GEOTECNICA. ing. Nunziante Squeglia 14. FONDAZIONI SUPERFICIALI. Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura

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1 GEOTECNICA 14. FONDAZIONI SUPERFICIALI

2 INDICE DELLA SEZIONE GENERALITÀ METODI PER IL CALCOLO DEL CARICO LIMITE METODI PER IL CALCOLO DEI CEDIMENTI INTERAZIONE TERRENO STRUTTURA

3 DEFINIZIONE (NTC 2008) GENERALITÀ Elemento strutturale che trasferisce l azione proveniente dalla struttura in elevato agli strati superficiali del terreno

4 DIMENSIONAMENTO Profondità del piano di posa GENERALITÀ Forma e dimensioni in pianta Forma e dimensioni (sezione e collegamenti)

5 VERIFICHE (GEO) GENERALITÀ VERIFICA DI SICUREZZA SLU del complesso fondazione terreno VERIFICA IN CONDIZIONI DI ESERCIZIO SLE, spostamenti e distorsioni compatibili con l esercizio dell opera

6 STATO LIMITE ULTIMO E d R d (DM ) GENERALITÀ Collasso per slittamento (OPCM 3274) V d < F Rd + E pd Collasso per rottura generale (EC7, EC8) N d < Q lim,d f(n d, V d, M d ) < 0

7 STATO LIMITE ULTIMO Coefficienti parziali per il terreno (DM ) Parametro M1 M2 EC8 GENERALITÀ C u t cy,u f u c Resistenza al taglio non drenata Resistenza al taglio ciclica non drenata Angolo di resistenza al taglio Resistenza compressione non confinata Coesione efficace g Peso di volume Condizione sismica: g E, g G, g P e g Q unitari; g M

8 STATO LIMITE ULTIMO Combinazioni di carico (DM ) GENERALITÀ Combinazione di carico persistente (EC0) j 1 γ G, j G k, j + γ P + γ Q,1 k,1 i 1 Combinazione di carico sismica j 1 G k, j + P k P k + A Ed Q + + i 1 ψ 2,i ψ Q 0,i k,i γ Q,i Q k,i

9 STATO LIMITE DI ESERCIZIO E d C d (EC7) GENERALITÀ s 0 s 1 s 2 cedimento immediato cedimento dovuto alla consolidazione cedimento dovuto al creep s tot = s 0 + s 1 + s 2 Sollevamento (rigonfiamento) Vibrazioni (apparati meccanici, sisma)

10 STATO LIMITE DI ESERCIZIO E d C d (EC7) GENERALITÀ Coefficienti parziali g M = 1 Combinazione di carico rara o caratteristica(s 0 ) j 1 G k, j + P k + i 1 Comb. di carico uasi permanente (s 1, s 2 ) Q k,1 + ψ 0,i Q k,i j 1 G k, j + P k + i 1 ψ 2,i Q k,i

11 STATO LIMITE DI ESERCIZIO Coefficienti di combinazione GENERALITÀ Azione Edifici di abitazione Uffici Sale convegni ψ ψ ψ Edifici commerciali Depositi

12 CALCOLO DEL CARICO LIMITE Formula di Brinch-Hansen (1970) CARICO LIMITE 1 lim = γbnγsγiγbγg γ + cncscdcicbcgc + 2 N s d i b g

13 CALCOLO DEL CARICO LIMITE Formula di Brinch-Hansen (1970) CARICO LIMITE G e G' B B' = B 2e

14 CALCOLO DEL CARICO LIMITE Formula di Brinch-Hansen (1970) CARICO LIMITE N FATTORI DI CAPACITÀ PORTANTE 1+ senϕ ' d πtanϕd = 1 senϕ ' ' d e N γ = 1.5(N 1) tan ϕ ' d N c = (N 1)cotanϕ ' d

15 CALCOLO DEL CARICO LIMITE Formula di Brinch-Hansen (1970) CARICO LIMITE s = s γ s COEFFICIENTI DI FORMA c B1+ senϕ = L 1 senϕ = B L 1+ senϕ 1 senϕ ' d ' d ' d ' d

16 CARICO LIMITE Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura CALCOLO DEL CARICO LIMITE d d d c Formula di Brinch-Hansen (1970) = 1+ 2 = d D B = 1+ 2 tan ϕ ' tanϕ c d 1 d N tanϕ ' (1 senϕ (1 senϕ ' d d ) 2 sed B )a tan(d / B) se D ' ' d d > d =1 γ COEFFICIENTI DI PROFONDITÀ B

17 Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura CARICO LIMITE Formula di Brinch-Hansen (1970) CALCOLO DEL CARICO LIMITE 1 m ' d ' d d d cot BLc N V 1 i + γ ϕ + = m ' d ' d d d cot BLc N V 1 i ϕ + = ' d c c tan N i 1 i i ϕ = L B / 1 L B / 2 m + + = COEFFICIENTI DI INCLINAZIONE

18 CALCOLO DEL CARICO LIMITE Formula di Brinch-Hansen (1970) CARICO LIMITE INCLINAZIONE (a) DEL PIANO DI POSA b b b γ c = = = ( 1 α tan ϕ' ) b b N 1 b c d 2 tan ϕ' d

19 CALCOLO DEL CARICO LIMITE CARICO LIMITE Formula di Brinch-Hansen (1970) INCLINAZIONE (w) DEL PIANO CAMPAGNA g g g γ c = = = ( 1 tan ω) g g N c 2 1 g tan ϕ' d

20 CALCOLO DEL CARICO LIMITE CARICO LIMITE Effetti inerziali dovuti al sisma (Paolucci & Pecker, 1995)

21 CALCOLO DEL CARICO LIMITE Effetti inerziali: fattori correttivi z CARICO LIMITE 1 lim = γbnγsγiγbγg γz γ + cncscdcicbcgczc + N 2 z z = 1 = z γ 0,32 c k h = 1 k h tgϕ 0,35 k h s = γ d I i b g g S a g z

22 CARICO LIMITE Effetti inerziali: Coefficienti correttivi dei dei fattori di capacità portante (Paolucci & Pecker, 1995)

23 Influenza degli effetti inerziali CARICO LIMITE (Paolucci & Pecker, 1995)

24 CALCOLO DEI CEDIMENTI CEDIMENTI Nozioni di carattere generale Cause dei cedimenti del terreno dovute ai carichi imposti: distorsione del terreno compressione del terreno rottura e/o deformazioni dei grani

25 CALCOLO DEI CEDIMENTI Schema convenzionale CEDIMENTI

26 CALCOLO DEI CEDIMENTI REQUISITI ESSENZIALI DI UN PROGETTO CEDIMENTI DISTRIBUZIONE DEI CEDIMENTI NELLO SPAZIO CEDIMENTO ASSOLUTO CEDIMENTI DIFFERENZIALI * CEDIMENTI AL DI FUORI DELL AREA CARICATA DISTRIBUZIONE DEI CEDIMENTI NEL TEMPO CEDIMENTO IMMEDIATO (s i )** CEDIMENTO DI CONSOLIDAZIONE (s c )** CEDIMENTO SECONDARIO (s s ) * analisi di interazione terreno struttura oppure valutazione empiriche ** distinzione priva di significato nel caso dei terreni a grana grossa

27 CEDIMENTI CALCOLO DEI CEDIMENTI APPROCCI DISPONIBILI (terreni a grana fine) 1. Analisi monodimensionale convenzionale (Metodo Edometrico) s TF H H H = σ' z sed = dz = εzdz = E 0 ed 0 0 e 1+ e ( t) = U sed U = grado di consolidazione dalla teoria di consolidazione monodimensionale dz s t 2. Metodo di Skempton e Bjerrum (1957) s = s + βs ; s t = s + Uβs ( ) TF i ed t i ed

28 CALCOLO DEI CEDIMENTI Metodo Edometrico CEDIMENTI

29 CALCOLO DEI CEDIMENTI CEDIMENTI PER APPLICARE IL METODO EDOMETRICO È SUFFICIENTE DISPORRE DI PROVE EDOMETRICHE

30 CALCOLO DEI CEDIMENTI Metodo di Skempton e Bjerrum (1957) CEDIMENTI [? u (t = 0) =?s v ] ( ) s = s + βs = s + s ; s t = s + Uβs TF i ed i c t i c s i = cedimento immediato dalla teoria dell elasticità ß = correzione del cedimento edometrico per tenere conto che? u (t = 0) <?s v Il coefficiente correttivo ß dipende dalla storia dello stato tensionale del deposito e dalla geometria del problema

31 CALCOLO DEI CEDIMENTI Metodo di Skempton e Bjerrum (1957) CEDIMENTI Cedimento immediato s 0 (teoria dell elasticità) s = B 0 I1I2 Eu E u da prove TX CIU (CK 0 U) o prove geofisiche

32 CALCOLO DEI CEDIMENTI Metodo di Skempton e Bjerrum (1957) CEDIMENTI Cedimento di consolidazione s 1 s 1 = β s ed β dipende dal valore della A di Skempton, dalla geometria del sistema e dalla rigidezza della fondazione

33 CALCOLO DEI CEDIMENTI CEDIMENTI

34 CALCOLO DEI CEDIMENTI CEDIMENTI PER APPLICARE IL METODO DI SKEMPTON E BJERRUM È NECESSARIO DISPORRE DI PROVE EDOMETRICHE E PROVE TRIASSIALI CONSOLIDATE NON DRENATE

35 CALCOLO DEI CEDIMENTI INDICAZIONI Padfield & Sharrock (1983) CEDIMENTI Argille sovraconsolidate Argille normalmente consolidate s 0 = ( ) s ed s 1 = ( ) s ed s tot = s ed s 0 = 0.1 s ed s 1 = s ed s tot = 1.1 s ed

36 CEDIMENTI CALCOLO DEI CEDIMENTI APPROCCI CLASSICI (terreni a grana grossa) 1. Metodo di Burland & Burbidge (1985), basato su prove SPT 2. Metodo di Schmertmann (1970), basato su prove CPT 3. Metodo di Terzaghi & Peck (1948), basato su prove SPT

37 CEDIMENTI CALCOLO DEI CEDIMENTI Metodo di BURLAND & BURBIDGE (1985) I s= f f f B + B I c ( ) 0.7 s H t σ' v0 ' σ' v0 c = pressione efficace lorda, espressa in kpa s v0 = tensione efficace agente alla uota di imposta della fondazione in kpa B = larghezza della fondazione in m I c = ( ± SD) N 1.4 AV H H 1.25LB t fh = 2 fs = ft = 1+ R3 + Rlog zi zi LB t = tempo espresso in anni R 3 = R =

38 CALCOLO DEI CEDIMENTI CEDIMENTI Metodo di Schmertmann (1970) H = 1 2 ' 0 s CC? = pressione efficace netta s v0 C 1 Iz z E ' = tensione verticale efficace agente alla uota di imposta della fondazione = coefficiente di approfondimento (1-0.5 s v0 /? ) C 2 = coeff. del cedimento secondario ( log t / 0.1) E = 2.5 c oppure 3.5 c per cerchio o striscia

39 CEDIMENTI Metodo di Schmertmann (1970)

40 CEDIMENTI Metodo di Terzaghi & Peck (1948) N valore medio tra le profondità D e D+B Correzione per sabbie fini o limose sotto falda

41 AMMISSIBILITÀ (EC7) Strutture di Categoria II CEDIMENTI Rotazioni relative accettabili (SLE) per strutture intelaiate o muratura di mattoni comprese tra e Rotazione relativa massima (SLU) pari a Se l inflessione è verso l alto i valori precedenti vanno dimezzati Cedimento massimo accettabile (SLE) 50 mm

42 STRUTTURE IN MURATURA (BURLAND E WROTH, 1974) CEDIMENTI L / H? / l H = altezza edificio

43 PONTI (WILLYE, 1999) CEDIMENTI SLE: cedimento di 5 10 cm SLU: cedimento 20 cm Spostamento in testa massimo 5 cm

44 ROTAZIONI RELATIVE AMMISSIBILI DELLE STRUTTURE Strutture isostatiche, muri di sostegno 1/150 CEDIMENTI Telai aperti in C.A. ed in acciaio 1/250 Idem C.S. ma presenza dei carri-ponte 1/300 Telai in C.A. ed in acciaio con tamponamenti 1/500 Spalle dei ponti 1/500 Fondazioni di macchine sensibili ai cedimenti 1/750 Muri portanti in mattoni 1/1000

45 STIMA DEL CEDIMENTO DIFFERENZIALE CEDIMENTI

46 INTERAZIONE TERRENO - FONDAZIONE INTERAZIONE Ipotesi comuni: Carichi costanti sulla struttura di fondazione Le sollecitazioni al contatto sono normali all interfaccia Vincolo bilaterale all interfaccia

47 MODELLI DI CALCOLO DISPONIBILI INTERAZIONE METODO DEL TRAPEZIO DELLE TENSIONI WINKLER CONTINUO ELASTICO (BARDEN, KOENIG -SHERIF)

48 METODO DEL TRAPEZIO DELLE TENSIONI INTERAZIONE Solo condizioni di euilibrio!!

49 MODELLO DI WINKLER INTERAZIONE Reazione del terreno pari a: p = k w Euazione della linea elastica 4 d w(x) J + kbw(x) = f dx E 4 (x)

50 MODELLO DI WINKLER INTERAZIONE VANTAGGI - Semplicità - Accettabilità dei risultati in molti casi - determinazione di un solo parametro SVANTAGGI - Carichi ripartiti - Travi rigide

51 MODELLO DI WINKLER Determinazione di k - (1) INTERAZIONE 2B B ε = 2 E ed w = ε 2B = B E ed k = E B ed

52 MODELLO DI WINKLER Determinazione di k - (2) INTERAZIONE 1. Determinazione del cedimento medio della fondazione 2. k = tensione media in fondazione cedimento medio

53 MODELLO DI KOENIG & SHERIF (1975) INTERAZIONE

54 MODELLO DI KOENIG & SHERIF (1975) Soluzione numerica INTERAZIONE

55 MODELLO DI KOENIG & SHERIF (1975) Effetto dello spessore dello strato INTERAZIONE

56 MODELLO DI KOENIG & SHERIF (1975) Confronto con il modello di Winkler INTERAZIONE