Prof. Giuseppe Lanzo

Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica

Via A. Gramsci 53 - 00197 Roma

tel: 06-49.91.91.73

giuseppe.lanzo@uniroma1.it, http://dsg.uniroma1.it/lanzo/

CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA QUINQUENNALE

IN ARCHITETTURA UE

Laboratorio di Costruzioni

Modulo di “GEOTECNICA E FONDAZIONI”

FONDAZIONI SU PALI

FONDAZIONE PROFONDA: PALO

Il carico è trasmesso attraverso la

base X-X e le superfici laterali X-Z

D/B >> 1

PALO: elemento strutturale di fondazione, costruito in opera o

infisso dalla superficie del terreno, in grado di trasmettere al

sottosuolo, anche lungo la sua superficie laterale, i carichi trasmessi

dalla sovrastruttura

PALI DI FONDAZIONE

Situazioni in cui si impone una fondazione su pali:

esigenze idrauliche (fondazioni di ponti o di opere in alveo o al

largo in mare)

necessità di limitare i cedimenti o di trasmettere il carico in

profondità al di sotto di terreni con caratteristiche meccaniche scadenti

PALIFICATE

PALIFICATE: gruppo di pali posti a distanza ravvicinata e collegati

tra loro da plinti, travi e intelaiature

PALIFICATE

Viadotto sul fiume Garigliano

SUDDIVISIONE DEI PALI DI FONDAZIONE

occorre tenere conto nella progettazione del disturbo

arrecato al terreno circostante

è utile una suddivisione basata sulla tecnologia di

installazione perché da questa dipende il disturbo

Il comportamento dei pali è fortemente influenzato dalla

tecnologia di installazione, in quanto dipende principalmente

dal volume di terreno immediatamente circostante il palo che

è quello disturbato dall’installazione (variazione di proprietà e

di stato tensionale)

SUDDIVISIONE DEI PALI DI FONDAZIONE

PALI A SPOSTAMENTO DI TERRENO

PALI INFISSI: addensamento del terreno

nell’intorno del palo

PALI AD ASPORTAZIONE DI TERRENO

PALI TRIVELLATI

PALI AD ELICA CONTINUA (CFA) :

decompressione del terreno nell’intorno del

palo

PALI INFISSI

Un palo infisso è eseguito senza asportazione di terreno e realizzato

mediante l'infissione, per mezzo di battipali e vibratori, di elementi

prefabbricati (calcestruzzo, acciaio), oppure mediante getto di

calcestruzzo in opera entro un tubo forma infisso nel terreno.

Si distinguono:

-pali prefabbricati in c.a. ordinario o precompresso : sono costituiti

da elementi a sezione costante o rastremata, di forma circolare,

ottagonale, esagonale, quadrata, pieni o cavi (dimensione trasversale d =

0,2 ÷ 0,8 m) aventi lunghezza variabile tra 20 m e 35 m;

-pali di acciaio: diametro variabile tra 0,2 m e 3 m e lunghezza fino a

100 metri (specie nelle opere marittime e in mare aperto)

-pali infissi gettati in opera: pali in c.a. realizzati entro una cassaforma

costituita da un tubo d'acciaio di grande spessore infisso nel terreno;

durante il getto del calcestruzzo il tubo di acciaio viene gradualmente

estratto (diametro tra 0,3 e 0,6 metri, lunghezza fino a 30 ÷ 35 m)

PALI INFISSI

Palo tipo FRANKI tappo di

ghiaia o CLS

secco

PALI TRIVELLATI

Un palo trivellato è eseguito con asportazione di terreno mediante getto

di calcestruzzo in un foro trivellato preventivamente con attrezzatura a

percussione o a rotazione.

Convenzionalmente si suddividono in:

- Pali di grande diametro: hanno diametro maggiore di 700 mm

(diametri commerciali: 800-1000-1200-1500-2000 mm) e possono

raggiungere, salvo casi speciali, lunghezze dell'ordine di 40 m;

- Pali di medio diametro: hanno diametro compreso tra 300 mm e 700

mm (diametri commerciali: 400-600 mm); la lunghezza di norma è

compresa tra 20 m e 40 m;

- Pali di piccolo diametro: hanno diametro compreso tra 80 e 300 mm

(diametri commerciali: 80-100-120-150-200-250 mm) e lunghezza

compresa fra 10 m e 20 m; sono realizzati con tecnologie ed attrezzature

speciali

PALI TRIVELLATI

CRITERI DI SCELTA

PALI INFISSI

risultano di difficile esecuzione se il sottosuolo è costituito da

terreni con elevata resistenza o da terreni eterogenei con blocchi e

trovanti lapidei

in terreni incoerenti, provocano un addensamento che migliora le

caratteristiche del terreno

in terreni coerenti saturi, l'infissione provoca un aumento della

pressione neutra e non si ha alcun effetto di addensamento

le attrezzature per l'infissione sono di grandi dimensioni e possono

perciò essere impiegate solo in cantieri vasti e di agevole accesso

le operazioni di infissione danno origine a vibrazione e scuotimenti

nel terreno e a rumore intenso con disturbo alle persone e possibili

dissesti nei manufatti adiacenti

CRITERI DI SCELTA

PALI TRIVELLATI

può essere eseguito in qualsiasi tipo di terreno adottando

l’opportuna tecnica di perforazione

l'asportazione di materiale, caratteristica di questo tipo di pali, può

causare la decompressione e il peggioramento delle caratteristiche

meccaniche del terreno

in terreni incoerenti al disotto del livello della falda idrica possono

avvenire franamenti delle pareti o rifluimento di materiale dal fondo

le attrezzature, a parte i limiti dipendenti dalle dimensioni, non

pongono particolari problemi e gli effetti sull'ambiente circostante

possono essere ridotti a valori accettabili

SUDDIVISIONE DEI PALI DI FONDAZIONE

PALI AD ELICA CONTINUA: parziale addensamento del

terreno nell’intorno del palo ed estrazione di terreno

trivellati

ad elica

infissi

Concepito in Olanda nei primi anni ‘60.

Notevole sviluppo in Europa.

PALI AD ELICA CONTINUA

• Scavo del palo mediante infissione di un elica continua

assemblata su un tubo centrale cavo

• Estrazione dell’elica e contemporaneo getto del cls dal

tubo

• Inserimento della gabbia di armatura nel cls fresco

CRITERI DI SCELTA

PALI AD ELICA CONTINUA

lunghezze massime 30-40 m, diametri fino a 1200 mm

parziale addensamento del terreno circostante il palo (palo ad

elica può essere considerato intermedio tra trivellato ed infisso)

minimizzazione del cantiere e possibilità di operare in spazi

ristretti

non si utilizzano fanghi bentonitici (anche in presenza di falda):

- non occorrono impianti di produzione, stoccaggio e

dissabbiamento dei fanghi (ingombri inaccettabili in aree urbane)

- si elimina la necessità di trasporto dei fanghi in discarica

SUDDIVISIONE DEI PALI DI FONDAZIONE

CRITERI DI SCELTA

PALI A SPOSTAMENTO DI TERRENO L’installazione del palo determina un incremento di stato tensionale e di

addensamento (terreni a grana grossa) all’interfaccia palo-terreno sia

lungo la superficie laterale sia alla punta del palo

Il palo interagirà con un terreno «migliorato» a seguito della

installazione PALI AD ASPORTAZIONE DI TERRENO L’installazione del palo determina una riduzione di stato tensionale e di

addensamento (terreni a grana grossa) all’interfaccia palo-terreno sia

lungo la superficie laterale sia alla punta del palo

Il palo interagirà con un terreno «peggiorato» a seguito della installazione

PALI AD ASPORTAZIONE DI TERRENO (CFA) Come per i pali trivellati ma possibili minori effetti di disturbo sul

terreno circostante.

Vantaggio: non necessita del sostegno del foro

Svantaggio: la gabbia viene calata dopo il getto del cls

CARICO LIMITE DEL SINGOLO PALO

Il carico limite può essere determinato attraverso

numerosi metodi:

TEORICI: esprimono analiticamente il

comportamento a rottura del terreno

(FORMULE STATICHE)

EMPIRICI: il carico limite è ricavato da

prove di carico su pali prototipo

Nel seguito si fa riferimento a pali soggetti

unicamente a carichi assiali verticali

CARICO LIMITE DEL SINGOLO PALO

FORMULE STATICHE

il carico limite Qlim di un palo

viene suddiviso

convenzionalmente in due

parti: la resistenza di punta Qp

e la resistenza laterale Qs,

prescindendo dalla

interferenza tra i due

meccanismi di rottura

Qlim è il valore del carico che applicato alla

testa del palo produce la rottura del terreno

posto al di sotto della punta del palo e lungo la

sua superficie laterale

PQQQ sp lim

CARICO LIMITE DEL SINGOLO PALO

Ap area della punta del palo

c coesione del terreno in

corrispondenza della punta del palo

Nc coefficiente di capacità portante

(empirico)

Nq coefficiente di capacità portante,

funzione di j del terreno alla punta

del palo e del rapporto L/d

qL tensione litostatica verticale alla

profondità della punta del palo

pqLcp )ANq(cNQ

RESISTENZA ALLA PUNTA

i

iiL Δzγq

Struttura simile al carico limite fondaz. sup.

CARICO LIMITE DEL SINGOLO PALO

Con riferimento allo strato i-esimo:

qsi adesione palo-terreno indipendente

dalla tensione orizzontale

svi tensione litostatica verticale media

i coefficiente di attrito palo-terreno

Ki coefficiente di tensione laterale

Dzi spessore dello strato

RESISTENZA LATERALE

i

iiviisis ΔzμσKqπdQ

Carico limite del singolo palo

'

hs

'

0vs'

hs

La resistenza laterale è data da una componente dipendente dallo

stato tensionale efficace agente (s’v0) e da una componente di tipo

adesivo (c)

ss '

0

'

0 vavas KctgKcq

RESISTENZA LATERALE

sq

sqerfacciaallattritodiangolotg int'

'

0

'

v

hKs

s

COEFFICIENTE DI TENSIONE LATERALE K

'

hs

'

vs'

hs

Il coefficiente K è fortemente modificato rispetto al valore iniziale K0

in conseguenza della installazione del palo.

'

0

'

vh K ss

Pali ad asportazione di terreno

Un palo ad asportazione di terreno determina

una riduzione di stato tensionale efficace e di

addensamento lungo tutta la superficie laterale

del palo. Cio comporta una riduzione del

coefficiente K.

COEFFICIENTE DI TENSIONE LATERALE K

'

hs

'

vs'

hs

Un palo a spostamento di terreno (infisso)

determina un addensamento del terreno in

prossimità del fusto del palo. Ciò comporta che il

coefficiente di tensione laterale K aumenta.

''

vh Kss

0)32( KK

CONDIZIONI DI

DRENAGGIO

DRENATE NON DRENATE

MODELLO Continui sovrapposti

(tensioni efficaci)

Continuo indifferenziato

(tensioni totali)

TERRENI Sabbie

Argille a lungo termine

Argille a breve termine

PARAMETRI DI

RESISTENZA AL

TAGLIO

tf = c + s tan f

c = c’

f = f’

c = cu

f = 0

SCELTA DELLE CONDIZIONI DI VERIFICA

Terreni incoerenti (elevata permeabilità) verifica in T.E. (cond. drenate)

Terreni coesivi (bassa permeabilità) verifica in T.T. (cond. non drenate)

TERRENI INCOERENTI

Trattandosi di terreni incoerenti: c’=0 e qsi = 0

uΔzγq'i

iiL

PzKdANqQ ii

n

i

viipqLD

1

lim s

con:

medio diametro

grande diametro

immersowVγPP'

Peso del palo depurato

della spinta di

galleggiamento

tensione litostatica

verticale efficace alla

punta del palo

TERRENI INCOERENTI

Trattandosi di terreni incoerenti: c’=0 e qsi = 0

PzKdANqQ ii

n

i

viipqLD

1

lim s

I valori di K e dipendono principalmente dalla tecnologia esecutiva

TERRENI INCOERENTI

Indipendentemente dalla tecnologia esecutiva con cui è realizzato il

palo, il valore del coefficiente di attrito =tg all’interfaccia palo-

terreno dipende dalla rugosità del materiale di cui è realizzato il palo.

tgAcciaio < tg cls prefabbricato < tg cls gettato in opera

TERRENI INCOERENTI

Sulla base di dati sperimentali derivanti da prove di carico effettuate su

pali reali fino a rottura, per il calcolo della resistenza alla punta è stato

suggerito (Kishida, 1967) di utilizzare valori corretti dell’angolo di

resistenza al taglio differenziati a seconda della tecnologia esecutiva:

Pali ad asportazione di terreno (trivellati)

j’corretto =j’-3°

Pali a spostamento di terreno (battuti)

j’corretto =(j’+40°)/2

TERRENI INCOERENTI

Esempio: L/D = 20 j’=30°

Riduzione del 40% per palo ad asportazione di terreno

Aumento del 260% per palo a spostamento di terreno

(Mandolini, 2011)

TERRENI COESIVI

Per terreni coesivi in condizioni non drenate e in T.T.: c = cu e j = 0

9Nc su base empirica

Qlim cuNc qL Ap d qai i1

n Dzi P

I valori dell’adesione qai dipendono dalla cu del terreno e dalle modalità esecutive

CARICO AMMISSIBILE

Il carico ammissibile che è possibile affidare ad un singolo palo è

determinato applicando al carico limite un coefficiente di sicurezza F

e tenendo conto del peso proprio del palo P:

PF

QQQ

sp

am

La normativa DM 11.3.88 prescrive per il coefficiente di sicurezza

da applicare al carico limite, nel caso questo sia valutato con metodi

teorici, un valore non inferiore a 2,5

CARICO LIMITE DI UNA PALIFICATA

I pali di fondazione vengono di regola impiegati in gruppo. Per evitare

interferenze tra i pali, possibili danneggiamenti dei pali già costruiti e

riduzioni della capacità portante della palificata, l'interasse minimo fra i

pali è fissato ad un valore non minore di tre volte il loro diametro d.

PF

ηQQ lim

am

limQnQPAL

Efficienza della palificata

Per una palificata costituita da n pali uguali:

Carico ammissibile

per il singolo palo

CARICO LIMITE DI UNA PALIFICATA

Per palificate in terreni incoerenti e interassi usuali l'efficienza

è sempre maggiore dell'unità; nel progetto essa viene assunto

= 1 in via cautelativa

Per palificate in terreni coesivi l'efficienza può essere inferiore

all’unità e quindi è opportuno verificare la capacità portante

della palificata considerata come blocco

CEDIMENTI DI UNA PALIFICATA

Il cedimento di una palificata è in genere maggiore del

cedimento del singolo palo, a parità di carico medio per

palo.

Ciò dipende dalle mutue interazioni fra i pali:

Il bulbo di pressioni al

di sotto della palificata è

molto più esteso di

quello relativo ad un

palo singolo,

raggiungendo il livello

di terreni compressibili

al di sotto delle sabbie