Author Topic: Micropali IGU e IRS - spinta passiva  (Read 15258 times)

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Offline TNA

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Micropali IGU e IRS - spinta passiva
« on: 27 November , 2015, 20:02:18 PM »
Salve a tutti,
pongo il seguente quesito.
La tecnica IGU permette il raggiungimento della resistenza passiva del terreno oppure solo una frazione?
“niente al mondo è più importante dell’Educazione: l’insegnamento di una persona virtuosa può influenzare molti:ciò che è stato compreso da una generazione può essere trasmesso alle successive”. Jigoro Kano

Offline Bruno Palmero

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Re:Micropali IGU e IRS - spinta passiva
« Reply #1 on: 17 January , 2016, 12:07:17 PM »
Buondì,
provo a rispondere alla tua domanda (anche se un po' vecchiotta), riprendendo anche i miei appunti dell'università visto che è già un po' che non dimensiono micropali. Faccio anche una breve premessa, utile a chi non conosce il problema. In fondo al mio post troverai infine la risposta con alcuni ragionamenti sulla percentuale di spinta passiva mobilitabile unitamente ad una breve bibliografia.

I termini in corsivo sono in lingua francese.

PREMESSA
I micropali (pali di piccolo diametro da 80 a 250 mm circa) possono essere realizzati con due diverse tecniche ([2]), ovvero IGU (Injection Globale Unique, Iniezione Globale Unica - Palo Radice) e IRS (Injection Repétée Selective, Iniezione Ripetuta Selettiva - Pali Tubfix).

La tecnica IGU - Pali radice ([1], [5]) consiste nelle seguenti operazioni:
1) perforazione con attrezzatura a rotazione e contestuale inserimento di un tubo forma che all'estremità è munito di una corona tagliente (adeguato alla natura del terreno);
2) circolazione di fluido adeguato (ad esempio fluido bentonitico, ma anche acqua o aria compressa) per far risalire i detriti di scavo verso la bocca foro e oltre, in un bacino di decantazione (realizzato per far depositare i detriti e recuperare i fanghi bentonitici);
3) inserimento dell'armatura metallica e getto con microcalcestruzzo ad alto dosaggio di cemento;
4) introduzione di aria compressa nella parte di tubo soprastante la superficie della malta gettata e contestuale estrazione del tubo di trivellazione.



La tecnica IRS - Pali Tubfix ([1], [4], [7]) consiste nelle seguenti operazioni:
1) perforazione con attrezzatura a rotazione;
2) circolazione di fluido adeguato (ad esempio fluido bentonitico, ma anche acqua o aria compressa) per far risalire i detriti di scavo verso la bocca foro e oltre, in un bacino di decantazione (realizzato per far depositare i detriti e recuperare i fanghi bentonitici);
3) inserimento dell'armatura metallica costituita da un'armatura metallica valvolata (valvole di non ritorno disposte ad intervalli regolari);
4) formazione di guaina intorno al tubo valvolato, ovvero iniezione dalla valvola più profonda del tubo, di una miscela cementizia che va ad occupare lo spazio anulare compreso fra le pareti del foro e la superficie esterna del tubo.
5) dopo la formazione della guaina si procede ad iniettare in pressione, valvola per valvola e in più riprese successive, la parte di tubo corrispondente al tratto di micropalo scelta per diffondere nel terreno i carichi affidatigli. L'iniezione in pressione deve essere fatta in modo da evitare il fenomeno del claquage (ovvero l'idrofratturazione) a meno che non sia richiesto per specifici motivi.



In entrambi i casi, se la realizzazione è stata eseguita secondo la regola dell'arte, si deve ottenere una più o meno marcata sbulbatura che produce sul terreno una spinta passiva radiale (il terreno intorno al palo è marcatamente schiacciato in corrispondenza delle sbulbature).

METODO DI CALCOLO
Il metodo di calcolo usato dipende dal tipo di azione prevalente sul micropalo: si possono avere prevalenti azioni assiali (come nel caso di plinti fondazione soggetti unicamente a sforzo normale), piuttosto che prevalenti azioni laterali (come nel caso di banchine portuali o berlinesi di micropali). Per i plinti di fondazione con sforzo normale e momento flettente (ma senza sforzi orizzontali) si possono inclinare i micropali rispetto alla verticale in modo da avere sollecitazioni di compressione o trazione.

Il metodo di calcolo usato generalmente nel caso delle azioni assiali (ovvero agenti lungo l'asse del palo) è quello di Doix e Bustamante ([6]) che consiste nelle seguenti operazioni:
1) suddivisione della portanza totale del palo in due aliquote, la prima laterale e la seconda alla punta;
2) la portanza laterale viene calcolata, come principio, con il prodotto di una tensione tangenziale ultima di attrito tra micropalo e terreno, e il diametro medio equivalente (ovvero diametro del palo moltiplicato per un coefficiente che tiene conto della sbulbatura). La tensione tangenziale ultima viene fornita da grafici e tabelle in funzione della tecnologia impiegata (IGU o IRS);
3) la portanza alla punta viene presa pari ad aliquota pari al 15-20% di quella laterale (oppure viene trascurata).

I micropali Tubfix sono generalmente più performanti (perlomeno in base alle evidenza sperimentali di Doix e Bustamante).

Esistono altre teorie per micropali soggetti a forza orizzontali (ad esempio nel caso di fondazioni su plinti soggette). Nel caso di micropali soggetti a forza orizzontali per berlinesi di micropali si procede ad effettuare verifiche di equilibrio (alla traslazione e alla rotazione) bilanciando le spinte attive e quelle passive mobilitabili.

LA RIPOSTA AL QUESITO
La mia risposta al tuo quesito non è né affermativa, né negativa. Il motivo dipende dal metodo di calcolo che impieghi (Tensioni Ammissibili o Stati Limite): provo a spiegarmi.

Se fai riferimento al metodo delle tensioni ammissibili (impiegato ancora oggi per dimensionare velocemente una berlinese di micropali) devi per forza di cose considerare un coefficiente di sicurezza globale che copra le incertezze. In ([3]) è indicato quanto segue facendo riferimento ad una paratia di micropali:

Quote
"[...] Supponendo di condurre le analisi nell'ipotesi di estremo libero inferioe (free earth support), un primo modo di coprire le incertezze consiste nell'applicare il coefficiente di sicurezza alla resistenza passiva [...] Si tratta della procedura più diffusamente utilizzata e il coefficiente di sicurezza così applicato sottolinea implicitamente il fatto che le incertezze [...] riguardano principalmente la valutazione della resistenza passiva [...]"

In pratica si determina la spinta passiva in funzione dell'attrito (con superficie di rottura curva e non lineare, altrimenti rischio sovrastima) dopodiché si applica un coefficiente di sicurezza pari a 2 (ad esempio) che, girato, consiste nel prendere un'aliquota pari al 50% della spinta passiva.

Se fai riferimento metodo degli stati limite devi per forza di cose considerare coefficienti che amplificano le azioni e riducono le resistenze. In pratica:
1) si calcola l'angolo di resistenza al taglio di progetto (arcotangente del rapporto fra tangente dell'angolo di resistenza al taglio e il coefficiente di sicurezza parziale);
2) si determina la spinta passiva (tenendo conto della superficie di rottura curva per non sovrastimarne il valore);
3) si effettuano le verifiche amplificando le azioni.

In pratica si considera il 100% del contributo della spinta passiva, e le verifiche di sicurezza sono svolte abbattendo l'angolo di resistenza al taglio e amplificando le azioni agenti.

Non sapendo a cosa fa riferimento questo quesito posso riportare questo diagramma rubacchiato da un post di ingegneri.info http://www.ingegneri.info/forum/viewtopic.php?f=18&t=71451&start=10



Questo grafico è diviso in due parti: a sinistra hai la spinta attiva mobilitata in funzione dello spostamento dell'opera rispetto al terreno; la stessa cosa vale per la spinta passiva sul lato destro.

Una struttura del genere ([9])


può avere i seguenti diagrammi qualitativi delle sollecitazioni ([8])


Sopra il livello del terreno di valle la paratia tenderà a staccarsi dal terreno e il diagramma precedente mostra come un modestissimo allontanamento provoca l'immediata mobilitazione della spinta attiva.

Sotto il livello del terreno di valle la paratia tenderà a spingere contro il terreno di monte per equilibrare la spinta di cui sopra: dal diagramma precedente puoi osservare che serve una deformazione più importante perché si mobiliti tutta la spinta passiva.

Va sottolineato che le paratie funzionano grazie alla spinta passiva che, per quanto ne so, si mobilita al 100% viste le deformazioni dell'opera di sostegno. Inoltre la sbulbatura ha già contribuito a realizzare un po' di spinta passiva.

In definitiva io sono convinto del fatto che la spinta passiva possa essere impiegata al 100% nel caso del dimensionamento agli Stati Limite, quando l'opera effettivamente ha la possibilità di deformarsi: i micropali fanno parte della famiglie delle opere passive, ovvero funzionano solo quando si deformano (e, soprattutto, quanto). Credo che non ci sia differenza fra pali radice o tubfix perché, tecnologia costruttiva a parte, tendono entrambi a realizzare una sbulbatura (più o meno importante, come evidenziato nei grafici del metodo di Doix e Bustamante).

In ([10]) trovi una risorsa interessante che parla anche dei micropali con la distribuzione delle forze per il caso delle berlinesi (non so se era quello legato al problema del tuo quesito) e in ([11]) trovi un documento del 1996 che confronta l'EC7 e il DM 1988 (il vecchio metodo alle tensioni ammissibili). Faccio notare che non ho però avuto modo di leggere in modo approfondito entrambi i documenti.

Prendi quanto ti ho scritto con le dovute cautele: se hai un caso specifico puoi contattare la software house che ti segue. Io, all'epoca in cui ho dimensionato alcune paratie, avevo chiarito questo dubbio con la software house della Concrete (Bulkcad) e il ragionamento che ne era uscito è, a grandi linee, quello sopra riportato.

Però visto che di software house ce ne sono parecchie e ognuna implementa un diverso metodo di calcolo ti direi di prendere per buono quanto ti ho detto, ma con le dovute cautele. Devi considerare che per il caso specifico dei micropali i calcoli si effettuano a mezzo di software agli elementi finiti perché la soluzione analitica non è sempre approcciabile. E' anche probabile che esistano codici di calcolo che valutano la deformazione del palo nel terreno in funzione dello stato si sforzo e ne calcolano la relativa spinta risultante mobilitata in funzione del grafico sopra riportato. A quel punto la percentuale di spinta passiva da considerare potrebbe anche essere minore del 100%: ma lì si entra nel campo dei codici di calcolo e ognuno può fare quello che pensa sia meglio...

Spero di non aver scritto troppe stupidate!  :prof:

Saluti e buona domenica

BIBLIOGRAFIA
[1]   Ghionna, Appunti personali del corso di Fondazioni II, Torino.
[2]   Zanetto, Aspetti Tecnologici della costruzione dei micropali, Atti dell'Istituto di Scienza delle Costruzioni, Torino, 1975.
[3]   Lancellotta, Geotecnica - Terza Edizione, Torino.
[4]   Trigeo, Micropali, Pagina web.
[5]   AA.VV., Lavori in casa, Pagina web.
[6]   Squeglia, Corso di pali di fondazione e palificate, Documento in formato pdf.
[7]   Rodio, Micropali, Pagina web.
[8]   Geostru, Micropali, Pagina web.
[9]   Aztec, Micropali, Pagina web.
[10] Nocilla, Geotecnica - Lezione 11 - Problemi di stabilità, Analisi limite e spinta delle terre, Documento in formato pdf.
[11] Aversa, Eurocodice 7: strutture di sostegno, Documento in formato pdf.
« Last Edit: 17 January , 2016, 14:45:25 PM by Bruno Palmero »
cit. Il Santo (film 1997) Mi chiamo August Cristopher, porto il nome di Sant’Agostino, autore della mia frase preferita: “Signore dammi la castità e la costanza…ma non darmele adesso!!”.

cit. Rambo3ITA "Dobbiamo credere, perché la realtà di 4000 anni di storia documentata ce lo dimostra, che uscire dal buio è possibile e sicuro. Teniamo duro, perché domani è un giorno in meno che resta al buio"

cit. Gigi d'Agostino "Sarebbe bello essere nuvole e avere un mondo da inseguire, fermarsi solo un attimo e se c’è noia scomparire"

Offline g.iaria

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Re:Micropali IGU e IRS - spinta passiva
« Reply #2 on: 17 January , 2016, 19:47:59 PM »
Bruno hai dato una risposta estremamente articolata, con tanto di indice bibliografico  :clap:.
Anche se la domanda non è stata posta in maniera chiara, io credo che TNA si riferisse alla spinta passiva che viene mobilitata per dislocamento del terreno all'atto dell'iniezione e non quella mobilitata per spostamento laterale della paratia.
Il dubbio mi viene perchè mi risulta che alcuni programmi di calcolo si avventurano a calcolare la resistenza assiale dei micropali (trazione/compressione) con le formule analitiche che sostanzialmente considerano l'attrito sul bulbo di ancoraggio ottenuto come prodotto della spinta del terreno a quella quota moltiplicato per la tanØ'. Con questo approccio è molto difficile stabilire il regime di spinta da assumere (attiva, a riposo o passiva) perchè dipende fortemente dalla tecnica esecutiva e dal tipo di terreno.
Si potrebbe pensare di procedere via cautelativa con il valore della spinta attiva, così facendo però si effettuano dei dimensionamenti assolutamente improponibili per degli ancoraggi di tiranti attivi pretensionati da impiegare nelle paratie. Ecco quindi la necessità di dover scomodare la resistenza passiva del terreno, che però non si sa in che misura considerare.
A mio giudizio questa tecnica analitica è assolutamente da abbandonare, come peraltro è stato già fatto da tempo da autorevoli istituti come il FHWA.

Ai fini di un dimensionamento di micropali, le soluzioni progettuali sono sostanzialmente due:
  • Se il progettista/committente è in possesso di prove SPT si può procedere con il calcolo analitico mediante le correlazioni di Bustamante e Doix per la determinazione dell'attrito laterale (qs,k)
  • Se il progettista non è in possesso di prove SPT ma conosce abbastanza il tipo di stratigrafia su cui effettuare l'amarro, si esegue una stima ragionevole del qs,k (in letteratura sono disponibili molti riferimenti al riguardo, su tutti EBGEO, FHWA e PTI) sia per terreni che per rocce in funzione della tecnica esecutiva e del grado di consistenza/fratturazione. Il valore che viene stabilito in sede progettuale deve essere considerato in fase esecutiva come un valore minimo del qs,k da garantire da parte dell'impresa esecutrice al momento dei test di prova (sempre obbligatori). In sostanza, anzichè stabilire a priori le modalità esecutive finalizzate ad ottenere un certo qs,k, il contraente stabilisce la tecnica operativa necessaria a garantire il qs,k prescritto, sulla base delle attrezzature e dell'esperienza di cui dispone.

« Last Edit: 17 January , 2016, 19:50:37 PM by g.iaria »
Un bravo scienziato è una persona con delle idee originali.
Un bravo ingegnere è una persona che fa un progetto che funziona con il minor numero possibile di idee originali.

Freeman Dyson

Offline Bruno Palmero

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Re:Micropali IGU e IRS - spinta passiva
« Reply #3 on: 18 January , 2016, 08:11:06 AM »
Ciao,
mi sa che ho mal interpretato la domanda di TNA :doh:

La bibliografia è diventata, per me, un obbligo perché sto dando una mano ad un amico a redigere uno studio: oramai cito qualsiasi cosa, roba da diventare matti  :muro:

Apprezzo la tua risposta perché mi ha dato un punto di vista progettuale diverso, oltre ad citato alcune fonti (!!) come il FHWA (Federal Highway Administration), EBGEO e PTI (Post-Tensioning Institute) che non conoscevo.

Buona settimana e buon lavoro,

Saluti
cit. Il Santo (film 1997) Mi chiamo August Cristopher, porto il nome di Sant’Agostino, autore della mia frase preferita: “Signore dammi la castità e la costanza…ma non darmele adesso!!”.

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Offline TNA

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Re:Micropali IGU e IRS - spinta passiva
« Reply #4 on: 01 February , 2016, 16:38:09 PM »
Scusate il ritardo.
Grazie per le risposte.
In effetti mi riferivo a quanto scritto da g.iaria.
Saluti
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