UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PADOVA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PADOVA FACOLTA DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA IDRAULICA, MARITTIMA, AMBIENTALE E GEOTECNICA -IMAGE- CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE TESI DI LAUREA ANALISI SUL COMPORTAMENTO DEI PALI FDP FULL DISPLACEMENT PILE PALI A SPOSTAMENTO LATERALE Relatore : Prof. Simonetta Cola Correlatore : Dott. Ing. Simone Carraro Laureando : Mattia Rigon ANNO ACCADEMICO

2 Capitolo 1 Introduzione Capitolo 1 INTRODUZIONE Scopo della seguente tesi è lo studio del comportamento di una tecnologia innovativa di realizzazione di pali di fondazione. Tale tecnologia prende il nome di Full Displacement Pile (acronimo FDP) ovvero pali a spostamento laterale, utilizzati per interventi di fondazione e di consolidamento. Tale tecnica, si propone come una valida alternativa ai classici pali trivellati o pali ad elica continua CFA. Nella prima fase della tesi sono state analizzate le curve carico cedimento dei pali soggetti alla prova di carico. In letteratura sono disponibili alcuni metodi che consentono il calcolo della capacità ultima del palo ed il tracciamento della curva carico-cedimento. Attraverso l uso del software Apile Ensoft che implementa tali metodi, noto il profilo stratigrafico e le caratteristiche geotecniche dei terreni attraversati, di ricostruire per tutti i pali analizzati la curva carico cedimento desunta dalla prova di carico. Questo si ottiene variando i parametri k ed N q degli strati incoerenti, andando così alla ricerca dei valori di quei parametri (appunto, k ed N q ) caratteristici per questo tipo di pali. Per alcuni pali si è fatto uso del programma Shaft Ensoft, poiché manifestavano comportamenti, in termini di curva carico-cedimento, tipici di pali trivellati. Nella seconda parte della tesi, una volta ricostruita la curva carico-cedimento facendo uso dei due software, si è cercato di capire se esiste una correlazione tra l attrito laterale per unità di superficie e la resistenza di punta forniti dai programmi stessi, con la resistenza laterale f s e di punta q c delle prove penetrometriche statiche. Pagina 1

3 Capitolo 1 Introduzione In letteratura sono disponibili relazioni che consentono di calcolare la capacità portante totale di un palo avendo a disposizione dati delle prove penetrometriche CPT, sia per pali battuti sia per pali trivellati. È stato quindi possibile un confronto tra le relazioni così ottenute e le relazioni disponibili in letteratura. Nella terza fase della tesi, infine, avendo a disposizione l output della macchina FDP riportante i valori del parametro (Penetration Resistance),di tiro e di torsione in funzione della profondità raggiunta dall utensile, attraverso semplici modelli, si è cercato di legare questi parametri con i valori ancora di q c ed f s delle prove CPT e CPTU. Pagina 2

4 Capitolo 2 ASPETTI DELLA TECNOLOGIA FDP 2.1 PREMESSA Questa tecnologia fu sviluppata inizialmente dalla Bauer Maschinen GmbH nel diciottesimo e diciannovesimo secolo per aumentare la capacità portante dei pali di legno. L uso tuttavia era limitato a terreni limosi e argillosi, a causa del notevole valore di coppia necessario per infliggere i pali negli strati sabbiosi e in presenza di ghiaie di media densità. Lo sviluppo di macchine sempre più potenti in grado di fornire elevate coppie torcenti in testa ha reso possibile la diffusione della tecnologia FDP,che venne introdotta recentemente in Italia. Distinguiamo: Metodologia Standard; Metodologia Lost Bit o punta a perdere. La forma particolare dello strumento consente di addensare il terreno per spostamento laterale, con conseguente addensamento. Si va quindi a migliorare le caratteristiche meccaniche degli strati attraversati. Fig.2.1 Principio di funzionamento dell utensile FDP. Pagina 3

5 2.2 TIPOLOGIA FDP STANDARD. Fig.2.2 Particolare dell utensile di scavo (A) e (B). A Come si vede dalla figura soprastante, è ben evidente la differenza di diametro tra l'utensile, il quale determina il diametro del palo, e le aste di perforazione al di sopra dello stesso. Esse infatti sono sensibilmente più piccole (circa 5 ½); dispongono di una cavità al loro interno al solo scopo di consentire il passaggio di calcestruzzo. Come avviene per i pali CFA, non è possibile l inserimento della gabbia di armatura all'interno delle aste cave, prima del getto del calcestruzzo. La tipologia FDP Standard viene in genere usata per consolidare terreni, rilevati, od eseguire tappi di fondo e lavorazioni similari, ma non si esclude la possibilità di poter comunque eseguire pali a costipazione armati magari con armature non estese a tutta la profondità. Può venire utilizzata anche nel caso ci si debba "ancorare" (cioè il palo non lavora solo per attrito) ad un substrato più resistente: la conformazione dell'utensile infatti, è tale da essere in grado di scavare in questo materiale e portarlo frantumato verso gli strati superiori. B Pagina 4

6 I terreni adatti per questa tecnica sono: terreni fortemente coesivi (Argilla, Argilla limosa, Torbe); Terreni incoerenti anche densi (Sabbia, Ghiaia); Roccia degradata o fratturata. Le caratteristiche dell utensile sono: Lunghezza dell utensile variabile da un minimo di 3 m circa ad un massimo standard di 6-7 m; Diametri differenti : 620 mm, il più frequente. Altri diametri sono 360,420,520,710 mm; Punte di perforazione intercambiabili e predisposte per diversi tipi di denti e configurazione delle flangie allo scopo di massimizzarne le prestazioni. 500 mm 400 mm 1400 mm 900 Compattazione Stabilizzazione Compattazione (Displacement body) Perforazione Fig. 2.3 Dimensioni dell utensile FDP per pali 620 mm. Fig. 2.4 Procedura operativa di realizzazione di un palo FDP mediante tecnologia standard. Pagina 5

7 La procedura operativa per la metodologia standard è la seguente: Posizionamento dell attrezzatura da perforazione. Avanzamento mediante spinta e messa in rotazione dell utensile. Montaggio eventuale della prolunga (kelly bar); Raggiunta la profondità desiderata, l utensile viene estratto e pompato in contemporanea il calcestruzzo che fuoriesce dall ugello posto in prossimità della punta, per mezzo delle aste cave. Infine inserimento se necessario dell armatura (gabbie o profilati in acciaio) a gravità o con l ausilio di vibratore. Pagina 6

8 2.3 TIPOLOGIA FDP LOST BIT L utensile è provvisto alla base (o sulla punta dello starter) di una punta a perdere, detta Punta Lost Bit. Fig. 2.5 Utensile Lost Bit Fig. 2.6 Particolare punta a perdere Lost Bit (A) e (B). A B Pagina 7

9 La procedura operativa di realizzazione del palo con questa tecnologia è la seguente: Posizionamento dell attrezzatura di perforazione; Messa in rotazione dell utensile consentendone un avanzamento in profondità continuo ed automatico. L elica continua, presente nell utensile lungo il tratto di compattazione, consente la rotoinfissione dell utensile con una piccola spinta fornita dalla macchina. Eventuale utilizzo di una prolunga (kelly bar) per raggiungere profondità elevate (fino ai 40 metri). Fig. 2.7 Immagine di una kelly Bar (A) e (B). A B Raggiunta la profondità desiderata, si inserisce la gabbia di armatura attraverso le aste di perforazione (eliminando il problema del corretto posizionamento della gabbia all interno del getto, problema caratteristico dei pali CFA) con possibilità quindi di armare il palo anche per tutta la lunghezza del fusto. Il diametro della gabbia di armatura lungo il fusto è limitato dal diametro delle aste di perforazione. Dovrà essere al massimo gabbia = 30 cm. L inserimento avviene con l utilizzo di una macchina trivellatrice o mediante autogrù di servizio. Fig. 2.8 Gabbie di armatura nella tecnologia FDP Pagina 8