Parte 2: NTC (2008): Fondazioni profonde

Parte 2: NTC (2008): Fondazioni profonde ing. Ivo Bellezza - prof. Erio Pasqualini Università Politecnica delle Marche Facoltà di Ingegneria Dip. SIMAU

FONDAZIONI SU PALI ASPETTI DA VALUTARE (in condizioni statiche e sismiche) 1. Rottura del terreno e della fondazione (pali e struttura di collegamento) Carico verticale Carico trasversale 2. Funzionalità Cedimenti verticali Spostamenti orizzontali 2/194

DEFINIZIONI Situazione reale: PALIFICATE o PALI IN GRUPPO o GRUPPI DI PALI L d d interasse s (centro-centro) d Maggior parte di studi e sperimentazione PALO SINGOLO 3/194

DM 11/3/1988 + Circolare 30483 del 24/9/88 Verifica a carico limite verticale Coeff. di sicurezza globale di 2.5 con metodi analitici Coeff. di sicurezza = 2 con prove di carico (in numero non definito) Qualora sussistano le condizioni geotecniche per l attrito negativo se ne deve tener conto nella scelta del tipo di palo, nel dimensionamento e nelle verifiche. Nessun cenno alle procedure di calcolo Verifica a carico limite orizzontale il palo dovrà essere verificato anche nei riguardi di eventuali forze orizzontali Nella Circolare si deve valutare lo stato di sollecitazione nel palo e nel terreno e verificarne l ammissibilità Coeff. di sicurezza globale NON DEFINITO Nessun cenno alle procedure di calcolo CEDIMENTI: deve essere verificata l ammissibilità dei cedimenti della palificata in relazione alle caratteristiche delle strutture in elevazione 4/194

DM 11/3/1988 C5 METODI PER DETERMINAZIONE DEL CARICO LIMITE - METODI ANALITICI - CORRELAZIONI DA PROVE IN SITO - PALI DI PROVA PROVE DI CARICO (ALMENO FINO A 2.5 Q ES ) - ANALISI DEL COMPORTAMENTO DURANTE BATTITURA La valutazione del carico assiale sul palo singolo deve essere effettuata prescindendo dal contributo delle strutture di collegamento direttamente appoggiate sul terreno,, ossia tutto il carico deve essere considerato agente sui pali. 5/194

ESECUZIONE DEI PALI - Pali prefabbricati infissi DM 11/3/1988 C5 - Pali gettati in opera senza asportazione di terreno - Pali gettati in opera con asportazione di terreno L 30 INTERASSE MINIMO = 3 DIAMETRI (salvo condizioni particolari) Per pali con interasse minore (s < 3d) va eseguita una ulteriore verifica nella quale la palificata sarà considerata una fondazione diretta posta a una profondità pari alla lunghezza dei pali, salvo più accurate analisi L 6/194

Fondazioni superficiali nuova normativa NUOVA NORMATIVA (IN VIGORE) - D.M. 14/01/2008 (NTC, 2008) - CIRCOLARE n 617 del 2 febbraio 2009 - EC7 e EC8 (nel Cap. 1 delle NTC si afferma che gli Eurocodici forniscono il sistematico supporto applicativo delle nuove norme) 6.4.3 Fondazioni su pali in condizioni statiche 7.2.5, 7.11.5 Fondazioni in condizioni sismiche 7/194

Tipi di fondazione classificazione delle NTC FONDAZIONE SUPERFICIALE (carico interamente su platea) P platea /P tot = 1 FONDAZIONE SU PALI (carico interamente su pali, struttura di collegamento non a contatto con il terreno) P platea /P tot = 0 Esempio fondazioni off-shore FONDAZIONE MISTA (carico ripartito tra platea e pali) P platea /P tot < 1 presuppone un analisi di interazione 8/194

NOVITÀ DELLE NTC (2008) GENERALI Fattori di sicurezza parziali (sulle azioni, sui parametri e sulle resistenze) Importanza delle verifiche allo stato limite di esercizio SLE oltre che allo stato limite ultimo (SLU) Sismicità del territorio definita in maniera più dettagliata SPECIFICHE SU PALI Livello di sicurezza richiesto dipende dalla qualità dell indagine (numero di prove di carico, numero di verticali di indagine) Concetto di fondazione mista (contributo della struttura di collegamento) Fattori di sicurezza parziali diversi a seconda della tipologia di palo (trivellati, infissi, ad elica) Per pali trivellati, fattori di sicurezza parziali diversi per portata laterale e portata di base 9/194

CRITERI DI VERIFICA D.M.14/01/2008 In ogni verifica SLU deve risultare dove: E d R d (eq. 6.2.1 delle NTC) E d è l azione di progetto o l effetto dell azione R d è la resistenza di progetto Nelle verifiche SLE deve risultare dove: E d C d (eq. 6.2.7 delle NTC) E d è il valore di progetto dell effetto dell azione C d è il prescritto valore limite dell effetto delle azioni 10/194

VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA PER STATI LIMITE GEO - Indagini (sondaggi, prove in sito, ecc.) - Prove di laboratorio - Interpretazione delle prove in sito e/o di laboratorio - caratterizzazione geotecnica del terreno - modello geotecnico del sottosuolo - Prove su pali (prove di progetto su pali pilota, facoltative) 11/194

Indagini geognostiche per fondazioni su pali Fondazioni su pali di lunghezza L Z ind L + (0.5 1)b b = lato minore del rettangolo con cui si approssima in pianta il manufatto Esempi: b = 10 m Palo L = 10 m Palo L = 20 m Z ind = 15-20 m Z ind = 25-30 m b 6.4.1) Le indagini debbono accertare la fattibilità del tipo di palo in relazione alla stratigrafia e alle acque presenti nel sottosuolo (ad esempio l infissione potrebbe essere difficoltosa in certi terreni, mentre in presenza di falde in pressione può essere problematica la realizzazione di pali trivellati con fango bentonitico) Z ind L minimo 0.5 B 3.2.2 Per la definizione dell azione sismica di progetto è necessario comunque indagare i primi 30 m di profondità (dalla testa dei pali), misurando preferibilmente la velocità delle onde di taglio 12/194

Caratterizzazione geotecnica del terreno - Prove di laboratorio (è necessario prelievo di campioni da sondaggi) - Prove in sito Risultato: Valori caratteristici dei parametri geotecnici del terreno - Peso di volume γ k - Parametri di resistenza in condizioni drenate (c k φ k ) - Parametri di resistenza in condizioni non drenate (c u,k ) - Parametri di deformabilità (E k, E u,k, G k ) 13/194

CONCETTO DI VALORE CARATTERISTICO DI PARAMETRO GEOTECNICO NTC 6.2.2. Per valore caratteristico deve intendersi una stima ragionata e cautelativa del valore nello stato limite considerato In pratica il valore caratteristico coincide con il valore utilizzato con la vecchia normativa. Avendo a disposizione molti dati, il valore caratteristico del parametro è quello che ha il 95% di probabilità di essere superato. Valore medio caratteristico Sui parametri geotecnici si applicano i coefficienti parziali (M1 o M2). I valori di progetto possono essere quelli caratteristici (M1) o inferiori a quelli caratteristici (M2) 14/194

AZIONI IN FONDAZIONE (stesse modalità delle fondazioni superficiali) Come precisato nella Circolare 617 del 2/2/09 le azioni di progetto in fondazione derivano da analisi strutturali Prima dell analisi o dopo l analisi (eseguita senza incrementare le azioni) le azioni vanno amplificate con i coefficienti parziali del gruppo A1 o A2 e con i coefficienti di combinazione (applicati alle azioni variabili) 15/194

COMBINAZIONE DELLE AZIONI (NTC, 2.5.3) Noti i valori caratteristici o nominali G 1 G 2 Q k, l azione di progetto E d, si ottiene da una combinazione di questi valori Combinazione fondamentale (SLU) Ed (SLUstat ) = γ G1G1 + γ G2G2 + γ PP + γ Q1Q k1 + γ Q2ψ 02Qk 2 + γ Q3ψ 03Qk 3 +... Combinazione sismica (SLU + SLE) Combinazione quasi permanente (SLE a lungo termine) Combinazione rara o caratteristica (SLE irreversibili) Combinazione frequente (SLE reversibili) Combinazione eccezionale 16/194

PALI DI FONDAZIONE GENERALITÀ SULLE VERIFICHE IN CONDIZIONI STATICHE ( 6.4.3) - Tener conto degli effetti di gruppo (sia nelle verifiche SLU che nelle verifiche SLE) - Le verifiche dovrebbero considerare l interazione tra terreno-pali e struttura di collegamento determinando l aliquota di carico trasferita ai pali e quella trasmessa al terreno dalla struttura di collegamento (FONDAZIONI MISTE) - Fra le azioni permanenti debbono essere inclusi il peso proprio del palo e l attrito negativo* (valutato con M1) 17/194

Pali soggetti ad azioni statiche VERIFICHE SLU RICHIESTE PER PALI ( 6.4.3.1) 1) sul terreno (GEO) - Carico limite verticale della palificata - Carico limite orizzontale della palificata - Sfilamento (per pali soggetti a trazione) - Stabilità globale (vedi lezione sulle fondazioni superficiali) 2) Su elementi strutturali (STR) - sul palo stesso (pressoflessione, taglio, ecc..) - sulla struttura di collegamento 18/194

SLU CARICO VERTICALE DI COMPRESSIONE 19/194

SLU CARICO VERTICALE DI COMPRESSIONE La verifica a carico verticale va eseguita sull intera palificata e non sul singolo palo. In realtà la struttura di collegamento influenza la distribuzione del carico tra i diversi pali. 20/194

EFFETTO BORDO Se il cedimento della struttura di collegamento è uniforme, sui pali di bordo grava un maggior carico (effetto bordo). L effetto bordo aumenta al diminuire dell interasse. Palo meno caricato Palo più caricato (da Mandolini et al. 2005) Se la verifica GEO è riferita all intera palificata perde di significato valutare la distribuzione del carico tra i diversi pali 21/194

SLU (GEO) PER PALI SOGGETTI AD AZIONI STATICHE Approccio 1 Combinazione 1 A1 + M1 + R1 Combinazione 2 A2 + M1*+ R2 nelle NTC è erroneamente indicato M2 (vedi Circolare 2/2/2009) Approccio 2 Unica combinazione A1+M1+R3** ** R3 = 1 nel dimensionamento strutturale (quindi l approccio 2 a livello strutturale coincide con la combinazione 1 dell approccio 1) 22/194

RESISTENZA A CARICO LIMITE VERTICALE DEL PALO SINGOLO R d, singolo = Rc, d = R γ c, k R Il pedice c indica che il palo è soggetto ad un carico assiale di compressione Tab. 6.4.II. VALORI DEL COEFFICIENTI PARZIALI SULLA RESISTENZA γ R Infissi Trivellati Elica continua R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 Base 1.00 1.45 1.15 1.00 1.70 1.35 1.00 1.60 1.30 Laterale 1.00 1.45 1.15 1.00 1.45 1.15 1.00 1.45 1.15 Totale* 1.00 1.45 1.15 1.00 1.60 1.30 1.00 1.55 1.25 * solo se R c,k proviene da prove di carico statico 23/194

CARICO LIMITE VERICALE DI UNA PALIFICATA Si devono considerare due meccanismi di rottura Meccanismo 1) rottura dei pali singoli R d,g,1 = N R d,singolo Meccanismo 2) rottura del blocco (specialmente su argilla) R d,g,2 = R d,base,blocco +R d,lat,blocco R d,gruppo = min (R d,g,1 ; R d,g,2 ) 24/194

CARICO LIMITE VERTICALE DI UN GRUPPO DI PALI Si sconsiglia il calcolo della R d,gruppo attraverso il coefficiente di efficienza η (Azizi, 2000; Fleming et al. 1992; 2009) R d di una palificata è basata sulla resistenza del palo singolo R d,gruppo = η N R d,singolo N = numero di pali η = efficienza della palificata η può anche essere maggiore di 1 (pali infissi in sabbie sciolte) 25/194

RESISTENZA A CARICO LIMITE VERTICALE DEL PALO SINGOLO RESISTENZA CARATTERISTICA A COMPRESSIONE R C,K Le NTC prevedono 3 metodi: A) PROVE DI CARICO STATICO SU PALI PILOTA B) METODI ANALITICI (φ D, c UD, PROVE IN SITO) C) PROVE DINAMICHE AD ALTO LIVELLO DI DEFORMAZIONE SU PALI PILOTA Nota. Rispetto alla vecchia normativa, -mancano i metodi basati sulla battitura -sono stati aggiunti i metodi basati sulle prove dinamiche ad alta deformazione (c); -i metodi analitici e quelli basati sulle prove in sito sono raggruppati (b) 26/194

Verifica a carico verticale Metodo A RESISTENZA CARATTERISTICA DEL PALO SINGOLO DA PROVE DI CARICO STATICO Breve cenno alle prove di carico assiale 27/194

PROVE DI CARICO SU PALI La finalità è individuare il carico assiale che porta a rottura il complesso palo-terreno Le prove di carico di progetto vanno eseguite su pali appositamente realizzati (Pali Pilota) I pali pilota debbono essere identici per geometria e tecnologia esecutiva a quelli della palificata. Solo se il palo è strumentato (in modo da distinguere la mobilitazione della portata laterale e di quella di base) si può eseguire la prova su un palo pilota di diametro ridotto (al massimo la metà) Le prove di collaudo invece si eseguono sui pali della palificata (è obbligatorio eseguirne un numero minimo, almeno 1 sempre) 28/194

PROVE DI COLLAUDO SU PALI (NTC 2008) Numero minimo di prove in funzione del numero di pali (N) 1 prova per N 20 2 prove per N 50 3 prove per N 100 4 prove per N 200 5 prove per N 500 5+N/500 prove per N > 500 numero prove di verifica Il numero di prove può essere ridotto (di quanto??) se: 1) Sono state eseguite prove dinamiche da tarare con le prove statiche di progetto 2) Sono stati eseguiti controlli non distruttivi su almeno il 50% dei pali 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 10 100 1000 D.M. 11/3/88 C.5.5 il numero e l ubicazione dei pali da sottoporre alla prove di carico devono essere stabiliti in base all importanza dell opera ed al grado di omogeneità del sottosuolo. Per opere di notevole importanza almeno 1% (quindi per opere non di notevole importanza anche nessuna) 29/194

PROVE DI CARICO SU PALI PRINCIPALI ASPETTI DI UNA PROVA DI CARICO STATICA SISTEMA DI CONTRASTO ESECUZIONE INTERPRETAZIONE 30/194

Sistema di contrasto Il sistema di contrasto va dimensionato con almeno il 10% di margine di sicurezza, ossia il sistema di contrasto deve essere pari al 110% del massimo carico applicato durante la prova. Esistono diversi sistemi di contrasto: - ZAVORRA - PALI A TRAZIONE - misto 31/194

Sistema di contrasto con zavorra Il carico si determina attraverso la misura della pressione dell olio nel circuito (con un manometro posto sul circuito idraulico in prossimità del martinetto) e moltiplicando per l area del pistone del martinetto. Il manometro deve avere un certificato di taratura rilasciato da non oltre 1 anno Per elevati carichi, servono più martinetti (meglio 3 che 2 per problemi di centratura) 32/194

Sistema di contrasto con pali Almeno tre comparatori (con corsa > 5 cm), solidali a travi appoggiate su supporti sufficientemente lontani dal palo 33/194

Contrasto con pali Per evitare interazioni, i pali di contrasto debbono stare a distanza > 4d e comunque > 2-3 m Se i pali di contrasto sono troppo vicini l interazione comporta risultati a svantaggio di sicurezza (si ricava un comportamento più rigido di quello reale) 34/194

PROVE DI CARICO SU PALI 1. SISTEMA DI CONTRASTO 2. ESECUZIONE 1. CARICO MASSIMO 2. SEQUENZA DI CARICO (ASTM D-1143 descrive 7 procedure) a carico mantenuto (es. quick load test) a velocità di penetrazione costante (es. CRP)!!! LE NTC non indicano la procedura da seguire 3. INTERPRETAZIONE 35/194

PROVE DI CARICO carico massimo (NTC) CARICO MASSIMO prove di progetto su pali pilota carico massimo > 2.5 Q SLE Numero minimo: nessuna (se la resistenza viene valutata con metodo B) prove di collaudo su pali della palificata carico massimo 1.5 Q SLE (1.2 Q SLE se strumentati) Numero minimo: 1 (meglio non indicare a priori quali sono i pali da collaudare) Esempio. Sul palo agiscono G = 100 kn e Q = 30 kn E d (SLU, A1) = 100 (1.3) + 30 (1.5) = 175 kn E d (SLE) = 100 (1) + 30 (1) = 130 kn Max carico - prove di progetto > 130 x 2.5 = 325 kn Max carico - prove di collaudo > 130 x 1.5 = 195 kn zavorra > 325 x 1.1 = 358 kn zavorra 195 x 1.1 = 215 KN 36/194

PROVE DI CARICO SU PALI 1. SISTEMA DI CONTRASTO 2. ESECUZIONE 3. INTERPRETAZIONE (dalla curva carico-cedimento si deve ottenere il valore del carico limite) 37/194

PROVE DI CARICO STATICHE - GENERALITÀ CARICO LIMITE DA PROVE DI CARICO (NTC 2008) per pali diametro < 80 cm la resistenza (carico limite) è assunta pari al carico corrispondente ad un cedimento in testa pari al 10% del diametro per pali diametro 80 cm la resistenza è il carico corrispondente ad un cedimento in testa pari almeno del 5% del diametro Sono possibili le estrapolazioni se la curva ha andamento marcatamente non lineare (in pratica il carico limite è un valore più alto di quello massimo raggiunto nella prova) 38/194

Resistenza del palo da prove di carico Nota. Il criterio previsto non è esente da critiche. Per un palo d = 75 cm la prova deve raggiungere un w lim = 75 mm. Per un palo d = 80 cm la prova deve raggiungere un cedimento del 5% ossia w lim = 40 mm. w fin 80 cm d 39/194

Resistenza del palo da prove di carico w lim R Q Nel tratto non lineare i punti si possono interpolare con una legge iperbolica Q = w/(c 1 w + c 2 ) w fin w w fin > w lim 40/194

Resistenza del palo da prove di carico Le NTC consentono di ottenere il carico limite tramite estrapolazioni se la curva ha andamento marcatamente non lineare (in pratica il carico limite è un valore più alto di quello massimo raggiunto nella prova) R Q R Q w lim w fin w fin w lim ESTRAPOLAZIONE w fin < w lim w w fin > w lim w * Procedura discutibile; secondo Fellenius (2006) non si dovrebbe mai assumere come resistenza un valore di carico non raggiunto nel corso della prova; al limite si dovrebbe usare il massimo carico della prova 41/194

Procedura di estrapolazione ipotesi di andamento iperbolico Q = w /(c 1 w + c 2 ) w/q = c 1 w + c 2 Sul grafico w/q w i punti del tratto finale sono disposti lungo una retta Quindi: 1. Si costruisce il grafico w/q w 2. Si interpolano linearmente i punti del tratto finale 3. Si ricavano le costanti c 1 e c 2 4. Si fissa lo spostamento limite (10% o 5% del diametro) 5. Si calcola il carico limite (resistenza) R = w lim /(c 1 w lim + c 2 ) w/q 1 c 1 w 42/194

Resistenza da prove di carico Altre interpretazioni di letteratura (Viggiani, 1999) Alternativa 1 R = 1 0. 9 C 1 Alternativa 2 0.9R R = R è il carico a cui corrisponde un raddoppio del cedimento nell intervallo 0.9R-R nell ipotesi iperbolica w lim w C lim lim 1 0.5w = 0.5w C + C lim 1 2 + C 2 } Q = w wc 1 + C 2 8C w lim = C 1 2 R = 8 9 1 C 1 43/194

RESISTENZA A CARICO LIMITE VERTICALE DEL PALO SINGOLO Resistenza caratteristica da PROVE DI CARICO - dipende dal numero di prove effettuate Q R c,k = min ( R ) ( R ) c,mis c,mis media ; ξ 1 ξ 2 min w Numero prove ξ 1 (da applicare al valore medio) ξ 2 (da applicare al valore minimo) 1 2 3 4 5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 1.4 1.2 1.05 1.0 1.0 ξ1 ξ 2 44/194

ESEMPIO 1 - SLU carico limite verticale da prove di carico 2 prove di carico su pali pilota trivellati d = 40 cm w lim = 40 mm 1) c 1 = 0.147 MN -1 c 2 = 2 mm/mn R c,mis,1 = w lim /(c 1 w lim + c 2 ) = = 40 / (0.147 x 40 + 2) = 5.076 MN = 5076 kn Numero prove 1 2 3 4 5 ξ 1 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 ξ 2 1.4 1.2 1.05 1.0 1.0 2) c 1 = 0.139 MN -1 c 2 = 1.5 mm/mn R c,mis,2 = w /(c 1 w + c 2 ) = = 40 / (0.139 x 40 + 1.5) = 5.666 MN = 5666 kn R Valore medio = (5076+5666)/2 = 5371kN ( R ) ( R ) 5371 5076 = min ; 1. 3 1. 2 c,mis media c,mis min c,k = min ; = ξ1 ξ 2 Resistenza caratteristica R, k min { 4131; 4230} c = 4131kN 45/194

ESEMPIO 1 - SLU carico limite verticale da prove di carico R d, singolo = Rc, d = R γ c, k R Tab. 6.4.II. VALORI DEL COEFFICIENTI PARZIALI SULLA RESISTENZA γ R Infissi Trivellati Elica continua R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 Totale* 1.00 1.45 1.15 1.00 1.60 1.30 1.00 1.55 1.25 4131 c 4131 1 R, d ( R1 ) = = kn 4131 c 2582 1. 60 R, d ( R2 ) = = kn 4131 c 3178 1. 3 R, d ( R3 ) = = kn 46/194

CONFRONTO CON LA VECCHIA NORMATIVA verifica a carico verticale FATTORE DI SICUREZZA GLOBALE usando prove di carico su pali trivellati Numero prove di carico NTC 2008 Approccio 1 c2 γ G =1 γ R = 1.6 NTC 2008 Approccio 2 γ G =1.3 γ R = 1.3 D.M. 1988 1 (ξ 2 = 1.4) 2.24* 2.37 2.00 2 (ξ 2 = 1.2) 1.92 2.03 2.00 3 (ξ 2 = 1.05) 1.68 1.77 2.00 ipotesi di azioni solo permanenti FS = γ G x ξ 2 x γ R Ipotesi che la resistenza caratteristica derivi dal valore minimo Con 3 o più prove di carico la nuova normativa diventa meno cautelativa del DM 88 47/194

CONFRONTO CON LA VECCHIA NORMATIVA verifica a carico verticale FATTORE DI SICUREZZA GLOBALE usando prove di carico su pali infissi Numero prove di carico NTC 2008 approccio 1 γ R = 1.45 NTC 2008 approccio 2 γ R = 1.15 D.M. 1988 1 (ξ 1 = 1.4) 2.03* 2.09 2.00 2 (ξ 1 = 1.2) 1.74 1.79 2.00 3 (ξ 1 = 1.05) 1.52 1.57 2.00 ipotesi di azioni solo permanenti FS = γ G x ξ 2 x γ R Ipotesi che la resistenza caratteristica derivi dal valore minimo misurato Nota. Con 2 o più prove di carico la nuova normativa diventa meno cautelativa del DM 88 (viene premiata l esecuzione di un maggior numero di prove di carico 48/194

Verifica a carico verticale Metodo B RESISTENZA CARATTERISTICA DEL PALO SINGOLO DA METODI ANALITICI dove R k è calcolata a partire dai valori caratteristici dei parametri geotecnici oppure con l impiego di relazioni empiriche che utilizzino direttamente i risultati di prove in sito 49/194

SLU CARICO LIMITE VERTICALE DA METODI ANALITICI LE NTC NON INDICANO COME CALCOLARE LA RESISTENZA DEL PALO CON IL METODO B APPROCCIO CONVENZIONALE BASATO SUI PARAMETRI GEOTECNICI R = q base,calc b,lim A b q q b,lim b,lim = c u N q N C σ' + σ v,l v,l R lat,calc = τ da = area lim πd L τ lim dz τ lim τ τ lim lim ( z ) ( z ) = α( z )c u = K( z ) σ' ( z) v ( z )tanδ( z ) q b,lim 50/194

SLU CARICO LIMITE VERTICALE DA METODI ANALITICI METODI BASATI SULLE PROVE IN SITO RESISTENZA DA CPT ESISTONO NUMEROSE CORRELAZIONI CIASCUNA TESTATA IN DETERMINATI TERRENI E CON DETERMINATE TIPOLOGIE DI PALO Fellenius (2006) descrive 7 metodi basati sulla CPT 51/194

SLU CARICO LIMITE VERTICALE DA METODI ANALITICI (b) Resistenza caratteristica da METODI ANALITICI o PROVE IN SITO - dipende dal numero di verticali indagate (spinte a profondità superiore alla lunghezza dei pali) Numero verticali R c,k = min ( R ) ( R ) c,calc media c,calc ; ξ 3 ξ 4 1 2 3 4 5 7 10 ξ 3 1.70 1.65 1.60 1.55 1.50 1.45 1.40 ξ 4 1.70 1.55 1.48 1.42 1.34 1.28 1.21 min Il metodo (b) è l unico metodo per calcolare in pratica la rottura con il meccanismo a blocco 52/194

SLU CARICO LIMITE VERTICALE DA METODI ANALITICI Poiché in presenza di più verticali di indagine la norma richiede il calcolo di valori medi e minimi di resistenza alla base e resistenza laterale, è necessario eseguire un calcolo per ogni verticale di indagine basandosi sui valori caratteristici dei parametri geotecnici ottenuti in ciascuna verticale oppure con correlazioni empiriche che utilizzano i risultati delle prove in sito ottenuti sempre in quella verticale. Quindi è da ritenersi verticale di indagine una prova che consenta di ricavare i parametri geotecnici o che permetta l utilizzo di correlazioni empiriche per ricavare la resistenza del palo ai carichi assiali. Un sondaggio con prelievo di campioni indisturbati o una CPT (se spinti oltre la profondità del palo) sono verticali d indagine. Un sondaggio senza campionamento o un sondaggio a distruzione di nucleo anche se spinti oltre la lunghezza del palo non possono considerarsi verticali di indagine. 53/194

SLU CARICO LIMITE VERTICALE DA METODI ANALITICI R c,d = R c,k,base /γ R,base + R c,k,lat /γ R,lat Infissi Trivellati Elica continua R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 Base 1.00 1.45 1.15 1.00 1.70 1.35 1.00 1.60 1.30 Laterale 1.00 1.45 1.15 1.00 1.45 1.15 1.00 1.45 1.15 Solo per pali infissi il coefficiente γ R è lo stesso per resistenza base e resistenza laterale R c,d = (R c,k,base +R c,k,lat )/γ R 54/194

SLU CARICO LIMITE VERTICALE DA METODI ANALITICI Poiché il valore dei coefficienti ξ dipende dal numero di verticali, sembra naturale eseguire un calcolo del carico limite caratteristico (laterale e di punta) per ciascuna verticale di indagine Ad esempio se l indagine fosse solo su 1 verticale resistenza laterale calcolata minima = 1500 kn resistenza laterale calcolata media = 1500 kn Resistenza laterale caratteristica è 1500/1.70, ossia 882 kn Nel caso di 5 verticali con valori calcolati 1500; 1450; 1380; 1620; 1420 kn resistenza laterale calcolata minima = 1380 kn resistenza laterale calcolata media = 1474 kn Resistenza laterale caratteristica è il minimo tra 1474/1.50 e 1380/1.34, ossia 983 kn 55/194

SLU CARICO LIMITE VERTICALE DA METODI ANALITICI ESEMPIO. Passaggio da valori di resistenza caratteristici a valori di progetto. resistenza laterale caratteristica = 1000 kn resistenza alla punta caratteristica = 700 kn Se il palo è infisso Se il palo è trivellato* R d (R2) = 1000/1.45 + 700/1.45 = 1172kN R d (R3) = 1000/1.15 + 700/1.15 = 1478 kn R d (R2) = 1000/1.45 + 700/1.70 = 1101 kn R d (R3) = 1000/1.15 + 700/1.35 = 1308 kn Nota. Per pali trivellati si distingue il coefficiente parziale sulla resistenza caratteristica alla base da quello sulla resistenza caratteristica laterale *Nota. A parità di geometria di palo e di terreno un palo infisso ha una resistenza maggiore di un palo trivellato 56/194

Esempio di verifica ESEMPIO. Palificata di 20 pali trivellati Risultato dell analisi strutturale Permanente (senza pali) G k = 5600 kn Variabile Q k = 800 kn (peso palo singolo Wp = 30 kn) 57/194

Esempio di verifica ESEMPIO 3. Palificata di 20 pali trivellati Resistenza del palo singolo calcolata con metodi analitici (1 verticale) Base) calcolata 130 kn; caratteristica 130/1.7 = 76 kn Laterale) calcolata 780 kn; caratteristica 780/1.7 =459 kn 1) Verifica con Approccio 1 comb. 2) A2 + M1 + R2 Azione di progetto E d,gruppo (A2) = 5600 (1) + NW P (1) + 800 (1.3) = 7000 kn Resistenza di progetto (con il meccanismo 1) R d (R2) = 459/1.45 + 76/1.70 = 361 kn R d,gruppo (M1+R2) = N R d = 20 x 361 = 7220* kn ( > E d ) verifica soddisfatta 2) Verifica con Approccio 2) A1 + M1 + R3 E d,gruppo (A1) = 5600 (1.3) + NW P (1.3) + 800 (1.5) = 9260 kn Resistenza di progetto (con il meccanismo 1) R d (R3) = 459/1.15 + 76/1.35 = 455 kn R d,gruppo (M1+R3) = N R d = 20 x 455 = 9100 kn ( < E d ) verifica NON soddisfatta 58/194

Esempio di verifica ESEMPIO 3. Palificata di 20 pali trivellati Risultato dell analisi strutturale Permanente G k = 5600 kn VariabileQ k = 800 kn Resistenza caratteristica del palo singolo calcolata con metodi analitici Base) calcolata 780 kn; Laterale) calcolata 130 kn; Verifica con D.M.11/3/1988 Azione = 5600 + 600 + 800 = 7000 kn Resistenza del palo singolo = 780 + 130 = 910 kn Resistenza del gruppo = 20 x 910 = 18200 kn Fattore di sicurezza = 18200/7000 = 2.6 (> 2.5; verifica soddisfatta) 59/194

Verifica a carico verticale Metodo C RESISTENZA CARATTERISTICA DEL PALO SINGOLO DA PROVE DINAMICHE ad alto livello di deformazione condotte su pali pilota 60/194

SLU CARICO LIMITE VERTICALE Resistenza caratteristica da prove dinamiche (novità delle NTC) - dipende dal numero di prove effettuate (su pali pilota!!!) = min ( R ) ( R ) c,mis c,mis min Rc,k 6 media ; ξ 5 ξ 6 ξ 5 ξ Numero verticali 2 5 10 15 20 ξ 5 1.6 1.5 1.45 1.42 1.40 ξ 6 1.5 1.35 1.3 1.25 1.25 L interpretazione deve essere adeguata al fine di fornire indicazioni comparabili con quelle derivanti da una corrispondente prova di carico statica di progetto ( 6.4.3.7.1) Quindi serve comunque una prova di carico tradizionale!!! 61/194

Classificazione CLASSIFICAZIONE DELLE PROVE SU PALI (AGI, 1993) PROVE STATICHE PROVE DINAMICHE A BASSO LIVELLO DI DEFORMAZIONE SONICHE (carotaggio sonico, down-hole, cross-hole) VIBRAZIONALI (prove ecometriche, prove di ammettenza, riflettogramma) AD ALTO LIVELLO DI DEFORMAZIONE Carico dinamico (prova Case, Capwap, Tnowave, Sinbat Prova dinamica forzata ad alta potenza PDFAP) Prove cinetiche ( Dynatest, Statnamic ) 62/194

PROVA DINAMICA AD IMPATTI ASTM D 4945-89 Standard Test Method for High- Strain Dynamic Testing of Piles STRUMENTAZIONE di prova Misure relative al moto (cinematiche) spostamenti velocità Accelerazioni Misure dinamiche Forze pressioni 63/194

Prove dinamiche VANTAGGI - Costi - Tempi di esecuzione SVANTAGGI - Interpretazione 64/194

SLU da prove dinamiche Da non confondere con le prove di integrità richieste dalle NTC!!! CONTROLLI DI INTEGRITÀ DEI PALI (NTC 6.4.3.6) Con prove dirette o indirette di comprovata validità (controlli non distruttivi) 5% dei pali minimo 2 Per pali di grande diametro (80 cm) e se il gruppo è composto da 4 pali (o meno), va controllata l integrità di tutti i pali. 65/194

CONTROLLI DI INTEGRITÀ DEI PALI (NTC 6.4.3.6) Con prove dirette o indirette di comprovata validità (quali sono?) - prove soniche carotaggio sonico down-hole cross-hole prove vibrazionali prova ecometrica (impulso in testa al palo) prova di ammettenza dinamica (vibrazione forzata in testa) 66/194

Prove ecometriche Si misura il tempo necessario all onda d urto per ritornare in testa al palo. Si può ricavare la lunghezza del palo o la profondità alla quale c è un difetto. E richiesta una stagionatura di almeno 4gg del cls (Randolph et al. 2009) 67/194

ESEMPIO - PALO INFISSO IN ARGILLA Risultato della caratterizzazione geotecnica verticali di indagine: 1 18 kn/m 2 c uk Argilla Normalconsolidata γ sat = 20 kn/m 3 c uk (kn/m 2 ) = 18 + 0.5 z(m) φ k = 25 c k = 0 δ k = 15 L=19 m Argilla normalconsolidata Falda a piano campagna γ w =10 kn/m 3 Palo infisso d = 0.52 m L = 19 m; γ c = 25 kn/m 3 AZIONI Permanente 170 kn; variabile 50 kn d 68/194

ESEMPIO Verifica a breve termine-calcolo della resistenza APPROCCIO 1 COMBINAZIONE 2 A2 + M1 + R2 Resistenza alla base R = 2 π 0. 52 Rcal,base(R2) = Ab(Nccu + γl) = ( 9 27 + 20 19) = 132kN 4 132 R k, base = = 77. 6kN 77. 6 1. 7 R d, base = = 53. 5kN 1. 45 Resistenza laterale (metodo α) c uk,media = 18 + 0.5 x 19/2 = 22.75 kn/m 2 α=1 cal,lat = ( A αc ) l uk, media L = πdl( 18 + 0. 5 ) = 2 ( π 0. 52 19 22. 75) = 706kN 706 415 k = = 415kN R d, lat = = 286. 4 kn 1. 7 1. 45 R, lat ( M1 + R2) = Rd, base + Rd, lat = 53.5 + 286.4 = kn ( A2 ) = ( 170 + W )(1) + 50(1.3) = kn Rd 340 Ed P 336 69/194

ESEMPIO 4 Verifica a breve termine -calcolo della resistenza APPROCCIO 2 A1 + M1 + R3 Resistenza alla base 2 π 0. 52 Rcal,base(R2) = Ab(Nccu + γl) = ( 9 27 + 20 19) = 132kN 4 132 77. 6 R k, base = = 77. 6kN R d, base = = 67. 5 kn 1. 7 1. 15 Resistenza laterale c uk,media = 18 + 0.5 x 19/2 = 22.75 kn/m 2 α=1 R = cal,lat = ( A αc ) l uk, media L = πdl( 18 + 0. 5 ) = 2 ( π 0. 52 19 22. 75) = 706kN 706 415 k = = 415kN R d, lat = = 360. 9 kn 1. 7 1. 15 R, lat ( M1 + R3) = Rd,base + Rd, lat = 67. 5 + 360. 9 = kn ( A1 ) = ( 270. 8) ( 1. 3) + 50( 1. 5) = kn Rd 428 E d 427 70/194

ESEMPIO Verifica a breve termine-calcolo della resistenza D.M. 11/3/1988 Resistenza alla base 2 π 0. 52 Rbase = Ab (Nccu + γl) = ( 9 27 + 20 19) = 132kN 4 Resistenza laterale c uk,media = 18 + 0.5 x 19/2 = 22.75 kn/m 2 α=1 R =,lat = ( A αc ) l uk, media L = πdl( 18 + 0. 5 ) 2 ( π 0. 52 19 22. 75) = 706kN = R = Rbase + Rlat = 132 + 706 = 838kN ( 170 + 50) = kn E = 220 F 838 = 170 + 50 + W P 838 220 + 100. 8 S = = 2. 61 71/194

ESEMPIO Verifica a lungo termine - calcolo della resistenza APPROCCIO 1 COMBINAZIONE 2 A2+M1+R2 Resistenza alla base R cal,base = A σ' b vb N q Per φ = 25 N q = 17 σ vb =(γ sat - γ w ) L = (20-10) 19 = 190 kn/m 2 2 0. 52 R cal, base = ( π 190 17) = 685kN 4 685 k = = 403kN 1. 70 R, base 403 d = = 278kN 1. 45 R, base 72/194

ESEMPIO 4 Verifica a lungo termine - calcolo della resistenza APPROCCIO 1 COMBINAZIONE 2 A2+M1+R2 Resistenza laterale: R K L 0 cal,lat = πd K tanδ ( 1 sinφ' )(OCR ) σ ' v δ =15 19 1/ 2 L 0 σ' v dz = 1 sen25 0. 58 19 dz = ( γ sat γ w ) zdz = 10zdz = 10 2 0 R 19 2 = 1805kN / m 0 cal, lat = π 0.52 0.658 tan15 1805 = 458 kn 458 269 k = = 269kN R d, lat = = 186kN 1. 70 1. 45 R, lat ( M1 + R2) = Rd,base + Rd, lat = 278 + 186 = kn ( A2 ) = ( 170 + 60.5 )(1) + 50(1.3) = kn Rd 464 E d 295 ( A2 ) (M1+ R2) E d R < d Peso del palo calcolato con γ cls, tenendo conto della spinta d Archimede 73/194

ESEMPIO 4 Verifica a lungo termine-calcolo della resistenza APPROCCIO 2 A1+M1+R3 Resistenza alla base: R cal,base = A σ' b vb N q Per φ = 25 N q = 17 σ vb =(γ sat - γ w ) x L= (20-10) kn/m 3 x 19m = 190 kn/m 2 2 0. 52 R cal, base = ( π 190 17) = 686kN 4 686 k = 403kN 1. 70 R, base = 403 R d, base = = 350kN 1. 15 74/194

ESEMPIO 4 Verifica a lungo termine-calcolo della resistenza APPROCCIO 2 A1+M1+R3 Resistenza laterale: R L 0 K cal,lat σ ' = πd K tanδ ( 1 sinφ' )(OCR ) v δ =15 19 1/ 2 L 0 σ' v dz = 1 sen25 19 dz = ( γ sat γ w ) zdz = 10zdz = 10 2 0 19 0 0. 58 2 = 1805kN / m R cal, lat = π 0. 52 0. 58 tan15 1805 = 458kN 458 k = = 269 kn 1. 70 R, lat 269 d = = 234kN 1. 15 R, lat ( M1 + R3) = R + R = 350 + 234 = kn Rd d,base d, lat 584 ( A1 ) = ( 170 + 60.5 )(1.3) + 50(1.5) = kn E d 375 E ( A1) < R (M1 R3 ) d d + 75/194

ESEMPIO 4 Verifica a lungo termine-calcolo della resistenza D.M. 11/3/1988 Resistenza alla base 2 0. 52 R base = ( π 190 17) = 685kN 4 Resistenza laterale: R lat = π 0. 52 0. 58 tan15 1805 = 458kN Rtot = Rbase + Rlat = 685 + 458 = 1143kN F S = 1143 170 + 50 + W ' P = 1143 220 + 60.5 = 1143 280.6 = 4 > 2.5 Peso calcolato con γ cls, tenendo conto della spinta d Archimede 76/194

ESEMPIO palificata in argilla stratificata c um1 = 18 kpa γ sat = 19 kn/m 3 c um1 = 90 kpa γ sat = 20 kn/m 3 1 sola verticale di indagine N = 80 pali Pali infissi di forma quadrata con lato 0.5 m 77/194

ESEMPIO La capacità portante del gruppo di pali corrisponde al valore più piccolo tra due meccanismi di rottura Calcolo della resistenza con il meccanismo di rottura 1 (palo singolo) R R cal,gruppo1 R cal, singolo = N R = 1188 + 295.2 = 1483kN cal,sin golo = p( α1cu1l1 + α 2cu 2L2 ) + Ab 2 σ = 4x0.5 (1 18 12 + 0.7 90 6) + 0.5 ( ) 118. MN cal, gruppo 1 = 80 1483 = 6 Trascurando la resistenza della platea [ 9cu + vo ] = 0.5x( 9 90 + 370.8) 118. 6 = 69. MN 1. 7 1 sola verticale di indagine R k, gruppo 1 = 8 = APPROCCIO 2 69. 8 d, 1 = = 60. 7MN 1. 15 R gruppo 78/194

R = R + R gruppo, 2 b,lat b,base ESEMPIO Calcolo della resistenza meccanismo 2 rottura a blocco Il blocco ha dimensioni 14 x 11 m Perimetro del blocco p b = 2x(11+14) = 50 m area del blocco A bb =11 x 14 = 154 m 2 Rb, lat = pb( cu1l1 + cu2l2 ) = 50 (18 12 + 90 6) = 37800kN = 37. 8MN R [ c N + γ ( L + D + γ L ] b, base = Abb u2 cb sat1 1 ) sat2 2 Considerando l immorsamento nello strato consistante D = 6 m rispetto alla larghezza del blocco B = 11 m [ 6.6 + 19 (12 + 1.2) + 20 6] = 148579kN 148. MN R b, base = 154 90 6 R, gruppo 148. 6 87. 4 = 87. MN R d, gruppo 2 = = 76MN 1. 7 1. 15 k 2 = 4 79/194

esempio 69. 8 87. 4 = 60. MN R MN 1. 15 d, gruppo 2 = = 76 1. 15 R d, gruppo 1 = 7 Nota. In questo esempio il contributo della piastra è stato trascurato. Se si considera questo contributo si parla di fondazione mista 80/194

Considerazioni sull attrito negativo 81/194

ATTRITO NEGATIVO fra le azioni permanenti va incluso l effetto dell attrito negativo (NTC, 6.4.3) Canadian Foundation Engineering Manual, 1985, 2a ed. pag. 299) Attrito negativo nella parte superiore del palo e attrito positivo nella parte inferiore del palo rappresentano la norma piuttosto che l eccezione. Le NTC (2008) non precisano in quale stato limite debba essere incluso l attrito negativo SLU GEO? SLU STR? SLE GEO? 82/194

ATTRITO NEGATIVO IN LETTERATURA: Lancellotta e Cavalera 1999 (Fondazioni, pag. 370-371). In presenza di attrito negativo perde di significato far riferimento ad una situazione di stato limite ultimo dal punto di vista geotecnico (SLU- GEO), in quanto se il palo dovesse cedere più del terreno si avrebbe la contemporanea scomparsa dell attrito negativo Fleming et al 2009 (Piling Engineering) La portata limite del palo non è influenzata dall attrito negativo, poiché a rottura il cedimento del palo supera quello del terreno (e quindi scompare l attrito negativo) Fellenius 2006; ( Basic of Foundation Design. Electronic Ed. pag.7.13) La portata limite del palo è determinata considerando la resistenza laterale sviluppata lungo l intera lunghezza del palo e la resistenza alla punta. I carichi consistono nelle azioni permanenti (dead loads) e nelle azioni variabili (live loads) ma non l azione dovuta all attrito negativo (drag load) perché il drag load non influenza la portata limite del palo 83/194

ATTRITO NEGATIVO fra le azioni permanenti va incluso l effetto dell attrito negativo SLU GEO? SLU STR? SLE GEO? NO SÌ (nella verifica a compressione o pressoflessione) SÌ (nel calcolo dei cedimenti della palificata) 84/194

ATTRITO NEGATIVO- CALCOLO CEDIMENTI 1) Noto l andamento del cedimento del terreno, si ipotizza il cedimento (rigido) del palo s 2) Si individua il piano neutro e si calcola l attrito negativo dovuto alle tensioni tangenziali agenti sopra il piano neutro; 3) Si calcola la portata laterale (positiva) del tratto sotto il piano neutro e, noto il carico, si ricava l aliquota di carico che deve sopportare la base 4) Nota la curva di trasferimento alla base del palo (da prove di carico con pali strumentati o da correlazioni di letteratura) si ottiene il cedimento che dovrebbe avere la base (s b ) 5) Si confronta s b con s fino a convergenza Q b = P + P N -Q s 85/194

ATTRITO NEGATIVO A) Palo sospeso in argilla NC s A B) Palo C) Palo s appoggiato B appoggiato in uno strato in roccia s C di argilla consistente Piano neutro Cedimento del terreno A parità di cedimento dello strato di argilla NC e di carico applicato in testa, il cedimento del palo è minimo nel caso C. Quindi il cedimento relativo terreno-palo (e di conseguenza l attrito negativo) è massimo nella situazione C. Pertanto a un maggiore attrito negativo corrisponde un minore cedimento del palo; viceversa la situazione A con minore attrito negativo è quella con maggiore cedimento del palo (più problematica la verifica SLE) 86/194

ATTRITO NEGATIVO Le precedenti considerazioni valgono nell ipotesi che tutto il carico si trasmetta al terreno tramite i pali Se si considera il contributo della struttura di collegamento (FONDAZIONI MISTE) l analisi è più complessa 87/194

Pali soggetti ad azioni statiche VERIFICHE SLU RICHIESTE PER PALI ( 6.4.3.1) 1) sul terreno (GEO) - Carico limite verticale della palificata - Sfilamento (per pali soggetti a trazione) - Carico limite orizzontale della palificata - Stabilità globale 2) Su elementi strutturali (STR) - sul palo stesso (pressoflessione, taglio, ecc..) - sulla struttura di collegamento 88/194

SLU VERIFICA A TRAZIONE 89/194

SLU CARICO LIMITE VERTICALE A TRAZIONE Resistenza caratteristica a trazione R t,k da: Prove di carico statico su pali pilota Metodi analitici (φ d, c ud, prove in sito) R t, d = R γ t, k R VALORI DI γ R per pali sollecitati a trazione Infissi Trivellati Elica continua Laterale trazione R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 1.00 1.60 1.25 1.00 1.60 1.25 1.00 1.60 1.25 γ R non dipende dal tipo di palo 90/194

palo D = 40 cm L = 10 m ESEMPIO: Verifica SLU sfilamento Carico permanente 0 kn Carico variabile 100 kn Peso proprio: π0.4 2 /4 x 10 x 25 = 31.4 kn Azione di progetto in condizioni statiche Approccio 1 c. 2 ) E d = (1.3) x 100 (1) 31.4 = 99 kn Approccio 2) E d = (1.5) x 100 (1) 31.4 = 119 kn Nota. Il peso del palo è azione permanente favorevole alla verifica. Quindi il coefficiente parziale è 1. Resistenza di progetto e verifica Valore calcolato con 1 verticale 300 kn Valore caratteristico 300/1.70 = 176 kn R d (R2) = 176/1.60 = 110 kn > E d (99 kn) R d (R3) 176/1.25 = 141 kn > E d (119 kn) 91/194

Pali soggetti ad azioni statiche VERIFICHE SLU RICHIESTE PER PALI ( 6.4.3.1) 1) sul terreno (GEO) - Carico limite verticale della palificata - Sfilamento (per pali soggetti a trazione) - Carico limite orizzontale della palificata - Stabilità globale 2) Su elementi strutturali (STR) - sul palo stesso (pressoflessione, taglio, ecc..) - sulla struttura di collegamento 92/194

SLU CARICO ORIZZONTALE 93/194

SLU CARICO LIMITE ORIZZONTALE COND. STATICHE Approcci di verifica (gli stessi del carico verticale) Approccio 1 Combinazione 1 Combinazione 2 Approccio 2 Combinazione unica A1+M1+R1 (STR) A2+M1+R2 (GEO) A1+M1+R3 (GEO con γ R,(R3) > 1; STR con γ R,(R3) = 1) 94/194

RESISTENZA PALI a carichi trasversali Resistenza caratteristica per carichi trasversali R tr,k si ricava da: Prove di carico statico su pali pilota Metodi analitici (φ d, c ud, prove in sito, es. metodo di Broms) Prove dinamiche ad alto livello di deformazione su pali pilota Resistenza di progetto per carichi trasversali R tr,d R tr,d = R γ tr,k R Tab. 6.4.VI. Valori di γ R R1 R2 R3 1.0 1.6 1.3 γ R non dipende dal tipo di palo 95/194

SLU CARICO LIMITE ORIZZONTALE COND. STATICHE Bisogna tener conto delle condizioni di vincolo in testa determinate dalla struttura di collegamento. NTC (2008) ed EC7 (e D.M.11/3/88) non indicano procedure di calcolo Le soluzioni in letteratura per la resistenza a carico laterale (es. BROMS) sono fornite per -Testa libera -Testa vincolata (rotazione impedita) 96/194

CENNO ALLA TEORIA DI BROMS CARICO LIMITE TRASVERSALE PER TERRENI OMOGENEI - Terreni a grana fine in condizioni non drenate (c u costante) - Terreni incoerenti (φ costante) VINCOLO IN TESTA - Pali liberi - Pali con rotazione impedita MECCANISMI DI ROTTURA POSSIBILI - Meccanismo palo corto SLU GEO (rottura del terreno) - Meccanismo palo lungo SLU STR (rottura del palo, formazione di cerniera plastica sul fusto) - Meccanismo intermedio - SLU STR (solo per pali vincolati in testa, formazione di cerniera plastica in testa) 97/194

PALIFICATE SOGGETTE A CARICHI ORIZZONTALI Dalla resistenza del palo singolo si deve passare alla resistenza del gruppo. Limitata evidenza sperimentale 1. Concetto di efficienza Per s/d > 5 η = 1 R d,gruppo = η N R d,singolo Per s/d = 2.5 3 η = 0.5 (Viggiani, 1999) McClelland (1972) propone η = 1 per s/d >8 e η = 0.7 per s/d = 3 con diminuzione lineare Secondo Fleming et al. (2009) la maggior parte dei gruppi di pali ha un efficienza maggiore di 1 2. Analisi di diversi meccanismi di rottura 98/194

Meccanismi di rottura dei pali in gruppo (da Randolph et al. 2009) = σ φ τ = σ φ τ lim B B 99/194

PRESSIONE LATERALE LIMITE DEL TERRENO Esistono diverse teorie e si distinguono per terreni sabbiosi o argillosi Per sabbie (φ) p lim = 3K P σ v (Broms 1964) p lim = (K P ) 2 σ v (Barton, 1982) p lim (grafici) (Brinch Hansen 1961) Per argille (c u ) p lim = 9c u,esclusi 1.5d superficiali in cui p lim = 0 (Broms 1964) p lim = 2c u a z=0 e aumento lineare fino a 9 c u a z= 3d (Randolph et al 2009) p lim = 2c u + σ v + αc u z/d (Reese 1958, Matlock 1970) p lim = N p c u + σ v (Murff e Hamilton 1993) 100/194

SLU CARICO LIMITE TRASVERSALE DA METODI ANALITICI Esempio. Palo trivellato vincolato in testa d = 50 cm L = 10 m verticali indagate: 1 c uk = 50 kpa Verifica SLU-GEO con la teoria di Broms H lim,calc = 9c u d(l - 1.5d) = 2081 kn L 1.5 d resistenza laterale calcolata minima = 2081 kn resistenza laterale calcolata media = 2081 kn 9c u d Resistenza laterale caratteristica è 2081/1.70 = 1224 kn 101/194

VERIFICA SLU CARICO TRASVERSALE Esempio: palo di qualsiasi tipo Carico permanente 0 kn Carico variabile 40 kn Azione di progetto Approccio 1 c. 2 A2) E d = 1.3 x 40 = 52 kn Approccio 2) A1 E d = 1.5 x 40 = 60 kn Resistenza di progetto Resistenza calcolata con c uk ricavata da 1 verticale 2081 kn resistenza caratteristica 2081/1.70 = 1224 kn resistenza di progetto (R2) 1224 / 1.60 = 765 kn resistenza di progetto (R3) 1224 / 1.30 = 941 kn Verifica SLU-GEO Approccio 1) 52 kn < 765 kn ok Approccio 2) 60 kn < 941 kn ok non dipendono dal tipo di palo 102/194

VERIFICA SLU CARICO TRASVERSALE VERIFICA SLU-STR Vanno ricavate le sollecitazioni (N, M, T) agenti sul palo dovute all azione tenendo conto delle condizioni di vincolo in testa. Il terreno può essere assimilato ad un mezzo elastico continuo o a un mezzo alla Winkler. L analisi può essere elastica o elasto-plastica. Per pali incastrati in testa (rotazione impedita) si può utilizzare in prima approssimazione la soluzione di Matlock e Reese nell ipotesi che palo e terreno siano in campo elastico lineare. Se l analisi è condotta non amplificando l azione, il fattore di sicurezza parziale (del gruppo A1 in entrambi gli approcci) si applica direttamente alla sollecitazione ottenuta (momento); si ottiene cioè il momento agente di progetto da confrontare con il momento resistente di progetto (funzione del materiale e della geometria della sezione; per pali trivellati il momento resistente di progetto dipende dalla classe di cls dal diametro del palo e dell armatura longitudinale). Stessa procedura per la verifica a taglio. 103/194

Esempio verifica SLU-STR Palo trivellato cls25/30 d = 50 cm L = 10 m armatura 8Φ16 acciaio B450C copriferro 5 cm. Momento d incastro Terreno omogeneo E s = 10000 kpa H G = 0 H Q = 40 kn Il momento agente di progetto (effetto dell azione) si ottiene moltiplicando per 1.3 il momento ottenuto nell analisi dovuto ai soli carichi permanenti e per 1.5 il momento ottenuto dovuto ai carichi variabili. L E s 104/194

Esempio verifica SLU-STR λ = 4 4EJ E s 0 E = 22000(f 0. 3 cm / 10) fcm = fck + 8 = 25 + 8 = 33MPa Momento d incastro 0. 3 E = 22000(fcm / 10) = 31476MPa 1 4 3 4 J = πd = 3. 07 10 m 64 λ = 4 4EJ E s0 = L 10 = 4 λ 2. 49 M v 4 4 31476 3. 07 10 10 3 palo lungo = 2. 49m H 0 λ 40 2. 49 = M v = = 49. 8kNm 2 2 Ed = 1. 5Mv = 74. 7kNm Secondo Fleming et al. (2009) si considera lungo se L/λ > 8 (= 2.83) R d =M R,d (N d = 0) = 115.9 knm (programma GELFI) 105/194

VERIFICHE SLE DI PALIFICATE Eccessivi cedimenti o sollevamenti Eccessivi spostamenti trasversali 106/194

Spostamenti orizzontali di palificate - Metodi numerici (programmi di calcolo) - Soluzioni analitiche basate sulla risposta del palo singolo - Matlock e Reese (terreno alla Winkler) - Poulos e Davis (terreno elastico, coefficienti di interazione) - Reese et al. (2006) - Randolph (1981) terreno elastico L adeguatezza del modello elastico dipende da un certo numero di fattori come il livello di carico, il tipo di terreno e la spaziatura. Tuttavia allo stato attuale per una progettazione di routine ci sono poche alternative (Fleming et al. 2009) 107/194

Verifica SLE carichi trasversali Esempio Gruppo di pali 3 x 3 L = 30 m Sezione anulare d = 1500 mm spessore 50 mm Terreno argilla NC c u (kpa) = 2.5 z (m) G = 100 c u Carico orizzontale 9000 kn Rotazione impedita Soluzione con ipotesi di terreno come continuo elastico lineare - Spostamento del singolo palo y - Spostamento del gruppo y G = R U y c u 108/194

Modulo del palo equivalente ad un palo di sezione piena 4 4 EJ d i 1. 4 EP = = Eacc 1 210 1 50. 6 GPa 4 4 1 = 4 d = 1. 5 πd 64 Modulo di taglio corretto (per tenere conto del coefficiente di Poisson) Esempio metodo di Randoplh ( 0 75ν ) G * = G 1 +. ( 1+ 0. 75 ) 306. z G * (kpa ) = 250 z ν = 25 G * = m * z m* = 0. 306 MN m -1 Lunghezza critica del palo se G* = m* z y L c = 2E p = d m* d ( E G ) p c c ρ G c 1 7 2 9 Modulo di taglio medio G * Gc = G z= Lc 2 = 3. 537 kpa ρ = G Spostamento orizzontale con rotazione impedita 0. 11 0. 27 ρc H L c 2 2 9 2 50600 L c = 1. 5 = 23. 1m 0. 306 1. 5 * z= Lc 4 c = * z= Lc 2 ( 50600 3. 54) 0. 5 1 7 Il palo analizzato ha lunghezza maggiore della lunghezza critica per cui si può applicare la soluzione di palo lungo 0. 11 1 y = 0. 27 = 0. 022 m 0. 5 3. 54 0. 5 23. 1 2 109/194

Spostamento di gruppi di pali = I grafici si riferiscono ad una spaziatura fissa s/d = 3 110/194

esempio L c 23. 1 = = 15. 4 d 1. 5 R U 2.8 y 2. 8 G y s y G 6. 2 cm 111/194

Esempio verifica SLE Metodo di Matlock e Reese Palo trivellato cls25/30 d = 50 cm L = 10 m armatura 8Φ16 acciaio B450C copriferro 5 cm. Momento d incastro Terreno omogeneo Es = 10000 kpa H G = 0 H Q = 40 kn L azione di progetto è quella ottenuta con la combinazione rara, o frequente o quasi permanente NTC 2.5.3.). Prendendo la combinazione rara (caratteristica) E d = G + Q = 0 + 40 = 40 kn 112/194

Esempio 7 verifica SLE carico trasversale Analisi elastica di Matlock e Reese (mezzo alla Winkler) 4EJ E = 22000(f 0. 3 cm / 10) λ = fcm = fck + 8 = 25 + 8 = 33MPa 0. 3 E = 22000(fcm / 10) = 31476MPa 1 4 3 4 J = πd = 3. 07 10 m 64 4 E s 0 E s y λ = 4 4EJ E s0 = 4 4 31476 3. 07 10 10 3 = 2. 49m y L 10 = 4 palo lungo λ 2. 49 z= 0 3 = H0 H0λ E λ = 4EJ s E d 1.6 mm 3 0. 04 2. 49 3 y z = 0 = = 1. 6 10 m 3 4 31476 3. 07 10 113/194

Verifica SLE carichi trasversali Metodo semplificato di Reese, Isenhover e Wang (2006) - Metodo del palo immaginario Si considera un palo singolo equivalente che ha circonferenza pari alla linea che racchiude i pali reali La rigidezza del palo immaginario (EJ) P èla somma delle rigidezze dei singoli pali (se ci sono 9 pali EJ P = 9EJ) Si calcola lo spostamento del palo immaginario soggetto al carico totale (H G ) Si confronta con lo spostamento del palo singolo soggetto al carico medio (H G /N) 114/194

CEDIMENTI DI PALI IN GRUPPO Risultati studio LCPC SETRA (1985) Prove di carico su differenti tipi di palo di lunghezza da 6 a 45 m. Tranne rare eccezioni sotto il carico di esercizio il cedimento della testa è inferiore a 1 cm 115/194

Esempio di palificata con elevati cedimenti UNA RARA ECCEZIONE Importanza dell indagine!!! 116/194

CEDIMENTO DI PALIFICATE Q SLE Q PROVA DI CARICO METODI EMPIRICI (R G ) dal cedimento del w palo singolo METODI RAZIONALI (metodo della piastra equivalente, metodo del pozzo equivalente, metodo PDR) METODI NUMERICI (programmi di calcolo) 117/194

CEDIMENTO DI PALIFICATE METODI EMPIRICI (Poulos & Davis, 1980) SETTLEMENT RATIO (rapporto di cedimento) R S w gruppo (Qtot ) = R > 1 w (Q = Q / N ) S sin golo tot COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DEL GRUPPO R G = N R S 1 w = NR gruppo G w sin golo FATTORE DI SPOSTAMENTO DIFFERENZIALE R ds = w w gruppo 118/194

STIMA DEL CEDIMENTO MEDIO w = NR gruppo G w sin golo Valore medio di 63 dati sperimentali R G = 0. 29R 1. 35 Valore massimo di 63 dati sperimentali (Mandolini, 2009) 0.50 1 R G,max = 1 + R 3R N s R = N = numero di pali, s = interasse centro/centro, L = lunghezza dei pali L 119/194

STIMA DEL CEDIMENTO DIFFERENZIALE R ds = w w gruppo w = R ds w gruppo w = max R ds,max w gruppo R ds = 0 R, max. 35 0.35 120/194

ESEMPIO - CEDIMENTI DI PALIFICATE CON METODI EMPIRICI Gruppo di 9 pali s = 3 m d = 60 cm; L = 10 m Carico verticale Permanente 100 kn; variabile 30 kn Carico di progetto E d = 100 (1) + (0.3) 30 (1) = 109 kn Su ogni palo 109/9 =12.1 kn Se il cedimento del palo singolo per questo carico è 2 mm N s 9 3 R = = = 1. 64 L 10 1. 35 RG = 0. 29R = R, max 0. 50 1 + R 1 3R G = = w = Nw gruppo sin golo R 0. 148 G 0. 367 w gruppo = NRGw sin golo = 9 ( 0. 148)w sin golo = 1. 33w sin golo = 2. 7mm w gruppo = NRGw sin golo = 9 ( 0. 367)w sin golo = 3. 3.w sin golo = 6. 7mm (medio) (massimo) 0. 35 Rds,max = 0. 35R = ds gruppo 0. 42 w = R w = 0. 42w gruppo 121/194

CEDIMENTI DI UNA PALIFICATA Metodo di Randolph et al. (1992) R = S N a R S = w w singolo pali (Q tot (Q = Q ) tot / N ) w = pali Q K tot pali w = singolo Q K tot N singolo K K pali singolo a = N 1 122/194

RIGIDEZZA DI UNA PALIFICATA Fleming et al. (1992) K pali = K s N 1 a Valori del coefficiente a nel caso base valido se: a - E p /G = 1000 - s = 3d - G lineare con la profondità L/d - G medio /G(z = L) = 0.75 - ν = 0.3 G Esempio. Palo di lunghezza L = 10 m e diametro d = 40 cm; a = a (L/d) = a(10/0.4) = 0.54 123/194