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Una breve guida sulla progettazione di fondazioni su pali

Come progettare una fondazione su pali?

Una base profonda, come un mucchio, è un elemento strutturale che trasmette i carichi dalla sovrastruttura al substrato roccioso oa uno strato di terreno più resistente. I pali possono essere realizzati in acciaio, calcestruzzo, o legname. In termini di costo, i costi di fondazione dei pali sono superiori a quelli delle fondazioni poco profonde. Nonostante il suo costo, i pali sono spesso necessari per scopi di sicurezza strutturale.

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figura 1: Fondazione su pali

Quando possiamo usare Piles?

Suoli deboli

Se gli strati superiori del terreno sono troppo deboli o altamente comprimibili per supportare i carichi trasmessi dalla sovrastruttura, i pali vengono utilizzati per trasferire questi carichi in uno strato di terreno più resistente o su un substrato roccioso. I pali che trasmettono i carichi in un substrato roccioso sono chiamati pali portanti. Questo tipo di palo si basa esclusivamente sulla capacità portante del materiale sottostante all'estremità del palo. D'altro canto, quando la roccia è troppo profonda, i pali possono trasmettere gradualmente i carichi attraverso il terreno circostante per attrito. Questo tipo di mucchio è chiamato mucchio di attrito.

Forze orizzontali

I pali sono una fondazione più adatta per strutture soggette a forze orizzontali. I pali possono resistere alle azioni orizzontali attraverso la flessione pur essendo in grado di trasmettere le forze verticali dalla sovrastruttura. Questa è una situazione tipica per la progettazione di strutture di sostegno della terra e strutture alte soggette a forti venti o forze sismiche.

Suoli espansivi o pieghevoli

Il rigonfiamento o il restringimento del terreno può aggiungere una notevole quantità di pressione alla fondazione. Si verifica su terreni espansivi o pieghevoli a causa dell'aumento o della diminuzione del contenuto di umidità. Può anche causare più danni per le fondamenta poco profonde; in questo caso, i pali possono essere utilizzati per estendere la fondazione oltre la zona attiva o dove potrebbe verificarsi il rigonfiamento e il restringimento.

Sollevare le forze

Le forze di sollevamento sono sviluppate come risultato delle pressioni idrostatiche, attività sismica, momenti di ribaltamento, o qualsiasi forza che possa causare l'estrazione della fondazione dal suolo. È comune su strutture come le torri di trasmissione, piattaforme offshore, e scantinati. In questa situazione, si ritiene che le fondamenta su pali resistano a queste forze di sollevamento.

Erosione del suolo

L'erosione del suolo in superficie può causare la perdita della capacità portante del suolo. Ciò può danneggiare gravemente le strutture con fondazioni poco profonde.

Come stimiamo la lunghezza della pila??

L'indagine del suolo svolge un ruolo significativo nella selezione del tipo di palo e nella stima della lunghezza necessaria del palo. La stima della lunghezza del palo richiede un buon giudizio tecnico sui dati geotecnici del sito. Può essere classificato in base al meccanismo di trasferimento del carico dalla struttura al suolo: (un') pali portanti. (B) pali di attrito, e (c) pali di compattazione.

Pali portanti

La capacità di carico finale del palo portante dipende dalla capacità portante del materiale sottostante alla punta del palo. La lunghezza necessaria di questo tipo di palo può essere facilmente stimata determinando la posizione del substrato roccioso o di un forte strato di terreno purché a una profondità ragionevole. Per i casi in cui è presente uno strato duro piuttosto che un substrato roccioso, la lunghezza del palo può essere estesa per qualche metro in più nello strato di terreno, come mostrato in Figura 2b.

Pali di attrito

Pali di attrito (Figura 2c) vengono utilizzati quando lo strato roccioso o lo strato duro non esiste o si trova a una profondità irragionevole. In quel caso, l'uso di pali portanti diventa molto lungo e antieconomico. La capacità di carico finale dei pali di attrito deriva dall'attrito della pelle sviluppato lungo la lunghezza del palo e del terreno circostante. La lunghezza dei pali di attrito è relativa alla resistenza al taglio del terreno, carico applicato, e dimensione del mucchio.

Pali di compattazione

I pali di compattazione sono un tipo di pali che vengono spinti attraverso terreni granulari per ottenere una corretta compattazione del terreno vicino alla superficie del terreno. La lunghezza dei pali di compattazione dipende principalmente dalla densità relativa prima e dopo la compattazione, e la profondità di compattazione richiesta. I pali di compattazione sono generalmente più corti degli altri tipi di pali.

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figura 2: (un') e (B) Pali portanti, (c) Pali di attrito

 

Meccanismo di trasferimento del carico per pali

Si consideri un palo carico di lunghezza L e diametro D, come mostrato in figura 2. Il carico Q sul palo dovrà essere sopportato principalmente dal terreno alla base del palo Qp., e in parte dall'attrito della pelle sviluppato lungo l'albero QS. Generalmente, il capacità di carico massima (Qu) di un palo può essere rappresentato dalla somma del carico resistente all'estremità del palo e del carico resistente per attrito della pelle, o come mostrato nell'equazione 1.

Qu = Qp + QS (1)

Qu = Capacità di carico massima

Qp = Capacità di carico sull'estremità

QS = Resistenza all'attrito della pelle

però, per pali portanti, il carico Q è principalmente resistito dal terreno sotto la punta del palo e la resistenza all'attrito della pelle è minima. D'altro canto, il carico Q sui pali d'attrito è per lo più contrastato solo dall'attrito della pelle piuttosto che dalla capacità portante Qp. Le capacità di carico ultime per pali portanti e di attrito sono su equazioni 2 e 3, rispettivamente.

QuQp (2)

QuQS (3)

Come progettiamo le pile??

La progettazione e l'analisi di fondazioni profonde come i pali è in qualche modo una forma d'arte a causa di tutte le incertezze legate all'interpretazione dei dati geotecnici. Sebbene siano stati condotti numerosi approcci teorici e sperimentali per analizzare il comportamento e stimare la capacità portante dei pali in vari tipi di terreno, Eppure, abbiamo ancora molto da capire sul meccanismo di fondazione dei pali. per fortuna, con il progresso dell'ingegneria strutturale, esistono vari software che possiamo utilizzare per ridurre al minimo queste incertezze e ridurre i tempi di calcolo.

Di seguito sono riportati alcuni dei processi che possiamo seguire per progettare le fondamenta dei pali:

Dati del rapporto geotecnico

Come discusso prima, dati di progettazione pre-fondazione, come il tipo di pila, lunghezza, e taglia, sono predeterminati in base ai dati del report geotecnico. Alcuni dei parametri critici necessari per un'ulteriore progettazione e analisi delle fondazioni su pali sono i tipi di terreno soil, unità di peso, resistenza al taglio, modulo di reazione del sottofondo, e dati sulle acque sotterranee

Analisi strutturale

I recenti sviluppi nell'ingegneria strutturale includono software di progettazione strutturale che mira a migliorare le nostre capacità di ingegneri strutturali e produrre progetti sicuri, soprattutto con strutture complesse. Esistono vari software FEA che possiamo utilizzare per modellare le nostre strutture e generare reazioni, forze di taglio, e momenti flettenti degli appoggi dalla sovrastruttura. I dati risultanti saranno quindi utilizzati per la progettazione e l'analisi della fondazione.

Progettazione della fondazione

Simile al software FEA che abbiamo usato per analizzare e generare reazioni di supporto della sovrastruttura, ci sono anche numerosi software di progettazione di fondazioni che possiamo utilizzare per progettare fondamenta di pali in conformità con diversi codici di progettazione. (Nota: per una calcolatrice semplificata, prova il nostro gratuito Calcolatrice basamento concreto).

Il software di progettazione di fondazioni per pali richiede vari input per eseguire i controlli di progettazione. Include dati geometrici, profili del suolo, proprietà dei materiali per rinforzi in calcestruzzo e acciaio, schemi di rinforzo, parametri di progettazione specificati dai codici di progettazione, e i dati di reazione esportati dal software di analisi strutturale.

figura 3: Software di progettazione di fondazioni

Alcune delle verifiche progettuali standard che vengono eseguite per la progettazione delle fondazioni su pali:


Verifica della capacità geotecnica si completa quando la capacità portante del suolo è determinata dividendo i carichi verticali applicati per la capacità portante del suolo. Il rapporto non deve superare un valore di 1.0. I pali caricati lateralmente vengono controllati anche stimando i valori dei carichi laterali ultimi e ammissibili.

Verifiche della capacità strutturale vengono eseguite determinando assiale, cesoia, e capacità flessionali secondo il codice di progettazione scelto. Anche se per una fondazione su pali, è più probabile che si verifichi un cedimento geotecnico rispetto a un cedimento strutturale, è ancora necessario eseguire questo controllo per le misure di sicurezza.

Ottimizzazione

Un ingegnere strutturista dovrebbe sempre dare la priorità alla sicurezza nella progettazione di qualsiasi tipo di struttura. però, gli ingegneri possono anche ottimizzare il loro design sperimentando pile di diverse dimensioni, schemi di rinforzo, con conseguente riduzione della quantità totale di materiali e del costo complessivo della struttura senza compromettere la sicurezza e mantenendo comunque gli standard minimi richiesti dal codice.

Sommario

Il processo di progettazione della fondazione dei pali generalmente implica una buona interpretazione dei dati geotecnici del sito, modellazione e analisi della sovrastruttura tramite software FEA, generare reazioni di supporto, controlli e ottimizzazione della progettazione delle fondamenta per ottenere un design sicuro ed economico.

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