PORTANZA DELLE FONDAZIONI
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- Angela Bonfanti
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2 N.T.C. 2008, Capitolo OPERE DI FONDAZIONE Nelle verifiche di sicurezza devono essere presi in considerazione tutti i meccanismi di stato limite ultimo, sia a breve sia a lungo termine. Gli stati limite ultimi delle fondazioni superficiali si riferiscono allo sviluppo di meccanismi di collasso determinati dalla mobilitazione della resistenza del terreno (SLU tipo GEO) e al raggiungimento della resistenza degli elementi strutturali (SLU tipo STR) che compongono la fondazione stessa. Non è più consentita la verifica alle tensioni ammissibili (elastica) t,max massima tensione sul terreno tensione ammissibile terreno t t,max t 2
3 N.T.C. 2008, Capitolo OPERE DI FONDAZIONE Nelle verifiche di sicurezza devono essere presi in considerazione tutti i meccanismi di stato limite ultimo, sia a breve sia a lungo termine. Gli stati limite ultimi delle fondazioni superficiali si riferiscono allo sviluppo di meccanismi di collasso determinati dalla mobilitazione della resistenza del terreno (SLU tipo GEO) e al raggiungimento della resistenza degli elementi strutturali (SLU tipo STR) che compongono la fondazione stessa. - SLU di tipo geotecnico (GEO) - collasso per carico limite dell insieme fondazione-terreno - collasso per scorrimento sul piano di posa - stabilità globale - SLU di tipo strutturale (STR) - raggiungimento della resistenza negli elementi strutturali 3
4 Verifiche allo SLU Per le diverse combinazioni di carico deve risultare: E d R d Effetto delle azioni Resistenza X k Ed EE F Fk ; ; ad M X k Rd RR F Fk ; ; ad M Azioni e resistenza dipendono da: 4
5 Verifiche allo SLU Per le diverse combinazioni di carico deve risultare: E d R d Effetto delle azioni Resistenza X k Ed EE F Fk ; ; ad M X k Rd RR F Fk ; ; ad M Azioni e resistenza dipendono da: azioni esterne 5
6 Verifiche allo SLU Per le diverse combinazioni di carico deve risultare: E d R d Effetto delle azioni Resistenza X k Ed EE F Fk ; ; ad M X k Rd RR F Fk ; ; ad M Azioni e resistenza dipendono da: proprietà dei materiali 6
7 Verifiche allo SLU Per le diverse combinazioni di carico deve risultare: E d R d Effetto delle azioni Resistenza X k Ed EE F Fk ; ; ad M X k Rd RR F Fk ; ; ad M Azioni e resistenza dipendono da: geometria 7
8 Verifiche allo SLU Per le diverse combinazioni di carico deve risultare: E d R d Effetto delle azioni Resistenza X k Ed EE F Fk ; ; ad M X k Rd RR F Fk ; ; ad M Azioni e resistenza dipendono da: coefficienti parziali 8
9 Si possono adottare in alternativa due diversi approcci progettuali Approccio 1 PORTANZA DELLE FONDAZIONI Verifiche allo SLU Si adottano due diverse combinazioni dei coefficienti parziali da applicare alle azioni (A) ai materiali (M) ed alla resistenza globale del sistema (R) Combinazione 1: (A1+M1+R1) Combinazione 2: (A2+M2+R2) Approccio 2 Si adottano un unica combinazioni dei coefficienti parziali da applicare alle azioni (A) ai materiali (M) ed alla resistenza globale del sistema (R) Combinazione 1: (A1+M1+R3) 9
10 Verifiche allo SLU Approccio 1 Combinazione 1: (A1+M1+R1) Combinazione 2: (A2+M2+R2) Approccio 2 Combinazione 1: (A1+M1+R3) 10
11 Verifiche allo SLU Approccio 1 Combinazione 1: (A1+M1+R1) Combinazione 2: (A2+M2+R2) Approccio 2 Combinazione 1: (A1+M1+R3) 11
12 Verifiche allo SLU Approccio 1 Combinazione 1: (A1+M1+R1) Combinazione 2: (A2+M2+R2) Approccio 2 Combinazione 1: (A1+M1+R3) 12
13 Capacità portante della fondazione Fondazioni superficiali Per la valutazione della capacità portante delle fondazioni possono essere utilizzate: - le formule d interazione (M, N, H) dell ANNESSO F dell EC 8 Parte 5 - altre formule d interazione (M, N, H) disponibili il letteratura - la formula generale di Brinch-Hansen 13
14 Capacità portante della fondazione Fondazioni superficiali (Brinch-Hansen) q q N i d b g s c N i d b g s lim PORTANZA DELLE FONDAZIONI q q q q q q q c c c c c c c 1 B N i b s 2 Fondazioni su pali qlim qpunta qlat ppal pattr 14
15 Capacità portante della fondazione Fondazioni superficiali (Brinch-Hansen) q q N i d b g s c N i d b g s lim PORTANZA DELLE FONDAZIONI q q q q q q q c c c c c c c 1 B N i b s 2 Fondazioni su pali qlim qpunta qlat ppal pattr contributo sovraccarico 15
16 Capacità portante della fondazione Fondazioni superficiali (Brinch-Hansen) q q N i d b g s c N i d b g s lim PORTANZA DELLE FONDAZIONI q q q q q q q c c c c c c c 1 B N i b s 2 Fondazioni su pali qlim qpunta qlat ppal pattr contributo coesione 16
17 Capacità portante della fondazione Fondazioni superficiali (Brinch-Hansen) q q N i d b g s c N i d b g s lim PORTANZA DELLE FONDAZIONI q q q q q q q c c c c c c c 1 B N i b s 2 Fondazioni su pali qlim qpunta qlat ppal pattr contributo attrito 17
18 Capacità portante della fondazione Fondazioni superficiali (Brinch-Hansen) q q N i d b g s c N i d b g s lim PORTANZA DELLE FONDAZIONI q q q q q q q c c c c c c c 1 B N i b s 2 Fondazioni su pali qlim qpunta qlat ppal pattr resistenza alla punta 18
19 Capacità portante della fondazione Fondazioni superficiali (Brinch-Hansen) q q N i d b g s c N i d b g s lim PORTANZA DELLE FONDAZIONI q q q q q q q c c c c c c c 1 B N i b s 2 Fondazioni su pali qlim qpunta qlat ppal pattr portanza laterale 19
20 Capacità portante della fondazione Fondazioni superficiali (Brinch-Hansen) q q N i d b g s c N i d b g s lim PORTANZA DELLE FONDAZIONI q q q q q q q c c c c c c c 1 B N i b s 2 Fondazioni su pali qlim qpunta qlat ppal pattr peso del palo 20
21 Capacità portante della fondazione Fondazioni superficiali (Brinch-Hansen) q q N i d b g s c N i d b g s lim PORTANZA DELLE FONDAZIONI q q q q q q q c c c c c c c 1 B N i b s 2 Fondazioni su pali qlim qpunta qlat ppal pattr contributo attrito 21
22 Formula generale di Brinch-Hansen Si considera un impronta efficace della fondazione ridotta rispetto a quella reale 22
23 Formula generale di Brinch-Hansen Si considera un impronta efficace della fondazione ridotta rispetto a quella reale B B 2ey ey L L 2ex e x M N M N x y La riduzione dell area di impronta è legata alle eccentricità dei carichi ed ha lo scopo si simulare la non resistenza a trazione del terreno 23
24 Formula generale di Brinch-Hansen: limiti - Il comportamento non lineare e la non resistenza a trazione del terreno sono tenuti in conto in forma approssimata - Permette la valutazione della portanza dei singoli elementi strutturali di fondazione e non dell intero sistema di fondazione nella sua globalità - Può essere applicata solo a plinti, diretti o su pali, ed a travi rovesce ma non alle platee di fondazione, per le quali non è corretto operare una riduzione della superficie di impronta 24
25 Nuovo approccio proposto Il metodo di verifica proposto consiste nella valutazione del coefficiente di sicurezza dell insieme terreno-fondazione u R E d d R d = Resistenza E d = Effetto delle azioni A tale scopo è condotta un analisi non lineare sulla sottostruttura di fondazione estrapolata dall intero sistema strutturale 25
26 Nuovo approccio proposto: sottostruttura di fondazione È composta da tutti gli elementi strutturali a contatto con il suolo (travi rovesce, platee, plinti) e da quelli, non di fondazione, che giacciono sul piano di posa degli elementi di fondazione 26
27 Nuovo approccio proposto: sottostruttura di fondazione Modello intero sistema strutturale 27
28 Nuovo approccio proposto: sottostruttura di fondazione Sottostruttura di fondazione 28
29 Nuovo approccio proposto: sottostruttura di fondazione Tutti gli elementi della sottostruttura di fondazione sono modellati a comportamento elastico lineare Gli elementi di fondazione sono schematizzati come poggianti su un letto di molle a comportamento non lineare Travi rovesce Elemento strutturale Schema statico 29
30 Nuovo approccio proposto: sottostruttura di fondazione Tutti gli elementi della sottostruttura di fondazione sono modellati a comportamento elastico lineare Gli elementi di fondazione sono schematizzati come poggianti su un letto di molle a comportamento non lineare Platee Elemento strutturale Schema statico 30
31 Nuovo approccio proposto: sottostruttura di fondazione Tutti gli elementi della sottostruttura di fondazione sono modellati a comportamento elastico lineare Gli elementi di fondazione sono schematizzati come poggianti su un letto di molle a comportamento non lineare Plinti Elemento strutturale Schema statico 31
32 Nuovo approccio proposto: sottostruttura di fondazione Tutti gli elementi della sottostruttura di fondazione sono modellati a comportamento elastico lineare Gli elementi di fondazione sono schematizzati come poggianti su un letto di molle a comportamento non lineare Plinti Elemento strutturale Schema statico 32
33 Nuovo approccio proposto: sottostruttura di fondazione I legami costitutivi forza-spostamento (p-u) delle molle sono di tipo non lineare Fondazioni superficiali Fondazioni profonde compressione p trazione compressione p trazione p y,t k w,t u u,c u u u,c u u,t u k w,c k w,c p y,c p y,c 33
34 Nuovo approccio proposto: sottostruttura di fondazione Per le fondazioni superficiali la rigidezza iniziale k w,c del legame è valutata a partire dalla costante di Winkler del terreno Per le fondazioni profonde la rigidezze iniziali k w,c e k w,t sono valutate tenendo conto delle caratteristiche del terreno e della geometria del palo Le forze di limite elastico p y,c e p y,t sono dedotte dai valore della capacità portante ultima calcolata con le normali teorie di Brinch-Hansen e Vesic non effettuando però la riduzione della superficie di impronta efficace di contatto fra fondazione e terreno Gli spostamenti ultimi u u,c ed u u,t sono fissati sulla base di valori teoricosperimentali riportati nella letteratura tecnica 34
35 Nuovo approccio proposto: analisi Sulla sottostruttura di fondazione è applicato un sistema di forze nodali determinate come gli scarichi in fondazione derivanti dalla sovrastruttura L analisi è condotta facendo crescere monotonicamente le forze applicate sulla sottostruttura di fondazione fino al raggiungimento di uno stato limite geotecnico o strutturale La procedura è ripetuta per tutte le combinazioni di carico previste, e consente la determinazione del moltiplicatore a rottura dei carichi, che ovviamente coincide con il coefficiente di sicurezza 35
36 Nuovo approccio proposto: verifiche Sono tenuti in conto gli SLU tipo GEO (meccanismi di collasso determinati dalla crisi del terreno) e tipo STR (meccanismi di collasso determinati dalla crisi degli elementi strutturali) SLU tipo GEO PORTANZA DELLE FONDAZIONI - crisi per perdita dell equilibrio (il suolo risulta interamente plasticizzato e non è più in grado di equilibrare incrementi delle forze applicate) - crisi per eccesso di abbassamento (sotto le forze applicate lo spostamento attinge ad un valore ultimo u u ) 36
37 Nuovo approccio proposto: verifiche Sono tenuti in conto gli SLU tipo GEO (meccanismi di collasso determinati dalla crisi del terreno) e tipo STR (meccanismi di collasso determinati dalla crisi degli elementi strutturali) SLU tipo STR PORTANZA DELLE FONDAZIONI - crisi per eccesso di spostamento relativo (sotto le forze applicate lo spostamento relativo fra i nodi di un elemento strutturale attinge ad un valore ultimo d u ) d u 37
38 Nuovo approccio proposto: accuratezza Sono state eseguite prove di validazione della procedura descritta analizzando singoli elementi strutturali di fondazione e sistemi di fondazione composti 38
39 Nuovo approccio proposto: accuratezza Trave rovescia telaio ad una campata F q 39
40 Nuovo approccio proposto: accuratezza Trave rovescia telaio ad una campata 40.0 u 30.0 Formulazione classica Formulazione proposta F 40
41 Nuovo approccio proposto: accuratezza Trave rovescia telaio a tre campate 40.0 u 30.0 Formulazione classica Formulazione proposta F
42 Nuovo approccio proposto: accuratezza Telaio ad una campata Telaio a tre campate u 30.0 Formulazione classica Formulazione proposta u 30.0 Formulazione classica Formulazione proposta F F 18.0 Nel caso di una singola asta si ha un pressoché perfetto accordo fra le formulazioni classica e proposta. Nel caso di più aste la formulazione proposta fornisce un coefficiente di sicurezza maggiore perché è in grado di cogliere gli effetti della ridistribuzione delle tensioni sul terreno 42
43 Nuovo approccio proposto: accuratezza Plinti telaio ad una campata 43
44 Nuovo approccio proposto: accuratezza Plinti telaio ad una campata 2.0 u Formulazione classica 1.5 Formulazione proposta F
45 Nuovo approccio proposto: accuratezza Plinti telaio a tre campate 1.5 u 1.3 Formulazione classica Formulazione proposta F
46 Nuovo approccio proposto: accuratezza 2.0 u 1.5 Telaio ad una campata Formulazione classica Formulazione proposta 1.5 u 1.3 Telaio a tre campate Formulazione classica Formulazione proposta F F 30.0 Nel caso di una singola asta si ha un pressoché perfetto accordo fra le formulazioni classica e proposta. Nel caso di più aste la formulazione proposta fornisce un coefficiente di sicurezza maggiore perché è in grado di cogliere gli effetti della ridistribuzione delle tensioni sul terreno 46
47 Nuovo approccio proposto: accuratezza Platea di fondazione 47
48 Nuovo approccio proposto: accuratezza Platea di fondazione 8.0 u 6.0 Traliccio formulazione classica Traliccio formulazione proposta Platea formulazione proposta F
49 Nuovo approccio proposto: vantaggi - il sistema di fondazione è studiato nella sua globalità e non analizzando singolarmente gli elementi strutturali che lo compongono - si riesce a tenere conto degli effetti della ridistribuzione delle tensioni sul suolo di fondazione - si riesce a tenere conto della non resistenza a trazione del terreno senza ricorrere a riduzioni (fortemente approssimate) dell impronta efficace della fondazione - non interviene alcuna complicazione nello studio di elementi di fondazione bidimensionali (platee di fondazione)
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