1. GENERALITA’ –RIFERIMENTI ALLE NORME TECNICHE DEL 2008 NTC-

1.3 Teorie classiche –calcolo della capacità portante-

1. GENERALITA’ –RIFERIMENTI ALLE NORME TECNICHE DEL 2008 NTC- ↑

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 il sedime di fondazione eventualmente soggetto a modificazioni nel tempo della sua struttura fisica dovuto generalmente a fenomeni erosivi, di filtrazioni ecc.

1.1 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) , in cui si utilizza la perforazione attuando l’ estrazione del terreno pari ad un volume pressoché equivalente a quello dell’elemento da realizzare, si utilizzano i pali in calcestruzzo semplice o armato gettati in opera nei fori realizzati con l’impiego di speciali trivelle o sonde a percussione. L’armatura solitamente è costituita
da una gabbia metallica formata da ferri longitudinali solidarizzati da una staffatura 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 in quanto i manufatti si realizzano per infissione diretta con l’impiego di battitura o l’esercizio di pressione statica , di vibrazioni alla punta. Con questa modalità esecutiva si mettono in opera la 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 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:

o l’impiego di leghe in acciaio al rame ;

o l’impiego di spessori delle sezioni resistenti maggiori rispetto a quelli minime ricavati dai calcoli;

o il ricorso ad un idoneo ricoprimento dei profilati con malta cementizia effettuandolo, specialmente, nei tratti immersi in acqua.

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

· I pali in calcestruzzo, Appartengono a questa categoria i pali ottenuti con l’utilizzo di una cassaforma metallica (tubo-forma) infissa nel terreno con battitura, senza asportazione di terreno. In questa, una volta raggiunta la profondità di progetto e posta in opera la gabbia metallica, viene effettuato il getto di calcestruzzo. Successivamente, se non ci si trova in presenza di cassaforma a perdere, si opera l’estrazione del tubo-forma che può essere impiegato per realizzare altri pali.

· I pali in calcestruzzo prefabbricati sono i primi ad essere impiegati in sostituzione di quelli in legno, sono realizzati con sezione piena (in genere di forma quadrata, esegonale e talvolta ottagonale) o con sezione circolare cava (ottenuta con il sistema della centrifugazione), sono dotati di una idonea armatura capace di resistere agli sforzi connessi con la movimentazione, il trasporto, la battitura e il carico statico che devono sopportare in esercizio. Possono essere dotati , come i pali in legno, di una puntazza in acciaio.

1.2 Indagini geognostiche ↑

La progettazione di questo tipo di manufatto non può prescindere dalla conoscenza della sequenza stratigrafica del sedime su cui allocare la palificata. E’ indispensabile individuare gli spessori (la potenza) con cui si presentano i vari litotipi che compongono l’ammasso terroso; allo scopo l’investigazione del sottosuolo, che deve risultare molto accurata, deve comprendere l’esecuzioni di sondaggi meccanici con prelievo di campioni necessari a caratterizzare meccanicamente i vari strati. Ciò consente di definire i parametri geotecnici con i quali si determina la resistenza di progetto Rd che la palificata può mobilitare ai fine delle verifiche che si concretizzano con il soddisfacimento della relazione in cui detta resistenza deve risultare superiore alle azioni di progetto Ed. allo scopo è necessario fare riferimento, pedissequamente, a quanto previsto ai §§ 3.2.2 -7.11.2 - 7.11.3 - 6.2.2 - 6.4.3 delle norme tecniche per le costruzioni (NTC) circa:

· la programmazione delle indagini che deve comprendere il piano delle indagini e la relativa modellazione;

· la determinazione delle grandezze fisiche e meccaniche da ricavare con prove di laboratorio su campioni indisturbati da correlare con prove e misure in sito;

· la definizione del valore caratteristico di detti parametri geotecnici, in riferimento al limite considerato;

· la definizione, previa individuazione di eventuale falda acquifera, del modello geotecnico del regime delle pressioni interstiziali;

· la scelta del tipo di palo e delle tecnologie esecutive in funzione della peculiarità dei terreni e della presenza di acqua nel sottosuolo;

· il dimensionamento dei pali e delle relative strutture di collegamento, tenendo conto degli effetti di gruppo e dell’interazione con il terreno includendo fra le azioni permanenti il peso proprio del palo e l’effetto dell’attrito negativo

La normativa, nell’ambito delle analisi sismiche, fa riferimento all’azione sismica di progetto basata sulle modalità con cui i sedimenti, in relazione alla loro conformazione stratigrafiche (in cui può essere presente o meno un substrato rigido), influenzano la propagazione delle onde sismiche. Allo scopo è prevista la classificazione del sottosuolo, che può essere attuata, in aderenza ai §§ 7.11.2. e 7.11.3 , in modo rigoroso oppure, in riferimento al § 3.2.2 (Tab. 3.2.II e 3.2.III), in modo semplificato.

Nel primo caso la risposta sismica locale viene definita sulla base dell’ influenza del profilo stratigrafico, dell’amplificazione topografica e della stabilità nei confronti della liquefazione, affrontando 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, quando sia tecnicamente possibile il prelievo di campioni indisturbati;

· la valutazione della rigidezza in relazione alla eventuale riduzione di resistenza al taglio indotta per degradazione dei terreni dovuta anche all’eventuale accumulo di pressioni interstiziali.

Nel secondo caso, l’azione sismica di riferimento si ottiene con l’individuazione delle categorie di sottosuolo di riferimento -definite dalle norme (A,B,C,D,E,S1,S2)- operando con un l’approccio semplificato (Tab. 3.2.II e 3.2.III), che si basa sulla determinazione della velocità equivalente delle onde di taglio V_s,30 oppure in alternativa sulla resistenza penetrometrica dinamica equivalente N_SPT,30oppure ancora sulla resistenza non drenata equivalente c_{u,30 .}

1.3 Teorie classiche –calcolo della capacità portante- ↑

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 base.

Sulla base di tali considerazioni, attingendo alla letteratura in materia, nelle pagine che seguono vengono esposte le argomentazioni riguardanti:

· la ripartizione delle azioni trasversali sui vari pali operando in analogia a quella utilizzata per ripartire una forza orizzontale, complanare al piano di un solaio, ai pilastri sottostanti;

· 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) , alle modalità di trasferimento del carico (presenza o assenza di strato consistente) e alla stratificazione dei terreni interessati;

· la valutazione dell’interazione fra i vari elementi che si esplicita nella determinazione dell’efficienza connessa con l’effetto di gruppo che si esplicita in relazione alla disposizione dei pali; ciò, specialmente, in riferimento alle condizioni in cui potrebbe verificarsi che la capacità portante, data (teoricamente) dalla somma delle capacità portante dei singoli pali, potrebbe risultare inferiore a quella effettivamente esplicitata globalmente dalla palificata;

· la verifica di eventuali cause innescanti il fenomeno dell’attrito negativo e la valutazione della relativa entità; ciò nella considerazione dell’ influenza peggiorativa sulla capacità portante che si esplicita fra pali e terreno.

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

1.4 Verifiche ↑

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.