Fasi del progetto geotecnico di una fondazione

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1 Fondazioni 1 Reuisiti di progetto Fondazione: parte della struttura he vinola e trasferise al terreno le azioni trasmesse dall elevazione. I livelli di solleitazioni tipii dei materiali strutturali sono molte elevati (da 10 a più di 100 MPa); uelli sopportabili dal terreno sono molto inferiori. La fondazione, pertanto, è un elemento di raordo he ripartise e ridue i arihi unitari trasmessi dall elevazione al terreno in modo da soddisfare un erto numero di reuisiti. - siurezza rispetto a fenomeni di ollasso del terreno e della struttura di fondazione (SLU); - limitazione spostamenti e deformazioni (SLE); - failità ed eonomiità di realizzazione della fondazione I fattori da tenere in onto sono: - onnessi al terreno (natura e aratteristihe dei terreni, regime di falda, ); - onnessi all opera (forma, dimensioni, azioni agenti, ); - onnessi alle ondizioni ambientali al ontorno (morfologia del terreno, presenza di strutture e sottoservizi,..). Artiolazione del progetto - Indagini geotenihe e aratterizzazione geotenia; - Entità e distribuzione dei arihi agenti; - Selta della tipologia di fondazione; - Verifihe di siurezza SLU (geotenihe e strutturali); - Studio dei fenomeni di interazione terreno-fondazione fondazione-struttura: verifihe SLE (ma anhe SLU strutturali). - Studio delle modalità eseutive, presrizioni e piano dei ontrolli (in orso d opera e in eserizio).

2 Fondazioni Aspetti normativi (TC008) VERIFICHE SLU Per iasun stato limite ultimo onsiderato la resistenza di progetto R d deve essere maggiore o uguale all azioneazione o all effetto dell azione di progetto E d E d R d VERIFICHE SLE Per iasun stato limite di eserizio onsiderato gli spostamenti e le prestazioni di progetto E d devono essere inferiori uguali a uelli limite C d, ritenuti ompatibili on il orretto funzionamento dell opera E d C d I valori e le ombinazioni dei oeffiienti parziali da appliare alle azioni (γ F ), ai materiali (γ M ), e alle resistenze (γ R ) sono definiti dalla normativa. Le modalità di verifia e i valori dei oeffiienti parziali dipendono, tra l altro, sia dalla tipologia di opera geotenia sia dal partiolare stato limite onsiderato.

3 Fondazioni 3 Tipologia delle Fondazioni I reuisiti di progetto di una fondazione sono sempre gli stessi, tuttavia è utile distinguere diverse tipologie di fondazione in ragione di diversi aspetti (meanismi di trasferimento delle azioni al terreno, fattori tenologii, ) he ne ondizionano il omportamento (e uindi il dimensionamento). In partiolare, se è la larghezza e D la profondità (distanza tra inizio e fine) ) della fondazione, si parla di fondazioni - superfiiali (o dirette): D/ generalmente < 1 : plinti, travi rovese e platee - profonde (ma non indirette!): D/ >>1: pali ella situazione D/ intermedia (orientativamente D/ tra e 8): pozzi Fondazioni miste: platee (a ontatto on il terreno) su pali

4 Fondazioni 4 Tipologia delle Fondazioni plinto (gratiio) di travi rovese platea Fondazioni su pali pozzo di fondazione

5 Fondazioni superfiiali 5 Fasi del progetto geotenio di una fondazione 1. Indagini per la aratterizzazione geotenia del sottosuolo. Analisi di entità e distribuzione delle azioni di progetto in eserizio (arihi fissi + sovraarihi permanenti e aidentali) 3. Selta della tipologia e del piano di posa 4. Dimensionamento, verifia di apaità portante, valutazione della siurezza 5. Analisi stato tensio-deformativo nel sistema terreno-fondazione in eserizio 5.1 Previsione entità e ammissibilità spostamenti verifia funzionale 5. Interazione terreno-fondazione verifia strutturale 6. Presrizione modalità eseutive per la messa in opera 7. Piano di ontrolli in orso d opera (monitoraggio) 8. Computi metrii e preventivo di spesa (ev. analisi omparative)

6 Fondazioni superfiiali 6 Fasi del progetto di una fondazione superfiiale Fase Reuisito I. verifia allo Stato Limite Ultimo (apaità portante) Siurezza rispetto all instabilità II. verifihe allo Stato Limite di Eserizio 1. Previsione entità edimenti massimi. Previsione tempi di deorso edimenti 3. Previsione edimenti differenziali Verifia ammissibilità edimenti max e differenziali Eventuale progetto interventi Statia e funzionalità manufatto 4. Analisi interazione terreno - fondazione Verifia strutturale fondazione Tensioni elementi strutturali III. varie ed eventuali Interazione terreno fondazione - sovrastruttura Effetti di gruppo (meno importante he per fondazioni profonde) Effetti prodotti su altri manufatti Stabilità dell euilibrio (soprattutto per strutture alte)

7 Cario limite 7 Meanismi di ollasso delle fondazioni superfiiali Sabbia densa (Dr = 100 %) Rottura generale Sabbia media (Dr = 47 %) Rottura loale Sabbia siolta (Dr = 15 %) Punzonamento

8 Cario limite 8 Modello fondamentale per la apaità portante 1. Shema geometrio di riferimento fondazione rettangolare on L > 5 ( nastriforme), profondità piano di posa = D..: la resistenza del rinterro è trasurata (ipotesi attendibile e autelativa). Modello ostitutivo del terreno di fondazione mezzo monofase dotato di peso proprio omportamento a rottura rigido-plastio, riterio di Mohr-Coulomb

9 Cario limite 9 Cario limite: la formula trinomia Teorie di Prandtl/Cauot/Terzaghi/Vesi (ipotesi di meanismo di rottura generale) Q lim O =γd 45 + ϕ/ A 45 - ϕ/ 90 P A = uneo spinta attiva T T = settore di transizione P = uneo spinta passiva γ,, ϕ el ventaglio di Prandtl (T) le famiglie di superfii di rottura sono il fasio di semirette di polo O (punto di disontinuità tensionale) e gli arhi di spirale logaritmia interseanti on inlinazione ostante = 45 ± ϕ/ Capaità portante = ario limite unitario lim + + = γ γ = sovraario unitario dovuto al rinterro γ = peso unità di volume del terreno di fondazione = larghezza della strisia ( profondità max della superfiie di sorrimento),, γ = funzioni resenti dell angolo di attrito ϕ

10 Cario limite 10 Coeffiienti di ario limite π ϕ 4 π tanϕ π tanϕ = e tan + = e Kp ( 1) ϕ = ot Prandt, 191 Reissner, 194 ( + 1) tanϕ γ Vesi, 1975 γ γ e e 9.3 ϕ 9.6ϕ ( smooth ) ( rough) Davis-ooker, 1971),, γ = funzioni esponenziali e tangente Il valore del ario limite ha una notevolissima sensibilità a piole variazioni di ϕ neessarie determinazioni aurate!!!

11 Cario limite 11 Meanismo di punzonamento Si verifia: per terreni poo addensati (D r ridotta) e/o fondazioni profonde (d/ elevato) on si verifia: in ondizioni non drenate per terreni a grana fine. Per essi il volume deve essere ostante è possibile solo rottura generale Modello di riferimento (Vesi, 1975): espansione avità ilindria in semispazio elastio perfettamente plastio Si verifia il meanismo di punzonamento se: indie di rigidezza dove I r, rit G G I r = = = < Ir, rit + σ tanϕ τ y γ y 1 π ϕ = exp ot L 4 1 σ = σ v 0( z = D + / ) τ G τ y γ y = τ y = + σ tan ϕ G G, τ y γ

12 Cario limite 1 Effetto del punzonamento Se I r < I r,rit si adottano i oeffiienti riduttivi ψ, ψ, ψ γ lim = ψ + ψ + ψγγ γ Terreno dotato di attrito e oesione ( 0, ϕ 0) puramente oesivo ( 0, ϕ = 0) 3.07 sin ϕ log( I ) ψ exp tan ϕ + r 1 L 1 + sin ϕ ψ ψ 1 ψ tanϕ log L I r ψ γ ψ 1

13 Cario limite 13 Effetto della forma della fondazione Fondazione non nastriforme il problema non è piano Forma irolare: soluzione in forma hiusa (metodo delle linee aratteristihe) Forma rettangolare uadrata: soluzioni approssimate o prove su modello in sala Coeffiienti orrettivi di forma ζ (>1), ζ (>1), ζ γ (<1) lim = ζ + ζ + ζγγ γ Forma della fondazione ζ ζ ζ γ Rettangolo di lati ed L ( < L) 1 + tan L ϕ 1 + L L Quadrato, erhio ( = L) 1 + tan ϕ

14 Cario limite 14 Effetto dell eentriità del ario Soluzione: si assume un area di impronta ( fondazione euivalente ) on dimensioni opportunamente ridotte, al fine di entrare il ario Fondazione rettangolare euivalente Fondazione irolare Fondazione mistilinea

15 Cario limite 15 Effetto dell inlinazione del ario Metodo delle linee aratteristihe trattazione ompleta in forma hiusa tenendo onto dell attrito δ al ontatto fondazione terreno (δ<δ o δ <δ<ϕ) Alternativa: trattazione separata delle omponenti orizzontali H,lim e vertiale V,lim H,lim = + v tan δ ( δ < ϕ) v,lim = ξ + ξ + ξ γ γ γ on ξ, ξ, ξ γ, oeffiienti riduttivi, he tengono onto anhe di: 1. forma ( rapporto /L). obliuità ( angolo θ) θ Tipo di terreno ξ ξ ξ γ Inoerente (1 - tan δ) m - (1 - tan δ) m+1 m H Coesivo Dotato di attrito e oesione H 1 V + ot ϕ m ξ 1 ξ tan ϕ 1 V H + ot ϕ m+ 1 Se H è parallela a : Se H forma on L un angolo θ: Se H è parallela a L: m = m + = L 1+ L m = m θ = m os θ + m sen θ L m = m L L + = L 1+

16 Cario limite 16 Effetto dell approfondimento Coeffiienti orrettivi d (>1), d (>1), d γ (=1) (solo per savi a sezione obbligata.) Tipo di terreno δ δ δ γ 1 1 Inoerente 1+ tanϕ (1 senϕ) tan ( D / ) d ( ) ; per ϕ=0: tan ( D / ) 1 tanϕ 1 d

17 Cario limite 17 Effetto dell inlinazione dei piani di posa e di ampagna Metodo delle linee aratteristihe trattazione t ompleta in forma hiusa ε = γd os ω ω Inlinazione del piano di posa ε (<π/4) oeffiienti riduttivi α, α, α γ Inlinazione del piano di ampagna ω (<π/4 e < ϕ) oeffiienti riduttivi β, β, β γ α α α γ lim = = α ( 1 ε tan ϕ) = α 1 α tan ϕ ( 1 tan ω) osω Il ario limite unitario, nel aso più generale sarà: = αβξζψ + αβξζψ + αγβγξγζγψγ γ da valutare sull area della fondazione euivalente, eventualmente ridotta per l eentriità β β β γ = = β = 1 β ( 1 tan ω) tan ϕ β = osω γ

18 Cario limite 18 Influenza della falda Analisi in tensioni totali La formula trinomia di base del ario limite lim = + + γ è relativa ad un generio mezzo monofase pesante alla Mohr Coulomb aratterizzato da: γ Peso dell udv γ Coesione Angolo d attrito ϕ Condizioni di riferimento usuali per le verifihe sotto falda: terreno ondizioni drenaggio tensioni peso dell udv γ oesione angolo d attrito ϕ a grana grossa libero (t>0) effiai γ = 0 ϕ a grana fina impedito (t=0) totali γ sat u ϕ u = 0 Analisi in tensioni totali terreno a grana fina (in genere sotto falda), in ondizioni non drenate ϕu = 0 = 1, = + π, γ = 0 lim = + ( + π) u

19 Cario limite 19 Influenza della falda Analisi in tensioni effiai Analisi in tensioni effiai terreni a grana grossa, omunue in ondizioni drenate terreni a grana fina, a lungo termine (t= ) Falda al di sopra del piano di posa lim = σ v + + γ γ (sottospinta γ w h w dedotta dal ario di eserizio) h w Falda assente, o d w > (effetto trasurabile) lim = σv + + γ γ d w (tensioni totali tensioni effiai) Falda a profondità d w < (non più trasurabile) + + lim = v γ σ γ d w γ = γd w + γ ( dw ) = valore mediato tra γ e γ per una profondità

20 SLU-TC 0 Stati limite di progetto delle fondazioni superfiiali Stati limite di riferimento in ondizioni [S] Statihe, [E] Sismihe SLU di tipo geotenio (GEO) [S,E] ollasso per ario limite dell insieme fondazione-terreno [S,E] ollasso per sorrimento sul piano di posa [S,E] stabilità globale (Approio 1, Combinazione ) SLU di tipo strutturale (STR) raggiungimento della resistenza negli elementi strutturali (Approio 1, Combinazione 1) Stato limite di eserizio (SLE) [S,E] spostamenti permanenti aettabili per la fondazione e ompatibili on la funzionalità dell opera Coeffiienti γ R di riduzione della resistenza delle fondazioni superfiiali Verifia Combinazione 1 STR (R1) Approio 1 Approio STR-GEO (R3) Combinazione GEO (R) γ R, Sorrimento γ R, Capaità portante R3 ridue la apaità portante più sensibilmente di R R1 la lasia inalterata