Castelli: Fondazioni Su Pali
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CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLOAGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICA(O.P.C.M. n 3274/2003 e
successive modifiche ed integrazioni)
Terreno e Fondazioni:
Fondazioni su Pali
Siracusa, 23 Ottobre 2004
ORDINE DEGLI INGEGNERI
DELLA PROVINCIA DI SIRACUSA
Francesco Castelli
F. Castelli
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CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLO AGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICASiracusa, 23 Ottobre, 2004 - Fondazioni su Pali
F. Castelli
Terremoto Loma Prieta (1989)
Terremoto Niigata (1964)
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F. Castelli
CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLO AGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICASiracusa, 23 Ottobre, 2004 - Fondazioni su Pali
Possibili modi di collasso di fondazioni su pali
soggette ad azione sismica
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L
D
INTERAZIONE
SOVRASTRUTTURA FONDAZIONE - TERRENO
FONDAZIONI SU PALI
INTERAZIONE :
2. ELEMENTO DI COLLEGAMENTO
3. PALI
4. TERRENO
INTERAZIONE LIMITATA A
ELEMENTO DI COLLEGAMENTOPALI - TERRENO
1. SOVRASTRUTTURA
(Ulteriori Fenomenidi Interazione)
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3. METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI
1. METODI DI CALCOLO RIGOROSI
2. METODI DI CALCOLO APPROSSIMATI
ASPETTI GENERALI DELL ANALISI E DEL PROGETTO
DELLE FONDAZIONI SU PALI(O.P.C.M. n 3274/2003)
PUNTO 3
3.1 Regole Generali di ProgettazioneDi norma deve essere adottato un unico tipo di fondazione, a menoche essa non consista di unit indipendenti dal punto di vista dinamico.Deve essere evitato luso contestuale di pali e di fondazioni dirette nellostesso edificio.
PUNTO 3.3 Verifiche e Criteri di Dimensionamento3.3.1 Pali e Pozzi di Fondazione
METODI DI ANALISI DELLE FONDAZIONI SU PALI
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METODI DI CALCOLO RIGOROSI
(BEM) Boundary Element Methods
(Butterfield & Banerjee, 1971; Kuwabara,1989; Mendoca & Paiva, 2000).
Hybrid Method (Hain & Lee, 1978; Frankeet al., 1994; Russo, 1996; Ta & Small, 1996;Russo & Viggiani, 1998).
Simplified 2DFinite Element andDifferential Methods (Mohamedzein et al.,1999; Horikoshi & Randolph, 1999; Prakoso& Kulhawy, 2001).
(FDM) 3DFinite Differential Methods
(Poulos, 2001). 3D-dimensional FEM (Ottaviani, 1975;
Chow & Teh, 1991; Katzenbach et al.,2000; De Sanctis, 2001).
Aspetti Generali(Butterfield & Banerjee, 1971)
METODI DI ANALISI DELLE FONDAZIONI SU PALI
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CODICE FLAC3D GENERAZIONE DELLA GRIGLIA
Numero di nodi di una zona
Generazione della griglia: Mesh facilmente divisibile in gruppi con propriet meccaniche omogenee;
Geometria della griglia tale da consentire lutilizzo delle interfaccie (pali asezione quadrata);
Infittimento della mesh dove gli sforzi e le deformazioni sono maggiori.
Gruppi di una MeshF. Castelli
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CODICE FLAC3D SIMULAZIONE NUMERICA
Discretizzazione in meshProva Sperimentale(Koizumi & Ito, 1967)
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GEOMETRIA
FLAC3D - MODELLAZIONE NUMERICA
PROPRIETA MECCANICHE GRUPPI
ELEMENTI NODI ZONE DIMENS.
MESH [m]
ALTEZZA MESH
[m]
LATO PALO
[m]
68735 54992 13747 3.75 13.5 0.30
GRUPPO MODELLO MODULOELASTICITA
TANGENZ.[N/m2]
MODULOCOMPRES.
VOL.[KN/m2]
COESIONE[KN/m2]
ANGOLO DIRESISTENZA
A TAGLIO[]
DENSITA[Kg/m3]
PALOPIASTRA
Elastico 1.35x10^10 1.35x10^10 - - 2500
TERRENO MohrCoulomb
da 2x10^9 a5x10^9
da 4x10^6 a10x10^6
da 25 a 62 25 1570
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Tensioni sul piano passante per i pali Tensioni sul piano passante per la mezzeria
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CODICE FLAC3D SIMULAZIONE NUMERICA
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Spostamenti sul piano passante per i pali Spostamenti sul piano passante per la mezzeria
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CODICE FLAC3D SIMULAZIONE NUMERICA
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Tensione verticale al contattopiastra-terreno
Spostamento verticale al contattopiastra-terreno
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CODICE FLAC3D SIMULAZIONE NUMERICA
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CONFRONTO TRA ANALISI NUMERICA 3D, METODI SEMPLIFICATIE VALORI SPERIMENTALI
0
5
10
15
20
25
30
0 200 400 600 800 1000 1200
Carico [KN]
Cedimento
[mm]
MEASURED
POULOS 2000
POULOS 2002
FLAC3D [Castelli & Di Mauro, 2003]
FLAC3D - back analysis
RANDOLPH 1994
POULOS 2001
Curve carico - cedimenti
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Potenzialmente il pi rigoroso metodo di analisi delle piastre su pali
Permette di tenere conto delle interazioni:
- Palo - palo- Palo - piastra
- Piastra - terreno-Terreno - palo
Permette di stimare con affidabilit i cedimenti assoluti e differenziali e le
sollecitazioni allinterno della piastra e dei pali Risulta oneroso in termini di tempi danalisi (CPUtime= 36 ore).
CONSIDERAZIONI SULLANALISI NUMERICA TRIDIMENSIONALE
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METODI DI CALCOLO APPROSSIMATI
A strip on springs(Poulos, 1991). A plate on springs(Burghignoli, 1983;
Chow & The, 1991; Clancy & Randolph,1993; Poulos, 1994; Russo & Viggiani,1997; Kim et al., 2001; Gue et al., 2002).
Variational approach(Shen et al., 1997;2000).
METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI
Equivalent Pier Method(Poulos & Davis,
1980; Randolph, 1983; Horikoshi &Randolph, 1999). Stiffness Equivalent Method (Randolph,
1994; Poulos, 2000; 2001; 2002).
METODI DI ANALISI DELLE FONDAZIONI SU PALI
Effetti di Interazione Struttura - Terreno(Katzenbach et al., 2000)
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METODI DI ANALISI DELLE FONDAZIONI SU PALI
METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI
Metodo del Palo Equivalente(Poulos & Davis, 1980; Randolph, 1983;
Horikoshi & Randolph, 1999)
s
n
LDeq
Eeq
Eterreno
Piastra
Palo equivalente
Gruppo di Pali
D
Epalo
D
sB
B
AgAg
AgDeq 13.124
===
( )Ag
AtpEsEpEsEeq +=
( )[ ]21snAg =
pL
ns
R=
R < 2
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CAPACITA PORTANTE- Palo Singolo- Gruppo di Pali- Elemento di Collegamento
CEDIMENTI
- Cedimenti Assoluti- Cedimenti Differenziali- Cedimento Medio
AZIONI MOBILITATE- Carico Assiale- Momento Flettente e Taglio nella
Piastra e nei Pali
ASPETTI GENERALI DELL ANALISI E DEL PROGETTO
DELLE FONDAZIONI SU PALI
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AZIONI MOBILITATE- Reazioni nel Terreno
lungo i Pali
PROBLEMI DI MODELLAZIONE
- Comportamento non-linearedel Terreno
- Non-omogeneit del Terreno- Rigidezza dell Elemento
di Collegamento
EFFETTI DI INTERAZIONE
- Palo - Terreno- Palo - Palo- Terreno - Piastra- Palo - Piastra
ASPETTI DI PROGETTO- Geometria dei Pali- Posizione dei Pali- Spessore della Piastra
ASPETTI GENERALI DELL ANALISI E DEL PROGETTODELLE FONDAZIONI SU PALI
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ASPETTI GENERALI DELL ANALISI E DEL PROGETTODELLE FONDAZIONI SU PALI
PUNTO 3.3.2 PALI E POZZI DI FONDAZIONEI PALI DEVONO ESSERE PROGETTATI IN MODO DA RESISTERE:A) FORZE INERZIALI, TRASMESSE DALLA SOVRASTRUTTURA;
B) FORZE CINEMATICHE,
DERIVANTI DALLA DEFORMAZIONE DELTERRENO IN SEGUITO AL PASSAGGIO DELLE ONDE SISMICHE.
(O.P.C.M. n 3274 del 20 Marzo 2003)
LE ANALISI DEVONO DETERMINARE:1. AZIONI INTERNE LUNGO IL PALO2. SPOSTAMENTO ORIZZONTALE2. ROTAZIONE ALLA TESTA DEL PALO
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ASPETTI GENERALI DELL ANALISI E DEL PROGETTODELLE FONDAZIONI SU PALI
PUNTO 3.3.2 PALI E POZZI DI FONDAZIONEI MOMENTI FLETTENTI DI ORIGINE CINEMATICA DEVONOESSERE CALCOLATI NEI CASI IN CUI SIMULTANEAMENTE SIVERIFICA CHE: IL PROFILO DEL TERRENO E DI CLASSE C O PEGGIORE LA ZONA E A MEDIA O ELEVATA SISMICITA
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DAL PUNTO DI VISTA STRUTTURALE:I PALI DEVONO ESSERE PROGETTATI IN MODO DA RIMANERE INCAMPO ELASTICO. ALTERNATIVAMENTE LE SEZIONI DELLEPOTENZIALI CERNIERE PLASTICHE DEVONO ESSERE PROGETTATE
PER UN COMPORTAMENTO DI TIPO DUTTILE
(O.P.C.M. n 3274 del 20 Marzo 2003)
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LA RIGIDEZZA E LA RESISTENZA FLESSIONALE DEL PALO;
LE REAZIONI DEL TERRENO LUNGO IL PALO, TENENDO NEL DOVUTOCONTO GLI EFFETTI CICLICI E LAMPIEZZA DELLE DEFORMAZIONINEL TERRENO;
GLI EFFETTI DI INTERAZIONE TRA PALO E PALO; IL GRADO DI LIBERT DI ROTAZIONE DELLA TESTA DEL PALO, ODELLA CONNESSIONE TRA PALO E STRUTTURA.
ASPETTI GENERALI DELL ANALISI E DEL PROGETTODELLE FONDAZIONI SU PALI
LE ANALISI DEVONO ESSERE BASATE SU MODELLI CONTINUI ODISCRETIZZATI IN GRADO DI RIPRODURRE:
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(O.P.C.M. n 3274 del 20 Marzo 2003)
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FONDAZIONI SU PALIAZIONI E SITUAZIONI DI PROGETTO SECONDO LEC8 (EN 1998-5:2003E)
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FONDAZIONI SU PALIAZIONI E SITUAZIONI DI PROGETTO
SECONDO LEC7 (EN 1997-1:2003E)
PALI CARICATI ASSIALMENTE
PALI CARICATI DA AZIONI DOVUTE A SPOSTAMENTIDEL TERRENO(pali passivi, attrito negativo, rigonfiamenti o sollevamenti del
terreno, ..)
PALI CARICATI TRASVERSALMENTE ALLASSE(pali in zona sismica, livelli di scavo diversi su lati opposti della
fondazione su pali, fondazione su pali ai piedi di un rilevato, .)
PALI SOGGETTI A TRAZIONE
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FONDAZIONI SU PALISTATI LIMITE PREVISTI DALLEC7 (EN 1997-1:2003E)
Instabilit globale;
Rottura per carico limite della fondazione su pali; Sollevamento o insufficiente resistenza a trazione della fondazione su pali; Rottura del terreno per carico trasversale sulla fondazione su pali; Rottura strutturale del palo per compressione, trazione, flessione, taglio o
carico di punta; Rottura combinata del terreno e dei pali di fondazione; Rottura combinata del terreno e della struttura di collegamento;
Cedimenti eccessivi; Sollevamenti eccessivi; Spostamenti laterali eccessivi;
Vibrazioni inaccettabili.
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CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLO AGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICASi 23 Ott b 2004 F d i i P li
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STATI LIMITE :FATTORI PARZIALI PREVISTI DALLEC7 (EN 1997-1:2003E)
SETAZIONE SIMBOLO SIMBOLO
A1 A2SFAVOREVOLE 1.35 1.0PERMANENTE
FAVOREVOLEG
1.0 1.0
SFAVOREVOLE 1.5 1.3TEMPORANEA
FAVOREVOLE
Q0 0
SETPARAMETROTERRENO SIMBOLO M1 M2
ANGOLO 1.0 1.25COESIONE c C 1.0 1.25COESIONE cU Cu 1.0 1.4
RESISTENZA ELL qu 1.0 1.4PESO SPECIFICO 1.0 1.0
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CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLO AGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICASi 23 Ottob e 2004 Fo d io i P li
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SETRESISTENZA SIMBOLOR1 R2 R3 R4
PUNTA b 1.25 1.1 1.0 1.6LATERALE s 1.0 1.1 1.0 1.3
TOTALE t 1.15 1.1 1.0 1.5TRAZIONE s,t 1.25 1.15 1.1 1.6
STATI LIMITE :FATTORI PARZIALI PREVISTI DALLEC7 (EN 1997-1:2003E)
APPROCCIO DI PROGETTO 1COMBINAZIONE 1: A1 + M1 + R1COMBINAZIONE 2: A2 + (M1 o M2) + R4
APPROCCIO DI PROGETTO 2COMBINAZIONE 1: A1 + M1 + R2
APPROCCIO DI PROGETTO 3
COMBINAZIONE 1: (A1 o A2) + M2 + R3
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ASPETTI GENERALI DELL ANALISI E DEL PROGETTODELLE FONDAZIONI SU PALI
PUNTO 5.4.7.4 PALI DI FONDAZIONENEL CASO DI STRUTTURE DI DIMENSIONI E CARATTERISTICHECORRENTI, ERETTE SU SUOLI DI TIPO A, B e CE NEI CASI IN CUI
NON E NECESSARIO CALCOLARE I MOMENTI FLETTENTI DI ORIGINECINEMATICA, LEVERICHE DI CAPACITA PORTANTE POSSONO ESSERECONDOTTE ANCHE CONFRONTANDO LE SOLLECITAZIONI TRASMESSECON LA CAPACITA LIMITE DETERMINATA ASSUMENDO I VALORI
NOMINALI DEI PARAMETRI DI RESISTENZA DEL TERRENO EDUTILIZZANDO UN COEFFICIENTE DI SICUREZZA GLOBALE PARI A 1.7.TALE COEFFICIENTE SI APPLICA GLOBALMENTE AL MODELLO DELBLOCCO RIGIDO EQUIVALENTE ALLA PALIFICATA.
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(O.P.C.M. n 3274/2003 - Aggiornamento 9 Settembre 2004)
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Prove di Carico Statiche:
-Verticale- Orizzontale
AZIONI E SITUAZIONI DI PROGETTO
SECONDO LEC7 (EN 1997-1:2003E)
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Prove di Carico su Pali Strumentati
Curva carico - cedimento
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Prove di Carico Dinamiche:-Ammettenza Verticale
-Ammettenza Orizzontale
AZIONI E SITUAZIONI DI PROGETTO
SECONDO LEC7 (EN 1997-1:2003E)
A Basse Deformazioni
Ad Elevata Energia
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Prove di Ammettenza Meccanica:-Verticale- Orizzontale
- Possono essere considerate come delle
vere e proprie prove in sito di vibrazioneforzata del palo, nel campo delle piccoledeformazioni.
- Si possono assimilare ad una misura in sito
della impedenza del palo.- Limpedenza traduce il processo diinterazione dinamica del sistema palo-terreno.
- Linterpretazione dei rilievi sperimentalialla luce dellinterazione dinamica palo-terreno, consente di acquisire informazionisulla geometria del palo e sui parametridinamici del terreno alle basse deformazioni.
Molle elasticheK Smorzato
viscosiC
, ,
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Prove di Ammettenza Meccanica:-Verticale- Orizzontale
E possibile ricavare:
- una rigidezza dinamica verticale: KZZ = (EpAp/Rp) fv1
- uno smorzamento verticale: CZZ = (EpAp/Vs) fv2
- una rigidezza dinamica orizzontale: KHH = (Ep Jp/Rp3) fH1
- uno smorzamento orizzontale: CHH = (Ep Jp/Rp2Vs) fH2
Ep
= modulo di elasticit del palo;Ap = area sezione trasversale del palo;Jp = momento dinerzia del palo;Rp = raggio del palo;Vs = velocit onde di taglio terreno;fV1, fV2 = coefficienti adimensionali di rigidezza e smorzamento = 0.03 0.05;fH1, fH2 = coefficienti adimensionali di rigidezza e smorzamento = 0.001 0.01.
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FONDAZIONI SU PALIAZIONI E SITUAZIONI DI PROGETTO SECONDO LEC8 (EN 1998-5:2003E)
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Pali soggetti ad Azione Orizzontale
GRADO DI LIBERT DI ROTAZIONE DELLA TESTA DELPALO, O DELLA CONNESSIONE TRA PALO E STRUTTURA.
Palo Lungo Palo Corto
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Pali soggetti ad Azione Orizzontale: Meccanismi di Rottura
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Pali soggetti ad Azione Orizzontale: Palo Corto
Libero in Testa Incastrato in Testa
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Pali soggetti ad Azione Orizzontale: Palo Lungo
Libero in Testa Incastrato in Testa
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Pali soggetti ad Azione Orizzontale:Reazione Orizzontale Limite (Broms, 1964)
REAZIONI LIMITE DEL TERRENO LUNGO IL PALO
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Pali soggetti a Carichi applicati in TestaModellazione del Comportamento
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Modellazione del Comportamento dei Pali
Metodo delle Funzioni di Trasferimento
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( )( )
( )
lim
1
q
xw
k
xwxq
in
+
=
Modellazione del Comportamento dei Pali
EFFETTI NON LINEARI DELLINTERAZIONE PALO - TERRENO
GoKsi=
__________________ [FL-3]Ro ln (Rm/Ro)
4GoKbi=
________________ [FL-3] Ro(1 )
Ks= Ksi( 1 -s)Kb= Kbi( 1 b)
s= Qs/ Qslimb= Qb/ Qblim
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EFFETTI CONNESSI ALLA CICLICITA DELLA SOLLECITAZIONEED ALLAMPIEZZA DELLE DEFORMAZIONI NEL TERRENO
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Pali soggetti ad AzioneOrizzontale:
Modellazione delComportamento
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Pali soggetti ad Azione Orizzontale:Modellazione del Comportamento
Metodo delle curve p y
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ProvaProva PressiometricaPressiometrica
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Analogia con Palo soggetto aAnalogia con Palo soggetto a
Forza OrizzontaleForza Orizzontale
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ProvaProva
DilatometricaDilatometrica
((DMTDMT
))
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530 (D/w) - 1Go=_______________ . _________________ ko 0.25('vPa)0.5
('v/Pa)0.25 2.7 - (D/w)
9Pais the atmospheric pressure,9'
vis the effective vertical stress,
9Dand koare respectively the unit weight and thecoefficient of earth pressure at rest determinedaccording to Marchetti (1980) by means ofDMT results.
Hryciw (1990)0 50 100 150
Go (MPa)
30
25
20
15
10
5
0
Depth
(m)
Laboratory Tests
In-situ DMT Test
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Pali soggetti ad Azione Orizzontale:Modellazione del Comportamento
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Pali soggetti ad Azione Orizzontale:Modellazione del Comportamento
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MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEI GRUPPI DI PALI
EFFETTI DI INTERAZIONEIN CAMPO STATICO NOTO CHE LEFFETTO DELLA INTERAZIONE TRA IPALI QUELLO DI RIDURRE LA CAPACIT PORTANTE DEL GRUPPO ED
INCREMENTARE I CEDIMENTI RISPETTO AL CASO DEL PALO SINGOLO.
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MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEI GRUPPI DI PALI
EFFETTI DI INTERAZIONEIN CAMPO DINAMICO GLI EFFETTI DI INTERAZIONE DIFFERISCONO DAL
CASO STATICO. INFATTI LINTERAZIONE TRA I PALI PUO MODIFICARESENSIBILMENTE LA RIGIDEZZA E LO SMORZAMENTO NEL GRUPPO.
Rapporto di Efficienza del Gruppo (GER)
kgruppoGER = __________
ki
ANALOGAMENTE SI PU DEFINIRE PER LO SMORZAMENTO.
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MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEI GRUPPI DI PALI
EFFETTI DI INTERAZIONE
IN CAMPO DINAMICO POSSIBILE
INTRODURRE UN FATTORE DI INTE-RAZIONE DINAMICA (Kaynia & Kausel,1982). NEL CASO DI DUE PALI ESSO EPARI A:
Spostamento dinamico palo 2________________________________________
Spostamento statico palo 1
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PALI SOGGETTI AD AZIONE ORIZZONTALE:MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEI GRUPPI DI PALI
EFFETTI DI INTERAZIONE TRA PALI
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3 4 5 6 7 8
Spaziatura pali [m]
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
P
m
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CONSIDERAZIONI
CONCLUSIVE
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