FONDAZIONI PROFONDE Le fondazioni profonde differiscono da quelle dirette essenzialmente per il fatto che trasmettono una parte della loro sollecitazione per attrito lungo il fusto al disopra della base di fondazione. Lo studio della stabilità delle fondazioni profonde consiste quindi anche nello studio dell’attrito laterale e nella valutazione dei suoi effetti. Questo attrito può esistere sulla totalità dell’altezza del fusto o solamente su una parte se gli strati superficiali di terreno laterale sono di consistenza troppo molle per apportare ima qualunque resistenza (come gli strati di melma superficiale nel fondo di un porto) o quando delle erosioni possono ridurre gli spessori. Il termine « attrito» nell’espressione « attrito laterale » è usato impropria. mente, ma è sanzionato dall’uso; esso rappresenta tutti gli effetti laterali del fusto della fondazione che possono essere dovuti sia all’attrito interno che alla coesione; si dovrebbe più correttamente parlare di « taglio » tra il fusto e l’ammasso terroso circostante. Si indicano con pali e pozzi le fondazioni profonde per le quali la dimensione trasversale è piccola in rapporto all’altezza (D/B>10) e con pile le fondazioni profonde nelle quali la dimensione trasversale resta importante e il rapporto D/B è più spesso compreso tra 4 e 10.
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Figura 1. Situazioni in cui può essere opportuno far ricorso ad una fondazione su pali.
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Figura 2. Volume significativo e volume di terreno influenzato dalla costruzione per una fondazione diretta e per un palo.
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TIPOLOGIE DI PALI Possiamo distinguere tra: − Pali di costipamento; − Pali portanti. PALI DI COSTIPAMENTO Questi pali vengono infissi provocando un costipamento ed un aumento di densità del terreno circostante, conseguente ad una riduzione dei vuoti pari pressappoco al volume del palo infisso. La loro efficacia è senza dubbio maggiore se si incomincia l’infissione dal perimetro della superficie da costipare andando poi verso il centro. I diametri dei pali da costipamento sono in genere di 15 ÷ 16cm potendo raggiungere anche i 30 ÷ 50cm ; tuttavia bisogna tenere presente che il costipamento è efficace a partire da una profondità di 2 ÷ 3 volte il diametro del palo (perché il terreno superiore rifluisce verso l’alto) per cui impiegando i pali grossi è necessario che il costipamento venga fatto da una quota superiore a quella d’appoggio della fondazione, in modo che il terreno superficiale che è rimasto soffice non interessi perché sarà asportato prima del getto della fondazione stessa.
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PALI PORTANTI I pali portanti si presentano sotto varie forme e possono essere di legno, di acciaio, calcestruzzo e di cemento armato. A seconda delle modalità costruttive sono però distinti in tre categorie: 1) pali prefabbricati ed infissi; 2) pali infissi e costruiti in opera senza asportazione di terreno (cioè previa infissione di una tubazione nel terreno); 3) pali costruiti in opera con asportazione di terreno (pali trivellati). Le dimensioni dei pali possono mutare notevolmente sia al variare di categoria sia per pali di una stessa categoria. In genere però i pali delle prime due categorie (cioè i pali infissi) hanno diametro inferiore ai 60 cm e più spesso compreso fra 20 e 50 cm. I pali trivellati possono invece avere il diametro variabile in un campo molto grande, cioè tra 10 cm per i pali radice, i micropali e simili e 2 ÷ 3 m per i pali a grande diametro (Benoto e simili). La lunghezza dei pali può variare notevolmente, ma in genere è più spesso compresa tra 5 ± 15 m. Si è però con tutti i tipi di palo (salvo ovviamente con i pali di legno) superata anche la profondità di 20 m e con i pali a grande diametro si sono raggiunte profondità superiori a 60 m. Il campo delle portate ammissibili può variare da qualche tonnellata per i pali in legno a più di 1000 ton per i pali di grande diametro. Fondazioni profonde
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Ci sono dunque diversi tipi di classificazione a seconda del materiale di cui sono composti e delle modalità di esecuzione. − In base al materiale di costruzione: a. Legno; b. Acciaio; c. Calcestruzzo semplice o armato; d. Calcestruzzo armato precompresso. − In base alle modalità di esecuzione: 1. Pali costruiti fuori opera o infissi; 2. Pali gettati in opera in tubo forma recuperabile; 3. Pali gettati in opera in casseforme non recuperabili; 4. Pali trivellati. I pali vengono inseriti nel terreno mediante: − Infissione statica, ottenuta con una successione di colpi assestati sulla testa del palo, impiegando un battipalo. Questa tecnica è molto rumorosa e inoltre produce vibrazioni localizzate che, a prescindere da possibili danni prodotti alle proprietà vicine, possono non essere consentite da normative locali o dagli enti preposti alla difesa dell’ambiente; − Infissione mediante apparecchiatura vibrante fissata all’estremità superiore del palo. Questa tecnica risulta di solito molto silenziosa e le vibrazioni necessarie all’infissione possono essere non eccessive. Il metodo è meglio applicabile a depositi di terreno scarsamente coesivo; Fondazioni profonde
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− Infissione a contrasto mediante martinetto. Tale tecnica funziona meglio per pali corti e piuttosto rigidi; − Realizzazione di un foro e successivo inserimento del palo oppure riempimento della cavità con calcestruzzo, che una volta indurito, viene a costituire il palo. Esistono vari modi per la realizzazione: 1. Pali senza rivestimento del foro (Western; Franki con cassaforma di espansione alla base); 2. Pali con cassaforma o camicia di rivestimento (Franki con cassaforma di espansione alla base; tubolare saldato o senza saldature; Western con cassaforma; palo con rastremazione uniforme: Union o Monotube, Raymond standard; Raymond con rastremazione a tratti). Tabella 1. Caratteristiche tipiche e impiego dei pali.1 Tipo di Palo
Legno
Acciaio
Calcestruzzo gettato in opera ( con cassaforma infissa senza mandrino)
Lunghezza massima
35m
Praticamente illimitata
45m
36m
Lunghezza ottimale
9 ÷ 20m
12 ÷ 50m
9 ÷ 25m
8 ÷ 12m
Massimo sforzo raccomandato
Misurato in mezzeria: 4 ÷ 6MPa per legno di cedro, pino, abete rosso, 5 ÷ 8MPa per pino del Sud, douglasia, quercia, cipresso
f y = 0,35 ÷ 0,5 ⋅ f y
0,33 ⋅ f ' c ; 0,4 ⋅ f ' c se il diametro della cassaforma è ≤ 350mm ; sforzo nella cassaforma 0,35 ⋅ f y se lo
0,25 ÷ 0,33 ⋅ f ' c
1
Calcestruzzo gettato in opera (con cassaforma recuperabile)
spessore è ≥ 3mm
BOWLES, J. E.: Fondazioni, progetto e analisi, McGraw-Hill ed., 1991.
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Massimo carico in condizioni normali di esercizio
270kN
Massimo sforzo ammissibile moltiplicato per l’area della sezione trasversale
900kN
1300kN
Intervallo ottimale di carico
130 ÷ 225kN
350 ÷ 1050kN
450 ÷ 700kN
350 ÷ 900kN
Svantaggi
Difficile da giuntare, esposti a danno se infissi in terreno duro, esposti a deperimento se privi di trattamento, difficili da sfilare e sostituire se si spezzano durante l’infissione
Esposti alla corrosione, pali con sezione ad H possono danneggiarsi o deformarsi per effetto degli ostacoli di maggiori dimensioni
Difficili da giuntare una volta che il calcestruzzo abbia fatto presa, notevole volume di terreno spostato
Il getto va realizzato all’asciutto, dipendenza oltre la media dalla qualità dell’esecuzione
Vantaggi
Costo iniziale relativamente basso, pali permanentemente sommersi resistono al deperimento, facili da adoperare
Facili da giuntare, elevata capacità portante, piccolo volume di terreno spostato, in grado di penetrare attraverso ostacoli di lieve entità
Possono essere reinfissi, le casseforme non si danneggiano facilmente
Economia iniziale
Osservazioni
Impiego ottimale come pali Impiego ottimale come pali ad attrito in terreni granulari portanti di punta su roccia, ridurre la capacità portante ammissibile in ambiente corrosivo o predisporre protezioni anticorrosione
Impiego ottimale come pali ad attrito (sospesi) di media lunghezza
Il carico ammissibile su pali con espansione alla base è limitato dalla capacità portante dello strato immediatamente al di sotto del palo
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Tabella 1. (continua).2 Calcestruzzo prefabbricato (con eventuale precompressione)
Calcestruzzo gettato in opera (con Calcestruzzo cassaforma sottile iniettato a pressione infissa con in fori trivellati mandrino)
Tipo di Palo
Tubo di acciaio riempito di calcestruzzo
Composto
Lunghezza massima
Praticamente illimitata
55m
30m per pali 30m per sezioni a lati prefabbricati, 36m per i paralleli, 12m per sezioni a lati pali precompressi rastremati
9 ÷ 25m
Lunghezza ottimale
12 ÷ 36m
18 ÷ 36m
12 ÷ 15m prefabbricati, 18 ÷ 30m precompressi
12 ÷ 18m per sezioni a lati paralleli, 5 ÷ 12m per sezioni a lati rastremati
12 ÷ 18m
Massimo sforzo raccomandato
0,4 ⋅ fy per l’armatura
Calcestruzzo: come per gli altri pali in calcestruzzo; Acciaio: come per gli altri pali in acciaio; Legno: come per gli altri pali in legno
0,33 ⋅ f ' c salvo limiti inferiori imposti dalla normativa; 0,4 ⋅ fy per
0,33 ⋅ f ' c ; 0,4 ⋅ f ' c se il diametro della cassaforma è ≤ 350mm ; sforzo nella cassaforma 0,35 ⋅ f y se lo spessore
0,225 ÷ 0,4 ⋅ f 'c
1800kN
900kN per prefabbricati; 8500kN per precompressi
< 205MPa , 0,5 ⋅ fy per
il nucleo < 150MPa ; 0,33 ⋅ f ' c per il calcestruzzo
Massimo carico in condizioni normali di esercizio 2
1800kN senza nucleo; 18000kN per sezioni larghe con nuclei in
calcestruzzo armato se non è precompresso.
è ≥ 3mm 675kN
700kN
ivi.
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acciaio Intervallo ottimale di carico
700 ÷ 1100kN senza nucleo; 4500 ÷ 14000kN per sezioni larghe con nuclei in acciaio
250 ÷ 725kN
350 ÷ 3500kN
250 ÷ 550kN
350 ÷ 550kN
Svantaggi
Costo iniziale elevato, notevole volume di terreno spostato per pali a punta chiusa
Difficoltà di ottenere un buon giunto tra due materiali diversi
Difficile da adoperare (operazioni di sollevamento) se non sono precompressi, sosto iniziale elevato, considerevole volume di terreno spostato, pali precompressi sono difficili da giuntare
Difficili da giuntare una volta che il calcestruzzo abbia fatto presa, la reinflessione non è raccomandabile, le casseforme si possono danneggiare durante l’infissione, considerevole volume di terreno spostato
Dipendenza dalla qualità dell’esecuzione, non adatti a terreni compressibili
Vantaggi
Controllo ottimale durante l’installazione, assenza di volume di terreno spostato per infissione con punta aperta, i tubi a punta aperta sono ottimi nei confronti di possibili ostruzioni, elevata capacità portante, facili da giuntare
Possono raggiungere lunghezze notevoli a costi relativamente contenuti
Elevata capacità portante, possibilità di avere resistenza alla corrosione, possibilità di inflessione su terreni duri
Economia iniziale, pali a sezione rastremata forniscono migliore capacità portante in strati di terreno granulare
Eliminazione di rumori e vibrazioni durante l’installazione, economia, elevato attrito lungo il fusto, assenza di giunti
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Osservazioni
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Forniscono elevata rigidezza flessionale alla azione di carichi trasv. In assenza di contenimento laterale
Lo sforzo ammissibile e la capacità portante sono legati al più debole dei materiali usati
Pali cilindrici sono particolarmente adatti quando occorre rigidezza flessionale
Impiego ottimale come pali ad attrito (sospesi) di media capacità portante in terreni granulari
Metodi brevettati
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PALI IN LEGNO Sono costituiti da tronchi d’albero accuratamente sfrondati dei rami, trattati, di solito con un prodotto conservativo. Per l’infissione il tronco viene rovesciato, facendolo penetrare dalla parte della punta. L’estremità del palo può essere fornita di una punta metallica quando si devono penetrare terreni duri o ghiaiosi. Se un palo di legno viene disposto sotto il livello permanente di falda, esso sembra avere durata illimitata. Quando un palo è invece soggetto a cicli alternati di umido e secco la vita utile sarà più breve, a meno che non venga trattato con sostanze protettive. Il carico di progetto ammissibile basato sul materiale costituente il palo:
Pa = A p ⋅ f a Dove Ap è l’area media della sezione alla testa del palo mentre fa è lo sforzo ammissibile di progetto definito dalle norme in dipendenza del tipo di legno. La capacità portante statica basata sul terreno circostante il palo viene calcolata come per i pali costituiti di altri materiali. Il principale fattore addizionale da mettere in conto è che il coefficiente d’attrito fra legno e terreno può avvicinarsi tanto al valore tan φ ' per una combinazione di addensamento del terreno prodotto dal volume del palo e per la penetrazione di grani di terreno nella superficie del legno, in particolar modo per terreni granulari.
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PALI IN CALCESTRUZZO I pali in calcestruzzo possono essere prefabbricati, precompressi, gettati in opera o di costruzione composta. Pali prefabbricati Questi vengono prodotti nella lunghezza desiderata in un cantiere specializzato, lasciati maturare e quindi spediti nel luogo dove vengono utilizzati. Possono essere in calcestruzzo armato ordinario o precompresso.
Figura 3. Pali prefabbricati: a) vibrati, b) centrifugati. Fondazioni profonde
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I pali prefabbricati in armatura lenta sono progettati per le azioni flettenti presenti durante le fasi di sollevamento e trasporto in sito, per i momenti flettenti provenienti di carichi trasversali e per fornire una resistenza adeguata ai carichi verticali e a qualsiasi sforzo di trazione che si sviluppi durante l’infissione. I pali precompressi vengono realizzati pretendendo dei cavi di acciaio armonico ad alta resistenza (f ult = 1700 ÷ 1860MPa ) fino ad un valore di 0,5 ÷ 0,7 ⋅ fult ed effettuando il getto attorno ai cavi. Vi sono comunque, a getto indurito, fenomeni di viscosità e altre perdite che riducono lo stato di precompressione del palo del 10 ÷ 15% . È prassi comunque impiegare calcestruzzi ad elevata resistenza (35 ÷ 55MPa ) . Il carico ammissibile di progetto P u viene calcolato per i pali precompressi, tenendo conto degli effetti della precompressione dovute ai carichi e agli effetti viscosi, come: Pa = Ag ⋅ (0,33 ⋅ f ' c −0,27 ⋅ f pe )
Dove Ag è l’area lorda del calcestruzzo e perdite.
f pe
è lo sforzo di precompressione efficace, scontate tutte le
Per quanto riguarda le tensioni che si generano durante l’infissione, queste risultano molto più difficili da determinare. Ricerche tecniche sperimentali hanno dimostrato che per queste valutazioni può applicarsi all’infissione dei pali in calcestruzzo armato la teoria ondulatoria della propagazione Fondazioni profonde
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degli sforzi: la compressione prodotta dal colpo del maglio si propaga dall’alto al basso a partire dalla testa del palo, poi si riflette, a partire dal piede, sotto forma di compressione se il terreno è molto resistente, di trazione se il terreno è poco compatto. Lo sforzo in un punto qualunque del palo è uguale alla somma degli sforzi corrispondenti alle onde nei due sensi. Le peggiori condizioni si realizzano quando la sommatoria degli sforzi di compressione è localizzato al piede. La compressione può raggiungere teoricamente il doppio della pressione massima sulla testa. L’attrito sulle pareti del palo ha debole influenza sul valore della pressione in testa, ma può esercitare un’influenza importante sulla riduzione degli sforzi nella parte infissa del palo. Quando l’infissione si effettua con facilità, la resistenza alla base è debole e l’onda trasmessa si riflette sotto forma di trazione; questa si combina con l’onda di compressione che discende dalla testa del palo e ne risultano degli sforzi effettivi di trazione che variano da un valore nullo alla punta, fino ad un massimo verso a metà del palo. Tra i pali in calcestruzzo armato costruiti fuori opera ricordiamo: − Palo Hennebique: sezione quadrata a facce parallele; − Palo Zublin: sezione pentagonale; − Palo SCAC: ha un vastissimo impiego, per effetto della centrifugazione risultano internamente vuoti. Fondazioni profonde
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Pali gettati in opera in tubo-forma recuperabile A questa categoria appartengono tutti i pali ottenuti gettando del calcestruzzo fresco in una cassaforma metallica (o tubo-forma) infissa nel terreno con i colpi del maglio, senza asportazione di materiale. Il tubo-forma a getto avvenuto viene di mano in mano estratto e recuperato.
Sono largamente impiegati per pali non molto profondi e di media portata, non lo sono per fondazioni troppo ristrette o vicino a fabbricati esistenti, sia per l’ingombro dell’attrezzatura, sia per i danni che i forti colpi del maglio possono provocare ai fabbricati limitrofi. Secondo le modalità di infissione del tubo e del costipamento del calcestruzzo, questi pali si dividono in: Palo Simplex in origine consisteva nell’affondare nel terreno un tubo munito di puntazza in cui si versava del calcestruzzo fresco. Si estraeva in seguito il tuboforma costipando il betoncino con il maglio. Al giorno d’oggi, per irrobustire il palo si crea alla base dello stesso un ingrossamento o bulbo per aumentare la sezione utile di appoggio sul terreno. È una tipologia di palo scarsamente usata. Fondazioni profonde
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Palo Franki differisce dal palo simplex sostanzialmente per il sistema di infissione del tubo e di formazione del bulbo di base. È infatti costituito da una base inferiore espansa e da un fusto rigoroso. Può essere verticale o inclinato. Le sue fasi si esecuzione sono: a. Affondamento del tubo: dopo aver appoggiato il tubo a terra si getta sul fondo un certo quantitativo di calcestruzzo di consistenza asciutta che il maglio con caduta libera dispone in forma di tappo aderente all’involucro. Tale tappo, sotto l’azione continua del maglio, penetra nel terreno e trascina con se per la sua forte aderenza il tubo fino alla profondità prestabilita, impedendo, nello stesso tempo, sia alle acque sotterranee che alle terre di penetrare all’interno; b. Formazione alla base del palo: fissato il tubo in modo tale da impedire ulteriori affondamenti si regolano i colpi del maglio in modo tale da oltrepassare il valore dell’aderenza tappoinvolucro e costringere il tappo ad espandersi. Si aggiungono poi piccole quantità di betoncino, proporzionalmente al grado di assorbimento del terreno; c. Formazione del fusto: si ottiene aggiungendo del calcestruzzo sempre di consistenza asciutta, per Fondazioni profonde
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mezzo di una benna speciale, battendolo con la massa e sollevando tratto per tratto la camicia metallica mentre il maglio col proprio peso impedisce che il materiale risalga con l’involucro. Il fusto assume un diametro superiore a quello del tubo e può paragonarsi ad una colonna avente una superficie molto rugosa, con innumerevoli sporgenze anulari ammorsate in maniera significativa nel terreno. L’inclinazione dei pali Franki può raggiungere i 25° , ed in tal caso sono sempre armati. Palo Express Simili ai pali Franki si differenziano per il tipo di battipalo. Oggigiorno sono superati dalla concorrenza dei pali Franki Palo Vibro La sua caratteristica consiste nel modo di estrazione del tubo-forma. Infatti mentre l’infissione del tubo munito di puntazza avviene normalmente con un maglio munito di uno speciale dispositivo. L’azione con alternanza del maglio solleva il tubo e batte il calcestruzzo. L’estrazione si fa, dunque, per piccole scosse ascendenti seguite da un movimento discendente. La caratteristica principale del palo è come indica il nome la vibratura del calcestruzzo; la sollecitazione vibratoria impressa al tubo ha triplice scopo: a. Far discendere il betoncino; b. Sollevare il tubo; c. Costipare il betoncino. Fondazioni profonde
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Pali gettati in opera in casseforme non recuperabili Il pericolo che il calcestruzzo venga dilavato da acque sotterranee o attaccato da sostanze corrosive ha suggerito l’impiego di pali gettati in apposite casseforme metalliche ondulate che, una volta infisse, rimangono a difesa del calcestruzzo. Pali trivellati Per questa categoria di pali, il tubo-forma scende nel terreno per mezzo di speciali trivelle a sonde. Sostanzialmente i pali trivellati differiscono dai precedenti perché in fase di infissione avviene asportazione di materiale. La cucchiaia cadendo dall’alto per peso proprio urta con forza il terreno e vi penetra facilitata dal tagliente posto all’estremità: il materiale, attraversata la valvola si deposita nel corpo della sonda da cui viene successivamente estratto; il tubo-forma, sia per peso proprio che per un movimento di rotazione impresso a mano scende nel terreno e secondo la Fondazioni profonde
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natura di questo ultimo può prendere o meno l’andamento della sonda. In terreni coerenti, il sondaggio precede normalmente il tubo, la cui infissione è relativamente facile; se il terreno è incoerente, melmoso o frana facilmente, è necessario far precedere l’avanzamento del tubo senza sondare per impedire che il terreno continui a franare col pericolo di apportare notevoli danni ai pali vicini o ad altre fondazioni. Il palo trivellato è certamente il più economico, ed inoltre può essere eseguito in tutte le condizioni di terreno e d’ambiente anche in locali ristretti o fra costruzioni esistenti. Per contro, per uscire ben eseguito occorre verificare che non si creino soluzioni di continuità e danni tali da compromettere la stabilità della fondazione. Tra gli inconvenienti più pericolosi è la formazione di un “tappo” di calcestruzzo che impedisca la discesa del betoncino. Lo stesso inconveniente può accadere se la colonna viene sollevata più del necessario oltre il livello di calcestruzzo. Un altro pericolo è dato dal dilavamento del calcestruzzo che, ancora fresco, può entrare in contatto con una corrente d’acqua sotterranea in pressione. I vantaggi che i pali trivellati in generale presentano rispetto agi altri tipi sono: 1. conoscenza, di volta in volta, di tutti gli strati di terreno attraversati e possibilità di una più sicura valutazione della portata del palo mediante l’estrazione di campioni ed il loro esame in laboratorio (angolo di attrito interno, peso specifico, compressibilità, coesione, ecc.); 2. assenza di energiche battiture e, se la perforazione è eseguita con trivelle a rotazione, esclusione di qualsiasi percussione; Fondazioni profonde
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3. graduale adattamento del palo alle condizioni fisiche del terreno; 4. possibilità di raggiungere elevate profondità ( 30 ÷ 40m ed oltre): è possibile inoltre l’esecuzione senza l’impiego di tubazioni di rivestimento facendo ricorso ai fanghi di bentonite3; 5. possibilità di eseguire i pali in ogni tipo di terreno e di passare attraverso costruzioni esistenti. I pali trivellati si differenziano essenzialmente nel modo di costipamento del calcestruzzo, che può essere a battitura meccanica diretta o ad aria compressa. Palo Strauss È il prototipo del palo trivellato. Il calcestruzzo veniva battuto meccanicamente a mezzo di un maglio, e per evitare perdite di tempo, il getto veniva attraverso un tubo coassiale al tubo-forma, mentre la massa batteva ininterrottamente. Palo Wolfholtz La compressione del calcestruzzo avviene con aria compressa. Ultimato l’affondamento e introdotta se prevista l’armatura, si chiude il tubo con un coperchio avvitato munito di tre condotti di cui due per l’aria a bassa e alta pressione e uno per la malta.
La bentonite è una miscela argillosa costituita in prevalenza di montmorillite (silicato idrato di alluminio) la cui proprietà fondamentale è di creare un sistema colloidale quando viene dispersa in acqua ad opportune concentrazioni. La bentonite è capace di assorbire una notevolissima quantità di acqua rispetto al proprio peso e di rigonfiasi per effetto di questo assorbimento. L’estrema suddivisione delle sue particelle elementari porta alla formazione di un sistema colloidale semplice che è viscoso e tixotropico. Il termine tixotropia è stato introdotto per definire una trasformazione isoterma e reversibile prodotta da una forza deformante ed un conseguente riposo. 3
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Palo Radio Deriva dal palo Strauss. In alcuni casi la costipazione del calcestruzzo e l’estrazione della colonna di rivestimento avviene per mezzo dell’acqua in pressione in modo simile al procedimento con aria compressa. I pali trivellati si adattano a risolvere casi di fondazione del tutto speciali. Il limitato ingombro della attrezzatura consente l’esecuzione anche all’interno degli edifici o sotto i ponti, per lavorazioni di sotto-fondazione. L’assenza di vibrazione consente l’esecuzione dei pali vicino a edifici esistenti PALI METALLICI I pali metallici hanno indiscutibili vantaggi: − Massima resistenza alla presso flessione; − Possibilità di essere infissi a notevole profondità saldando gli elementi tra loro; − Possibilità di resistenza a carichi anche molto elevati; − Infissione attraverso materiale resistente fino a raggiungere la roccia.
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SISTEMI DI PERFORAZIONE La tecnica delle perforazioni profonde a rotazione si è potuta sviluppare grazie all’impiego dei fanghi di bentonite, che hanno la duplice funzione di assicurare la stabilità del foro, evitando l’impiego della tubazione di rivestimento e di portare in superficie i detriti. Il fango pompato attraverso la batteria di aste sino alla testa rotante fuoriesce attraverso appositi ugelli e risale lungo lo spazio venutosi a creare tra la parete del pozzo e le aste, sino a raggiungere la superficie . Il flusso ascendente trascina sabbie, ghiaie, terra, detriti e anche ciottoli di notevole diametro ( 10 ÷ 15cm ). La possibilità di eseguire perforazioni senza tubazioni di rivestimento elimina i limiti di diametro e profondità e consente l’esecuzione di pali anche a sezione non circolare.
La perforazione con i fanghi può avvenire in uno dei seguenti modi: − Senza circolazione: la bentonite viene aggiunta all’acqua contenuta nel foro ed è l’attrezzo stesso che provvede alla sua miscelazione ed alla frantumazione del terreno; − Con circolazione diretta (immissione): il fango viene pompato attraverso le tubazioni sino all’attrezzo rotante e risale lungo il foro trascinandosi i detriti in sospensione; − Con circolazione inversa (aspirazione): il fango viene immesso nel foro ed i detriti vengono aspirati dalle pompe attraverso le aste di perforazione dal basso verso l’alto. Si impiega la circolazione diretta per fori fino a 50 ÷ 60cm di diametro. Nei fori più grandi diventa difficile avere velocità di aspirazione tali da poter mantenere i detriti in sospensione; con la circolazione inversa, invece, la velocità di aspirazione, all’interno delle aste, è indipendente dal diametro del foro. Fondazioni profonde
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MICROPALI Vengono così chiamati i pali che hanno un diametro compreso tra gli 8 ÷ 15cm , le cui caratteristiche di esecuzione e di armatura variano di volta in volta secondi i brevetti, dai pali Radice ai Tubfix, ma che sostanzialmente sono chiamati a realizzare non tanto un elemento singolo portante, quanto un consolidamento generalizzato del terreno sotto la fondazione.
Vi sono tre possibili tipologie di micropali: − Prima: l’armatura può essere costituita da una gabbia metallica o da barre ad aderenza migliorata;
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− Seconda: l’armatura è tubolare metallica, l’iniezione è eseguita in pressione dopo aver iniettato la punta del palo, al termine dell’iniezione si toglie il rivestimento aumentando così l’aderenza ed il volume del palo; −
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Terza: l’iniezione è in pressione con tubi a manchettes, con valvole disposte ogni finale è 2 ÷ 3 volte quella iniziale.
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30 ÷ 50cm ,
la sezione
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Palo Radice Sono inseriti in perforazioni di piccolo diametro e vengono impiegati nelle opere di sottofondazione. Ultimata la trivellazione viene collocata in opera un’anima metallica, infine si esegue il getto con l’aria compressa, con la contemporanea estrazione del tubo-forma. Il getto viene eseguito, oltre che nel terreno, anche nel tratto perforato nell’esistente struttura, cercando così una continuità. La compressione della malta provoca oltre al costipamento del terreno, la diffusione della malta cementizia cosicché il diametro effettivo di un palo radice risulta, in genere, di circa 15 ÷ 20cm . Palo Tubfix Le modifiche introdotte sono: − Iniezione controllata e, se occorre, ripetute nella parte più profonda; − Armatura costituita da un tubo d’acciaio, anziché barre
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CAPACITÀ PORTANTE STATICA DEI PALI
I terreni sono spesso eterogenei, perciò il calcolo teorico delle fondazioni su pali comporta obbligatoriamente delle semplificazioni piuttosto radicali. Per determinare la capacità portante di un palo isolato si può ricorrere ad uno dei seguenti quattro metodi: 1) formule statiche; 2) formule dinamiche basate sui risultati di infissione del palo; 3) formule che utilizzano i diagrammi penetrometrici ottenuti con il penetrometro statico o dinamico; 4) prove di carico sui singolo palo.
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Formule statiche
Un palo isolato, infisso in un terreno omogeneo di grande spessore e sottoposto ad un carico Q, resiste con la risultante Q, delle forze d’attrito che si esercitano sulla superficie laterale del palo a contatto con il terreno e con la risultante Q delle forze che si esercitano sulla punta del palo e si può quindi scrivere:
Q = Qp + Qf
L’esplicitazione dei due termini in funzione di c e φ ha dato luogo a numerose formule basate su ipotesi e schemi più o meno accettabili. d’altra parte piuttosto difficile valutare sia sul piano teorico che su quello pratico i due termini della relazione sopraindicata. Si deve anche tener presente che le forze d’attrito possono cambiare di segno se il terreno laterale al palo s’abbassa più del palo e si ha in questo caso attrito negativo che sovraccarica il palo invece di sostenerlo.
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Resistenza di punta
In modo simile a quanto accade con le fondazioni superficiali c’è attualmente un metodo “unico” e completamente validato per determinare la capacità portante di punta. Tutti i metodi hanno avuto una limitata valutazione sperimentale, principalmente ricorrendo a modelli di fondazioni.
Figura A1.1. Meccanismi di rottura ipotizzati per un palo: a) Caquot, Buisman e Terzaghi; b) Meyerhof; c) Berezantzev; d) Skempton, Yassin, Gibson e Vesic Fondazioni profonde
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Riconducendo il calcolo della resistenza di punta a quanto proposto da Terzaghi per le fondazioni superficiali la relazione precedente può essere esplicitata in un primo momento nella forma:
dove nel primo termine, che rappresenta la resistenza di punta, A è la sezione della punta e B il diametro del palo e nel secondo termine, che rappresenta la resistenza d’attrito, A, è la superficie laterale unitaria, D’ la lunghezza del palo relativa alla resistenza d’attrito e .Fm la resistenza media unitaria di attrito. I parametri c e φ possono essere espressi sia in termini di pressioni effettive che di pressioni totali in dipendenza della natura del problema. Così pure γ’ può essere interpretato in diversi modi nei differenti problemi. I concetti principali della capacità portante già visti per le fondazioni superficiali sono grosso modo validi per la valutazione della capacità portante di punta delle fondazioni profonde. La forma delle superfici di rottura per le fondazioni profonde è conosciuta meno bene che per le fondazioni superficiali; d’altra parte gli studiosi hanno calcolato i diversi valori dei fattori di capacità portante proprio in relazione alla forma della superficie di rottura ipotizzata. Fondazioni profonde
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Vi è comunque un generale consenso che questi fattori e specialmente Nq siano più elevati per fondazioni profonde che per quelle superficiali. Valori di Nq proposti da vari studiosi sono riportati in figura
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Con terreni che drenano facilmente, come sabbie e ghiaie, la pressione dei pori in eccesso causata da un carico può dissiparsi facilmente e perciò esistono le condizioni con drenaggio. Con terreni che drenano con difficoltà, come le argille ed i limi, la pressione dei pori in eccesso causata da un carico su una fondazione profonda può o non può dissiparsi in relazione alla situazione che si verifica e specialmente al tipo di carico. o
o
sotto un carico di lunga durata, come il peso proprio di una struttura, la pressione dei pori in eccesso può dissiparsi; sotto un carico di breve durata, come l’azione del vento o di carichi mobili su una struttura, la pressione dei pori si dissipa difficilmente.
Quindi poiché le condizioni senza drenaggio danno luogo a capacità portante minore per i terreni coerenti è ragionevole far riferimento per la resistenza di punta alla capacità portante senza drenaggio.
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Con queste considerazioni la relazione precedentemente indicata per la capacità portante di punta si semplifica come segue: — per i terreni sabbiosi e facilmente drenabili per i quali c = 0, in
e poiché il secondo termine è trascurabile rispetto al primo addirittura in:
— per i terreni argillosi non drenanti per i quali φ =0 in: dove cu è la resistenza media al taglio senza drenaggio. Per i pali generalmente si accetta che Nc vari tra 7 e 9,5.
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Resistenza d’attrito (o laterale o di fusto)
Nel considerare la resistenza d’attrito si deve prendere in considerazione non solo il tipo di terreno, ma anche il metodo di installazione del palo nel terreno. Il metodo di installazione può avere infatti un effetto notevole sul grado di disturbo del terreno, sulle tensioni laterali agenti sul palo, sull’angolo d’attrito e sull’area di contatto. In argille molto compatte ad esempio può infatti capitare che la superficie laterale di un palo trivellato non sempre sia completamente a contatto con il terreno. Pertanto la difficoltà nel determinare la resistenza di attrito totale di un palo consiste principalmente nella scelta della resistenza di attrito unitaria. In terreno drenante la resistenza d’attrito unitaria può essere assunta pari a
nella quale p’ è la pressione effettiva verticale, K è il coefficiente di spinta e δ l’angolo d’attrito al contatto terreno-materiale del palo. Il coefficiente di spinta K per pali infissi potrebbe essere dell’ordine di 2 tenuto conto anche della densificazione della sabbia all’atto dell’infissione; vi sono però studiosi che attribuiscono invece altri valori a K. Fondazioni profonde
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Così Lundgren indica 0,8, Meyerhof 0,5 per sabbia sciolta e i per sabbia densa, Ireland da 1,75 a 3 ecc. Evidentemente i valori di K sono legati sia al terreno in posto che alle modifiche legate alle modalità costruttive del palo. Per quanto riguarda δ esso dipende dalla natura e forma della superficie del palo ed in linea di massima può essere assunto variabile tra 0,5 e i volte l’angolo d’attrito φ. Talvolta per pali in calcestruzzo si fa anche riferimento a φf, cioè all’angolo d’attrito interno finale. La resistenza unitaria d’attrito nelle argille dovrebbe essere approssimativamente eguale alla resistenza al taglio senza drenaggio del terreno. Nella scelta del valore appropriato di questa resistenza bisogna però tener conto di vari fattori. Abbastanza frequentemente si adopera la relazione:
con α=1 per argille molli e via via decrescente all’aumentare della consistenza fino ad un valore minimo di 0,3. Caquot e Kerisel hanno proposto per α la seguente relazione
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che assume il valore 0,25 per Cu= 1 Kg/cm2. Abbastanza frequentemente si assume a variabile tra 0,5 e 0,85.
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Metodi α, β, λ
Il contributo della resistenza di fusto viene correttamente calcolata utilizzando o una combinazione di sforzi totali ed efficaci o i soli sforzi efficaci. Sono previsti tre metodi di calcolo di uso corrente, due dei quali sono metodi di validità generale per la resistenza laterale di pali collocati in terreni coesivi. Questi metodi prendono il nome di metodo α, β, λ dai coefficienti moltiplicativi utilizzati nel termine della capacità portante laterale. Il metodo β viene usato anche per pali disposti in terreni non coesivi (granulari). In tutti i casi la capacità portante laterale viene calcolata come Psi = ∑ A si ⋅ f si In questa formula A s è l’area della superficie laterale del palo, calcolata comunemente come prodotto del perimetro del palo per l’incremento di lunghezza affondata ∆l ; f s è la resistenza che si sviluppa sulla superficie laterale del palo, da calcolare con uno dei metodi sopraccitati. La ∑ rappresenta la sommatoria dei contributi dovuti ai diversi strati o ai diversi tratti in cui è stato suddiviso il palo.
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Metodo α Tale metodo è proposto da Tomlison (1971). La resistenza è valutata come:
f s = α ⋅ c + q ⋅ K ⋅ tan δ c è il valore media della coesione (o della resistenza a taglio in condizioni non drenate s u ) per lo strato di terreno considerato; q è lo sforzo efficace agente in corrispondenza dell’elemento ∆l ; K è il coefficiente di spinta orizzontale (o laterale) del terreno, compreso tra K 0 e 1,75 circa, a seconda del volume di terreno spostato dal palo, dalla densità iniziale del suolo, ecc. Si raccomanda di usare valori prossimi a K 0 , a causa degli effetti viscosi che si sviluppano a lungo termine nel terreno anche quando il palo ha grande volume. L’angolo δ è quello di attrito efficace tra il terreno e il materiale costituente il palo (si usi φ ' , angolo di attrito in condizioni drenate); quando φ = 0 si assume senz’altro δ = 0 .
Il valore di K 0 nel caso di pali si calcola come:
K 0 = (1 − sin φ ') ⋅ OCR Dove ORC è il rapporto di sovraconsolidazione. Fondazioni profonde
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Metodo λ
Vijayvergija e Frocht (1972) hanno presentato un metodo per ottenere la resistenza laterale di un palo disposto in argilla:
(
fs = λ ⋅ q + 2 ⋅ su
)
Dove q e s u sono valori tabellati e λ è un coefficiente che può essere ottenuto attraverso dal grafico. Tale coefficiente è stato ottenuto con un’analisi di regressione effettuata graficamente su un diagramma che riportava i dati di un grande numero di prove di carico su pali.
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Metodo β
Questo metodo è stato proposto da Burland (1973) e si basa sulle seguenti ipotesi: o Il rimaneggiamento del terreno adiacente al palo durante l’infissione riduce a zero, sul piano di Mohr, l’intercetta dello sforzo efficace con l’asse τ (cioè la coesione); o Lo sforzo efficace agente sulla superficie laterale del palo una volta dissipata la pressione in eccesso nei pori prodotta dal volume di terreno spostato è almeno pari allo sforzo assiale efficace ( K 0 ) prima dell’installazione del palo; o La principale distorsione a taglio durante la messa in carico del palo è localizzata in una fascia relativamente sottile attorno al fusto del palo e il drenaggio di questa zona si verifica rapidamente durante la messa in carico (o già si è verificato nel tempo intercorso tra l’infissione e la messa in carico). Con tali ipotesi Burland ha ricavato una semplice espressione: f s = K ⋅ q ⋅ tan δ Prendendo β = K ⋅ tan δ si può riscrivere l’espressione: fs = β ⋅ q Poiché q è la pressione geostatica alla quota z i ,
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in presenza di sovraccarico q s la formula di cui sopra si modifica in:
(
fs = β ⋅ q + qs
)
Il coefficiente di spinta laterale del terreno può essere scelto dal progettista, tuttavia si usa in genere un valore K = K 0 in cui φ ' è l’angolo di attrito interno efficace. La figura. rappresenta un grafico ricavato da Flaate e Selnes (1979) calcolando a posteriori con questo metodo la resistenza laterale di un certo numero di pali dei quali erano noti i risultati di prove di carico. Secondo Esrig e Kirby la dispersione dei risultati è sensibilmente inferiore a quella dei metodi α, λ . Recentemente sono state effettuate prove per la determinazione del termine K : da una campagna sperimentale Mansur e Hunter hanno definito tali valori, che dipendono dal tipo di palo e dal materiale in cui esso è stato costruito K = 1, 4 ÷ 1,9 . Numerosi sono anche gli studi per la determinazione empirica di β, effettuati da Bhushan (1982), in funzione della densità relativa del terreno, e Zeitlen e Paikowsky (1982), in funzione di una diminuzione dell’angolo φ con la pressione efficace di confinamento. Fondazioni profonde
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Attrito negativo Alle volte i pali sono caricati per attrito negativo; questo fenomeno può verificarsi per due tipi di cause: 1) per cedimento e consolidazione del terreno sotto il proprio peso (fanghi marini e terreni alluvionali recenti in fase di consolidazione) o per azione anche di un abbassamento della falda freatica (caso di Città del Messico); 2) per influenza di un sovraccarico esterno applicato direttamente sul terreno (caso di edifici e magazzini industriali con forti depositi e carichi poggianti direttamente sul pavimento e qualche volta per l’esecuzione di rilevati adiacenti alle strutture). Pile e cassoni Le formule e le considerazioni svolte per i pali possono entro certi limiti essere estese alle pile ed ai cassoni (fondazioni semiprofonde). Precisamente per quest’ultime fondazioni il termine di resistenza d’attrito gioca un ruolo meno importante che per i pali sia per la configurazione geometrica della fondazione sia perché le operazioni di affondamento delle pile e dei cassoni comportano una maggiore riduzione della resistenza d’attrito rispetto ai pali; inoltre in genere la scelta di questo tipo di fondazione è spesso legata anche al raggiungimento, con la base della fondazione, di un banco di terreno con elevate caratteristiche di resistenza.
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Formule dinamiche Vari tipi di pali sono infissi nel terreno a mezzo di battipalo che può essere di varie caratteristiche (a caduta libera, a vapore, ad aria compressa, diesel a singolo e a doppio effetto).
Si usa determinare l’infissione (o rifiuto) medio del palo misurando l’abbassamento sotto una volata di 10 o 20 colpi di maglio. Esistono numerose formule dinamiche stabilite sia su basi teoriche che su dati sperimentali. Nelle formule si esprime in genere l’equivalenza tra il lavoro del maglio ed il lavoro delle forze resistenti che si oppongono all’affondamento del palo. Generalmente esse derivano dalle teorie dell’urto di due corpi e quindi considerano che il lavoro totale del maglio, diminuito del lavoro perduto nel colpo per deformazioni elastiche e per altre cause, sia eguale al prodotto della resistenza che si oppone al movimento per l’abbassamento (o rifiuto) del palo sotto il colpo di maglio e si assimila questa resistenza alla capacità portante del palo. Le perdite d’energia oltre a quelle già indicate, sono dovute a vibrazioni del suolo, del palo, dell’attrezzatura e alle deformazioni permanenti del palo, del maglio ecc. Vi è poi una difficoltà teorica nell’utilizzare le formule dinamiche per il calcolo della capacità portante, poiché è evidente che il comportamento statico di un palo sotto i carichi permanenti o anche sotto sovraccarichi rapidamente variabili è diverso da quello sotto un urto. Fondazioni profonde
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Sappiamo però che per i terreni incoerenti permeabili e densi i risultati delle prove meccaniche di laboratorio sono abbastanza simili sia per carichi applicati lentamente che rapidamente; quindi in questo caso le formule dinamiche dovrebbero dare dei risultati relativamente accettabili. In un terreno coerente poco permeabile il materiale può essere lubrificato nella zona a contatto con il palo per la presenza dell’acqua e quindi all’atto dell’infissione ha una resistenza praticamente nulla, mentre successivamente può svilupparsi una resistenza d’attrito apprezzabile. Il contrario può capitare per la resistenza di punta. Sappiamo d’altra parte dalle prove di laboratorio su terreni coerenti la velocità di applicazione del carico e quindi di deformazione influisce notevolmente sulla resistenza. Ne segue quindi che nei terreni coerenti poco permeabili la applicazione delle formule dinamiche può portare a dei risultati completamente errati. Malgrado queste difficoltà, si usano però lo stesso le formule dinamiche, sia per la loro relativa semplicità sia perché, collegandole con altri dati e prove e sulla base dell’esperienza locale, possono servire come riferimento per controllare la regolarità di infissione di una palificata, sia infine perché talvolta a mezzo di esse si possono stabilire delle specificazioni contrattuali nell’esecuzione del lavoro.
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La relazione generale per le formule dinamiche può essere espressa nella forma M H = Q e + Lp, nella quale M è il peso del maglio, H l’altezza, di caduta, Q la capacità portante dinamica del palo, e il rifiuto o abbassamento permanente sotto il colpo del maglio e Lp il lavoro perduto di vario tipo. Tra le varie formule si può ricordare quella di Brix:
essendo: Q = peso del maglio H = altezza di caduta q= peso del palo e = rifiuto P = resistenza del palo. Ai risultati ottenuti si applicava un coefficiente di sicurezza 8.
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Nota è anche la formula americana “Engineering News”:
con: e = 0,0254 per maglio a caduta libera, e = 0,00245 per maglio a vapore, con coefficiente di sicurezza 6. Sono anche stati messi a punto dei metodi di analisi della battitura dei pali a mezzo del principio dell’onda d’urto, metodi che permettono, qualora vi sia la possibilità di determinare abbastanza correttamente le costanti da inserire nelle equazioni, di calcolare la capacità portante e le sollecitazioni sul palo durante la battitura.
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Capacità portante di gruppo (o di una palificata).
Finora si è esaminato il problema della capacità portante di un singolo palo, ma in pratica si hanno molto spesso pali in gruppo ed è quindi da esaminare l’influenza della vicinanza sulla capacità portante. É evidente che in un gruppo di pali le sollecitazioni trasmesse al terreno da ciascun palo in alcune zone si sommano dando luogo a sollecitazioni maggiori (e che interessano strati di terreno a maggiore profondità) come indicato in figura. Ne consegue che generalmente la capacità portante di un gruppo di pali è inferiore alla somma delle capacità portanti di ciascun palo.
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Il calcolo della capacità portante di una palificata può essere assimilato a quello di una pila avente la profondità dei pali e quale sezione quella racchiusa dal perimetro esterno della palificata considerando quindi che il terreno all’interno di questo perimetro si comporti come un blocco rigido. La capacità portante è quindi ancora data da
facendo però riferimento all’area di base racchiusa dal perimetro ed a quella laterale corrispondente al perimetro Si può scrivere:
nella quale D è l’altezza di terreno interessato, A l’area della superficie circoscritta a tutti i pali, p il perimetro della superficie circostante ai pali, γ il peso di volume del terreno intorno ai pali, Fm la resistenza al taglio del terreno lungo la superficie circoscritta che è data da cu, per i terreni coerenti e da p’ K0 tg ϕ per i terreni incoerenti. Fondazioni profonde
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Azioni orizzontali sui pali
Fra i problemi relativi ai pali un caso di particolare interesse è costituito dai pali sottoposti ad azioni orizzontali, problema questo che si presenta frequentemente nelle opere marittime, nei ponti, nelle fondazioni di pali o piloni per il trasporto di energia elettrica, per l’illuminazione ecc. Questo problema è stato indagato da numerosi studiosi con ricerche sia teoriche che sperimentali. Il comportamento dei pali sotto l’azione di forze orizzontali è stato considerato sotto i due aspetti del carico di rottura e delle deformazioni con il carico di lavoro. La rottura avviene come si può vedere in figura, sia quando il palo ruota rigidamente nel terreno sia quando viene superata la resistenza flessionale del palo e si formano una o più cerniere plastiche lungo il palo. La resistenza laterale del terreno dipende dalla resistenza al taglio del materiale intorno al palo mentre ovviamente nella rottura del palo entrano anche in campo le caratteristiche di resistenza alla rottura della sezione del palo. Fondazioni profonde
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Prove di carico su singolo palo La capacità portante del singolo palo può infine essere valutata con la prova di carico sul palo.
Si deve però osservare che si tratta di prove costose e lunghe se fatte correttamente. Le prove di carico possono distinguersi in due categorie: a) le prove di progetto che, per un palo di tipo e caratteristiche date, hanno lo scopo di determinare la capacità portante. Esse sono in generale spinte fino a rottura e per questa ragione devono essere condotte su pali di prova, costruiti appositamente e generalmente non incorporati nella struttura definitiva; b) le prove di controllo o di verifica effettuate o sistematicamente su una certa percentuale di pali realizzati o se si hanno dei dubbi sulla qualità dell’infissione o della realizzazione, se sono eseguite su pali che giocano un ruolo importante nella struttura definitiva, non devono provocare notevoli deformazioni.
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La prova viene in genere condotta realizzando al disopra della testa del palo un carico indipendente poggiante sul terreno lontano dal palo per non modificarne sensibilmente l’equilibrio. Si procede al carico con l’aiuto di un martinetto posto tra il carico di contrasto e la testa del palo e agendo a mezzo di una articolazione che centra gli sforzi. Si può egualmente opporre alla reazione del martinetto la trazione esercitata a mezzo di una o più travi, generalmente in ferro, su un certo numero di pali vicini. Questo metodo però dev’essere usato con precauzione e comunque i pali, per prove con pali di diametro usuale, dovrebbero essere distanti da quello di prova almeno 1,5 m. L’attrezzatura di misura deve permettere la registrazione della pressione del martinetto, da cui si ha il carico sul palo, e degli spostamenti della testa del palo in relazione a dei riferimenti situati abbastanza lontano per non subirne l’influenza.
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Si procede in generale a cicli successivi di carico e scarico spinti ai valori crescenti seguenti: Q; 1,5 Q; 2 Q; ecc. indicando con Q il carico che si pensa di poter affidare al palo. Il primo ciclo comporta degli incrementi di carico a 0,25 Q; 0,50 Q; 0,75 Q e Q. In ciascuna sosta si misura l’abbassamento dopo stabilizzazione. Dopo la stabilizzazione a carico nullo, si misura l’abbassamento residuo; si procede di preferenza dopo qualche ora al secondo ciclo da raggiungere con incrementi di carico analoghi a quelli del primo ciclo. Quanto finora detto sulle prove di carico si riferisce a pali di diametro e portata più frequenti, e non sembra_completamente accettabile per i pali a grande diametro, per i quali le provdFcarico, data l’onerosità, sono seguite più raramente e l’interpretazione è un po’ diversa anche in relazione all’utilizzazione del palo.
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Le prove dirette di carico su pali permettono evidentemente di verificare la capacità portante di un palo isolato, indipendentemente dall’influenza dei pali vicini, sia sul palo stesso sia sugli strati sottostanti. Esse sono d’altra parte influenzate dalle condizioni di prova e soprattutto dal tempo che passa tra l’infissione o l’esecuzione del palo e le prove di carico. Nei terreni incoerenti saturi, la capacità portante può o non decrescere durante qualche ora dopo l’infissione; essa aumenta in seguito e si stabilizza. La prova deve dunque essere fatta dopo qualche_giorno. Nei terreni imrme i5Wi_saturi, suettibili di rigoiEimento, la capacità portante può iiiiitarein nodo considerevole nei giorni che seguono l’infissione per decrescere in seguito a causa dell’espulsione dell’acqua interstiziale. La prova di carico deve allora essere effettuata molto pù ardi; può essere eventualmente necessario procedere a più prove, su dei pali eguali in date successive. Per i pli costruiti in opera si deve raggiungere ovviamente una certa resistenza nel calcestruzzo e quindi attiderneilternpo necessario per la maturazione prima di eseguire la prova. Queste considerazioni non possono evidentemente essere codificate; la scelta delle condizioni di prova e la sua interpretazione fanno soprattutto appello all’arte ed all’esperienza del costruttore. Finora è stato esaminato il problema della capacità portante e del carico ammissibile del singolo palo caricato assialmente a compressione. In pratica però i pali abbastanza spesso sono costruiti in gruppo ed è quindi necessario conoscere l’influenza della vicinanza degli altri pali sulla capacità portante e sui cedimenti. _he nel caso di pali con la punta in roccia, la capacità portante di un grupi pali non è_generaliiente egui11a somma delle capacità portanti dei singoli pafl. In partic5l re Ìi1Eò da pali éZi1iiiti in terreni argillosi, si può aVere una riduzione abbastanza notevole della capacità portante del gruppo specialmente se i pali sono piuttosto vicini. Fondazioni profonde
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La verifica della capacità portante del gruppo di pali, come è già stato detto nel capitolo 8, può essere condotta come per una pila. Vi sono poi formule e diagrammi che permettono di determinare la capacità portante del gruppo di pali in funzione del numero dei pali e della distanza tra loro dando luogo ad una riduzione di capacità portante variabile tra 0,5 e 0,9 di quella del singoloJ4 opportuno anche ricordare che in talune situazioni i pali possono essere soggetti ad attrito_negativo ed è quindi necessario tenerne conto. Essenzialmente ques1nomeno si verifica quando un riempimento od un rilevato viene posto sopra un terreno argilloso compressibile attraversato dai pali che raggiungono uno strato resistente; casi tipici sono costituiti dalle spalle di cavalcavia o di ponti, da muri di sostegno su pali, da capam:ioni industriali con forti depositi di materiale all’interno. La distanza tra gli assi dei pali in testa non dovrebbe in genere scendere sotto i tre diametri e Fondazioni profonde
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dovrebbe aumentare logicamente passando dai pali resistenti praticamente solo dl punta a quelli resistenti solo d’attrito. La trasmissìòne dei carichi dalla struttura ai pali avviene attraverso plinti, travi o platee generalmente in cemento armato e che collegano quindi le teste dei pali (fig. 13.12.). Si ammette che tutto il carico venga trasmesso solo ai pali e non a mezzo dei plinti, travi e platee anche al terreno immediatamente sottostante, perché si ipotizza che la resistenza del palo con il terreno sia molto più elevata di quella del terreno relativamente superficiale. _____ In genere si cerca che la risultante dei cari jiassi per il baricentro dei pali od almeno di centrare il carico permanente e si verifica l’eccentricit per i sovraccarichi. Comunque nel caso di eccentricità si fanno le ipotesi che: a) la struttura di collegamento sia perfettamente rigida; b) le teste dei pali siano articolate sotto la struttura e quindi non vengano trasmessi momenti fiettenti ai pali; e) i pali siano come colonne elastiche e quindi si ammettono deformazioni e distribuzione delle tensioni piane; d) i pali abbiano la stessa resistenza specifica. Queste ipotesi permettono di utilizzare la teoria della elasticità per i) calcolo dei carichi sui pali e delle sollecitazioni nella struttura di collegamento. Se un gruppo di pali deve resistere anche ad azioni orizzontali abbastanza forti si preferisce spesso_trasi ttere al terreno tali azioni attraverso pali inclinati. Il carico su ogni palo può essere determinato in alcuni casi semi1èi costruendo il diagramma delle forze facendo l’ipotesi che i pali siano caricati assialmente (metodo grafico diCulmann). L’azione delle forze orizzontali dà luogo a pali soggetti a compressione e a trazione. Per quanto riguarda la compressione si considera che il palo Fondazioni profonde
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inclinato abbia la stessa portata di un paio verticale. Quando si hanno prevalentemente azioni orizzontali vengono usati pali prefabbricati ed infissi. Con l’inclinazione in genere si arriva abbastanza facilmente fino a 15°, ma possono essere raggiunti anche i 400. Comunque anche alcuni tipi di pali infissi e costruiti in opera possono essere inclinati. Per quanto riguarda i pali a grande diametro e gli elementi di diaframma la valutazione del loro comportamento si rifà principalmente a quello dei pali trivellati usuali. Si deve però osservare che mentre in genere i pali di diametro usuale sono adoperati in gruppo, i paliagrande diametro sono usati più spesso da soli o in numero molto limitato. Si ha in genere che le portate unitarie affidate ai pali a grande diametro sono piuttosto elevate (300-1000 t) e manufatti di notevole mole sono affidati ad un numero di pali limitato. Pertanto quelle manchevolezze e deficienze che entro certi limiti possono essere accettate per i pali usuali, ipotizzando che la deficienza di qualcuno di essi possa essere facilmente compensata da quelli adiacenti, non possono invece essere accettate per i pali a grande diametro ed è quindi logico adottare per questi pali una maggiore cautela nel flssarne la portata ammissibile.
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