Fondazioni miste (Combined Pile-Raft Foundation-CPRF): focus secondo le Norme

Fondazioni miste (Combined Pile-Raft Foundation-CPRF): focus secondo le Norme

Al par. 6.4.3 – Fondazioni su pali delle Norme si cita: “Il progetto delle fonda­zioni su pali deve comprendere … omissis… il dimensionamento dei pali e delle relative strutture di collegamento, tenendo conto degli effetti di gruppo tanto nelle verifiche SLU quanto nelle verifiche SLE”.

Poiché molto difficilmente una fondazione profonda è costituita da un solo palo, occorre valutare quindi il comportamento complessivo in termini interazione struttura-terreno di:

  • struttura di collegamento;
  • pali in gruppo;
  • terreno.

Il comportamento dei pali in gruppo, considerato come sommatoria di pali, esula dalla presente trattazione; si consideri semplicemente che per la Circolare NTC 2018, laddove l’interasse dei pali è inferiore a 3∅p (∅= d = diametro del palo), circostanza questa sconsigliata nel documento, occorre fare riferimento all’effetto di gruppo ovvero alla mutua interazione tra i pali che diminuiscono la capacità portante complessiva.

Sempre secondo le Norme, “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) che portino alla determinazione dell’aliquota dell’azione di progetto trasfe­rita al terreno direttamente dalla struttura di collegamento e di quella trasmessa dai pali”.

L’interazione potrebbe essere considerata non significativa o comunque omessa con le relative analisi dal progettista, il quale dovrà, di conseguenza, riferire le verifiche agli SLU e SLE ai soli pali (fondazione profonda pura).

In caso contrario (fondazione mista) le verifiche SLU e SLE dovranno far riferimento ad entrambe le componenti la fondazione (struttura e pali in gruppo).

Come già illustrato, le verifiche SLU e SLE sono di tipo geotecnico (GEO) e strutturali (STR) e, in quanto calcoli di dimensionamento geotecnico delle opere, dovrebbero essere compendiate nella Relazione Geotecnica.

L’evoluzione dell’approccio allo studio delle fondazioni profonde, come altre discipline, evidenzia le seguenti fasi di sviluppo nel tempo:

  1. in assenza di elaboratori elettronici e per problemi tecnicamente semplificati ⇒ ricerca di semplici soluzioni analitiche;
  2. in presenza dei primi elaboratori elettronici e per problemi più complessi ⇒ ricerca di soluzioni analitico-grafiche con coefficienti adimensionaliz­zati;
  3. in presenza di elaboratori elettronici e per problemi più complessi ⇒ soluzioni numeriche (FEM, DEM, ecc.).
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Fondazioni miste: il comportamento d’insieme

Generalmente la struttura di collegamento (raft) di un gruppo di pali è in ce­mento armato (c.a.) e può essere realizzata nelle tipologie più comuni elencate:

  • a) plinto portante due o più pilastri;
  • b) fondazione nastriforme o combinata (travi + plinti);
  • c) fondazione a graticcio di travi rovesce;
  • d) fondazioni a platea.

Ad eccezione dei plinti e delle platee, che possono assumere comportamento sia rigido sia flessibile, le altre fondazioni, travi rovesce e relativi graticci, non possono considerarsi che flessibili.

Nello schema concettuale seguente si evidenzia la tipica analisi di comportamento di una fondazione circolare infinitamente rigida su pali.

Fondazioni miste

Fig.1_Schema di analisi di una fondazione mista circolare (FHWA, 2007) ©“Progettazione delle opere geotecniche secondo le NTC 2018 e gli Eurocodici” _Maggioli Editore.

 

Come deducibile dallo schema, anche la struttura di collegamento insiste sul terreno e da esso riceverà una reazione che contribuisce alla portanza globale della fondazione su pali nel suo complesso; è questo fenomeno che determina il comportamento delle fondazioni miste.

Pur non essendo questa la sede per descrivere il comportamento d’insieme di una fondazione mista, si può accennare alla flessibilità della fondazione, parametro fondamentale per la determinazione del comportamento d’insieme, la quale va valutata in funzione:

  • a) della rigidezza flessionale Kr della struttura di collegamento (r), valutabile con nota conoscenza dei termini con EIr
  • b) della rigidezza assiale della palificata (p) Kp = Pp/Sp,

indicando con P e S, rispettivamente, il carico e il cedimento della struttura (r) e della palificata (p).

I prima approssimazione un plinto può essere considerato rigido laddove il suo spessore p .

In questo caso Wiesner e Brown (1975) individuano con diagrammi adimen­sionali gli effetti della flessibilità della struttura, rispettivamente, sul cedimento e sul carico assorbito dal palo.

Nel metodo postulato da questi autori, basato sulla teoria dell’elasticità, secondo Yelginar & Olgun (2017) la suddivisione dei carichi tra struttura di col­legamento (r) e pali (p) e i relativi cedimenti può essere determinata usando le rigidezze corrispondenti, ovvero:

Kp= (Ep⋅ RA)/Es

Kr= (Er⋅ Ir)/(Es ⋅ d4)

dove:

  • Kp = rigidezza del palo;
  • Kr= rigidezza (flessionale) della struttura di collegamento;
  • Ep,Er,Es = moduli elastici di palo, della struttura e del terreno;
  • Ir = momento di inerzia della struttura di collegamento;
  • d = diametro del palo.

In generale il comportamento del cedimento sotto carico di una struttura mista può essere semplificato con la seguente Figura 2 – metodo delle curve di trasferimento.

Fondazioni miste

Fig.2 _Curve di trasferimento concettuali di una fondazione mista ©“Progettazione delle opere geotecniche secondo le NTC 2018 e gli Eurocodici” _Maggioli Editore.

Ipotizzando pali rigidi e un comportamento del terreno del tipo elastico-per­fettamente plastico (senza hardening o softening), si ha che il comportamento complessivo della fondazione mista risulta dalla sommatoria algebrica delle reazioni dei pali (di base e laterale) e della struttura di collegamento rigida (soletta):

  1. il tratto OA unisce il punto di carico nullo al carico resistente PA dei pali per prevalente attrito laterale (con o senza effetto gruppo);
  2. il tratto AB unisce il carico PA al carico resistente PB dell’intero sistema (struttura di collegamento + pali) con prevalente contributo dei pali;
  3. il tratto BC unisce il carico PB al carico limite PC dell’intero sistema (struttura di collegamento + pali) con il contributo complessivo di entrambe le strutture.

Le pendenze delle rette di carico rappresentano le rigidezze, rispettivamente, dei pali (con o senza effetto gruppo) e della struttura di collegamento rigida (la quale, come si osserva, è generalmente meno rigida al carico assiale).

Nella idealizzazione illustrata si assume che la platea sia infinitamente rigida e che quindi il carico si ripartisca omogeneamente sui singoli pali.

In sintesi:

  • 1) nel tratto OA il terreno interagente con i pali e la struttura di collegamento si comporta elasticamente;
  • 2) nel tratto AB il terreno interagente con i pali in aderenza laterale è già plasticizzato, mentre quello sotto la base del palo e la struttura di colle­gamento è ancora in fase elastica;
  • 3) nel tratto BC si raggiunge la plasticizzazione del terreno di base palo, mentre le altre parti hanno già raggiunto il comportamento plastico.

Entrando nel diagramma con un determinato cedimento è possibile determinare la ripartizione dei carichi nel palo (laterale + base) e nella struttura di collegamento.

Da queste considerazioni e dall’analisi della curva carichi cedimenti nasce il concetto di fondazione mista come fondazione in grado di ridurre i cedimenti; una fondazione in grado di assorbire i carichi ripartendoli opportunamente su struttura di collegamento e pali, senza che i pali siano progettati basandosi solo sull’intero carico agente, poiché il loro scopo è quello di ridurre i cedimenti.

È inoltre sempre utile ricordare che anche il singolo palo evidenzia un comportamento (semplificato) sotto carico di tipo bilineare, causa della differente rigidezza di base e fusto (Froldi, 2002).

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Le strutture miste come approccio progettuale

Le strutture di fondazione miste possono essere progettate con diversi scopi (un’ottima sintesi del presente argomento è sviluppata nel lavoro di Aversa et al., 2005):

  • a) come strutture in grado di ripartire correttamente la capacità portante e i cedimenti tra struttura di collegamento e i pali di fondazione che collabo­rano insieme alla funzionalità dell’opera; in questo caso il coefficiente di sicurezza (FSUR) e i cedimenti (WUR) della sola parte di fondazione super­ficiale (es.: platea di collegamento dei pali) risultano insufficienti. Si parla allora di CSBD, Capacity and Settlement Based Design (Mandolini, 2003);
  • b) come strutture in cui il coefficiente di sicurezza della sola fondazione su­perficiale è superiore ai minimi normativi (FSmin), mentre risultano inaccet­tabili i cedimenti rispetto a quelli ammissibili (Wamm), rendendo necessa­rio ricorrere all’inserimento di pali di fondazione. Si parla in questo caso di SBD, Settlement Based Design (Mandolini, 2003); i pali hanno come principale fine quello di incrementare la rigidezza della fondazione senza dover per questo contribuire alla capacità portante, assicurata dalla sola struttura di collegamento superficiale.

La tabella (scelta dell’approccio di progetto di una fondazione-Mandolini, 2003) che segue per l’approccio di progetto della fondazione illustra le varie combinazioni possibili, quelle illustrate rispettivamente in alto a sinistra (a) e a destra (b).

 Piccola struttura di collegamento su pali
FSUR < FSmin
WUR >Wamm
CSBD per il controllo di FS, W e ΔW
Grande struttura di collegamento su pali
FSUR > FSmin
WUR > Wamm
SBD per il controllo di W e ΔW
Non realistica Fondazione superficiale

 

L’asse delle ascisse rappresenta i valori di FSUR e la divisione verticale dei campi il valore di FS min; l’asse delle ordinate rappresenta i cedimenti della platea WUR (struttura di collegamento) e la divisione orizzontale dei campi il valore di cedimento ammissibile Wamm .

Il testo è tratto dal volume “Progettazione delle opere geotecniche secondo le NTC 2018 e gli Eurocodici”, di Piergiuseppe Froldi, Maggioli Editore.

Continua a leggere dal volume:

Progettazione delle opere geotecniche secondo le NTC 2018 e gli Eurocodici

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