Fasi del progetto geotecnico di una fondazione

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Ottaviana Mariangela Valeri
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1 Fasi del progetto geotecnico di una fondazione 1. Indagini per la caratterizzazione del sottosuolo. Analisi di entità e distribuzione delle azioni di progetto in esercizio (carichi fissi e sovraccarichi permanenti e accidentali) 3. Scelta della tipologia e del piano di posa 4. Dimensionamento, verifica di capacità portante (calcolo del carico limite e relative verifiche) 5. Analisi dello stato tensio-deformativo nel sistema terreno-fondazione in esercizio: calcolo dei cedimenti e verifica della loro ammissibilità studio dell interazione terreno-fondazione Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/1

Il vincolo terreno, sollecitato attraverso la fondazione, non deve infatti collassare o essere troppo cedevole (cioè, produrre cedimenti

2 Strutture di fondazione Tutte le strutture civili (edifici, ponti, muri, ecc.) sono vincolate al terreno attraverso una struttura di fondazione, che va opportunamente dimensionata. Il vincolo terreno, sollecitato attraverso la fondazione, non deve infatti collassare o essere troppo cedevole (cioè, produrre cedimenti incompatibili con la statica e/o la funzionalità della sovrastruttura). La soluzione del problema richiede tipicamente la valutazione: della capacità portante della fondazione; dei cedimenti indotti in condizioni di esercizio. Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/

3 Meccanismi di collasso delle fondazioni superficiali Sabbia densa (D r = 100 %) Rottura generale Sabbia media (D r = 47 %) Rottura locale Sabbia sciolta (D r = 15 %) Punzonamento Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/3

4 Schema di riferimento - Fondazione nastriforme (L>>, nelle applicazioni la soluzione relativa a uesto schema si ritiene valida per fondazioni rettangolari con L > 5) - Piano di posa a profondità D - Rinterro dotato di peso proprio ma privo di resistenza (a vantaggio di sicurezza) -Terreno al di sotto della fondazione dotato di peso proprio, con comportamento rigido-plastico e con criterio di resistenza di Mohr- Coulomb Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/4

5 Modello semplificato Cunei di Rankine (soddisfano le condizioni di euilibrio ma sono cinematicamente incompatibili) lim o lim o h Htan 45 H Kp S 1 H K HK ch K S 1 H K HK ch K Sa Sp lim N o Nc c N con (considerato che K =1/K ) : a a lim a a p p o p p p c Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/5 a K K 1 K /K 1 N K ; N ; N p p a p a Ka K a

6 Carico limite: la formula trinomia Teorie di Prandtl/Cauot/Terzaghi (meccanismo di rottura generale) lim o O 45 + / 45 - / 90 cuneo spinta attiva cuneo spinta passiva, c, settore di transizione Il settore di transizione, detto ventaglio di Prandtl, contiene superfici di rottura piane passanti per O con inclinazione sull orizzontale che varia da (45 -/) a +(45 +/). N N c N lim o c o = sovraccarico dovuto al rinterro = peso dell unità di volume del terreno di fondazione = larghezza della striscia (proporzionale alla massima profondità della superficie di scorrimento rispetto al piano di posa) N, N c, N = funzioni crescenti dell angolo di attrito Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/6

7 Coefficienti di carico limite N K exp( tan ) c p N (N 1) cot N N 1 tan Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/7

8 Punzonamento Si verifica: per terreni poco addensati e/o per fondazioni profonde (D/ elevato) Non può verificarsi: in condizioni non drenate per terreni a grana fine. Dato che il volume non può variare, è infatti possibile solo la rottura generale. Vesic (1975) ha studiato il fenomeno in via approssimata assimilando il terreno a un mezzo elastoplastico e la rottura per carico limite all espansione di una cavità cilindrica R c tan G, R Si verifica punzonamento se: indice di rigidezza I r G G 1 I c tan * R 1 dove: Ir,crit exp cot L 4 è una tensione normale media che si assume in genere pari alla tensione efficace litostatica a profondità D+/ Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/8 r,crit G *

9 Punzonamento Se I r < I r,crit si adottano i coefficienti riduttivi, c, lim N o cnc c N Terreno dotato di attrito e coesione (c 0, 0) Terreno puramente coesivo (c 0, = 0) c 3.07senlog(I ) r exp tan L 1sen 1 N tan log I r L 1 Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/9

10 Effetto della forma della fondazione Se la fondazione non è nastriforme, il problema diventa tridimensionale. Si introducono i coefficienti correttivi di forma: (>1), c (>1), (<1) Tali coefficienti sono stati ottenuti: - per fondazione circolare tramite metodo delle curve caratteristiche - per fondazione rettangolare con soluzioni approssimate o tramite prove su modello in scala lim N o cnc c N Forma della fondazione c Rettangolo di lati ed L ( < L) 1 tan L 1 L N N c L Quadrato, cerchio ( = L) 1 tan 1 N N c 0.60 Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/10

11 Effetto dell eccentricità del carico Si assume un area di impronta ( fondazione euivalente ) con dimensioni opportunamente ridotte, al fine di centrare il carico Fondazione rettangolare euivalente Fondazione circolare Fondazione mistilinea Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/11

12 Effetto dell inclinazione del carico Si introducono coefficienti correttivi, ottenuti con il metodo delle curve caratteristiche. v,lim N o cnc c N Tipo di terreno c Incoerente (1 - tan ) m - (1 - tan ) m+1 Coesivo Dotato di attrito e coesione 1 H 1 V c cot m m 1 c N H c 1 N tan c 1 V - H c cot m1 Se H è parallela a : Se H è parallela a L: m m Se H forma con L un angolo : /L 1 /L L / m ml 1 L / m m cos m sen L Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/1

13 Effetto dell inclinazione dei piani di posa e di campagna Si introducono coefficienti correttivi, ottenuti con il metodo delle curve caratteristiche. Q D P / o = D cos / Inclinazione del piano di posa (</4) coefficienti riduttivi, c, a per calcolare la componente normale al piano di posa c 1 tan 1 Nc tan Inclinazione del piano campagna (</4 e < ) coefficienti riduttivi, c, c 1 tan cos 1 N tan c 1 tan cos Nel caso più generale ci saranno simultaneamente tutte le differenze finora elencate rispetto al caso della striscia di carico. Si assume che i coefficienti correttivi già mostrati siano sovrapponibili tramite moltiplicazione, ossia: lim N o ccccc Nc c N da valutare sull area della fondazione euivalente (ossia su un area eventualmente ridotta per portare in conto l effetto dell eccentricità). Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/13

14 Effetto delle pressioni interstiziali La formula trinomia di base del carico limite: lim N o Nc c N è stata ricavata per un generico mezzo monofase, dotato di attrito, coesione e peso proprio: peso dell u.d.v. coesione c angolo d attrito e sollecitato da tensioni, senza far distinzione tra tensioni totali e tensioni efficaci. Il principio di Terzaghi suggerirebbe di riferirsi sempre alle tensioni efficaci, dirette responsabili del comportamento dei terreni. Tuttavia, uando si è in condizioni non drenate (terreni a grana fine saturi, t=0) ciò comporterebbe una valutazione non semplice delle u. Pertanto, in tal caso tipicamente si preferisce fare riferimento alle tensioni totali ed al mezzo monofase euivalente. Per un terreno al di sotto della superficie freatica (ammettendo che prima dell applicazione del carico vi fossero condizioni idrostatiche) si possono seguire le indicazioni in tabella: terreno condizioni drenaggio tensioni peso dell u.d.v. coesione angolo d attrito a grana grossa libero (t>0) efficaci ' c' = 0 ' a grana fine impedito (t=0) totali sat c u u = 0 a grana fine libero (t=) efficaci ' c' ' Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/14

15 Analisi in termini di tensioni totali / lim o D Terreno a grana fine saturo, condizioni non drenate (t=0) N N c N lim o c diventa: lim 1 v (z D) ( ) cu dato che: 0 N 1, N, N 0 u c Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/15

Analisi in termini di tensioni efficaci Approccio valido per: terreni a grana grossa, costantemente in condizioni drenate terreni a grana fine saturi, a lungo termine (t=) N, N c, N andranno valutati

16 Analisi in termini di tensioni efficaci Approccio valido per: terreni a grana grossa, costantemente in condizioni drenate terreni a grana fine saturi, a lungo termine (t=) N, N c, N andranno valutati in funzione di '. Inoltre: 1) Superficie freatica al di sopra del piano di posa N (z D) N c lim v c N w hw (bisogna considerare anche l effetto della sottospinta) h w ) Superficie freatica a elevata profondità: d w > (effetto trascurabile) N (z D) N c' lim v c N (tensioni totali tensioni efficaci) d w 3) Superficie freatica a profondità d w < (effetto non più trascurabile) N (z D) N c lim v c N d w w d d w valore mediato tra e tra le profondità z=d e z=d+ Geotecnica per l'architettura Fascicolo 1/16

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