3 Metodi di calcolo > 3.4 Fondazioni miste

Di solito nel caso di platee su pali la portanza del terreno sotto la platea non viene considerata nel calcolo e, quindi, sono solo i pali a trasferire i carichi al terreno.

Sia nel caso di platee su pali che di graticci di travi di fondazione su pali è possibile considerare che un'aliquota del carico totale di progetto venga trasferita al terreno alla platea (o alle travi di fondazione). Questa possibilità è però condizionata sia dalla accertata discreta portanza del terreno a contatto della platea, sia dalla effettuazione di un'analisi di interazione tra terreno-pali-platea che porti alla determinazione dell'aliquota dei carichi verticali di pertinenza della platea (§ 6.4.3 NTC).

Va detto preliminarmente che evidenze sperimentali (effetto ombra) dimostrano che per rapporti s/d < 3 ÷ 4 (in cui s/d = interasse tra i pali / diametro pali) la collaborazione della platea alla resistenza è trascurabile; di conseguenza per rapporti s/d inferiori a quelli indicati la suddetta analisi di interazione è inutile e conviene affidare la portanza geotecnica della fondazione ai soli pali. Se viceversa è possibile distanziare maggiormente i pali tra loro si otterrà una maggiore portanza della platea ed una contestuale riduzione del numero dei pali (con relativo vantaggio economico). Anche le travi su pali possono costituire fondazioni miste se possono esibire una significativa portanza esprimibile con un proprio coefficiente Kw di sottofondo.

Per plinti predefiniti su pali non è, in ogni caso, prevista la contemporanea portanza della soletta anche se a contatto del terreno.

Una prima interazione tra la platea ed i pali viene assunta riducendo con un fattore αcp= 0.8 il coefficiente di winkler di tutti i campi della platea su pali: analisi rigorose condotte da Randolph e Clancy (Randolph & Clancy, 1993) hanno, infatti, mostrato che αcp tende al valore costante pari a circa 0.8, indipendentemente dalla configurazione dei pali (cioè numero N, interasse s, snellezza L/d).

Per un'analisi dell'interazione tra platea e pali minimamente soddisfacente è, inoltre, necessario considerare il comportamento altamente non lineare dei pali per azioni assiali. A questo scopo va assunto il diagramma carichi-cedimenti iperbolico di Chin (da selezionare nella finestra dei Dati Generali). Per la valutazione dei cedimenti assiali nelle combinazioni di esercizio SLE è, inoltre, necessario mettere in conto anche l'interazione assiale tra i pali (da selezionare nella finestra dei Dati Generali).

Il comportamento 'sostanzialmente elastico' della platea è assicurato dalle NTC 2018 (§ 7.5) che impongono le corrispondenti verifiche per tutte le strutture di fondazione.

La semplificazione qui assunta di considerare lineare alla winkler l'interazione tra la platea ed il terreno comporta la necessità che in tutte le combinazioni il terreno non debba mai presentare tensioni di contatto di trazione (no sollevamento platea).

Il valore Kw* della costante di winkler assunta dal programma per il singolo campo di platea viene calcolata col seguente prodotto:

Kw* = Kw · αcp · β

in cui

- Kw è la costante di sottofondo assegnata in input nell'Archivio Campi. Va assunta con differenti valori: nelle combinazioni SLE è data dal rapporto tra i carichi verticali di esercizio e la deformazione media a lungo termine della platea sottoposta ai carichi stessi. Nelle combinazioni SLU è data dal rapporto tra i carichi SLU e la deformazione media istantanea. Ovviamente vanno sempre eseguiti due distinti calcoli per le combinazioni SLE ed SLU.

- β è un ulteriore fattore riduttivo che mette in conto la riduzione dell'area di contatto della platea a causa della presenza dei pali.

La semplificazione per aver considerato i coeff. Kw della platea lineari oltre a rendere necessario la doppia valutazione SLE ed SLU non prevede la possibilità di sollevamento della platea nel caso di forti momenti ribaltanti (cioè la tensione di contatto platea terreno deve essere sempre di compressione).

Il comportamento assialmente non lineare dei pali comporta la determinazione dei parametr n, m della legge costitutiva dell'iperbole (carico Q - cedimento w [vedasi § 3.4]) sulla base di apposite prove di carico (vedasi § 4.4). In fase di progetto, purtroppo, solo raramente dette prove possono essere svolte. Per sopperire alla mancanza delle prove dirette può effettuarsi il calcolo analitico del carico Qlim di collasso del palo sulla base dei parametri geotecnici desunti dalle verticali di indagine effettuate. Data l'equazione dell'iperbole di Chin:

Q = w / (m + n · w)

Il parametro n = 1/Qlim . Per ricavare il secondo parametro m può utilizzarsi la circostanza che le NTC definiscono come carico assiale di progetto Qd quello corrispondente al cedimento w pari a 0.1 D per pali con diametro D< 80cm e a 0.05 D per pali aventi diametro superiore. Quindi una volta fissato il valore di progetto Qd (noto già Qlim) ed il cedimento w basta risolvere rispetto a m l'equazione dell'iperbole:

m = w ( 1- n · Qd) / Qd

Nelle combinazioni SLU ed SLE le NTC fissano Qd = Qk / R3 = Qk / 2.3.

Se i pali sono impiegati solo per la riduzione dei cedimenti nelle combinazioni SLE può (in questo tipo di combinazioni) assumersi Qd = Qk .

Verifiche SLU platea e pali

Nelle combinazioni allo SLU il § 6.4.3.3 pone (per l'analisi di interazione tra terreno e fondazione mista) le seguenti ulteriori restrittive condizioni di verifica alle SLU di tipo geotecnico:

- La resistenza di progetto dei pali in gruppo va calcolata dividendo la somma delle resistenze caratteristiche dei pali per il coeff. parziale di capacità 2.3 (tab.6.4.1). E' quindi necessario sostituire quest'ultimo valore, nella finestra della tipologia prescelta per i pali, a quello della resistenza di progetto calcolata in base al § 6.4.3.1.1 NTC. Detta resistenza va sommata a quella della platea la cui resistenza ultima va divisa (come di norma) per lo stesso coeff. parziale.

- Limitatamente alle azioni verticali è necessaria una doppia verifica sia a breve che a lungo termine. Nell'ambito delle ipotesi di calcolo previste nel presente programma ciò si traduce in una doppia valutazione della costante di sottofondo kw della platea. Nel caso delle verifiche SLU kw va valutata con riferimento ai cedimenti immediati elastici; iù gravosa è quella a lungo termine.

Verifiche SLE platea e pali

Poichè nelle verifiche delle combinazioni SLE (§ 6.4.3.4 NTC) per una migliore previsione dei cedimenti e delle loro conseguenze sulla resistenza delle strutture di fondazione ed elevazione, si richiede (oltre che di considerare gli effetti di gruppo sopra citati) di considerare anche gli effetti di interazione tra i pali. Fatta questa premessa, si ritiene che le combinazioni SLE debbano essere calcolate separatamente dalle combinazioni SLU. Più precisamente dopo aver effettuato il calcolo di resistenza con le sole combinazioni SLU (con gli opportuni valori dei coeff. di efficienza E e G), si ritiene necessario effettuare un secondo calcolo in cui (oltre ai coeff. di efficienza E, G) siano presenti le sole combinazioni di esercizio SLE attivando, in questo secondo calcolo, l'opzioni prevista in programma per la esplicita calcolazione dell'interazione tra i pali. Oltre alle combinazioni SLE vanno inserite altrettante combinazioni SLU con gli stessi valori delle combinazioni SLE per consentire anche una verifica di resistenza strutturale a seguito delle possibili forti distorsioni causate dall'interazione: se le armature progettate in questo secondo calcolo dovessero essere maggiori (in qualche elemento strutturale) occorrerà tenerne conto negli esecutivi delle armature calcolate nel primo calcolo SLU.

Per una stima corretta dei cedimenti in esercizio è molto importante il calcolo dell'Interazione pali in gruppo per carichi assiali (§3.3).

Verifica dei pali per la sola funzione di riduzione e regolazione degli spostamenti

Questo caso si verifica quando il terreno sotto la platea è in grado da solo offrire sufficiente portanza allo SLU ma a costo di cedimenti e/o distorsioni eccessivi tali da compromettere sia la resistenza strutturale allo SLU della platea e dei pali e delle verifiche SLE (spostamenti e distorsioni compatibili con i requisiti prestazionali della struttura in elevazione).

Quindi anche se la platea da sola è in grado di resistere (grazie alla sufficiente resistenza del terreno di fondazione), è comunque necessaria la verifica agli SLU della struttura mista. Naturalmente seguita dalla fondamentali verifiche agli SLE che da sole hanno comportato la necessità dell'impiego dei pali per il controllo dei cedimenti allo SLE.

In questi casi si consiglia di utilizzare prudenzialmente come valore della resistenza dei pali quella di progetto fornita dall'applicazione del § 6.4.3.1.1 sia per le verifiche SLU che per quelle SLE.

La collaborazione con la platea consente una notevole riduzione del numero dei pali tanto maggiore quanto più è possibile incrementare il loro interasse (ovviamento contenendo i cedimenti e le distorsioni nei valori ammissibili prefissati).