Pali a contrasto tipo mega
CUSI snc operante a Reggio Emilia e in tutta la regione Emilia Romagna, offre la consulenza e la installazione di pali a contrasto tipo mega. Il palo appartiene alla categoria degli INFISSI, inserito nel terreno senza la creazione di un foro, senza esportazione di terreno, senza ausilio di fluidi, a secco, composto da elementi più o meno lunghi, da 50 cm fino a 150 cm (dipende dagli ambienti di lavoro), connessi gli uni sugli altri. Gli elementi in origine in cemento ora sono quasi esclusivamente in tubi di acciaio S355JR ; i diametri più diffusi variano da 127 mm fino a 300 mm, spessori da 6.3 mm a 10 mm; alla estremità del primo elemento viene saldata una puntazza dal profilo conico.
Le connessioni tra gli elementi possono essere realizzate attraverso saldatura testa contro testa, con manicotti esterni od interni, oppure attraverso giunzioni filettate. L’infissione avviene staticamente e non in modo dinamico come nel caso dei battuti; la forza necessaria è sviluppata da un cilindro idraulico con corsa solitamente da 20 cm fino a 60 cm alimentato da una centralina con motore elettrico, che spinge gli elementi nel terreno, mentre il contrasto è ottenuto dalla massa del fabbricato da consolidare.
Il palo può essere realizzato in asse con la muratura, in questo caso il cilindro viene frapposto tra gli elementi di tubo e l’intradosso del cordolo di fondazione, o eccentricamente rispetto l’asse della muratura, in questo caso si provvede ad installare delle staffe sul fianco della fondazione sulle quali il cilindro idraulico è montato per ottenere il contrasto alla infissione del palo.
La scelta della combinazione tra alesaggio del cilindro e pressione massima dell’olio erogabile dalla pompa idraulica, determinano la spinta massima (QL) che si ha disposizione, valore vincolato dalla stima della massa disponibile come contrasto per ogni palo, che generalmente può essere considerato tra da 3 a 5 metri di carichi permanenti che gravano sulla fondazione da consolidare in base alla tipologia del fabbricato (caratteristica che determina anche la scelta dell’interasse tra i pali e il fattore di sicurezza della portata).
Durante l’infissione in terreni non coesivi si ha un processo di addensamento nell’intorno del palo con conseguente miglioramento delle sue caratteristiche meccaniche. Nel caso di installazione in un terreno coesivo il processo è più complesso ed è opportuno distinguere varie fasi. Durante la fase di infissione ci si trova in condizioni virtualmente non drenate, per cui l’infissione provoca distorsioni a volume costante con spostamento del terreno sia lateralmente che verso l’alto. Alla mancanza di variazioni di volume fa riscontro l’insorgere di elevati valori della sovrappressione interstiziale la cui distribuzione è caratterizzata da pronunciati gradienti in direzione radiale, per cui normalmente i valori significativi si hanno fino a distanze radiali dell’ordine di 4-8 volte il raggio del palo (a seconda di argille a bassa o alta sensitività), anche se la zona interessata dagli incrementi della pressione interstiziale si estende fino a 30 volte il raggio del palo. In questa fase la tensione orizzontale efficace dell’interfaccia con il palo si riduce drasticamente ed è proprio tale riduzione che facilita l’infissione del palo stesso; da un altro punto di vista l’aumento della pressione interstiziale causa l’abbassamento della resistenza al taglio del terreno, la penetrazione del palo modifica temporaneo le caratteristiche meccaniche del terreno all’interno di un dato volume che ha nel suo centro il palo. Il successivo processo di consolidazione fa assumere alla tensione orizzontale efficace valori superiori o uguali al valore iniziale a riposo e, più in generale, esso comporta una riduzione dell’indice dei vuoti e un miglioramento delle caratteristiche meccaniche all’interfaccia, rimaneggiato nella fase di infissione.
Capacità portante
La capacità portante di un palo è pari alla somma della portata limite di base Qp e della portata limite per attrito laterale QsDato Wp il peso del palo (trascurabile) avremo:
Q lim + Wp = Q s + Q p
La forza Qs è la risultante delle tensioni di attrito e/o di aderenza, le quali dipendono dall’interazione tra la superficie laterale del palo e un determinato spessore di terreno deformato. La forza Qp invece è la risultante delle tensioni di compressione alla base del palo, le quali dipendono da un volume di terreno deformato, che si estende al di sopra e al di sotto della base del palo e le cui dimensioni sono funzione del diametro del palo.
Le due componenti sono assunte tra loro indipendenti, anche se la loro mobilitazione richiede spostamenti relativi tra il palo e il terreno circostante sensibilmente diversi.
La portata per attrito laterale raggiunge il suo valore limite per cedimenti dell’ordine di 6/10 mm indipendentemete dal diametro del palo D, mentre quella di base per spostamenti pari 8/10 % D.
Il rapporto tra la portata di base e quella laterale dipende dalla snellezza del palo (L/D) e dalla stratigrafia del terreno.
Se un palo attraversa uno strato di argilla tenera per intestarsi in uno strato di base consistente, la capacità per attrito laterale può diventare trascurabile rispetto alla portata di base. Se invece il deposito coesivo è di spessore notevole e la punta non incontra strati di difficile penetrazione, la capacità portante del palo dipenderà quasi esclusivamente dall’attrito laterale (palo sospeso).
Per il calcolo della portata di un palo è necessario eseguire delle indagine del sottosuolo, la prova penetrometrica che più si addice al tipo di palo è la penetrometrica statica CPT : l’avanzamento della punta conica dello strumento nel sottosuolo registra ogni 20 cm un valore di resistenza alla punta Rp ed uno alla resistenza laterale Rl che oppone la successione stratigrafica. Il rapporto tra Rp ed Rl tra i vari campionameti determina un coefficiente utilizzato per stimare in maniera speditiva la natura terreni attraversati; tale metodo si basa sul fatto che i terreni a grana grossa hanno una resistenza in punta elevata ed un basso attrito laterale, viceversa i terreni a grana fine. Dalla elaborazione di Rp e Rl si ottengono le caratteristiche qc e fs, rispettivamente resistenza unitaria di punta e resistenza laterale locale dei terreni attraversati, utili al calcolo della portata limite totale in terreni incoerenti (grana grossa) e dei valori di resistenza al taglio non drenata Cu utilizzata nel calcolo della portata limite totale nei terreni coesivi (grana fine).
Terreno coesivo saturo
Per pal infissi in acciaio, in presenza di terreno coesivo saturo quindi in condizioni non drenate, nel calcolo della portata laterale Qs è indicato il METODO α in cui:
Qs = π ⋅ D ⋅ ∫ (da 0 a L) τs dz in cui τs= α ⋅ Cu
α è un coefficiente empirico di aderenza che dipende dal tipo di terreno e Cu è la resistenza al taglio non drenata originaria del terreno indisturbato.
Di seguito i valori di α suggeriti dall’AGI (Associazione Geotecnica Italiana)
La portata di base Qp, in terreni coesivi saturi (pali sospesi) contribuisce con valori molto bassi nella capacità portante complessiva, e per la sua valutazione si utilizza ancora la resistenza al taglio in condizioni non drenate Cu dello strato che raggiunge la punta :
Qp= 9 Cu ⋅ Ab in cui Ab è l’area di base del palo
In terreni coesivi sovraconsolidati, e quindi spesso fessurati, è opportuno introdurre un fattore di riduzione Rc :
per pali infissi Rc= D+0,5 / 2 ⋅ D ≼1
Terreno incoerente
Riguardo ai pal infissi in acciaio è opportuno utilizzare i risultati ottenuti dalla prova penetrometrica statica CPT, che può essere considerata come una prova su un prototipo in scala ridotta del palo da progettare. I valori caratteristici del terreno elaborati dalla prova sono : fs resistenza laterale locale e qc resistenza unitaria di punta.
Portata laterale Qs = π ⋅ D ⋅ ∫ (da 0 a L) τs dz in cui τs= fs
Portata di base Qp= qp ⋅ Ap in cui qp = qc e Ab è l’area di base del palo
E’ opportuno considerare un valore di qc medio fra la profondità (L-4D) e (L+D).
Simulazione infissione
Un vantaggio nell’eseguire una prova penetrometrica statica per il dimensionamento dei pali mega è quello di avere la possibilità di calcolare con un certo gradi di approssimazione, la resistenza che lo stesso può opporre durante l’infissione utilizzando i valorri di qc e fs opportunamente corretti con coefficienti dedotti da esperienze empiriche nelle varie tipologie di terreni.
Rapportino infissione
L’infissione del palo avvine in modo statico, senza generare vibrazioni, attraverso un cilindro idraulico; la portata e con essa la pressione dell’olio possono essere regolate: maggiore è la velocità con la quale vogliamo spingere il palo nel terreno maggiore sarà il contrasto di cui abbiamo bisogno. Per rendicontare la portata limite provvisoria del palo alle varie profondità è necessario redigere un rapportino di infissione e registrare ad intervelli regolari, 50/70 cm, la forza necessaria a mobilitare il palo con una velocità prefissata tra 2 e 5 mm/sec.
Dal termine della posa del palo, con il graduale dissiparsi delle sovrappressioni interstiziali generate dalle distorsione a volume costante (terreni coesivi), si avrà un aumento della resistenza al taglio ai valori iniziali, con un incremento dell’attrito nell’interfaccia palo-terreno; anche alla distanza di poche ore dall’arresto del palo l’ultima forza utilizzata non sarà più sufficiente a mobilitare il palo. Il grado di plasticità del terreno e la lunghezza del palo determinano in percentuale quanto aumenterà la portata limite del palo al completo ritorno alla neutralità delle pressioni interstiziali.
Solidarizzazione sotto carico alla fondazione esistente
Una delle più importanti caratteristiche dei pali mega è la intrinseca possibilità di renderlo solidale alla fondazione esistente già precaricato, annullando i cedimenti primari.
La precarica può essere eseguita per un palo alla volta o coinvolgendo simultaneamente più pali quando si vuole ottenere anche il sollevamento della muratura ammalorata allo scopo di chiudere le lesioni. La precarica su ogni palo, al termine di tutte la lavorazioni, corrisponderà ai carichi permanenti del tratto di muratura che gli compete.
Come previsto dalla norma tecnica, su almeno un palo si esegue una prova di collaudo al carico di esercizio, dalla quale si potranno prevedere le variazioni di cedimento che il palo potrà subire al variare del carico, dal solo permanete alle varie combinazioni con quello accidentale.
Il palo tipo mega lo si potrebbe definire “attivo” in contrapposizione ai pali con asportazione di terreno come il micropalo utilizzato nel consolidamento fondazioni; quest’ultimo è definito “passivo” perché bisogna aspettarsi il cedimento primario : vuol dire che se stiamo intervenendo su di un fabbricato lesionato, bisogna aspettarsi che la lesioni si amplifichi ulteriormente prima che il palo diventi operativo.
Nel caso di pali in asse con la muratura la chiusura sutto carico viene realizzata creando un castelletto con profilati in acciaio, mentre nel caso di pali accentrici si mantiene il carico mentre viene resa solidale la testa del palo alla staffa con nerve in piatto di acciaio saldate.
Sollevamento murature e plinti alla quota originaria
Nella maggioranza dei casi, alla precarica dei pali corrisponderà anche il sollevamento della porzione di muro o pilastro lesionato alla sua quota originaria. Una lavorazione che, nel caso di interventi di consolidamento fondazioni con pali ad estrazione di terreno, comporterebbe un costoso onere aggiuntivo e lunghi tempi di attesa; nel caso dei pali mega in acciaio questi sono già predisposti e non sono necessari lunghi tempi di maturazione perché installati a secco.
