CORSO DI AGGIORNAMENTO SULLA NORMATIVA SISMICA DI CUI ALL ORDINANZA 3274 DEL 20 03 2003 Opere di Fondazione Profonde Email: sebastiano.foti@polito.it Web: www.polito.it/soilmech/foti 1
Indice Stati di danneggiamento Interazione Terreno-Struttura Interazione inerziale Interazione cinematica Progetto di fondazioni profonde Verifica capacità portante ed orizzontale Verifiche strutturali Collegamenti alla fondazione Pali Inclinati Adeguamento sismico di fondazioni esistenti 2
Stati di danneggiamento (Nishizawa et al., 1984) 3
Danneggiamento per liquefazione (Mizuno et al., 1996) 4
Danneggiamento per effetti inerziali (Sugimura et al., 1987) 5
Progetto di una palificata Predimensionamento pali Valutazione azioni testa palo (N,V,M) Interazione terreno-struttura Verifiche capacità (verticale ed orizzontale) Sollecitazioni di progetto lungo il fusto (effetti inerziali e cinematici) Progetto armature e dettagli costruttivi 7
Interazione Terreno Struttura Molto importante per le palificate (Martin & Lam, 2000) 8
Interazione terreno struttura Requisiti modello Rigidezza e resistenza flessionale Reazioni terreno (effetti ciclici ed ampiezza deformazioni) Effetti di interazione dinamica palo-palo (effetti dinamici di gruppo) Vincolo testa palo 9
Interazione Terreno Struttura Metodo delle sottostrutture (terreno-fondazionesovrastruttura analizzati separatamente) Sovrapposizione degli effetti (valida rigorosamente per sistemi lineari) 10
Interazione Terreno Struttura: Interazione inerziale 11
La valutazione delle azioni agenti su ciascun palo deve essere fatta tenendo conto della rigidezza globale della palificata Interazione inerziale (Lancellotta & Calavera, 1999) 12
Interazione inerziale V La scelta del modello di riferimento per la risposta del palo dipende dal tipo di analisi: statica dinamica modale statica non-lineare dinamica non lineare 13
Analisi statica lineare Interazione inerziale Modello elastico lineare (Lancellotta & Calavera, 1999) 14
Analisi statica lineare Interazione inerziale Modello elastico lineare Matrice di rigidezza del singolo palo { f } = [ k]{ δ } (Lancellotta & Calavera, 1999) Pali in gruppo: coefficienti di interazione α ij (modifica delle rigidezze) 15
Analisi statica Interazione inerziale Matrice di rigidezza globale Spostamento generalizzato della fondazione Spostamento del singolo palo Azioni testa palo (Lancellotta & Calavera, 1999) 16
Rigidezza alla rotazione governata da rigidezza assiale Interazione inerziale (Martin & Lam, 2000) 17
Analisi dinamica: Valutazione impedenze Impedenza dinamica K = k + iωc k rigidezza dinamica ωc energia dissipata per radiazione e isteresi Interazione inerziale Tabelle per la valutazione dell impedenza (Gazetas, 1991) Cone models (Wolfe, 1994) 18
Valutazione impedenze Interazione inerziale Non linearita 19
Valutazione impedenze Interazione inerziale Gruppo di pali Bassa frequenza: fattori interazione statici Medie-alte frequenze: fattori di interazione dinamici Efficienza dinamica può anche essere >1 (Gazetas et al., 1991) 20
Valutazione effetti gruppo Fattori di interazione dinamica pali incastrati in testa (Makris & Gazetas, 1992) α α ψ S m x z ( S, θ ) = ψ ( S, θ ) ( S ) ( S, θ ) = 3 4 d = e 2S funzione distanza 1 2 massa (x unità smorzamento ( β + i) di kx( ω) + iωcx ( ω) ( ω) + iωc ( ω) d ω S 2 attenuazione = inclinazione congiungente carico = β = k x V S lungh.) isteretico x Interazione inerziale 2 mω 21
Valutazione effetti gruppo Interazione inerziale Funzione di attenuazione (Makris & Gazetas, 1992) ψ V ( S,0) π ψ S, = 2 ψ S ( β + i) ( β + i) 2 2 ( S, θ ) = ψ ( S,0) cos ( θ ) + ψ S, sin ( θ ) = distanza = inclinazione congiungente carico La β = = 3.4V = π d e 2S S ( 1 υ) d e 2S smorzamento d ωs V La ωs V S = diametro isteretico π 2 22
Analisi statica non lineare: capacità ultima Curva carico-spostamenti (verticali) per il singolo palo 23
Capacità ultima Capacità ultima del terreno Capacità ultima delle connessioni 24
Analisi statica non lineare: capacità ultima Limitata dalle rotture alla connessione con la fondazione 25
Interazione cinematica 26
Interazione cinematica da calcolare solo se: Terreno classe C o peggiore con forti contrasti di rigidezza Zona 1 o 2 27
Interazione cinematica 28
Esempio: Interazione cinematici Approccio disaccoppiato Moto free-field Deformazione del palo (Pappin et al., 1997) 29
Effetti cinematici Approccio disaccoppiato (Pappin et al., 1997) 30
Esempio: Interazione Terreno- Struttura Approccio accoppiato (Pappin et al., 1997) 31
Verifiche Strutturali Armatura lungo tutto il palo dimensionata sulla base del momento dovuto ad effetti cinematici ed inerziali 34
Requisiti costruttivi OPCM3274: evitare cerniere plastiche oppure prevedere armatura perimetrale di confinamento a spirale continua d8mm nel tratto interessato Armatura estesa a tutto il palo 1%A s /A4% EC8-5: regioni potenziali cerniere plastiche (2D testa palo; 4D a cavallo interstrati) Per strutture duttili calcolate senza gerarchia delle resistenze: 3D e 6D Ancoraggio nella fondazione per pali tesi 35
Verifiche Strutturali Garantire ancoraggio adeguato: valore di progetto = capacità a trazione palo (Novak, 1991) 36
Verifiche Geotecniche 37
Verifiche SLU Verifica a Capacità Portante Capacità verticale: portata base + portata attrito Pali infissi o trivellati (sabbia o argilla) Effetti di gruppo 38
Verifiche SLU Verifica a Capacità Portante Capacità orizzontale: metodo di Broms Modello rigido-plastico Reazione limite del terreno Terreni coesivi: 8-12c u D Terreni grana grossa: 3K P σ V0 D (effetti 3D) Resistenza ultima della sezione Capacità dipende da meccanismo rottura (vincolo in testa e lunghezza palo) 39
Verifiche SLU Capacità orizzontale Reazione limite del terreno (Viggiani,1999) 40
Verifiche SLU Capacità orizzontale Meccanismo rottura (Viggiani,1999) 41
Verifiche SLU Capacità orizzontale Metodo di Broms: abachi di calcolo (esempio) (Viggiani,1999) 42
Pali Inclinati Rotture e sconnessione testa palo osservati in seguito a eventi sismici (es. Loma Prieta) 43
Pali Inclinati Maggiore rigidezza laterale (maggiori sollecitazioni su palo e plinto) Soluzioni approssimate poco affidabili Necessita di approcci complessi per stimare sollecitazione OPCM3274: evitare uso o progettarli per resistere azioni assiali e momenti flettenti 44
Adeguamento sismico di palificate Resistenza laterale Conseguenze meno catastrofiche Danneggiamento testa palo Interventi più semplici Resistenza passiva fondazione Miglioramento terreni in superficie Resistenza alla rotazione Conseguenze più catastrofiche Interventi costosi Incremento numero pali (Martin & Lam, 2000) 47