Pali di fondazione = elementi strutturali in grado di trasferire il carico applicato alla loro sommità a strati di terreno più profondi e resistenti

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1 FONDAZIONI SU PALI Pali di fondazione = elementi strutturali in grado di trasferire il carico applicato alla loro sommità a strati di terreno più profondi e resistenti Si ricorre a fondazioni su pali quando: Non è possibile realizzare fondazioni superficiali per scadenti caratteristiche dei terreni È necessario limitare i cedimenti È necessario trasmettere i carichi a strati non interessati da erosione (es. fondazioni in alveo) È necessario assorbire carichi orizzontali È necessario assorbire carichi di trazione È necessario costruire strutture off-shore È necessario consolidare fondazioni esistenti

2 FONDAZIONI SU PALI Vesic 1977

3 FONDAZIONI SU PALI Vesic 1977

4 FONDAZIONI SU PALI Vesic 1977

5 FONDAZIONI SU PALI I pali possono essere classificati in base a: Modalità di trasferimento del carico al terreno Materiale costituente il palo Modalità esecutive Le modalità esecutive influiscono sulla capacità portante dei pali perché influiscono sullo stato tensionale e le proprietà meccaniche del terreno Si distinguono: PALI INFISSI (per vibrazione, battitura, tecniche combinate): realizzati senza asportazione di terreno (pali a spostamento) PALI TRIVELLATI: pali eseguiti con asportazione di terreno (pali a sostituzione)

6 FONDAZIONI SU PALI PALI INFISSI: l istallazione di un palo infisso in un terreno a grana grossa induce addensamento del terreno adiacente al palo, con incremento di stato tensionale In un terreno a grana fine, l infissione avviene in condizioni non drenate con distorsione del terreno a volume costante, spostamento del terreno lateralmente e verso l alto e sviluppo di forti pressioni interstiziali e conseguente riduzione delle tensioni orizzontali efficaci all interfaccia Segue una fase di consolidazione con dissipazione delle Δu, aumento delle tensioni orizzontali fino a valori uguali o superiori al valore iniziale e riduzione dell indice dei vuoti PALI TRIVELLATI: lo scavo del foro provoca detensionamento del terreno con rigonfiamento e aumento del contenuto d acqua La fase di getto del cls ripristina solo in parte lo stato tensionale originario

7 CAPACITÀ PORTANTE DI UN PALO È definita come somma della portata limite di base Q b e della portata limite per attrito laterale Q s CONDIZIONE DI EQUILIBRIO Q t + W p = Q b + Q s Con W = peso del palo Le componenti Q b e Q s sono assunte indipendenti anche se la loro mobilitazione richiede spostamenti relativi palo-terreno molto diversi La suddivisione del carico tra le componenti dipende da: Geometria del palo (snellezza L/D) Caratteristiche del terreno lungo il fusto e alla base Metodo installazione Carico applicato e tempo trascorso dall applicazione

8 CAPACITÀ PORTANTE DI UN PALO Curve di trasferimento per pali trivellati in argilla (Reese e O Neill 1989) D = diametro del palo Q S Q S,lim

9 CAPACITÀ PORTANTE DI UN PALO Curve di trasferimento per pali trivellati in sabbia (Reese e O Neill 1989) D = diametro del palo

10 PALI IN TERRENI FINI - Q b La portata di base di un palo in un terreno fine è in genere valutata in riferimento alla condizione non drenata: A b = area della base del palo Q b = q b,lim A b = (c u N c + σ v0 )A b σ v0 = tensione verticale totale agente alla base del palo N c = 9 Attenzione: per le argille consistenti, fessurate, se il valore di c u è determinato da prove Tx, il valore della capacità portante deve essere corretto con il coefficiente: R c = (D + 0.5)/2D < 1 per pali infissi R c = (D + 1)/(2D + 1) < 1 per pali trivellati

11 PALI IN TERRENI FINI - Q s La portata per attrito laterale è tradizionalmente espressa in tensioni totali: Q s = q s,lim A s = (α c u )A s A s = area della superficie laterale del palo α = coefficiente empirico dipendente dal tipo di argilla, dal metodo di installazione del palo, dal materiale del palo, ecc Pali trivellati in argilla OC: la q s è governata dal terreno rammollito del terreno all interfaccia del palo provocato dallo scarico tensionale: α = , valore medio α = 0.45 (Skempton 1969, da 25 prove di carico su pali trivellati) Pali infissi (Olson e Dennis 1982) Pali trivellati (Stas e Kulhavy (1984)

12 PALI IN TERRENI FINI - Q s In generale i valori di α riportati in letteratura sono molto dispersi, l approccio in tensioni totali risulta quindi inadeguato Inoltre le condizioni non drenate generate dall installazione sono limitate ad un volume di terreno ridotto intorno al palo e i gradienti sono così elevati che le Δu si dissipano rapidamente, molto prima che il palo sia caricato Infine in fase di carico, la rottura è confinata in una zona di spessore modesto e si può pensare avvenga in condizioni drenate per effetto del rapido smaltimento delle Δu Approccio in tensioni efficaci: τ s = σ h tanδ = K σ v tanδ σ h = tensione orizzontale efficace agente sul palo durante la fase di applicazione del carico δ = angolo di attrito palo terreno K = coefficiente di spinta

13 PALI IN TERRENI FINI - Q s PALI INFISSI IN TERRENI NC Burland (1973): il limite inferiore di K è il valore a riposo agente prima dell istallazione del palo Assumendo δ = φ τ s = K 0 σ v0 tanδ = (1 senφ ) σ v0 tanδ τ s = (1 senφ ) tanφ σ v0 Facendo riferimento alla tensione verticale efficace media lungo la profondità di infissione del palo: τ s = β σ v0m Per φ = > β =

14 PALI IN TERRENI FINI - Q s PALI INFISSI PROVE DI CARICO IN ARGILLE TENERE (Burland 1973) Le misure sperimentali confermano l affidabilità dell approccio in tensioni efficaci con β variabile tra 0.24 e 0.4 (il valore di K corretto è leggermente superiore a K 0 )

15 PALI IN TERRENI FINI - Q s PALI INFISSI PROVE DI CARICO IN ARGILLE OC (Burland 1973) Assumendo: K = K 0,NC (OCR) 0.5 si ottiene un limite inferiore della portata per attrito laterale

16 PALI IN TERRENI FINI - Q s In caso di pali più lunghi di m, β diminuisce all aumentare della lunghezza PALI INFISSI IN TERRENI NC (Meyerhof 1976) 30 m 60 m

17 PALI IN TERRENI FINI - Q s PALI TRIVELLATI PROVE DI CARICO IN ARGILLA OC (Burland 1973) Assumendo: K = K 0,NC (OCR) 0.5 si ottiene un limite superiore della portata per attrito laterale Visti gli effetti del detensionamento prodotto dallo scavo e del successivo aumento delle tensioni orizzontali dovuto al getto, Fleming et al. (1985) consigliano di assumere K =(1 + 2K 0 )/2

18 PALI INFISSI IN TERRENI A GRANA GROSSA - Q b PORTATA DI BASE q b,lim = N q σ v0 σ v0 = tensione verticale efficace iniziale alla quota della punta del palo N q = fattore di capacità portante (dipende dalle caratteristiche meccaniche del terreno, dalla profondità relativa L/D e dal meccanismo di rottura alla punta)

19 PALI INFISSI IN TERRENI A GRANA GROSSA - Q b Il valore di N q è fortemente variabile Per φ = 35 -> N q = Inoltre, per un dato N q, la q b,lim dovrebbe crescere linearmente con la profondità I risultati sperimentali mostrano invece la tendenza a crescere fino a un valore asintotico (al crescere della profondità diminuisce la dilatanza e diminuisce l angolo di resistenza al taglio)

20 PALI INFISSI IN TERRENI A GRANA GROSSA - Q b Procedura iterativa (Fleming et al. 1985) 1. da φ si stima N q secondo Berezantzev (1961) 2. si valuta la tensione efficace di rottura: p f = σ v0 (N q ) si stima l angolo di resistenza al taglio secondo Bolton (1986): φ = φ cv +3[D R (10-lnp )-1] 4. Si calcola di nuovo q b,lim fino a convergenza

21 PALI INFISSI IN TERRENI A GRANA GROSSA - Q b In alternativa si ricorre a metodi basati sui risultati delle prove in sito Meyerhof (1976) per terreni omogenei: q b,lim = q c = 0.4 N SPT (MPa) In terreni stratificati occorre tener conto degli effetti scala:

22 PALI INFISSI IN TERRENI A GRANA GROSSA - Q b Per strati di sabbia non omogenei mediare i valori di q c misurati tra le quote poste 4D sopra la punta e 1D sotto la punta

23 PALI INFISSI IN TERRENI A GRANA GROSSA - Q s PORTATA LATERALE Per pali di lunghezza L < 15 20D q s = σ h tanδ = K σ v tanδ σ h = tensione orizzontale efficace agente sul palo dopo l installazione del palo δ = angolo di attrito palo terreno (δ /φ = 1 per pali in cls gettati in opera, δ /φ = per pali in acciaio) K = coefficiente di spinta, funzione dell addensamento della sabbia e dal metodo di installazione del palo Può essere prossimo a K P in superficie e inferiore a K 0 in prossimità della punta

24 PALI INFISSI IN TERRENI A GRANA GROSSA - Q s PORTATA LATERALE Per pali di lunghezza L > 20D, Myerhof (1976): Oppure De Beer (1985): q s,lim = 2N SPT (kpa) q s,lim = q c /200 q s,lim = q c /150 se q c > 20 MPa se q c < 10 MPa

25 PALI TRIVELLATI IN TERRENI A GRANA GROSSA - Q b PORTATA DI BASE La q b è mobilitata per cedimenti molto superiori a quelli dei pali infissi -> non è possibile definire una q lim ma una q corrispondente ad un prefissato cedimento (in genere s/d = 0.05) Cedimento relativo q b,t /q b,i

26 PALI TRIVELLATI IN TERRENI A GRANA GROSSA - Q b PORTATA DI BASE Jamiolkowski e Lancellotta (1998): q c = resistenza alla punta da CPT, mediata entro 2D al di sotto della punta del palo

27 PALI TRIVELLATI IN TERRENI A GRANA GROSSA - Q s PORTATA LATERALE Dipende fortemente dalle modalità esecutive del foro e dalle caratteristiche del cls z = profondità in m Oppure Con K = 2/3K 0 K 0 q s,lim = βσ vo < 200 kpa β = (z) 0.5 q s = σ h tanδ = K σ v tanδ

28 PALI ATTRITO NEGATIVO