lezione di approfondimento PLI TRIVELLTI IN OPER n Pali trivellati in opera Si chiama trivellato quello che viene eseguito direttamente nel terreno con tecniche che variano in funzione delle caratteristiche meccaniche del terreno stesso e delle attrezzature disponibili nel cantiere. Teoricamente i pali trivellati possono raggiungere qualsiasi profondità e diametro; in pratica le misure ricorrenti sono di circa 0-30 m per la lunghezza e 30-60 cm per il diametro; in casi particolari il diametro può arrivare a,50-,00 m. Il materiale impiegato è sempre il di cemento con o senza armatura. Il procedimento di esecuzione, per i numerosi tipi in uso, si può sintetizzare in tre fasi (Figura ): ) formazione di una cavità cilindrica nel terreno, fino alla profondità prestabilita, con o senza asportazione del materiale; ) applicazione di adeguati sistemi per impedire la richiusura della cavità da parte del terreno circostante; 3) getto del conglomerato di cemento (previa messa in opera di armatura in ferro per i tipi armati) e relativo costipamento. La formazione della cavità del presenta problemi diversi a seconda del tipo di terreno, la cui stratigrafia deve essere nota da prove di carotaggio effettuate fino a oltre la profondità ) cavità ) camicia 3) getto di della palificata da realizzare. Se il terreno è molto incoerente, la cavità può essere formata senza asportare il materiale, ma lasciando cadere un attrezzo che penetra, costipando il terreno lateralmente (come per il sistema Franki, descritto più avanti). Se il terreno è più consistente, allora la cavità si realizza asportando il materiale mediante una lasciata cadere dall alto (Figura ). Se vi sono strati di terreno di notevole consistenza o trovanti rocciosi, si ricorre a punte speciali o utensili di perforazione, che agiscono non più per caduta, ma per rotazione (Figura B). Risolto il problema della formazione della cavità, occorre mantenerla per il tempo necessario all esecuzione della gettata del. In genere i terreni attraversati dai pali sono piuttosto incoerenti e spesso saturi di acque, quindi la cavità si richiuderebbe all istante se contemporaneamente all estrazione del materiale non si affondasse nel terreno una «camicia» di protezione, costituita da un -forma in acciaio di diametro interno uguale a quello del. Il -forma, che viene infisso per rotazione, deve precedere la nei terreni molto incoerenti, evitando così il franamento dello scavo; mentre nei terreni coerenti, prima la asporta il materiale e subito dopo il -forma viene calato a proteggere la cavità (Figura 3). In un recente tipo di, detto «alla bentonite», la funzione di protezione del cavo viene assolta da un bentonitico (composto da acqua e da un particolare tipo di argilla molto pesante), che riempie la cavità man mano che si estrae il materiale e che, oltre a sostenere le pareti dello scavo, impedisce le infiltrazioni forma di acqua, per le sue alte qualità impermeabilizzanti. La terza fase di costruzione del trivellato, cioè l eventuale posa in opera dell armatura in ferro e la gettata del, non presentano problemi di rilievo; ci sono vari modi forma Figura Fasi principali dell esecuzione di un trivellato. forma forma forma forma B forma tipo lligator tipo lligator terreni incoerenti terreni incoerenti Figura Metodi di asportazione del terreno per la formazione del. B terreni solidi terreni solidi terreni terreni molto incoerenti: molto incoerenti: si affonda si affonda il forma il forma la la asporta asporta il terreno il terreno terreni terreni solidi: solidi: la la scava scava si affonda si affonda il forma il forma Figura 3 Infissione del -forma nel terreno: a) nei terreni sciolti, prima scende il, poi si scava; b) nei terreni più coerenti, prima si scava, quindi si fa scendere il -forma.
di esecuzione, sia per ottenere forme particolari delle superfici del, sia per recuperare il -forma. Si riportano ora le caratteristiche e i metodi di esecuzione dei tipi di pali trivellati più in uso. n Palo Franki È un in, con o senza armatura in ferro e può essere eseguito sia verticale, sia inclinato al massimo di 5 ; il diametro è variabile e la portata del può andare da 40 a 00 tonnellate (Figura 4). Le fasi di esecuzione sono: ) appoggiato il -forma del diametro prescritto nel punto esatto del terreno, si versa sul fondo una certa quantità di conglomerato a consistenza umida, che costituisce il tappo, molto aderente alle pareti del in acciaio (Figura 4); ) sotto l azione di un maglio del peso da 0 a 40 quintali a caduta libera (Figura 5), l insieme tappo e -forma penetra nel terreno (che deve avere una scarsissima resistenza), impedendo all acqua di falda e alla terra di penetrare all interno del (Figura 4B). In questo modo l affondamento del -forma fino alla profondità desiderata avviene senza estrazione di materiale e ciò determina una costipazione delle terre intorno al ; 3) ora si blocca il all estremità superiore e si fa sì che, sotto l azione ripetuta del maglio, il costituente il tappo esca dal e formi la base del (Figura 4C); 4) sfilando via via il -forma mentre si versa altro, si procede sempre al costipamento del conglomerato, che compresso tende a formare dei rigonfiamenti laterali (sezione a bulbo). Il fusto del avrà quindi un diametro maggiore di quello del -forma, con una superficie laterale molto rugosa, che ne fa aumentare notevolmente l attrito (Figura 4D ed E). Il impiegato per i pali Franki è generalmente dosato a tre quintali di cemento, con pochissima acqua di impasto (rapporto acqua/cemento = 0,3); poiché la costipazione è effettuata energicamente con un maglio molto pesante e l indurimento avviene in ambiente umido, ne risulta un ottima resistenza meccanica. lla sommità del si pone sempre un armatura in acciaio, ai fini del collegamento al solettone di base della palificata (Figura 6). Il Franki armato si esegue allo stesso modo di quello senza armatura, ma prima di iniziare il getto del viene posta in opera l armatura. Questa è in genere costituita da 4-8 ferri longitudinali di diametro di 4-4 mm, tenuti insieme da una staffatura elicoidale da 6-0 mm (Figura 7). Quando i pali Franki sono inclinati, è sempre necessaria l armatura in acciaio, per resistere agli sforzi di presso-flessione. Per determinare la portanza del Franki, si può ricorrere a vari metodi. a) Calcolo preventivo con la formula di Dorr, che si basa principalmente sull attrito del terreno: Portanza del = { portanza di base (Pb) portanza del fusto (Pf) B C D E Figura 4 Palo Franki in : illustrazione delle varie fasi di esecuzione. tappo di terreno solido pestello finito 0 40 q armatura di ancoraggio solettone in C.. Ø 6 0 Ø 4 4 passo 0 5 cm max. 8 m forma Figura 5 Schema del batti. Figura 6 Collegamento delle sommità dei pali con solettone in C.. Figura 7 rmatura in ferro per il Franki.
P P e σ = ±, W Q qh P = ( Q + q) e Secondo la formula: 90 + ϕ b Pb = S tg Σ( γ h) ( ) Pf = Σγ f u h y + tg ϕ in cui: γ = peso specifico del terreno; HQ P = ϕ = angolo di attrito del terreno; q ϕ e + b = angolo di attrito del terreno Q a livello della base; f = coefficiente di attrito; h = altezza strato di terreno considerato; y = distanza del baricentro di ogni strato dal piano di infissione; S = area base del ; u = perimetro medio del (Figura 8). Fondazioni discontinue e indirette palificate Se il terreno ha caratteristiche uniformi di peso specifico e angolo di attrito, allora il segno di sommatoria può essere tolto e l applicazione della P formula P e σ = ± risulta semplificata. Per, calcolare la portanza con la formula W di Dorr, è necessario procedere alla determinazione sperimentale delle caratteristiche meccaniche del suolo a varie profondità, il che richiede numerose prove Pdi = laboratorio. Q qh ( Q + q) e b) Formula olandese del rifiuto. La portanza del si ricava dalla prova di rifiuto, eseguita durante l esecuzione del medesimo. Quando il -forma è affondato fino alla profondità stabilita, Pb = si S procede tg 90 + ϕ b a una volata (cioè si lascia cadere il maglio per 0 volte di seguito) (Figura 9) e si misura il Σ( γ h) rifiuto del. Pf = Σγ f u h y( + tg ϕ) La portanza del è data da: HQ P = q e + Q y h y Figura 8 Elementi del necessari per la formula di Dorr. u S rifiuto e 0 colpi Figura 9 0 colpi di maglio consecutivi costituiscono la «volata». dove: Q = peso del maglio; H = altezza di caduta; q = peso del -forma; e = rifiuto. La formula tiene conto di un coefficiente di sicurezza pari a 0. L applicazione della formula olandese risulta piuttosto semplice in quanto gli elementi che la compongono sono di facile rilevazione; per brevità si può far uso anche di diagrammi da cui si ricava direttamente il valore medio della portanza (Figura 0). c) Prova di carico diretta a compressione. Occorre una notevole preparazione preliminare, in quanto bisogna realizzare un sistema di carico assiale con martinetti che, premendo sul, ne determinano l infissione nel terreno, da misurare con strumenti di precisione. La figura fornisce lo schema del sistema di prova, consistente in un grande 0 9 8 7 Q 8 q Q 4 q Q = peso del maglio Q 30 q cassone di zavorra travi a rifiuto in cm 6 5 4 3 Ø = 355 mm Ø = 40 Ø = 500 martinetti 0 40 60 80 00 0 portata in tonnellate Figura 0 Diagramma per la determinazione rapida della portanza del in base al suo diametro e al rifiuto. Figura Prova diretta di determinazione della portanza del mediante l impiego di martinetti. 3
cassone pieno di pietrisco, di martinetti per misurare la pressione esercitata sul e di diversi flessimetri, che misurano l abbassamento del con l approssimazione del ventesimo di millimetro. I risultati della prova vengono riportati in un diagramma, che evidenzia il cedimento elastico del terreno e quello permanente (Figura ). La prova va eseguita prima caricando il gradualmente fino al valore della portata stabilita nei calcoli della palificata e poi, determinato il cedimento, scaricando il e determinando il cedimento residuo; successivamente si ripete la prova con un carico pari a una volta e mezzo il carico di servizio del. Dopo lo scarico, il cedimento residuo deve essere inapprezzabile. n Palo Simplex È molto simile al Franki; il -forma, munito di punta, viene infisso nel terreno con batti fino alla dovuta profondità (Figura 3); quindi si procede al getto di recuperando via via il e costipando con pestello il conglomerato. La punta del resta nel terreno, a meno che non sia del tipo apribile e quindi recuperabile. Il diametro del Simplex varia da 40 a 60 cm; la profondità media da 0 a m. Una variante del Simplex è quello Duplex; una volta terminato il Simplex, quando il conglomerato è ancora fresco, si procede all infissione di un secondo -forma (Figura 4), che determina l espansione laterale del e un ulteriore costipamento del terreno; poi si riempie di il secondo, come per il Simplex. Si ottiene in tal modo un di notevole diametro. Il Simplex può essere anche pressato; in tal caso la gettata di viene eseguita in modo particolare. ) Si riempie interamente il -forma di conglomerato di cemento e quindi si recupera il stesso per un tratto di,00-,50 m (Figura 5); ) si riempie nuovamente di la parte di -forma recuperata, si chiude la sommità e si batte il con il maglio; il è costretto a espandersi nella parte terminale del, formando il classico bulbo. L operazione viene ripetuta varie volte fino a ottenere un dal fusto con ingrossamenti laterali. Per la determinazione della portanza del Simplex, si possono usare i metodi già visti per il Franki. cedimento permanente cedimento in mm 0 3 4 5 carico in tonnellate 0 40 60 80 00 cedimento elastico maglio 6 7 8 9 0 Figura Diagramma della prova diretta sul, per rilevarne il comportamento elastico. Figura 4 Palo Duplex. maglio,50 m ) ) 3) 4) 5) punta pestello media h 0 m finito Ø 40 60 cm pressato Figura 3 Palo Simplex: varie fasi di esecuzione. Figura5 Palo Simplex pressato: varie fasi di esecuzione. 4
n Palo Benoto Questo tipo di (usato nell Unità di abitazione di Le Corbusier a Marsiglia) è in genere di grande diametro (,50-,00 m) e può raggiungere notevoli profondità (oltre 40 m). Il forma impedisce al solito il franamento del terreno, mentre una benna provvede a scavare e ad estrarre il materiale all interno del stesso (Figura 6). Per notevoli profondità il è fatto a sezioni, che vengono unite o saldate man mano che affondano nel terreno. Completato lo scavo, si procede al getto di con una benna e contemporaneamente si recupera il -forma con un movimento rotatorio alternativo; quindi si effettua il costipamento del. Durante l estrazione il viene ridotto nuovamente in sezioni, mediante taglio con fiamma ossidrica. La portanza viene determinata con la formula di Dorr o con prove di carico dirette. camicia n Pali alla bentonite Entrati in uso recentemente, i pali eseguiti con l ausilio di pesante di bentonite hanno avuto una rapida diffusione, specie in quei terreni con notevole presenza di acqua di infiltrazione. Per questo tipo di, il -forma non viene impiegato, e il franamento del terreno, una volta estratto il materiale con i soliti sistemi ( o benna mordente), viene impedito dal bentonitico, che ha la capacità di passare dallo stato liquido, quando è in movimento, allo stato colloidale, quando è in quiete. La formazione della cavità del è eseguita, come mostra la figura 7, estraendo il materiale con una benna lasciata cadere dall alto o con un utensile che agisce per rotazione, e immettendo subito il nel foro, e così di seguito fino alla profondità fissata. Il pesante e gelatinoso esercita una pressione idrostatica sufficiente ad assicurare la stabilità delle pareti del cavo e nello stesso tempo crea una barriera impenetrabile alle infiltrazioni di acqua. La gettata del viene effettuata impiegando un lungo imbuto che deposita il conglomerato alla base del ; man mano che si versa il, il viene spostato in alto e si recupera nell apposita vasca. Il può essere anbenna mordente Figura 6 Palo Benoto: fasi di esecuzione. pestello n Pali con forma non recuperabile L estrazione del -forma dal terreno, specialmente per pali molto profondi, presenta notevoli difficoltà; mentre l infissione avviene con una certa facilità, quando, una volta estratto il materiale, si inizia il getto del, il recupero del forma, sia per il suo peso, sia per la combinazione del moto di rotazione e percussione, richiede mezzi e potenze elevatissime. lcuni tipi di pali vengono quindi eseguiti senza estrarre la camicia, che resta quale cassaforma del conglomerato; in questo caso si cerca di adoperare tubi in lamiere sottili, perché più economici. La tecnica del getto è come per gli altri pali già descritti. benna bentonite in andata imbuto bentonite in risalita vaglio vibrante vasca con bentonitico benna imbuto pompa benna vasca con bentonitico vasca bentonite materiale di scarico terreno contenuto punta Figura 7 Esecuzione del con l ausilio della «bentonite», che svolge la funzione di contenimento del terreno. Per fare in modo che il foro scavato non si richiuda, il getto del viene eseguito a mezzo di imbuto. Figura 8 Esecuzione di diaframma con l impiego della bentonite in pressione, che viene fatta risalire dal fondo insieme con il materiale scavato. Questo, selezionato da un vaglio, viene quindi portato allo scarico. 5
che armato, e in tal caso l armatura si pone in opera prima dell inizio del getto; la presenza del bentonitico non nuoce all armatura di acciaio. Si possono raggiungere profondità di 40-60 m e con diametri da 50 a 50 cm. Il calcolo della portanza può essere eseguito con la formula di Dorr o rilevato da prove di carico dirette. n Diaframmi in L impiego dei fanghi bentonitici per la costruzione del isolato si è dimostrato utilissimo anche per l esecuzione di pareti continue, chiamate «diaframmi», per la loro funzione di barriera alle infiltrazioni delle acque. I diaframmi vengono spesso utilizzati nella costruzione di arginatura dei fiumi, per fondazioni continue profonde e per impedire le infiltrazioni di acque nei locali dei fabbricati posti sotto il piano di campagna. Il diaframma, che può essere inteso come una successione di pali uno accanto all altro, viene eseguito con la stessa tecnica finora descritta, asportando il materiale con benna mordente o altro attrezzo, oppure utilizzando la stessa bentonite quale veicolo per estrarre il terreno scavato (Figura 8). In quest ultimo caso la bentonite viene immessa a pressione al fondo della cavità e fatta risalire insieme con il materiale scavato, quindi recuperata attraverso un apposito vaglio. I diaframmi di grandi dimensioni vengono realizzati a sezioni di lunghezza variabile da a 6 m, con uno spessore che varia da 0,30 a,50 m; la profondità può raggiungere i 30-50 m. Le varie sezioni non vengono eseguite una dietro l altra, ma a fasi alterne (Figura 9), per permettere l esecuzione del giunto. Le fasi di esecuzione sono illustrate nella figura 9B, dove si vede la sezione già completa del getto di, la sezione 3 in fase iniziale di getto e la sezione 5 in fase di scavo. Da notare, per la formazione del giunto, l impiego di apposite casseforme, che vengono tolte dopo lo scavo delle sezioni e 4. nche i diaframmi debbono essere dotati di idonee armature di barre di acciaio, per resistere a sforzi di flessione; la presenza del bentonitico che avvolge le barre prima del getto non riduce in modo apprezzabile l aderenza acciaio-; tuttavia è preferibile usare barre ad aderenza migliorata ed effettuare su queste una leggera vibrazione meccanica. n Palo Wolfsholz (ad aria compressa) Dopo aver affondato il -forma nei modi consueti ed estratto il materiale dal medesimo, si chiude il nella parte superiore con uno speciale coperchio a vite, attraversato da tre tubazioni (schema della figura 0): una per l aria compressa a bassa pressione, una per quella ad alta pressione e una terza più grande per il conglomerato a consistenza fluida. Prima si immette aria a bassa pressione, che ha la funzione di eliminare l acqua eventualmente infiltratasi alla base del -forma. Poi si immette il conglomerato a pressione, riempiendo tutta la cavità del. questo punto si immette l aria ad alta pressione, che determina l espansione del nel terreno e nello stesso tempo fa risalire il -forma per la pressione che esercita sul coperchio a tenuta. L operazione viene ripetuta varie volte, immettendo la quantità di necessaria. l termine il si presenta con le superfici laterali molto rugose. Il Wolfsholz può essere dotato di armatura di acciaio. betoniera compressore Nella costruzione dei tristemente famosi grattacieli del World Trade Center a New York (a lungo i più alti del mondo con 0 piani e 40 metri di altezza), per evitare le infiltrazioni di acqua nei piani sotto il livello del terreno, erano stati costruiti diaframmi alla bentonite (966) dalla ICOS di Milano, una delle migliori ditte italiane specializzate nel settore. Il progetto dei grattacieli era stato realizzato da due studi tecnici, la Minoru Yamasaki e la Emery Roth. Il tempo di esecuzione era stato di circa quattro anni. L settembre del 00 i grattacieli sono stati distrutti da un azione terroristica, con migliaia di vittime. 5 6 3 7 4 8 B 5 6 3 7 4 8 B casseforme per il giunto casseforme per il giunto inizio getto deposito bentonite fase di scavo inizio getto 3 4 5 deposito bentonite betoniera fase di scavo compressore aria ad alta pressione 3 4 5 Figura 9 Modalità di esecuzione di un diaframma continuo; esso viene suddiviso in tante parti eseguite alternativamente, allo scopo di permettere l esecuzione del giunto. Figura 0 Palo ad aria compressa (Wolfsholz). aria ad alta pressione 6