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Antonino TESTA CAMILLO 

1.0  PREMESSA  ↑

Quanto esposto in quest’ambito è riferito  al software finalizzato  al dimensionamento  di  fondazioni  indirette in cemento armato di organismi strutturali in elevazione (edifici, muri di sostegno, pile da ponti  ecc.). L’utilizzo del programma di calcolo deve essere  basato su dettagliato  studio geologico e sulle  relative indagini e prove di laboratorio in  ottemperanza  alla normativa sismica  e a quella relativa al cemento armato e alle  indagini sui terreni e sulle rocce.
In questo  ambito, ai fini della classificare i sedimenti è necessario investigare  il sottosuolo con  l’esecuzione di sondaggi meccanici, a carotaggio continuo, con l’effettuazione  di  prelievi di campioni di terreno da cui ricavare  i provini, da sottoporre  ad analisi  atte a determinare  le proprietà meccaniche delle singole unità rilevate che  costituiscono  la stratigrafia dell’ammasso terroso che Interferirà con la palificata.
Dette analisi  si devono condurre in aderenza al  D.M.  infrastrutture  del 14/01/08  "Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC)"   suppl. 30 G.U. 29 del 4/02/2008 e successiva Circolare Esplicativa  617/2009 del Cons.Sup. LL.PP , in cui  è previsto che la sicurezza e le prestazioni di una struttura o di una parte di essa,  vanno valutate in relazione all’insieme degli stati limite che verosimilmente possono verificarsi durante la sua vita utile di progetto.
Nello specifico devono essere soddisfatti  i requisiti di  sicurezza nei confronti degli  stati limite ultimi 
SLU- (crolli, perdite di equilibrio e dissesti gravi, totali o parziali, che possano compromettere l’incolumità delle persone ovvero comportare la perdita di beni, ovvero provocare gravi danni ambientali e sociali,ovvero mettere fuori servizio l’opera) e  nei confronti di stati limite dei esercizio
SLE- (devono  essere garantite  le prestazioni previste per le condizioni di esercizio e la robustezza nei confronti di azioni accidentali: capacità di evitare danni sproporzionati rispetto all’entità delle cause innescanti quali incendio, esplosioni, urti o conseguenze di errori umani).
Per lo studio in argomento, in particolare,   si fa riferimento  a quanto previsto al cap. 6 di dette norme in merito alla “PROGETTAZIONE GEOTECNICA”.

 2.0  FONDAZIONI PROFONDE -CONSIDERAZIONI GENERALI ↑

Quando gli strati superficiali di un ammasso terroso,  per loro  natura,  non risultano idonei  a sopportare le azioni derivanti da strutture in elevazione  e non è possibile operare, per la specificità dell’intervento, il cambiamento del sito, è necessario utilizzare le   fondazione profonde.In sostanza la mancata possibilità di poter, con l’utilizzo di fondazioni dirette, far mobilitare una resistenza del terreno   tale da sostenere i carichi trasmessi,  induce ad impiegare  questo tipo di organismo strutturale costituiti da un insieme di pali  solidarizzati trasversalmente in testa.
Ciò serve a  conferire ai sedimi  una  capacità portante  atta a salvaguardare le opere in progetto  attribuendo alle stesse, in relazione alle sollecitazioni che  devono contrastare,  condizioni   tali da soddisfare il livello di  sicurezza imposto dalla normativa ai fini del mantenimento delle condizioni di staticità e stabilità globale dei manufatti in elevazione. Detto tipo di fondazione viene impiegato altresì per limitare i cedimenti (assoluti e differenziati) che si verificherebbero in caso di impiego di fondazioni superficiali o per isolare sedimenti  che potrebbero essere interessati, nel tempo,    da modificazioni delle loro strutture  fisica consistenti a fenomeni connessi all’erosione , alla  filtrazione, al dilavamento, al flusso idrico,  ecc. 2.1 Tipologie di pali  ↑

Per soddisfare  queste esigenze  normalmente si utilizzano i pali che in relazione alle modalità di realizzazione, generalmente, si distinguono in pali trivellati  con asportazione di terreno e  pali infissi  senza asportazione di terreno.
Nel primo ambito (pali trivellati)[1]  si utilizzano  pali in calcestruzzo semplice o armato gettati  in opera nei  fori di sondaggio.  L’armatura solitamente è costituita da una gabbia metallica formata da ferri longitudinali solidarizzati  da una staffatura circolare o a spirale capace di resistere agli sforzi di scorrimento derivanti da sollecitazioni  di tipo  tagliante.
Nel secondo caso (pali infissi ) non viene operata nessuna estrazione di terreno  e i manufatti si realizzano  per infissione diretta con l’impiego  di battitura o l’esercizio di pressione statica  di  vibrazioni esplicitata alla punta. Con questa modalità esecutiva si mettono in opera le seguenti tipologie di pali.
I pali in legno, ricavati  generalmente  da tronchi di albero di larice rosso, di  pino, di  quercia, di olmo e di ontano, si realizzano nel  diametro di 10  20 cm.  Questi, normalmente,sono muniti di una puntazza  in ghisa o in acciaio e di una  ghiera di acciaio alla testa.  il primo accorgimento  serve a  facilitare l’infissione  mentre il secondo serve a garantire l’integrità dell’elemento salvaguardandolo dai colpi di maglio  applicati durante l’infissione.
I pali metallici, largamente utilizzati nel  Nordamerica, sono realizzati con tubolari o profilati  ad  H  con o senza punta. Per ovviare ai problemi connessi al  deterioramento per corrosione  generalmente si possono attuare i seguenti accorgimenti comprendenti:
l’impiego di leghe in acciaio al rame ;

• l’impiego di spessori delle sezioni resistenti maggiori rispetto a  quelli  minime ricavati dai calcoli;
• specialmente  nei  tratti immersi in acqua, è necessario fare ricorso ad un idoneo  ricoprimento dei profilati con malta cementizia;

Spesso i pali realizzati con tubolari in acciaio (micropali), dopo la  relativa infissione,  vengono riempiti  con calcestruzzo.

• Pali in calcestruzzo, Appartengono a questa categoria i pali che si realizzano con l’utilizzo di una cassaforma metallica (tubo-forma) da infiggere nel  terreno con  la  battitura dell’elemento. Una volta raggiunta la profondità di progetto, senza asportazione di materiale, e posta in opera la gabbia metallica,   viene  effettuato il getto  di calcestruzzo. Successivamente, se il tipo di cassaforma non è a perdere,  si opera l’estrazione del  tubo-forma  che può essere impiegato per la  realizzazione di  altri pali.
• I pali in calcestruzzo prefabbricati ,  sono stati concepiti  in sostituzione di quelli in legno, vengono normalmente realizzati con sezione  piena[2] o con sezione circolare cava, ottenuta con il sistema della centrifugazione,   sono dotati di una idonea armatura capace di resistere agli sforzi connessi alla  movimentazione, al trasporto, alla battitura e al  carico statico che devono sopportare in esercizio. Possono essere dotati , come i pali in legno,  di una puntazza in acciaio atta a facilitare l’avanzamento.

2.2 Indagini geognostiche  ↑

La realizzazione di questo tipo di fondazione deve essere supportata da mirate indagini  geognostiche basate su perforazioni dirette, con l’asportazione delle carote dalle verticali indagate  e il prelievo di campioni dai quali  estrarre i provini sui quali effettuare  le analisi di laboratorio.    Vengono soddisfatte, così, le esigenze connesse alle metodologie di calcolo che devono essere,  imprescindibilmente, fondate sulla  conoscenza della stratigrafia e dei  parametri geotecnici caratterizzanti le varie unità rilevate.

La normativa[3]  definisce l’azione sismica di progetto facendo riferimento  all’effetto della risposta sismica locale mediante specifiche analisi [4] in questi ambiti, sulla base di ….  un quadro geologico adeguatamente definito, che comprenda i principali caratteri tettonici e litoligici,….  vengono valutati gli   effetti che influenzano la propagazione delle onde sismiche, quali le condizioni stratigrafiche e la presenza di un substrato rigido o di una formazione ad esso assimilabile. Vengono, ai fini della classificazione del sottosuolo (A,B,C,D,E,S1,S2)  affrontate le  argomentazioni riguardanti:

• la caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni;
• la scelta dei più appropriati mezzi e procedure d’indagine;
• l’esecuzione di prove cicliche e dinamiche di laboratorio e,  quando sia tecnicamente possibile, il prelievo di campioni indisturbati;
• la  valutazione e  la dipendenza della rigidezza e dello smorzamento dal livello deformativo in relazione alla eventuale  riduzione di resistenza al taglio indotta per degradazione dei terreni dovuta anche all’eventuale accumulo di pressioni interstiziali.

In questo modo è possibile  definire  la  risposta sismica locale facendo riferimento all’ influenza del profilo stratigrafico, all’ amplificazione topografica e alla stabilità nei confronti della liquefazione. In assenza di tali analisi, per la definizione dell’azione sismica si può fare riferimento a un approccio semplificato (Tab. 3.2.II e 3.2.III), che si basa sull’ individuazione delle categorie di sottosuolo di riferimento definite dalle norme (A,B,C,D,E,S1,S2) attraverso la determinazione della velocità equivalente delle onde di taglio V_s,30  oppure in alternativa della  resistenza penetrometrica dinamica equivalente N_SPT,30  oppure ancora  della resistenza non drenata equivalente c_{u,30 .} In questo contesto è  opportuno evidenziare altresì  quanto raccomandato  delle NTC  ai paragrafi 6.2.2  e 6.4.3 

in riferimento  § 6.2.2

• la  programmazione delle indagini deve essere effettuata in funzione del tipo di opera da realizzare  con la definizione, in fase progettuale,  del piano delle indagini e della caratterizzazione geotecnica con la relativa modellazione;
• la determinazione delle grandezze fisiche e meccaniche da attribuire ai terreni, deve essere  effettuata,  con  specifiche prove di laboratorio su campioni indisturbati;  in riferimento al  valore dello stato limite considerato, ciò  è necessario ai fini della determinazione del  valore caratteristico dei  parametri geotecnici;
•  la definizione del  modello geotecnico rappresentativo delle condizioni stratigrafiche, del regime delle pressioni interstiziali e della caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce:

in riferimento al paragrafo  6.4.3

• il progetto di una fondazione su pali deve comprendere la scelta del tipo di palo e delle relative tecnologie e modalità di esecuzione, il dimensionamento dei pali e delle relative strutture di collegamento, tenendo conto degli effetti di gruppo tanto nelle verifiche SLU (stati limite ultimo) quanto nelle verifiche SLE (stati limite di esercizio);
• le indagini geotecniche devono essere dirette anche ad accertare la fattibilità e l’idoneità del tipo di palo in relazione alle caratteristiche dei terreni e delle acque presenti nel sottosuolo;
• in generale, le verifiche dovrebbero essere condotte a partire dai risultati di analisi di interazione tra il terreno e la fondazione costituita dai pali e dalla struttura di collegamento (fondazione mista a platea su pali); in questo modo si potrebbe determinare l’aliquota dell’azione di progetto che viene trasferita al terreno direttamente dalla struttura di collegamento e di quella trasmessa dai pali;
• nel caso in cui non risulta possibile valutare   l’interazione di cui al punto precedente, le verifiche agli SLU e agli  SLE, condotte con riferimento ai soli pali,  devono    soddisfare le indicazioni  riportato ai §§ 6.4.3.1 NTC e 6.4.3.2. NTC , viceversa (nei  casi in cui si consideri significativa tale interazione e si svolga la relativa analisi) dette  verifiche (condotte con riferimento alla fondazione mista)  dovranno soddisfare quanto riportato ai §§ 6.4.3.3 NTC  e 6.4.3.4. NTC.

2.3  Fondazioni miste ↑

Nel caso in cui, dalla modellazione geologica del sito, scaturisce la necessità di utilizzare un sistema strutturale che, ai fini della determinazione della resistenza di progetto Rd, contempli l’utilizzo di fondazioni miste  -platea e pali-, la verifica deve essere condotta con l’approccio 2 del § 6.4.2.1 prendendo in considerazione tutti i meccanismi di stato limite ultimo: sia a breve che a lungo termine. Gli stati limite ultimi delle fondazioni miste si riferiscono allo sviluppo di meccanismi di collasso determinati dalla mobilitazione della resistenza del terreno e al raggiungimento della resistenza  degli elementi strutturali che compongono la fondazione stessa.  Nel caso di fondazioni posizionate su o in prossimità di pendii naturali o artificiali deve essere effettuata la verifica con riferimento alle condizioni di stabilità globale del pendio includendo nelle verifiche le azioni trasmesse dalle fondazioni. Le verifiche delle fondazioni miste devono essere effettuate con riferimento almeno ai seguenti stati limite, quando pertinenti:
     -SLU di tipo geotecnico (GEO) -collasso per carico limite della fondazione mista nei riguardi dei carichi assiali, nei riguardi dei carichi trasversali e della stabilità globale;
     -SLU di tipo strutturale (STR) -raggiungimento della resistenza dei pali e  della resistenza della struttura di collegamento dei pali,
Le  Verifiche agli stati limite di esercizio (SLE)  delle fondazioni miste devono   garantire la compatibilità dei valori degli spostamenti e delle distorsioni con i requisiti prestazionali della struttura in elevazione (§§ 2.2.2 e 2.6.2), nel rispetto della condizione (6.2.7).
La geometria della fondazione (numero, lunghezza, diametro e interasse dei pali) deve essere stabilita nel rispetto dei summenzionati requisiti prestazionali, tenendo opportunamente conto dei diversi meccanismi di mobilitazione della resistenza laterale rispetto alla resistenza alla base, soprattutto in presenza di pali di grande diametro.

2.4  Teorie classiche ↑

Ai fini della definizione dello schema di calcolo è bene comprendere come il carico trasmesso dalle strutture in elevazione si trasferisce al sedime di fondazione.  In relazione alle sollecitazioni agenti sui pali, il terreno circostante viene assoggettato ad uno stato deformativo che produce delle reazioni che si esplicitano lateralmente e alla base dei vari  elementi  che costituiscono la palificata.   In questo modo  si esplicitano meccanismi di resistenza diversi a seconda della presenza o meno  di strati consistenti  idonei  ad attestare i pali.  Logicamente nel primo caso il maggiore contributo alla resistenza  viene esplicitato  lateralmente  mentre nel secondo caso il maggiore impatto viene sopportato nella zona a contatto fra la  punta e lo strato consistente.  Da tali considerazioni sono scaturite le teorie classiche connesse con il calcolo della capacità portante che, in relazione al singolo elemento, risulta costituita dalle due aliquote definite come portata laterale e portata alla punta.

Sulla base di tali considerazioni,  attingendo a quanto prodotta e riscontrabile   nella   letteratura in materia, nelle pagine che  seguono vengono esposte le argomentazioni riguardanti:

• la ripartizione  delle  azioni  trasversali sui vari pali; allo scopo si   opera in modo analogo  agli schemi di calcolo utilizzati  per   ripartire  una forza orizzontale  complanare al piano di imposta  di un  solaio  ai pilastri sottostanti che lo sostengono;
• la ripartizione delle sollecitazioni  verticali sulla palificata, derivanti dai carichi agenti sulle strutture di collegamento alla  testa dei pali  seguendo lo schema che prevede  il calcolo del  baricentro delle rigidezze G, (inteso come quel punto in cui la risultante  del forze verticale, ivi applicata, produce solamente  spostamenti nella direzione della sua retta d’azione) e il punto R (concepito come quel punto    relativamente al quale si ha l’equilibrio  fra le sollecitazioni agenti -forze e momenti-  con la risultante delle forze verticali applicata in detto punto);
• il calcolo della capacità portante  (intesa come  resistenza ultima fornita dal terreno, depurata dagli effetti connessi al   peso del palo e a quelli dell’attrito negativo)  facendo riferimento alle due aliquote dipendenti dalle potenziali interazioni  che si esplicitano lateralmente e alla base del palo; tutto ciò in relazione al tipo di sedimento che  circonda gli elementi (terreni incoerenti o coerenti) e alle modalità di trasferimento del carico (presenza o assenza  di strato consistente);
• la valutazione dell’interazione fra i vari elementi che si concretizza con la stima dell’efficienza  dei pali in gruppo; nella sostanza,  si tratta di valutare, in relazione alla disposizione  dei vari elementi, quanto può esplicitare, globalmente, tale meccanismo resistivo nei riguardi della  connessa capacità  portante; tale ulteriore valutazione  trova fondamento su  analisi sperimentali  in base alle  quali, empiricamente,  si è potuto appurare che la capacità portante, ipoteticamente data  dalla sommatoria delle capacità portante dei singoli pali, potrebbe risultare inferiore a quella effettivamente  esplicitata, complessivamente, dalla palificata;
• la verifica di eventuali cause innescanti  il fenomeno dell’attrito negativo e la valutazione della relativa  entità; questa verrà considerata, come effetto sfavorevole,  nel calcolo della   capacità portante.

A completamento delle argomentazioni esposte, riesaminando  dette  classiche procedure di calcolo, vengono effettuate le verifiche di resistenza,   adeguandole alle teorie basate sul concetto di sicurezza,  insito nelle analisi agli stati lime, introdotto dalle norme tecniche per le costruzioni del 2008.

In questo ambito è previsto che le verifiche  siano effettuate con riferimento agli  stati  limite ultimi (SLU) che a quelle di esercizio (SLE). Nel  primo caso, non essendo espressamente previsto lo stato limite di equilibrio come corpo rigido EQU,   si distinguono  lo stato limite di resistenza della struttura STR e di resistenza del terreno GEO . In riferimento a quest’ultimo stato limite  (GEO)  si considera il  collasso della palificata nei riguardi dei carichi assiali, dei carichi trasversali, di quelli di sfilamento e di stabilità globale. Nel secondo tipo di verifica devono essere presi in considerazione almeno i seguenti stati limite di servizio, quando pertinenti, questi  riguardano  gli eccessivi cedimenti o sollevamenti e  gli eccessivi spostamenti trasversali.