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Pali di fondazione

PALI DI FONDAZIONE METALLICI SFL PILETECH

1. La società

SFL Piletech è una società fondata in Australia nel 1992.

Si tratta di un produttore specializzato nella realizzazione di sistemi di fondazione in acciaio, in grado di supportare le imprese di costruzione nella progettazione delle fondazioni in acciaio, a partire dalle indagini geotecniche.

I pali a vite in acciaio prodotti da SFL Piletech sono stati utilizzati per la realizzazione di palificate provvisionali a protezione degli scavi, di chiodatura dei terreni in caso di subsidenza/processi di frana, di tirantatura di palificate tradizionali in cls, di sistemi di fondazione.

Le principali referenze, contenute e descritte negli allegati messi a disposizione da “SFL Piletech “sono:

‐ Downer EDI Engineering Power Pty Ltd (fondazioni per le torri di sostegno rete elettrica) ‐ Transfield Services (Australia) Pty Ltd (fondazioni per torri di sostegno rete elettrica) ‐ Redland City Council (realizzazione paratia di contenimento subsidenza a Raby Bay Queensland) ‐ Thiess John Holland (fondazione di nastro trasportatore) ‐ VDM Construction (fondazione per edificio temporaneo) ‐ Queensland Rail (fondazioni per i pali di sostegno rete di trazione elettrica per la ferrovia)

I pali a vite in acciaio rappresentano un sistema di palificazione ed ancoraggio che combina acciaio ad alta resistenza e design innovativo per raggiungere resistenza e durata richieste dai progetti più performanti.

Il processo di installazione comporta l’avvitamento del palo nel terreno mediante avvitatore meccanico in uso comune sugli escavatori; la tipologia di posa per avvitamento e le caratteristiche geometriche del palo ne consentono la rimozione, una sorta di “svitamento”, e un eventuale riutilizzo. Questa ultima caratteristica rende i pali a vite SFL Piletech particolarmente adatti anche ad opere provvisionali e temporanee.

La tecnologia utilizzata può trovare e trova anche un grande sviluppo nei distretti dove la produzione di calcestruzzo è limitata dalla carenza di inerti ed acqua con caratteristiche adeguate; infatti il sistema di fondazione profonda costituito dai pali a vite SFL Piletech è in grado di ridurre l’utilizzo di calcestruzzo e perfino di affrancarsene completamente, come accade con l’utilizzo del sistema brevettato Star Fin, di seguito più dettagliatamente descritto.

Gli ulteriori vantaggi dei pali a vite in acciaio sono:

‐ facilità e velocità di realizzazione; ‐ possibilità di caricare la fondazione subito dopo la sua realizzazione (nessun tempo per la

maturazione del cls); ‐ non vengono utilizzati fanghi bentonici o malte, trattandosi di pali ad infissione; ‐ non vi è materiale di risulta dello scavo, trattandosi di pali ad infissione; ‐ limitate vibrazioni; ‐ rappresenta un sistema costruttivo ideale per postazioni remote; ‐ i pali di fondazione possono essere di lunghezza variabile a seconda delle esigenze progettuali; ‐ è rimovibile, sostituibile, riutilizzabile; ‐ ideale per infissione in alveo

2. La tecnologia e la progettazione

Dotare di alette opportunamente direzionate ed in numero variabile la testa del palo a vite è un’intuizione degli ingegneri di SFL Piletech, coperta da brevetto internazionale, che ha dato vita al sistema “Star Fin”

Alla base della configurazione “a stella” della testa del palo “Star Fin” vi è il modello di studio geotecnico secondo il metodo di Broms che attribuisce un comportamento rigido‐plastico al terreno di fondazione, per la determinazione del carico limite ultimo orizzontale che innesca il cinematismo di rottura del sistema palo‐terreno

Tale analisi è stata condotta per terreni coesivi ed incoerenti, assumendo i rispettivi diagrammi di carico attivo e passivo sul palo nelle configurazioni di “palo lungo” e “palo corto” e indirizzando la progettazione al caso più sfavorevole.

Il momento flettente viene trasmesso al terreno dal sistema di fondazione che reagisce per attrito superficiale delle ali e per attrito laterale del fusto

La fondazione assume il carico di compressione e di trazione tramite i bulloni di ancoraggio alla struttura soggetta a carico orizzontale.

Le ali sono progettate per assumere la massima parte delle azioni orizzontali sulla sovrastruttura, risultando trascurabile la quota parte di carico sul palo.

L’attrito superficiale sulle ali è funzione delle caratteristiche meccaniche del terreno (angolo di attrito e resistenza al taglio); conseguentemente, in funzione di tali caratteristiche, sono state individuate le serie commerciali dei sistemi di fondazione star‐fin.

3. Corrosione per galvanizzazione e correnti vaganti

Parametro di grande importanza per la produzione dei pali di fondazione metallici è certamente la valutazione degli effetti corrosivi dell’ambiente sull’acciaio, parametro questo che determina la vita utile della fondazione.

Nei report messi a disposizione dalla Società SFL Piletech si descrive la condizione di un palo di fondazione star‐fin in acciaio zincato a caldo infisso dieci anni prima in sedime paludoso a pochi chilometri dalla foce di un fiume, in ambiente altamente corrosivo .

In sintesi i risultati del Report definiscono aree corrosive disomogenee. Lo zinco risulta maggiormente danneggiato sulla spirale del palo e sono evidenti tracce di ruggine lungo i tagli eseguiti prima dell’infissione del palo (zincatura assente).

Le condizioni della zincatura residua, secondo la formula di Romanoff per il calcolo della corrosione, sono da considerarsi ottime, essendo l’ambiente altamente corrosivo, come è possibile apprezzare dai dichiarati valori di resistività e pH.

La perdita di zincatura è pari al 50% solo lungo la spirale del palo; risulta molto minore sulle ali.

Per determinare la vita utile della fondazione “star fin” in parola si ricorda che in letteratura la perdita di zincatura è ritenuta pari a 4 micron/anno in ambienti altamente corrosivi.

Conseguentemente la perdita di zincatura residua (mediamente pari a 100 micron) si avrebbe, per il palo in esame, dopo ulteriori 25 anni.

Ulteriore perdita di acciaio, fino a 1 mm, non modificherebbe la risposta meccanica della fondazione.

Poiché nell’ambiente analizzato la corrosione dell’acciaio ha velocità pari a 25 micron/anno, la vita utile del palo di fondazione sarebbe aumentata di 40 anni.

Si può affermare, dalle analisi eseguite, che quel palo di fondazione in quell’ambiente avrebbe una vita utile superiore a 70 anni.

La zincatura del sistema star fin viene eseguita secondo le specifiche contenute nella normativa internazionale sugli acciai AS 2041.

Nel caso di pali Star Fin non rivestiti è più difficile calcolare la vita utile della struttura essendo molte le variabili in gioco.

L’acciaio utilizzato per realizzare il palo di fondazione Star Fin è acciaio tipo “250 gradi”, corrispondente a S255JR/JD, per le ali e la spirale e tipo “350 gradi”, corrispondente a S355JR/JD per il fusto.

Altra causa di corrosione dell’acciaio è determinata dalle correnti vaganti. La zincatura rappresenta

4. Caratteristiche del terreno di infissione

Come detto il sistema di fondazione Star Fin è stato progettato per essere equivalente, in termini di resistenza, alle fondazioni in c.a. tradizionali ma con il vantaggio di escludere dalle lavorazioni lo scavo e il trasporto a discarica del materiale di risulta, i tempi di approvvigionamento e getto del calcestruzzo (distanza dall’impianto di betonaggio), maturazione del calcestruzzo, presenza di più uomini e mezzi.

Inoltre il sistema Star Fin può essere rimosso e, nella maggior parte dei casi reimpiegato, facendone un ottimo sistema di fondazione per opere provvisorie o provvisionali.

Come per tutti i sistemi di fondazione sia in acciaio che in calcestruzzo vanno considerati i seguenti parametri geotecnici del terreno:

‐ la resistenza al taglio in condizioni non drenate; ‐ la presenza di strati duri superficiali; ‐ la pendenza del terreno di fondazione; ‐ perdita di terreno intorno alle ali per presenza di argilla reattiva o per altri motivi tali da

decomprimere il terreno.

La resistenza al taglio in condizioni non drenate Cu dovrà preferibilmente essere >= 50kPa (condizione piuttosto comune).

Per resistenze al taglio minori o molto minori di tale limite si dovrà riprogettare il sistema Star Fin fuori standard industriali.

Le ali dovranno essere completamente infisse nel terreno per assicurare la stabilità del sistema alle forze orizzontali.

Se lo strato superficiale si presenta duro o roccioso si dovrà procedere con un prescavo. Va sottolineato che la realizzazione di un prescavo, in presenza di strati superficiali duri, deve essere praticata anche per fondazioni in calcestruzzo.

La stabilità del sistema fondazione‐terreno è garantita su pendii con pendenza 1:3

Poiché il sistema star fin si basa sulla resistenza passiva del terreno intorno alle ali, una perdita di terreno per erosione o per la presenza di argilla reattiva modifica la stabilità del sistema e può comprometterla; in questo caso il sistema difondazione dovrà avere almeno quattro ali.

5. Normativa di riferimento

La progettazione e la realizzazione dei pali a vite “Star Fin” risponde alle specifiche contenute nella normativa internazionale per le costruzioni in acciaio AS 4100 e AS 2159

L’acciaio utilizzato è, come detto in precedenza, acciaio tipo S255JR/JD e S355JR/JD.

6. Applicazione del sistema “STAR FIN”

Il palo a vite “Star Fin” trova applicazione preferenziale come fondazione di pali per illuminazione, trasmissione elettrica, telecomunicazioni.

La Tabella che segue indica i nove modelli delle cinque serie di Star Fin, in relazione al momento flettente e allo sforzo di taglio. Le azioni orizzontali sono riconducibili al carico del vento che agisce alla sommità del palo di illuminazione.

Più precisamente il palo a vite “Star Fin” è progettato agli stati limite per il carico istantaneo a rottura del vento in condizioni non drenate.

Poiché, come sopra detto, le ali assumono la maggiore parte del momento flettente generato dal carico orizzontale, la classificazione della Tabella riguarda tipologie di palo con lunghezze di serie.

7. Documentazione di prove di collaudo

Prove di carico effettuate su Pali a Vite

Siamo in possesso di un interessante campo di prove statiche eseguito lungo le rampe di accesso ad un tunnel per verificare la resistenza a trazione di pali a vite installati con la funzione di ancoraggio della platea di fondazione in c.a. delle rampe ed impedirne il galleggiamento.

La stratigrafia del terreno di prova mostra sabbie, sabbie limose e sabbie molto addensate

La falda si presentava, prima dell’inizio dei lavori, a quota + 0,2 m

Le prove di trazione sono state condotte fino al carico di rottura

Tutte le prove hanno dato esito positivo, risultando le deformazioni elastiche e a rottura entro i limiti di accettabilità previsti dal progetto di prova.

Pile screws into founding stratum before reaching

required torque

Helix bearing on suitable founding stratum

Pile screw into founding stratum but does not achieve full

capacity in end bearing

Second helix allows significant increase in shaft capacity

Fill, Loose Sand, Soft to Firm Clay

Dense Sand, EW rock

SAND: Rug = (σ vb x Nq x AB(h)) + (σ v x KS tanδ x AS)SAND: Rug = (σ vb x Nq x AB(h)) + (σ v x KS tanδ x AS)

Shaft adhesion densified soil due to displacement action. (α =0.4)

Fill, Loose Sand, Soft to Firm Clay

Very Stiff to Hard Clay

Shaft adhesion due to shear capacity on cylinder of soil at helix diameter. (α =0.8 to 1.0)

CLAY: Rug = (NC x CU x AB(h)) + (α x CU x AS(h))

PILE FOUNGIND INTO SOIL

Stress Distribution/Load Path

Rigid Stratum

Very Dense Sand

Stiff Clay Soil

Compressible Layer

Thick Consolidating

Layer

Geotechnical conditions where torque

is not an indicator of performance

GEOTECHNICAL SETTLEMENT

Plexicor – Installation of Remote Phone Booths

Extensive discussions had been held with Plexicor to develop a foundation that would suit the majority of the remote areas of Australia. Plexicor were looking for a foundation system that should be of limited installation time.

Initial discussions leaned towards a star fin anchoring system, however due to extreme shear loads, it was decided that a standard 4 screw pile configuration per booth would be most suitable with one screw pile and 2 flanges per corner. The top flange has a centre mounted bolt onto which the booth would be directly attached. The flanges are designed with elongated holes for greater sideways movement connection to enable correct alignment of the centre bolt. Plexicor in conjunction with SFL/Piletech have installed up to 300 of these remote phone booths throughout regional parts of Australia.

Fifty of these locations will be so remote that the standard roof mounted satellite dish would be too small to capture signal in isolation and these booths will have an independent 2.4m diameter satellite dish ground-mounted nearby. SFL/Piletech designed and delivered a quality solution enabling the booth to be installed with ease.

Star Fin screw pile lighting, signs and mast support system

SFL/Piletech manufacture a Star Fin screw pile system specifically for Country Energy and other governmentauthorities for use with their pole products. SFL/Piletech’s Star Fin screw pile product is a quick clean foundationsolution for light poles, signs and other ‘mast style’ products. SFL/Piletech have developed and manufacture arange of Star Fin piles that are capable of accommodating a wide range of loads. As can be seen in the photosthey are very simply installed by screwing into the ground much like a self tapping screw into timber. Once thefins near the ground they are held in the correct position as the screw pulls them into the ground. Every star finhas a cable slot for hard wiring into a mains trench below ground.

SFL Piletech supply in excess of a million dollars worth of star fin product to these authorities for their own usethroughout the country. They are also very popular for use in remote environments eliminating excavations andconcrete works to support Solar powered systems as can be seen in the photo below.

The Star Fin is particularly beneficial in environmentally sensitive areas as there is little impact on theenvironment and the Star Fin can be easily removed if required.

CASE STUDY

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PRODUCT TYPE AND SPECIFICATION

Removable Hold Down Bolts

Drive Plate

Cable Slot Indicator

Swivel Ring

Cable Entry Slot

Fin Plates

Shaft

Helix

Point Attack Bit

EACH STAR FINNED SCREW PILE PRODUCT CONSISTS OF SEVERAL KEY ELEMENTS AS ILLUSTRATED BELOW.

SERIES 1 – 3 FINNED SCREW PILE

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PRODUCT TYPE AND SPECIFICATION

SERIES 2A,2B,3A,3B,4A,4B,5A4 FINNED SCREW PILENB. SLIP BASE ASSEMBLY SUITABLE FOR SERIES 3B ONLY

SERIES 5B

4 FULL FINS/4 HALF FINS

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1.Attach drive tool, ensure bolts are secure

2 Stand Star fin vertically & install..3. Ensure fin plates do not rotate during installation.

4 Adjust lighting column for verticality by adjusting nuts..

PRODUCT INSTALLATION

Method Statement

Check drive tool for wear. If worn replace.

Check the installation location for known underground services. If service location are unknown, careful pre-boring with an earth auger or hand digging will discover services.

Set out location of the screw pile, establishing location of junction box and final pole orientation.

In hard clay soils or shale, pre-auger soil with an earth auger (refer following schedule) to full pile depth and reverse auger out of hole, ensuring minimal soil removal.

During screw pile installation the helix rotation will pull the fin assembly into the ground vertically. Once the fins have engaged the ground they must not be allowed to spin during installation.

Install the screw pile until fins are touching the ground, rotate the fins to the correct location and continue installation until pile is fully installed.

When final depth is achieved, ensure cable slot “V” indicator is pointed towards junction box.

Ensure that a fin plate is not blocking the cable entry slot.

Stand up lighting column and fix to hold down bolts, adjust nuts to level column.

Vermin protection may be carried out using expanding polyurethane foam. Fill in the gap between the light pole base plate and screw pile drive plate

WAYS S.r.l. Via Luigi Perna, 51 – 00142 Roma Tel. 06/89273283 – Fax 06/62275486 www.ways-srl.com – ways@ways-srl.com PI 05295971005 – Capitale Sociale 12.000 Euro i.v.