Criteri moderni per il progetto delle fondazioni su pali · delle fondazioni su pali Carlo Viggiani...

transcript

Criteri moderni per il progetto delle fondazioni su pali

Carlo ViggianiUniversità di Napoli Federico II

Sfida dell’Ingegneria Geotecnica

Essere basata sul metodo scientifico

ma anche ancorata nella realtà fisica

che ne costituisce lo scenario

Rapporti fra Ingegneria e Scienza

Il progetto di una fondazione su palicomporta, fra l’altro:

Previsione del carico limite

Previsione del cedimento

Tipo di palo (Qlim/Wp)av COV(Qlim/Wp)PAT 12,1 (1)(1) 0,26CFA 37,5 ((∼∼3)3) 0,25PST 73,1 ((∼∼6)6) 0,08

20 prove di carico a rottura su pali pilota gettati in opera

•Trivellati (con tubazione di rivestimento, con fanghi bentonitici, a secco)(PAT, pali ad asportazione di terreno)•Trivellati ad elica continua (continuous flyght auger, CFA)• Infissi (Pali a spostamento di terreno, Franki)

d = 0,35-2,00 m; L = 9,5-42,0 m; L/d = 16-61

CENTRO DIREZIONALE DI NAPOLI

Cedimento delle fondazioni su paliMolto spesso trascurabile

• in presenza di stratificazioni profonde di terreni compressibiliImportante

• per fondazioni di grandi dimensioni

Metodi di analisi delle fondazioni su paliin condizioni di esercizio

• per prevederne i cedimenti (normativa)• per interazione terreno – struttura (progetto strutturale)• per esplorare strategie alternative: pali per il controllo dei cedimenti assoluti e differenziali

Charity Hospital, New Orleans

10.000 pali di legno

Pali di prova: Q = 30 t; w = 6 mm

Cedimento dell’edificio• Previsione ingenua 3 mm

• Previsione “scientifica”, conterreno omogeneo 80 mm

• Misurato, termine costruzione 40/100 mm

• Misurato, 2 anni dopo t.c. 120/150 mm

• Finale sconosciuto (edificiodemolito) > 500 mm

Fra gli ingegneri vi è ladiffusa convinzione

che prevedere il cedimentodi una fondazione su pali

sia molto più difficileche prevederne il carico limite

Illustri precedenti

Because of the wide variety of soil conditions encountered in practice,any attempt to establish rules for the design of piled foundations necessarily involves radical simplifications, and the rules themselves are useful only as a guide to judgement. For the same reason, theoretical refinements in dealing with pile problems, such as attemptsto compute by means of the theory of elasticity, are completely outof place and can safely be ignored

(Terzaghi, Peck, 1948)

(Terzaghi, Peck, 1966)

Because of the wide variety………….. theoretical refinements………are of questionable value.

(Terzaghi, Peck, Mesri, 1996)

Cooke, 1986

Ipotesi:• piastra rigida non a

contatto con il terreno• pali elastici e mutuamente

indipendenti

∑∑==

1w(palo)(gruppo) w

Things should be as simple as possible....

...but not simpler!

A. Einstein

pali pali

Superficie del terrenoProfili di cedimento

dei pali singoli

Profilo dicedimentodel gruppo

Interazionefra i pali diun gruppo

Cedimento del gruppomaggiore del cedimentodel palo singolo

Evidenza sperimentale• il cedimento aumenta al crescere del numero di pali

1 10 100 1.000 10.0001

Numero dei pali n

Ripartizione dei carichi fra pali e piastra;evidenza sperimentale

Pali spalmati sotto tuttala piastra:

Ag/A → 1

A = B•L = area della piastraAg = area occupata dai pali

Pali concentratial centro della piastra

Ag/A < 1

Solo 22 casi ragionevolmente documentati

Nello schizzo, Ag/A = 50%

0 3 6 9 12

11 casi; Ag/A > 0.83

Evidenza sperimentale:la piastra trasmette direttamenteal terreno una percentuale noninsignificante del carico applicato

0 3 6 9 12

22 casi; 0.55 < Ag/A < 0.91

3 6 9 12 15

(s/d) / (Ag/A)

Evidenza sperimentale: la ripartizione dei carichi fra piastrae pali dipende anche dal modo con cui sono disposti i pali (Ag/A)

0 2 4 6 8 10s/d

ile lo

Edge/Center Corner/Center

Distribuzione del carico fra i pali; evidenza sperimentale

o o o o oo o o o oo o o o o

corner

Evidenza sperimentale: La distribuzione del carico fra i pali non è uniforme; i pali periferici (spigolo, lato) sono più caricati

Metodi per la previsione dei cedimentidelle fondazioni su pali

• metodi empirici

• metodi delle equivalenze

• metodo delle curve di trasferimento

• metodi ad elementi di contorno

• metodi ad elementi finiti

QwIELQw ws 1==

sQi Qj ( ) ( )ijjiijjiiiii QQwQQww ααα +=+= 1,1

e, per n pali:

jijji Qww

Metodo dei coefficienti di interazione

Esempio di coefficienti di interazione

Confronto fraGruppalo ed altriprogrammi,elasticità lineare(Mandolini, 1994)

Considerazione della non linearità(Caputo, Viggiani, 1984)

αij = cost (i ≠ j)

QQjjii

−==αα

Non linearità concentrata all’interfaccia palo-terreno; curva carico-cedimento del palo singolo di forma iperbolica; procedimento incrementale

Dati sull’interazione fra pali; S. Giovanni a Teduccio(Pellegrino, 1959; Caputo, Viggiani, 1984)

Carico Q0

Palo singolo

Gruppo

wsNL ⋅Rs wsL

Rs wsL + wsNL ⋅

Rs (wsL + wsNL ) ⋅

1.8m 5

Ep = 27,051MPa

Preforohp = 1.37 m

E2 = 1.06E1

Plinto

14.50m

E3 = 0.55E1

E5 = 0.64E1

E4 = 0.73E1

1.50mRiporto

Sabbiadi dragaggio

Roccia

Alternanze di sabbiee argille dure

d = 0.273m

0 100 200 300 400 500

Carico (kN)

Carico (MN)0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.50

Misurati

0.750.25 1.00 0.50

Ingrandimento

1 2 2A 3 4A

PF 2MOS 1 MOS 9 PF 12PF 11 MOS 14MOS 16PF 7

10 20 30

qc (MN)

10 200 0 0 0 10 20 30

10 20 30qc (MN)

0 10 20 30

10 20 30

Pile tiplevel

Sabbia più o meno limosa

Argille consistenti

Sabbie addensate

Argille

CPT prima dell'installazione

CPT dopo l'installazione

Sabbia argillosa

Argille di media consistenza

Riporto

Sabbie addensate

Argille consistenti

E8 = 66,7 E1 Sabbie molto addensate

PF 7PF 2

MOS 14Palo 85

Palo 585

misure di cedimenti

CPT prima dell'installazione

CPT dopo l'installazione

φ 8,36

12172226

E2 = 33,3 E1

E3 = 20 E1

E5 = 3,7 E1

E4 = 26,7 E1

E6 = 14 E1

E7 = 8,7 E1

-5-10-15-20-25

-20-25

0 250 500 1000 1250 1500 1750 2000 22507500

Carico (kN)C

1300kNcarico medioPalo 585

Palo 85

0 20 40 60 800

Distanze lungo la piastra (m)

Misurati

Poulos (1993)

L ≈ NL

Cedimenti medi Cedimenti differenziali<

0.1 1 10 100 1000

20%-20%

-100% w

0.1 1 10 100 1000

20%-20%

0.1 1 10 100 1000δ misurato

20%-20%

0.1 1 10 100 1000

20%-20%

0.1 1 10 100 1000

20%-20%

w misurato (mm)

Dati relativi a n. 42 palificate in vera grandezza

4 ≤ n ≤ 6.5001,8 ≤ s/d ≤ 7

15 ≤ L/d ≤ 125

Ponte sul Garigliano

Ponte strallatosul Garigliano.Pila n° 7

Ponte sul Garigliano – Pila 7Carico totale 113 MNCarico limite della piastra 112 MNCarico limite del palo singolo 3 MNCoefficiente di gruppo 0,7

Coefficiente di sicurezza con progettoconvenzionale (n = 144)

6,2113

7,03144=

××=FS

pali trivellatid = 0,8m; L = 12m

pali multiton

Sezione A - A

Sezione B - BB

Pali strumentati

10,60 m

0 20 40 60 80 100 120

Carico (MN)

m) Misure

Piastra senza paliGRUPPALO n.d.NAPRA n.d.GRUPPALO d.

NAPRA d.

0 20 40 60 80 100 120

Carico (MN)

m) Misure

Piastra senza paliGRUPPALO n.d.NAPRA n.d.GRUPPALO d.NAPRA d.

Angolo

Centro

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

13 4 5 6 7 8 9 10

Angolo

Centro16

1,63 m

Quadrante strumentato

Sezione X - X Sezione Y - Y

Pianta della fondazione (351 pali; d = 450mm; L = 13m)

Stonebridge ParkLondra

Stonebridge ParkCarico totale 156 MNCarico limite della piastra 700 MNCarico limite del palo singolo 1,6 MNCoefficiente di gruppo 0,7

Coefficiente di sicurezza con progettoconvenzionale (n = 351)

5,2156

7,06,1351=

××=FS

0 40 80 120 160

Carico (MN)

Misure

NAPRA n.d.

NAPRA d.

CRITERI DI PROGETTO INNOVATIVI

DI PIU’ CON MENO

• Protezione dell’ambiente• Risparmio di risorse• Sviluppo sostenibile• Eleganza

Every baby roach looks pretty to his mom

Ma c’è spazioper questi discorsi

nel campo dellefondazioni su pali?

Hansbo, Kallstrom, 19832 edifici a Götheborg

Burland, Kalra, 1986Queen Elisabeth Conference Centre, Londra

Katzenbach et al., 1997Frankfurt Main

Messeturm1988/91

Messeturm

Japan Centre1994/96

American Express1991/92

Japan Centre

Commerzbank, Frankfurt

Ponte sul Garigliano

Stonebridge Park

δ (mm)

250 300 350150100500

Ag/A = 88%Ag/A = 82%

Ag/A = 54%Ag/A = 30%

0 200 400

numero di pali

UN LABORATORIO A CIELO APERTO

40.00 m 47.10 m

Tower U Tower A

benchmark for optical survey

Il Centro Direzionale di Napoli

40.00 m 47.10 m

Tower U Tower A

2 torri di altezza fuori terra H = 86,5 m

2 platee indipendenti: 40mx32,7m

qmax = 0,16 MPa; qlim = 1,7 MPa; FS > 10FS > 10

wav ∼ 200 mm (Burland & Burbidge, 1984)

cedimenti elevati → PALI

Holiday Inn e Torre Uffici

40.00 m 47.10 m

Tower U Tower A

2 torri di altezza fuori terra H = 86,5 m

2 platee indipendenti: 40mx32,7m

qmax = 0,16 MPa; qlim = 1,7 MPa; FS > 10FS > 10

wav ∼ 200 mm (Burland & Burbidge, 1984)

cedimenti elevati → PALI

Nel rispetto del vigente D.M. 1988, la Nel rispetto del vigente D.M. 1988, la soluzione adottata soluzione adottata èè stata:stata:

637 pali CFA, d = 60 cm, L = 637 pali CFA, d = 60 cm, L = 20 m20 m

40.00 m 47.10 m

Tower U Tower A

0 10 20 30 40

distance across the slab [m]

alignment Y2

alignment Y3

computed, piled raft

computed, unpiled raft

wmax ∼ 32 mmΔwmax ∼ 13 mm

Calibrazione del modelloCalibrazione del modello

40.00 m 47.10 m

Tower U Tower A

42.25 m

Ag/A = 0.30, s/d ≈ 3

distributed loadAg

concentrated loads

Usando 318 pali “ben disposti”wmax ∼ + 10% (da 32 a 35 mm)Δwmax ∼ - 25% (da 13 a 10 mm)

-- 50% 50%

Viadotto in Val d’Agri (Basilicata)

Carico massimo di progetto sulle pile nn. 1, 2 e 3: 10 MN

Prima soluzione: Fond. superficiale (10,6x7,6 m2; s = 1,8 m)

Nessun problema di carico limite → FS > 3 (D.M. 88)

Cedimento massimo atteso: 7÷8 cm (elevato) → pali

Carico massimo di progetto sulle pilenn. 1, 2 e 3: 10 MN

Pali: FS = 2,5 (D.M. 88) → Qlim = 25 MN

Carico limite palo singolo: Qlim,s ∼ 2,2 MN

Numero minimo di pali: 12

-- 50%50%Soluzione con 5 pali

Aliquota di carico trasferito al contatto platea-terreno: β ∼ 80%

Aliquota di carico trasferita dai pali al terreno: β ∼ 20%

Massimo cedimento misurato dopo un anno: 5 mm (stabilizzato)

D = 10-12 mH = 15 mV = 1200-1700 m3

γsoda = 15 kN/m3

P =18-25,5 MN

Slightly silty sand

Made ground

5.25 m

100 20 60N

30 40 50

Silty sand

0Cq [MPa]

3010 20

CPT1CPT2

B = 8,00 m

B = 6,97 m

C = 380 mcH = 10,03 m

C = 588 mcH = 11,93 m

B= 12,00 m

C = 1700 mcH = 15,00 m

B = 6,97 m

C = 380 mcH = 10,05 m

B = 7,95 m

C = 495 mcH = 10,06 m

C = 1200 mc

B= 10,00 mH = 15,00 m

B= 9,90 m

C = 800 mcH = 10,25 m

B= 9,90 m

C = 800 mcH = 10,23 m

S3CPT1

C = 1320 mc

D= 10,60 mH = 15,00 m

Bore holes, SPT

H = 12,08 mB = 8,01 m

C = 608 mc

B = 8,01 m

H = 12,08 mB = 8,01 m

C = 608 mc

C = 608 mcH = 12,08 m

Length (m)

H = 12,08 mB = 8,01 m

C = 608 mc

C = 1200 mcH = 15,00 mB= 10,00 m

NSPT qc [MPa]

Serbatoi per lo stoccaggio di soda nel Porto di Napoli

Platea FSR > 8

Carichi staticiwR = 90-100 mm

Carichi cicliciwR = 150-180 mm10

Slightly silty sand

Made ground

5.25 m

100 20 60N

30 40 50

Silty sand

0Cq [MPa]

3010 20

CPT1CPT2

B = 8,00 m

B = 6,97 m

C = 380 mcH = 10,03 m

C = 588 mcH = 11,93 m

B= 12,00 m

C = 1700 mcH = 15,00 m

B = 6,97 m

C = 380 mcH = 10,05 m

B = 7,95 m

C = 495 mcH = 10,06 m

C = 1200 mc

B= 10,00 mH = 15,00 m

B= 9,90 m

C = 800 mcH = 10,25 m

B= 9,90 m

C = 800 mcH = 10,23 m

S3CPT1

C = 1320 mc

D= 10,60 mH = 15,00 m

Bore holes, SPT

H = 12,08 mB = 8,01 m

C = 608 mc

B = 8,01 m

H = 12,08 mB = 8,01 m

C = 608 mc

C = 608 mcH = 12,08 m

Length (m)

H = 12,08 mB = 8,01 m

C = 608 mc

C = 1200 mcH = 15,00 mB= 10,00 m

NSPT qc [MPa]

10.511.1 12.5

11 13 1214

2 4 6 8 10

Lenght (m)

Approccio convenzionale – 128 pali CFA d = 0,6 m, L = 11,3 m

FSp = 2,5w = 11-13 mm

Lenght (m)2 4 6 8 10

10.511.1 10.5

12141311

FSp = ?wmax = ?Dwmax = ?

Approccio innovativo – 52 pali CFA d = 0,6 m, L = 11,3 m

0 3 5 8 10 13 15 18 20 23

Carichi [MN]

wmax = 35 mmΔwmax = 15 mm

41, ..., 4 Benchmarks

Instrumented piles

Celle di carico VW sui pali

1 2 3 4 5

MeasuredCalculated

Russo et al., 2004

Plinti con i pali disposti ai vertici di un poligono regolareI carichi esterni si ripartiscono fra i pali in modo uniformeper simmetria. Le caratteristiche della sollecitazione siottengono con considerazioni di solo equilibrio

2 pali 3 pali 4 pali 5 pali

Usuali configurazioni di piccoli gruppi di pali

5 pali 6 pali 7 pali 8 pali

9 pali 10 pali 11 pali

1.41s s

Plinto a 5 pali con caricoconcentrato Q

Senza interazione fra i pali• carico su ciascun palo Qi = 0.2Q• plinto a 4 pali con Q’ = 0.8Q

Con interazione fra i pali• carico sui pali di spigolo = 0.23Q• carico sul palo centrale = 0.07Q• plinto a 4 pali con Q’ = 0.93Q• incremento del 16%

O Gruppo 5x5Carico concentrato in asse QCarico uniformemente ripartito Q/B2

Influenza di cicli di carido e scaricosulla distribuzione del carico fra i pali

Serbatoi per soda caustica nel porto di Napoli

Slightly silty sand

Made ground

5.25 m

100 20 60N

30 40 50

Silty sand

0Cq [MPa]

3010 20

CPT1CPT2

524946

10.511.1 10.5 12.5

Lenght (m)2 4 8 10

Pile load [%]Total applied load

]Tank S12

Pile load (%)Total applied load

]Tank S14

Influenza di cicli di carico e scarico e di strutture adiacentisulla distribuzione di carico fra i pali

Serbatoi per soda caustica nel porto di Napoli

524946

pile 33 pile 36 pile 39 pile 40 pile 43 pile 46 pile 49 pile 52

Maximum load

Unload

Time Carico per palo normalizzatoSpigolo Bordo Centro Sotto pila

Termine costruzione 1.30 1.00 0.80 0.903 anni dopo t.c. 1.16 0.96 0.90 0.9810 anni dopo t.c. 1.10 0.93 0.94 1.03

La rivincita di Winkler ?Creep della piastra in c.a.?

internalunder the pier

corner

Pila n. 7 del ponte sul Garigliano

Theory and calculationsare not

substitute for judgement

but arethe basis for sounder judgement

Ralph B. Peck

Nicht ist sopraktisch

wie eine gute theorie!

(Immanuel Kant)

Istruzioniper l’uso

Criteri moderni per il progetto delle fondazioni su pali · delle fondazioni su pali Carlo Viggiani...

Documents