Le fondazioni profonde. I pali

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1 Le fondazioni profonde I pali

2 Definizioni Palo: elemento strutturale di fondazione, costruito in opera o infisso dalla superfice del terreno, in grado di trasmettere al sottosuolo, anche lungo la sua superficie laterale, i carichi trasmessi dalla sovrastruttura. Palificata: gruppo di pali posti a distanza ravvicinata e collegati tra loro da plinti, travi e intelaiature.

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4 I motivi per cui si ricorre al loro impiego 1. Scadenti caratteristiche meccaniche del terreno superficiale; 2. necessità di limitare i cedimenti; 3. necessità di assorbire carichi orizzontali; 4. realizzazione di opere al largo delle coste; 5. riportare i carichi a profondità non interessate da fenomeni di erosione; 6. consolidamento di strutture esistenti.

5 Tipologie In base alle modalità esecutive i pali vengono distinti in: Palo trivellato: palo eseguito con asportazione di terreno; esso è realizzato mediante getto di calcestruzzo in un foro trivellato preventivamente con attrezzatura a percussione(sonda a valvola, benna, scalpello) o a rotazione(elica continua, carotiere). I pali trivellati sono cilindrici. Si definisce diametro nominale il diametro dell'utensile di perforazione oppure il diametro esterno della tubazione di rivestimento in caso di perforazione rivestita. Palo infisso: palo eseguito senza asportazione di terreno; esso è 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.

6 Palo trivellato Se necessario viene infissa una tubazione, contemporaneamente all esecuzione del foro, che ha lo scopo di sostenere il terreno circostante. L infissione della tubazione può avvenire o per rotazione o per battitura. Una volta gettato il calcestruzzo è necessario estrarre la tubazione. Per la realizzazione dei pali trivellati possono anche essere usati per stabilizzare le pareti dello scavo dei fanghi bentonitici ( kg di bentonite in un m 3 di acqua e si ottiene un impasto che ha una densità di poco superiore all acqua). Una volta realizzato il foro viene inserita l armatura per il palo e di seguito mediante una tramoggia viene gettato il calcestruzzo che pesando di più del fango bentonitico va a fondo e quest ultimo risale completamente in superficie a getto ultimato.

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10 Palo di fondazione prefabbricato di grande diametro

11 Pali infissi pali prefabbricati in legno: con i pali di legno sono state realizzate le antiche palificate preistoriche nei terreni paludosi, ma anche in tempi più recenti città come Venezia o Amsterdam. Lalorolunghezzaèlimitata,da3a10metrifinoadunmassimodi15metriessendosconsigliabili per il raggiungimento di profondità maggiori, Questi pali presentano però una buona portanza. Si conservano nel tempo quando sono completamente immersi in acqua dolce(sono sconsigliabili in acqua salata). pali prefabbricati in c.a. ordinario: sono costituiti da elementi a sezione costante o rastremata, di forma circolare, ottagonale, esagonale, quadrata, pieni o cavi (dimensione trasversale d = 0,2 + 0,8m)aventilunghezzachenonsuperaingenere20m; pali prefabbricati in c.a. precompresso: sono simili, per quanto concerne la forma della sezione, ai pali in c.a. ordinario e possono raggiungere lunghezza di m; la precompressione viene adottata per limitare gli effetti delle sollecitazioni indotte durante il sollevamento e la battitura; pali di acciaio: in Italia l impiego di questi pali è limitato a quello degli elementi a sezione circolare cilindrici o tronco-conici; il diametro di questipali può variare da un minimo di 0,2 m ad un massimo di 3 m e la loro lunghezza, particolarmente nelle opere marittime ed in quelle in mare aperto, può raggiungere 100 metri;

12 Fattori che influenzano la scelta La scelta del tipo di palo più adatto, in rapporto alla situazione locale, è effettuata tenendo conto di: 1. caratteristiche geomeccaniche e condizioni di falda; 2. modifiche provocate nel terreno dalla costruzione del palo; 3. attrezzature disponibili ed effetti prodotti dal metodo di costruzione del palo su manufatti adiacenti; 4. accessibilità e posizione del sito, considerate in relazione agli effetti che si possono creare su strutture preesistenti; 5. i tempi per la realizzazione della soluzione, considerando anche incertezze e rischi che essa comporta; 6. caratteristiche di resistenza e durevolezza del materiale impiegato per la costruzione del palo; 7. naturalmente, i costi.

13 Criteri generali di scelta I pali infissi, specie se costruiti. fuori opera, risultano di difficile esecuzione se il sottosuolo è costituito da terreni con elevata resistenza o da terreni eterogenei con blocchi e trovanti lapidei. Eseguiti in terreni incoerenti, provocano un addensamento che migliora le caratteristiche del terreno. Per contro, in terreni coerenti saturi, l infissione provoca un aumento della pressione neutra e non si ha alcun effetto di addensamento. Le attrezzature per d infìssione 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; questi provocano disturbo alle persone e, al limite, dissesti nei manufatti adiacenti. La qualità dei materiali e ben controllabile nel caso di pali prefabbricati(c.a., cap., acciaio). L impiego di pali trivellati, adottando un adeguato sistema di perforazione, non trova limitazioni di rilievo nelle caratteristiche dei terreni del sottosuolo. Tuttavia, è da tener presente che 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 sifonamenti nel foro trivellato con franamento 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. Le tecniche di getto del calcestruzzo impiegato per la confezione dei pali devono essere tali da evitare la separazione dei componenti ed il dilavamento del calcestruzzo.

14 Tipi di pali infissi a, in legno; b, in cemento armato; c, d, a tubo chiuso infisso

15 Pali prefabbricati in c.a. Per i pali in cemento armato è fondamentale l'armatura in ferro per evitare che durante l'infissione il palo si rompa.

16 Pali gettati in opera dentro cassaforma Tipo Franky Si realizzano infiggendo dentro il terreno una cassaforma in cui viene poi gettato del calcestruzzo. pali a cassaforma recuperabile possono essere realizzati utilizzando una cassaforma sul cui fondo viene creato un tappo di materiale inerte ben compattato. Si procede all'infissione dell'armatura fino alla profondità desiderata mediante una mazza battente. Viene espulso il tappo, che con l'aggiunta di calcestruzzo compattato costituisce il bulbo di ancoraggio del palo.si procede al getto del fusto del palo di calcestruzzo entro la cassaforma che progressivamente viene recuperata. D - 0,35-0,60 m Lmax 20m

17 Pali gettati in opera dentro cassaforma Tipo Simplex sono costituiti da tubi muniti di puntazza di lamiera che si apre quando si inizia a sfilare il tubo consentendo così il getto di calcestruzzo fresco, che viene compattato con un apposito maglio man mano che il tubo viene estratto, ottenendo così una maggiore compattazione del terreno. Possono essere armati con gabbia metallica

18 Micropali e Pali radice Ottenuti tramite perforazione con asportazione dei detriti in circolazione diretta diacquaefanghi. La disposizione è tipicamente a raggiera e spesso vengono utilizzati per il consolidamento del terreno all'intorno del cavodigallerieaforocieco.

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23 Calcolo della portanza del palo Il calcolo viene effettuato in funzione di: Considerazioni riguardo alla stratigrafia dei terreni; Geometria del palo, Caratteristiche del terreno e dell'interfaccia palo-terreno. la realizzazione di un palo, sia esso infisso che trivellato, modifica sempre le caratteristiche del terreno nell intorno dello stesso, si propone di assumere un angolo di resistenza a taglio pari a: Φ è l angolo di resistenza a taglio prima dell esecuzione.

24 Formule generali per il calcolo Ai fini del calcolo, il carico limite Qlim si considera la resistenza alla punta Qp e la resistenza laterale Ql. D q laterale Q lim =Q punta +Q laterale -W p Q lim = A b q lim + A L τ lim -W P Meccanismi di rottura P palo q base

25 Portata di base limite q lim = 1/2 γ B Nγ s γ d γ + qo Nq s q d q + c Nc s c d c d: fattori correttivi per la profondità del piano di fondazione dγ = 1 dq = tanφ (1 - senφ) 2 Df/B per Df/B < 5 dq = tanφ (1 - senφ) 2 arctan (Df/B) per Df/B > 5 dc = Df/B per Df/B < 5 dc = arctan Df/B per Df/D > 5

26 TERRENI COESIVI SATURI Φu = 0 Cu > 0 Nγ = 0 Nq = 1 Nc = 5.14 dq = 1 sq = 1 dc = 1.2 sc = 1.51 q lim = 1/2 γ B Nγ s γ d γ + qo Nq s q d q + c Nc s c d c q lim = qo (1)(1) (1) + Cu (5.14) (1.2) (1.51) q lim = qo Cu Sperimentalmente: q lim = 9 Cu

27 TERRENI NON COESIVI Φ > 0 c = 0 q lim = 1/2 γ B Nγ s γ d γ + qo Nq s q d q dγ = 1 sγ = 0.6 q lim = 0.3 γ B Nγ + qo Nq s q d q La qlim tende a rimanere costante oltre una profondità pari a D

28 Calcolo della portata laterale limite - Pali infissi (d = cm L=15 m) - Pali gettati in cassaforma infissa (d = cm, L = m) - Pali trivellati e gettati (d= cm L = 80 m) τ lim = c a + σ h tanδ 1. Terreni coesivi saturi Φu = 0 Cu > 0 si ha Ca < Cu Ca (t/m 2 ) 3 10 Pali trivellati a secco 7 8 Pali trivellai con fanghi bentonitici Pali gettati in cassaforma infissa 6 Pali infissi 3 15 Cu (t/m 2 )

29 2. Terreni non coesivi Φ > 0 c = 0 τ lim = σ h tanδ Pali infissi: σ h = K P σ v Kp non è di Rankine perché lo stato è 3D e può essere valutato attraverso diagrammi del tipo: D Palo 100 cm φ = 25 φ = 30 φ = 40 τ lim = K P σ v tanδ 50 cm Q L = π B H K P σ v tanδ δ = φ δ = 0.7 φ per pali in cls per pali in acciaio 3.0 K P

30 Pali trivellati in terreni non coesivi: Il terreno non si deforma tanto da raggiungere lo stato attivo - si può ammettere che mantenga il coefficiente d spinta a riposo. σ h =K 0 σ v K 0 = 1 - senφ Impostazione di Mayer: σ h = σ c = γ c z τ lim = σ c tanδδ δ = φ Q L = π B H σ c tanφ

31 Attrito negativo Quando un palo viene infisso o passa attraverso uno strato di materiale compressibile prima che si sia esaurito il processo di consolidazione, il terreno si muoverà rispetto al palo facendo insorgere sforzi di attrito tra palo e terreno che inducono al cosiddetto fenomeno dell attrito negativo. L effetto dell attrito negativo è quello di aumentare il carico assiale sul palo, con conseguente aumento del cedimento, dovuto all accorciamento elastico del palo stesso per effetto dell aumento di carico. La forza che nasce per effetto dell attrito negativo è stimata pari alla componente attritiva della resistenza laterale lungo la superficie laterale a contatto con lo strato in cui si genera tale fenomeno, ma di verso opposto all attrito positivo. La risultante così determinata non viene detratta dal carico limite, ma da quello di esercizio.

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