FONDAZIONI SU SU PALI

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1 Ordine degli Ingegneri della Provincia di Bergamo (Commissione Geotecnica) Università degli studi di Bergamo (Facoltà di Ingegneria) Corso Corso di di aggiornamento aggiornamento NUOVE NUOVE NORME NORME TECNICHE TECNICHE SULLE SULLE COSTRUZIONI D.M. D.M Gennaio Gennaio FONDAZIONI SU SU PALI PALI Bergamo, Bergamo, Venerdì Venerdì Maggio Maggio Mario Manassero Politecnico di Torino 1

2 Ordine degli Ingegneri della Provincia di Bergamo (Commissione Geotecnica) Università degli studi di Bergamo (Facoltà di Ingegneria) CONTENUTI DEL SEMINARIO 1. La progettazione semiprobabilistica agli stati limite dagli Eurocodici alla nuova Norma Nazionale 2. La definizione dei parametri di calcolo in ambito geotecnico 3. Fondazioni su pali Mario Manassero Politecnico di Torino 2

3 Ordine degli Ingegneri della Provincia di Bergamo (Commissione Geotecnica) Università degli studi di Bergamo (Facoltà di Ingegneria) 1. LA PROGETTAZIONE SEMIPROBABILISTICA AGLI STATI LIMITE DAGLI EUROCODICI ALLA NUOVA NORMA NAZIONALE Mario Manassero Politecnico di Torino 3

4 Eurocode 7 Geotechnical design General rules General Basis of geotechnical design Geotechnical data Supervision of construction, monitoring and maintenance Fill, dewatering, ground improvement and reinforcement Spread foundations Pile foundations Anchorages Retaining structures Hydraulic failure Site stability Embankments CONTENTS 4

5 D.M. 29 del 14/01/2008 Progettazione Geotecnica PARAGRAFI PRINCIPALI Disposizioni Generali Articolazione del progetto Stabilità dei pendii naturali Opere di fondazione Opere di sostegno Tiranti di ancoraggio Opere in sotterraneo Opere di materiali sciolti e fronti di scavo Miglioramento e rinforzo dei terreni e delle rocce Consolidamento geotecnico di opere esistenti Discariche controllate di rifiuti e depositi di inerti Fattibilità di opere su grandi aree

6 Eurocode 7 Geotechnical design General rules

7 D.M. 29 del 14/01/2008 Progettazione Geotecnica

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11 0.95

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13 MARGINE DI SICUREZZA

14 VALUTAZIONE DEL MARGINE DI SICUREZZA SU BASI STATISTICHE MEDIANTE COEFFICIENTI DI RISCUREZZA PARZIALI 14

15 EUROCODICE & D.M. 29 del 14/01/2008 METODO DEI FATTORI DI SICUREZZA PARZIALI

16 EN Eurocode : Basis of structural design HYD e UPL Types of ultimate limit states 16

17 VALUTAZIONE DEL MARGINE DI SICUREZZA SU BASI STATISTICHE ED APPLICAZIONE DEL METODO SEMIPROBABILISTICO AGLI STATI LIMITE PER FONDAZIONI SUPERFICIALI E PROFONDE MFA RFA RFA MFA Azioni Effetti delle Azioni Resistenze Parametri dei terreni F c E c R c = R b + R s φ, c, cu, γ Azioni rappresentative Effetti delle azioni rappresentativi Resistenza caratteristica Parametri caratteristici dei terreni F ck = f [P R (F c )] E ck = f [P R (E c )] R ck = f [P R (R)] R ck R c /ξ n φ k, c k, cu k, γ k Coefficienti di sicurezza parziali γ F (γ G, γ Q ) Coefficienti di sicurezza parziali γ F (γ G, γ Q ) Coefficienti di sicurezza parziali γ R (γ t, γ b, γ s, γ st ) Coefficienti disicurezza parziali γ M (γ φ, γ c, γ cu, γ γ ) Effetti delle azioni di progetto E cd = f(γ F F ck ) Effetti delle azioni di progetto E cd = γ F E ck R cd -E cd -E cd cd 00 Resistenze di progetto R cd = R ck /γ R Resistenze di progetto R cd = f(φ k /γ ϕ, c k /γ c, cu k /γ cu, γ k /γ g ) 17

18 Fondazione dell Ordine degli Ingegneri della Provincia di Brescia Ordine degli Ingegneri della Provincia di Brescia 2. LA DEFINIZIONE DEI PARAMETRI DI CALCOLO IN AMBITO GEOTECNICO Mario Manassero Politecnico di Torino 18

19 DEFINIZIONE DEI PARAMETRI DI CALCOLO IN AMBITO GEOTECNICO VALUTAZIONE DEI VALORI DI CALCOLO DAI VALORI CARATTERISTICI F γ ψ F d k F F AZIONI = γ ψ F d = F k : azione di calcolo : coeff. di sic. parziale sulle azioni : coeff. di combinazione : azione rappresentativa X X d k γ M MATERIALI X = X γ d = k / M : parametro di calcolo : parametro caratteristico : coeff. di sic. parziale sui parametri a) b) AZIONI DEL TERRENO G = G(X) G G d d = ψ γ G = ψ γ G(X ) F k F k = ψ G(X ) = ψ G(X / γ ) d k M SLS: γ F = 1 ; γ M = 1 ULS: γ F 1 ; γ M 1

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22 RAPPRESENTATIVITA STATISTICA DELLE INDAGINI GEOTECNICHE CORRENTI Indagine tradizionale con sondaggi: 1 m 3 di terreno investigato ogni m 3 Volume di terreno investigato Volume di terreno interessato dalle fondazioni

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24 DEFINIZIONE DEI PARAMETRI DI CALCOLO IN AMBITO GEOTECNICO Valutazione del valore caratteristico della resistenza non drenata A) Il volume di terreno che governa il verificarsi di uno stato limite è grande (e.g. superficie di scivolamento di una frana, palificata* sotto platea rigida). Si stima il valore medio con livello di confidenza del 95% (n 1) n + 1 S uk = S u σ t 5% = 2 n 46.4 [kpa] B) Il volume di terreno che governa il verificarsi di uno stato limite è piccolo (e.g. portata alla base di un palo) Si stima il frattile 5% (I. E. valore con meno del 5% di probabilità di non essere superato) (n 1) n + 1 S uk = S u σ t 5% = n 38.7 [kpa] (*) Portata per attrito laterali dei pali: media di S u lungo il fusto campioni S S S S σ n n 1 59,4 48,5 40,5 Valori di S u (kpa) sondaggio 2 42,9 42,5 51,7 3 44,4 54,4 54,5 4 48,9 49,7 56,4 : coesione non drenata u : valore medio u : valore caratteristico uk : valore medio caratteristico uk : deviazione standard s : numero totale campioni : numero campioni per verticale (n 1) n + 1 S uk = S u σ t 5% = n n s 43.3 [kpa]

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26 COEFFICIENTI DI SICUREZZA PARZIALI

27 Fondazione dell Ordine degli Ingegneri della Provincia di Brescia Ordine degli Ingegneri della Provincia di Brescia 4. PALI DI FONDAZIONE Mario Manassero Politecnico di Torino 27

28 LE NORME ENUNCIATE NEL CAPITOLO FONDAZIONI SU PALI DELL EUROCODICE 7 SI APPLICANO A: Pali infissi mediante battitura Pali infissi a pressione Pali trivellati Pali ad elica Pali iniettati (micropali) LE SOLLECITAZIONI SUI PALI POSSONO ESSERE GENERATE DA: Carichi assiali di compressione Carichi assiali di trazione Carichi trasversali Spostamenti del terreno NOTA: Le istruzioni del capitolo Fondazioni su pali non devono essere applicate direttamente al progetto di pali utilizzati come riduttori dei cedimenti 28

29 STATI LIMITE ULTIMI Perdità di stabilità globale Insufficiente capacità portante in compressione Sollevamento o insufficiente capacità portante a trazione Rottura del terreno per carichi trasversali sui pali Rottura strutturale del palo per compressione, trazione, flessione, carico di punta o taglio Rottura combinata del terreno e della struttura SERVIZIO Cedimenti eccessivi Sollevamenti eccessivi Eccessivi spostamenti laterali del terreno Vibrazioni inaccettabili 29

30 METODOLOGIE PROGETTUALI CON RIFERIMENTO ALLA CAPACITA PORTANTE PER CARICHI ASSIALI Prove di carico statiche (avvalorate da modelli ed esperienze) Modelli teorici o empirici (convalidati da prove di carico ed esperienze) Prove di carico dinamiche ed analisi di battitura (convalidate da prove di carico statiche) 30

31 COEFF. PARZIALI PER LA VERIFICA DELLA CAPACITA PORTANTE IN COMPRESSIONE DEI PALI DI FONDAZIONE DA 1a DA 1b DA 2 DA 3 In alternativa ad M1 in caso di azioni sfavorevoli del terreno sul palo (e.g. attrito negativo) In alternativa ad A1 in caso di azioni di tipo geotecnico (nelle verifiche di stabilità globale A1 si applica anche alle azioni di tipo strutturale) 31

32 TIPOLOGIE DI APPROCCIO AI FATTORI DI SICUREZZA PARZIALI 32

33 INCERTEZZE SULLA STIMA DELLA CAPACITA PORTANTE DEI PALI NON DIPENDENTI DALLE CARATTERISTICHE MECCANICHE DEI TERRENI 33

34 FATTORI DI CORRELAZIONE PER RICAVARE LA CAPACITA PORTANTE CARATTERISTICA DAI VALORI MEDI E MINIMI PROVE DI CARICO STATICHE EN MODELLI TEORICI O EMPIRICI PROVE DI CARICO STATICHE Nota: In caso di platea rigida in grado di ridistribuire i carichi sui pali i valori di ξ possono essere divisi per 1.1 MODELLI TEORICI O EMPIRICI D.M

35 1 ESEMPIO DI CALCOLO: PALO TRIVELLATO (D=0.8 m) IN TERRENO ARGILLOSO Eseguiti 4 sondaggi con prelievo di 3x4=12 campioni indisturbati per prove di laboratorio con misura di s u ; Pali non collegati rigidamente in testa; Azioni assiali: carico permanente G k =500 kn; carico variabile Q k =200 kn; Capacità portante totale: R c =R s +R b ; Resistenza per attrito laterale: R s =πdl(αs u ); Resistenza alla base: R b =(πd 2 /4) L(9α b s u ); α e α b da AGI (1984) e da Meyerhof (1983); 35

36 EN

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39 EN

40 EN

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45 D.M

46 D.M

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50 D.M

51 CONFRONTO TRA LE LUNGHEZZE DI UN PALO TRIVELLATO DIMENSIONATO CON DIVERSI APPROCCI PROGETTUALI Lung hezza P alo Trivellato (m ) EN A1+M1+R D.M. 29 A1+M1+R EN A2+M1+R D.M. 29 A2+M2+R EN A1+M1+R D.M. 29 A1+M1+R EN A1+M2+R3 D.M AGI

52 2 ESEMPIO DI CALCOLO: PALO TRIVELLATO (D=1.2 m) IN TERRENI COESIVI Risultati delle indagini in sito ed in laboratorio in prossimità del palo di prova; Azioni assiali: carico permanente G k =3000 kn; carico variabile Q k =2000 kn 52

53 PARAMETRI UTILIZZATI NELLA VALUTAZIONE DELLA CAPACITA PORTANTE DEL PALO Coesione non drenata, s u (kpa) Peso di volume naturale, γ (kn/m 3 ) Profondità (m) s uk uk s u CPT 20 + CPT 21 CPT 20 + CPT 21 s u (UU) s u (CIU) s u (UU) s u (CIU) s u = coesione non s u = coesione drenatanon media drenata prudenziale media s uk = prudenziale coesione non s uk = coesione drenatanon drenata caratteristica caratteristica Profondità (m) γ k γγ γ = peso di γ = peso volume di volume medio prud. medio prud. γ k = peso di γ k = peso volume di volume caratteristico caratteristico (a) (b) 53

54 valutazione teorica della capacità portante ammissibile del palo di prova D.M AGI 1984 Carico assiale ammissibile, Q (kn) valore rappresentativo del carico di esercizio incluso il peso proprio del palo Q amm = (Q lim / 2,5) + σ vo A p lunghezza teorica di progetto Lunghezza palo (m) lunghezza palo di prova Progetto con fattore di sicurezza globale (GSF) Valutazione della lunghezza del palo e della capacità portante del palo di prova 54

55 EN A1 + M1 + R Capacità portante caratteristica, R cd (kn) valutazione teorica del valore rappresentativo del carico di esercizio sul palo di prova valore rappresentativo del carico di esercizio incluso il peso proprio del palo lunghezza teorica di progetto lunghezza palo di prova Lunghezza palo (m) Approccio progettuale DA1a - Valutazione della lunghezza del palo e della capacità portante del palo di prova 55

56 D.M. 29 del 14/01/2008 A1 + M1 + R Capacità portante caratteristica, R cd (kn) valutazione teorica del valore rappresentativo del carico di esercizio sul palo di prova valore rappresentativo del carico di esercizio incluso il peso proprio del palo lunghezza teorica di progetto lunghezza palo di prova Lunghezza palo (m) Approccio Progettuale 1 / Combinazione 1 - Valutazione della lunghezza del palo e della capacità portante del palo di prova 56

57 EN A2 + M1 + R4 Capacità portante caratteristica, R cd (kn) valutazione teorica del valore rappresentativo del carico di esercizio sul palo di prova valore rappresentativo del carico di esercizio incluso il peso proprio del palo lunghezza teorica di progetto lunghezza palo di prova Lunghezza palo (m) Approccio progettuale DA1b - Valutazione della lunghezza del palo e della capacità portante del palo di prova 57

58 D.M. 29 del 14/01/2008 A2 + M2 + R2 Capacità portante caratteristica, R cd (kn) valutazione teorica del valore rappresentativo del carico di esercizio sul palo di prova valore rappresentativo del carico di esercizio incluso il peso proprio del palo lunghezza teorica di progetto lunghezza palo di prova Lunghezza palo (m) Approccio Progettuale 1 / Combinazione 2 - Valutazione della lunghezza del palo e della capacità portante del palo di prova 58

59 EN A1 + M1 + R valutazione teorica del valore rappresentativo del carico di esercizio sul palo di prova Capacità portante caratteristica, R cd (kn) valore rappresentativo del carico di esercizio incluso il peso proprio del palo lunghezza teorica di progetto lunghezza palo di prova Lunghezza palo (m) Approccio progettuale DA2 - Valutazione della lunghezza del palo e della capacità portante del palo di prova 59

60 D.M. 29 del 14/01/2008 A1 + M1 + R valutazione teorica del valore rappresentativo del carico di esercizio sul palo di prova Capacità portante caratteristica, R cd (kn) valore rappresentativo del carico di esercizio incluso il peso proprio del palo lunghezza teorica di progetto lunghezza palo di prova Lunghezza palo (m) Approccio Progettuale 2 / Combinazione 1 - Valutazione della lunghezza del palo e della capacità portante del palo di prova 60

61 EN A1 + M2 + R valutazione teorica del valore rappresentativo del carico di esercizio sul palo di prova Capacità portante caratteristica, R cd (kn) valore rappresentativo del carico di esercizio incluso il peso proprio del palo lunghezza teorica di progetto lunghezza palo di prova Lunghezza palo (m) Approccio progettuale DA3 - Valutazione della lunghezza del palo e della capacità portante del palo di prova 61

62 CONFRONTO TRA LE LUNGHEZZE DI UN PALO TRIVELLATO DIMENSIONATO CON DIVERSI APPROCCI PROGETTUALI Lung hezza P alo Trivellato (m ) EN A1+M1+R1 41 D.M. 29 A1+M1+R1 39 EN A2+M1+R4 41 D.M. 29 A2+M2+R2 47 EN A1+M1+R2 43 D.M. 29 A1+M1+R3 45 EN A1+M2+R3 49 D.M AGI

63 RISULTATI DELLA PROVA DI CARICO SUL PALO TRIVELLATO DI DIAMETRO D = 1.20 m 63

64 Curve di mobilitazione della resistenza sulla superficie laterale del palo di prova 64

65 CARICHI ASSIALI MASSIMI APPLICABILI AL PALO TRIVELLATO (D=1.2 m) DELLA PROVA DI CARICO Carico limite ultimo stimato dalla prova: R cm =21000 kn Rapporto tra carichi permanenti e carichi variabili (G k /Q k ) = 1.5 EN(V) 1997/1 (APPROCCIO PROGETTUALE: 1-DA 1b Coefficienti di sicurezza parziali da applicare alla portata totale R ck = R cm /ξ = 21000/1.4 = kn R cd = R ck /γ t = 15000/1.5 = kn (G k + W P ) γ G + (G k /1.5) γ Q = R cd (G k +910) 1 + (G k /1.5) 1.3 = kn G k = 4870 kn Q k = 3246 kn G k + Q k = 8116 kn Coefficienti di sicurezza parziali da applicare separatamente alle portate laterale e di base R sm = kn R sk = R sm /ξ = kn R bm = 5278 kn R b = R bm /ξ = 3770 kn R cd = R ck /γ s + R bk /γ b = 11230/ /1.6 = kn (G k + 910) 1 + (G k /1.5) 1.3 = kn G k = 5402 kn Q k = 3602 kn G k + Q k = 9004 kn D.M. (1988) Q amm = R cm / 2 = 21000/2 = kn 65

66 CARICHI ASSIALI MASSIMI APPLICABILI AL PALO TRIVELLATO (D=1.2 m) DELLA PROVA DI CARICO Carico limite ultimo stimato dalla prova: R cm =21000 kn Rapporto tra carichi permanenti e carichi variabili (G k /Q k ) = 1.5 D.M. 29 del 14/01/2008 (APPROCCIO PROGETTUALE: 1-Combinazione 2 Coefficienti di sicurezza parziali da applicare alla portata totale R ck = R cm /ξ = 21000/1.4 = kn R cd = R ck /γ t = 15000/1.6 = 9375 kn (G k + W P ) γ G + (G k /1.5) γ Q = R cd (G k +910) 1 + (G k /1.5) 1.3 = 9375 kn G k = 4535 kn Q k = 3023 kn G k + Q k = 7558 kn Coefficienti di sicurezza parziali da applicare separatamente alle portate laterale e di base R sm = kn R sk = R sm /ξ = kn R bm = 5278 kn R b = R bm /ξ = 3770 kn R cd = R ck /γ s + R bk /γ b = 11230/ /1.7 = 9962 kn (G k + 910) 1 + (G k /1.5) 1.3 = 9962 kn G k = 4849 kn Q k = 3233 kn G k + Q k = 8082 kn D.M. (1988) Q amm = R cm / 2 = 21000/2 = kn 66

67 CONFRONTI DI RISULTATI PROGETTUALI EUROPA/GIAPPONE 67

68 CONFRONTI DI RISULTATI PROGETTUALI EUROPA/GIAPPONE 68

69 CONFRONTI DI RISULTATI PROGETTUALI EUROPA/GIAPPONE 69

70 OSSERVAZIONI CONCLUSIVE IL METODO SEMIPROBABILISTICO AGLI STATI LIMITE E STATO COMPLETAMENTE RECEPITO DALLA NUOVA NORMA ITALIANA PER LE COSTRUZIONI. LA VALUTAZIONE DEI VALORI CARATTERISTICI ED I FATTORI DI SICUREZZA PARZIALI SONO STATI IN PARTE MODIFICATI RISPETTO A QUELLI BASE SUGGERITI DAGLI EUROCODICI. GENERALMENTE IL DIMENSIONAMENTO DEI PALI PER CARICHI ASSIALI CON IL D.M. 29 RISULTA PIU CUTELATIVO RISPETTO A QUELLO SUGGERITO DAL EN ED IN ALCUNI CASI ANCHE PIU CAUTELATIVO RISPETTO AL VECCHIO DM

71 OSSERVAZIONI CONCLUSIVE COME L EN ANCHE IL D.M. 29 CONSENTE NOTEVOLI RISPARMI NEL DIMENSIONAMENTO DEI PALI IN RAGIONE DELL ESTENSIONE DELL INDAGINE GEOTECNICA E DEL NUMERO DI PROVE DI CARICO. IL D.M. 29 INCLUDE NELLE RACCOMANDAZIONI L UTILIZZO DEI PALI COME RIDUTTORI DEI CEDIMENTI, METODO DI PROGETTAZIONE MODERNO ED ESTREMAMENTE EFFICACE PER DIMENSIONARE LE PLATEE SU PALI. 71

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