Qlim  c u Nc  q L  A p   d  q ai Dz i  P
i1
Nc  9
su base empirica
I valori dell’adesione qai dipendono dalla cu del terreno e dalle modalità esecutive
CARICO AMMISSIBILE
Il carico ammissibile che è possibile affidare ad un singolo palo è
determinato applicando al carico limite un coefficiente di sicurezza F
e tenendo conto del peso proprio del palo P:
Qam 
Q p  Qs
F
P
La normativa DM 11.3.88 prescrive per il coefficiente di sicurezza
da applicare al carico limite, nel caso questo sia valutato con metodi
teorici, un valore non inferiore a 2,5
CARICO LIMITE DI UNA PALIFICATA
I pali di fondazione vengono di regola impiegati in gruppo. Per evitare
interferenze tra i pali, possibili danneggiamenti dei pali già costruiti e
riduzioni della capacità portante della palificata, l'interasse minimo fra i
pali è fissato ad un valore non minore di tre volte il loro diametro d.
Per una palificata costituita da n pali uguali:
QPAL   n Qlim
Efficienza della palificata
Qam
ηQ lim

P
F
Carico ammissibile
per il singolo palo
CARICO LIMITE DI UNA PALIFICATA
Per palificate in terreni incoerenti e interassi usuali l'efficienza
è sempre maggiore dell'unità; nel progetto essa viene assunto
 = 1 in via cautelativa
Per palificate in terreni coesivi l'efficienza può essere inferiore
all’unità e quindi è opportuno verificare la capacità portante
della palificata considerata come blocco
CEDIMENTI DI UNA PALIFICATA
Il cedimento di una palificata è in genere maggiore del
cedimento del singolo palo, a parità di carico medio per
palo.
Ciò dipende dalle mutue interazioni fra i pali:
Il bulbo di pressioni al
di sotto della palificata è
molto più esteso di
quello relativo ad un
palo singolo,
raggiungendo il livello
di terreni compressibili
al di sotto delle sabbie