castelli: fondazioni su pali

7/28/2019 Castelli: Fondazioni Su Pali

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CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLOAGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICA(O.P.C.M. n 3274/2003 e

successive modifiche ed integrazioni)

Terreno e Fondazioni:

Fondazioni su Pali

Siracusa, 23 Ottobre 2004

ORDINE DEGLI INGEGNERI

DELLA PROVINCIA DI SIRACUSA

Francesco Castelli

F. Castelli


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CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLO AGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICASiracusa, 23 Ottobre, 2004 - Fondazioni su Pali

F. Castelli

Terremoto Loma Prieta (1989)

Terremoto Niigata (1964)


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F. Castelli


Possibili modi di collasso di fondazioni su pali

soggette ad azione sismica


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L

D

INTERAZIONE

SOVRASTRUTTURA FONDAZIONE - TERRENO

FONDAZIONI SU PALI

INTERAZIONE :

2. ELEMENTO DI COLLEGAMENTO

3. PALI

4. TERRENO

INTERAZIONE LIMITATA A

ELEMENTO DI COLLEGAMENTOPALI - TERRENO

1. SOVRASTRUTTURA

(Ulteriori Fenomenidi Interazione)


F. Castelli


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3. METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI

1. METODI DI CALCOLO RIGOROSI

2. METODI DI CALCOLO APPROSSIMATI

ASPETTI GENERALI DELL ANALISI E DEL PROGETTO

DELLE FONDAZIONI SU PALI(O.P.C.M. n 3274/2003)

PUNTO 3

3.1 Regole Generali di ProgettazioneDi norma deve essere adottato un unico tipo di fondazione, a menoche essa non consista di unit indipendenti dal punto di vista dinamico.Deve essere evitato luso contestuale di pali e di fondazioni dirette nellostesso edificio.

PUNTO 3.3 Verifiche e Criteri di Dimensionamento3.3.1 Pali e Pozzi di Fondazione

METODI DI ANALISI DELLE FONDAZIONI SU PALI

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METODI DI CALCOLO RIGOROSI

(BEM) Boundary Element Methods

(Butterfield & Banerjee, 1971; Kuwabara,1989; Mendoca & Paiva, 2000).

Hybrid Method (Hain & Lee, 1978; Frankeet al., 1994; Russo, 1996; Ta & Small, 1996;Russo & Viggiani, 1998).

Simplified 2DFinite Element andDifferential Methods (Mohamedzein et al.,1999; Horikoshi & Randolph, 1999; Prakoso& Kulhawy, 2001).

(FDM) 3DFinite Differential Methods

(Poulos, 2001). 3D-dimensional FEM (Ottaviani, 1975;

Chow & Teh, 1991; Katzenbach et al.,2000; De Sanctis, 2001).

Aspetti Generali(Butterfield & Banerjee, 1971)


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CODICE FLAC3D GENERAZIONE DELLA GRIGLIA

Numero di nodi di una zona

Generazione della griglia: Mesh facilmente divisibile in gruppi con propriet meccaniche omogenee;

Geometria della griglia tale da consentire lutilizzo delle interfaccie (pali asezione quadrata);

Infittimento della mesh dove gli sforzi e le deformazioni sono maggiori.

Gruppi di una MeshF. Castelli



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CODICE FLAC3D SIMULAZIONE NUMERICA

Discretizzazione in meshProva Sperimentale(Koizumi & Ito, 1967)

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GEOMETRIA

FLAC3D - MODELLAZIONE NUMERICA

PROPRIETA MECCANICHE GRUPPI

ELEMENTI NODI ZONE DIMENS.

MESH [m]

ALTEZZA MESH

[m]

LATO PALO

[m]

68735 54992 13747 3.75 13.5 0.30

GRUPPO MODELLO MODULOELASTICITA

TANGENZ.[N/m2]

MODULOCOMPRES.

VOL.[KN/m2]

COESIONE[KN/m2]

ANGOLO DIRESISTENZA

A TAGLIO[]

DENSITA[Kg/m3]

PALOPIASTRA

Elastico 1.35x10^10 1.35x10^10 - - 2500

TERRENO MohrCoulomb

da 2x10^9 a5x10^9

da 4x10^6 a10x10^6

da 25 a 62 25 1570

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Tensioni sul piano passante per i pali Tensioni sul piano passante per la mezzeria

F. Castelli




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Spostamenti sul piano passante per i pali Spostamenti sul piano passante per la mezzeria

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Tensione verticale al contattopiastra-terreno

Spostamento verticale al contattopiastra-terreno


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CONFRONTO TRA ANALISI NUMERICA 3D, METODI SEMPLIFICATIE VALORI SPERIMENTALI

0

5

10

15

20

25

30

0 200 400 600 800 1000 1200

Carico [KN]

Cedimento

[mm]

MEASURED

POULOS 2000

POULOS 2002

FLAC3D [Castelli & Di Mauro, 2003]

FLAC3D - back analysis

RANDOLPH 1994

POULOS 2001

Curve carico - cedimenti


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Potenzialmente il pi rigoroso metodo di analisi delle piastre su pali

Permette di tenere conto delle interazioni:

- Palo - palo- Palo - piastra

- Piastra - terreno-Terreno - palo

Permette di stimare con affidabilit i cedimenti assoluti e differenziali e le

sollecitazioni allinterno della piastra e dei pali Risulta oneroso in termini di tempi danalisi (CPUtime= 36 ore).

CONSIDERAZIONI SULLANALISI NUMERICA TRIDIMENSIONALE

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METODI DI CALCOLO APPROSSIMATI

A strip on springs(Poulos, 1991). A plate on springs(Burghignoli, 1983;

Chow & The, 1991; Clancy & Randolph,1993; Poulos, 1994; Russo & Viggiani,1997; Kim et al., 2001; Gue et al., 2002).

Variational approach(Shen et al., 1997;2000).

METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI

Equivalent Pier Method(Poulos & Davis,

1980; Randolph, 1983; Horikoshi &Randolph, 1999). Stiffness Equivalent Method (Randolph,

1994; Poulos, 2000; 2001; 2002).


Effetti di Interazione Struttura - Terreno(Katzenbach et al., 2000)


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CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLO AGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICA


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METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI

Metodo del Palo Equivalente(Poulos & Davis, 1980; Randolph, 1983;

Horikoshi & Randolph, 1999)

s

n

LDeq

Eeq

Eterreno

Piastra

Palo equivalente

Gruppo di Pali

D

Epalo

D

sB

B

AgAg

AgDeq 13.124

===

( )Ag

AtpEsEpEsEeq +=

( )[ ]21snAg =

pL

ns

R=

R < 2


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CAPACITA PORTANTE- Palo Singolo- Gruppo di Pali- Elemento di Collegamento

CEDIMENTI

- Cedimenti Assoluti- Cedimenti Differenziali- Cedimento Medio

AZIONI MOBILITATE- Carico Assiale- Momento Flettente e Taglio nella

Piastra e nei Pali

ASPETTI GENERALI DELL ANALISI E DEL PROGETTO

DELLE FONDAZIONI SU PALI


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AZIONI MOBILITATE- Reazioni nel Terreno

lungo i Pali

PROBLEMI DI MODELLAZIONE

- Comportamento non-linearedel Terreno

- Non-omogeneit del Terreno- Rigidezza dell Elemento

di Collegamento

EFFETTI DI INTERAZIONE

- Palo - Terreno- Palo - Palo- Terreno - Piastra- Palo - Piastra

ASPETTI DI PROGETTO- Geometria dei Pali- Posizione dei Pali- Spessore della Piastra

ASPETTI GENERALI DELL ANALISI E DEL PROGETTODELLE FONDAZIONI SU PALI

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PUNTO 3.3.2 PALI E POZZI DI FONDAZIONEI PALI DEVONO ESSERE PROGETTATI IN MODO DA RESISTERE:A) FORZE INERZIALI, TRASMESSE DALLA SOVRASTRUTTURA;

B) FORZE CINEMATICHE,

DERIVANTI DALLA DEFORMAZIONE DELTERRENO IN SEGUITO AL PASSAGGIO DELLE ONDE SISMICHE.

(O.P.C.M. n 3274 del 20 Marzo 2003)

LE ANALISI DEVONO DETERMINARE:1. AZIONI INTERNE LUNGO IL PALO2. SPOSTAMENTO ORIZZONTALE2. ROTAZIONE ALLA TESTA DEL PALO


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PUNTO 3.3.2 PALI E POZZI DI FONDAZIONEI MOMENTI FLETTENTI DI ORIGINE CINEMATICA DEVONOESSERE CALCOLATI NEI CASI IN CUI SIMULTANEAMENTE SIVERIFICA CHE: IL PROFILO DEL TERRENO E DI CLASSE C O PEGGIORE LA ZONA E A MEDIA O ELEVATA SISMICITA


DAL PUNTO DI VISTA STRUTTURALE:I PALI DEVONO ESSERE PROGETTATI IN MODO DA RIMANERE INCAMPO ELASTICO. ALTERNATIVAMENTE LE SEZIONI DELLEPOTENZIALI CERNIERE PLASTICHE DEVONO ESSERE PROGETTATE

PER UN COMPORTAMENTO DI TIPO DUTTILE

(O.P.C.M. n 3274 del 20 Marzo 2003)



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LA RIGIDEZZA E LA RESISTENZA FLESSIONALE DEL PALO;

LE REAZIONI DEL TERRENO LUNGO IL PALO, TENENDO NEL DOVUTOCONTO GLI EFFETTI CICLICI E LAMPIEZZA DELLE DEFORMAZIONINEL TERRENO;

GLI EFFETTI DI INTERAZIONE TRA PALO E PALO; IL GRADO DI LIBERT DI ROTAZIONE DELLA TESTA DEL PALO, ODELLA CONNESSIONE TRA PALO E STRUTTURA.


LE ANALISI DEVONO ESSERE BASATE SU MODELLI CONTINUI ODISCRETIZZATI IN GRADO DI RIPRODURRE:


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(O.P.C.M. n 3274 del 20 Marzo 2003)



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FONDAZIONI SU PALIAZIONI E SITUAZIONI DI PROGETTO SECONDO LEC8 (EN 1998-5:2003E)

Siracusa, 23 Ottobre, 2004 - Fondazioni su Pali

F. Castelli



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FONDAZIONI SU PALIAZIONI E SITUAZIONI DI PROGETTO

SECONDO LEC7 (EN 1997-1:2003E)

PALI CARICATI ASSIALMENTE

PALI CARICATI DA AZIONI DOVUTE A SPOSTAMENTIDEL TERRENO(pali passivi, attrito negativo, rigonfiamenti o sollevamenti del

terreno, ..)

PALI CARICATI TRASVERSALMENTE ALLASSE(pali in zona sismica, livelli di scavo diversi su lati opposti della

fondazione su pali, fondazione su pali ai piedi di un rilevato, .)

PALI SOGGETTI A TRAZIONE


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FONDAZIONI SU PALISTATI LIMITE PREVISTI DALLEC7 (EN 1997-1:2003E)

Instabilit globale;

Rottura per carico limite della fondazione su pali; Sollevamento o insufficiente resistenza a trazione della fondazione su pali; Rottura del terreno per carico trasversale sulla fondazione su pali; Rottura strutturale del palo per compressione, trazione, flessione, taglio o

carico di punta; Rottura combinata del terreno e dei pali di fondazione; Rottura combinata del terreno e della struttura di collegamento;

Cedimenti eccessivi; Sollevamenti eccessivi; Spostamenti laterali eccessivi;

Vibrazioni inaccettabili.


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CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLO AGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICASi 23 Ott b 2004 F d i i P li


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STATI LIMITE :FATTORI PARZIALI PREVISTI DALLEC7 (EN 1997-1:2003E)

SETAZIONE SIMBOLO SIMBOLO

A1 A2SFAVOREVOLE 1.35 1.0PERMANENTE

FAVOREVOLEG

1.0 1.0

SFAVOREVOLE 1.5 1.3TEMPORANEA

FAVOREVOLE

Q0 0

SETPARAMETROTERRENO SIMBOLO M1 M2

ANGOLO 1.0 1.25COESIONE c C 1.0 1.25COESIONE cU Cu 1.0 1.4

RESISTENZA ELL qu 1.0 1.4PESO SPECIFICO 1.0 1.0


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CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLO AGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICASi 23 Ottob e 2004 Fo d io i P li


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SETRESISTENZA SIMBOLOR1 R2 R3 R4

PUNTA b 1.25 1.1 1.0 1.6LATERALE s 1.0 1.1 1.0 1.3

TOTALE t 1.15 1.1 1.0 1.5TRAZIONE s,t 1.25 1.15 1.1 1.6

STATI LIMITE :FATTORI PARZIALI PREVISTI DALLEC7 (EN 1997-1:2003E)

APPROCCIO DI PROGETTO 1COMBINAZIONE 1: A1 + M1 + R1COMBINAZIONE 2: A2 + (M1 o M2) + R4

APPROCCIO DI PROGETTO 2COMBINAZIONE 1: A1 + M1 + R2

APPROCCIO DI PROGETTO 3

COMBINAZIONE 1: (A1 o A2) + M2 + R3


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CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLO AGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICASiracusa 23 Ottobre 2004 Fondazioni su Pali


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PUNTO 5.4.7.4 PALI DI FONDAZIONENEL CASO DI STRUTTURE DI DIMENSIONI E CARATTERISTICHECORRENTI, ERETTE SU SUOLI DI TIPO A, B e CE NEI CASI IN CUI

NON E NECESSARIO CALCOLARE I MOMENTI FLETTENTI DI ORIGINECINEMATICA, LEVERICHE DI CAPACITA PORTANTE POSSONO ESSERECONDOTTE ANCHE CONFRONTANDO LE SOLLECITAZIONI TRASMESSECON LA CAPACITA LIMITE DETERMINATA ASSUMENDO I VALORI

NOMINALI DEI PARAMETRI DI RESISTENZA DEL TERRENO EDUTILIZZANDO UN COEFFICIENTE DI SICUREZZA GLOBALE PARI A 1.7.TALE COEFFICIENTE SI APPLICA GLOBALMENTE AL MODELLO DELBLOCCO RIGIDO EQUIVALENTE ALLA PALIFICATA.


(O.P.C.M. n 3274/2003 - Aggiornamento 9 Settembre 2004)

CORSO DI AGGIORNAMENTO SUL CALCOLO AGLI STATI LIMITE E SULLA NORMATIVA SISMICASiracusa 23 Ottobre 2004 - Fondazioni su Pali


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Prove di Carico Statiche:

-Verticale- Orizzontale

AZIONI E SITUAZIONI DI PROGETTO



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Prove di Carico su Pali Strumentati

Curva carico - cedimento

Siracusa, 23 Ottobre, 2004 Fondazioni su Pali

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Prove di Carico Dinamiche:-Ammettenza Verticale

-Ammettenza Orizzontale

AZIONI E SITUAZIONI DI PROGETTO


A Basse Deformazioni

Ad Elevata Energia

Siracusa, 23 Ottobre, 2004 Fondazioni su Pali

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Prove di Ammettenza Meccanica:-Verticale- Orizzontale

- Possono essere considerate come delle

vere e proprie prove in sito di vibrazioneforzata del palo, nel campo delle piccoledeformazioni.

- Si possono assimilare ad una misura in sito

della impedenza del palo.- Limpedenza traduce il processo diinterazione dinamica del sistema palo-terreno.

- Linterpretazione dei rilievi sperimentalialla luce dellinterazione dinamica palo-terreno, consente di acquisire informazionisulla geometria del palo e sui parametridinamici del terreno alle basse deformazioni.

Molle elasticheK Smorzato

viscosiC

, ,

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Prove di Ammettenza Meccanica:-Verticale- Orizzontale

E possibile ricavare:

- una rigidezza dinamica verticale: KZZ = (EpAp/Rp) fv1

- uno smorzamento verticale: CZZ = (EpAp/Vs) fv2

- una rigidezza dinamica orizzontale: KHH = (Ep Jp/Rp3) fH1

- uno smorzamento orizzontale: CHH = (Ep Jp/Rp2Vs) fH2

Ep

= modulo di elasticit del palo;Ap = area sezione trasversale del palo;Jp = momento dinerzia del palo;Rp = raggio del palo;Vs = velocit onde di taglio terreno;fV1, fV2 = coefficienti adimensionali di rigidezza e smorzamento = 0.03 0.05;fH1, fH2 = coefficienti adimensionali di rigidezza e smorzamento = 0.001 0.01.

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FONDAZIONI SU PALIAZIONI E SITUAZIONI DI PROGETTO SECONDO LEC8 (EN 1998-5:2003E)

F. Castelli



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Pali soggetti ad Azione Orizzontale

GRADO DI LIBERT DI ROTAZIONE DELLA TESTA DELPALO, O DELLA CONNESSIONE TRA PALO E STRUTTURA.

Palo Lungo Palo Corto

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Pali soggetti ad Azione Orizzontale: Meccanismi di Rottura

F. Castelli



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Pali soggetti ad Azione Orizzontale: Palo Corto

Libero in Testa Incastrato in Testa

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Pali soggetti ad Azione Orizzontale: Palo Lungo

Libero in Testa Incastrato in Testa

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Pali soggetti ad Azione Orizzontale:Reazione Orizzontale Limite (Broms, 1964)

REAZIONI LIMITE DEL TERRENO LUNGO IL PALO

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Pali soggetti a Carichi applicati in TestaModellazione del Comportamento

F. Castelli



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Modellazione del Comportamento dei Pali

Metodo delle Funzioni di Trasferimento

F. Castelli



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( )( )

( )

lim

1

q

xw

k

xwxq

in

+

=

Modellazione del Comportamento dei Pali

EFFETTI NON LINEARI DELLINTERAZIONE PALO - TERRENO

GoKsi=

__________________ [FL-3]Ro ln (Rm/Ro)

4GoKbi=

________________ [FL-3] Ro(1 )

Ks= Ksi( 1 -s)Kb= Kbi( 1 b)

s= Qs/ Qslimb= Qb/ Qblim

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EFFETTI CONNESSI ALLA CICLICITA DELLA SOLLECITAZIONEED ALLAMPIEZZA DELLE DEFORMAZIONI NEL TERRENO

F. Castelli



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F. Castelli

Pali soggetti ad AzioneOrizzontale:

Modellazione delComportamento



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Pali soggetti ad Azione Orizzontale:Modellazione del Comportamento

Metodo delle curve p y

F. Castelli



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ProvaProva PressiometricaPressiometrica

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Analogia con Palo soggetto aAnalogia con Palo soggetto a

Forza OrizzontaleForza Orizzontale

F. Castelli



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ProvaProva

DilatometricaDilatometrica

((DMTDMT

))

F. Castelli



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530 (D/w) - 1Go=_______________ . _________________ ko 0.25('vPa)0.5

('v/Pa)0.25 2.7 - (D/w)

9Pais the atmospheric pressure,9'

vis the effective vertical stress,

9Dand koare respectively the unit weight and thecoefficient of earth pressure at rest determinedaccording to Marchetti (1980) by means ofDMT results.

Hryciw (1990)0 50 100 150

Go (MPa)

30

25

20

15

10

5

0

Depth

(m)

Laboratory Tests

In-situ DMT Test

F. Castelli



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F. Castelli



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F. Castelli



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F. Castelli

MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEI GRUPPI DI PALI

EFFETTI DI INTERAZIONEIN CAMPO STATICO NOTO CHE LEFFETTO DELLA INTERAZIONE TRA IPALI QUELLO DI RIDURRE LA CAPACIT PORTANTE DEL GRUPPO ED

INCREMENTARE I CEDIMENTI RISPETTO AL CASO DEL PALO SINGOLO.



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F. Castelli


EFFETTI DI INTERAZIONEIN CAMPO DINAMICO GLI EFFETTI DI INTERAZIONE DIFFERISCONO DAL

CASO STATICO. INFATTI LINTERAZIONE TRA I PALI PUO MODIFICARESENSIBILMENTE LA RIGIDEZZA E LO SMORZAMENTO NEL GRUPPO.

Rapporto di Efficienza del Gruppo (GER)

kgruppoGER = __________

ki

ANALOGAMENTE SI PU DEFINIRE PER LO SMORZAMENTO.



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F. Castelli


EFFETTI DI INTERAZIONE

IN CAMPO DINAMICO POSSIBILE

INTRODURRE UN FATTORE DI INTE-RAZIONE DINAMICA (Kaynia & Kausel,1982). NEL CASO DI DUE PALI ESSO EPARI A:

Spostamento dinamico palo 2________________________________________

Spostamento statico palo 1



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PALI SOGGETTI AD AZIONE ORIZZONTALE:MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEI GRUPPI DI PALI

EFFETTI DI INTERAZIONE TRA PALI

F. Castelli



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3 4 5 6 7 8

Spaziatura pali [m]

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

P

m

F. Castelli

PALI SOGGETTI AD AZIONE ORIZZONTALE:MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEI GRUPPI DI PALI



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CONSIDERAZIONI

CONCLUSIVE

F. Castelli

castelli: fondazioni su pali

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