Fondazioni su pali: le novità dell'Eurocodice 7 di seconda generazione

Il capitolo relativo a pali di fondazione viene trattato diffusamente nella parte 3 della nuova edizione dell’Eurocodice 7 di seconda generazione, attualmente disponibile in versione provvisoria (aggiornamento 2022).

L’Eurocodice 7 di seconda generazione, recante il titolo generale “Progettazione Geotecnica”, risulta suddiviso in tre parti:

• Parte 1: Regole generali (prEN 1997-1:2022, Eurocode 7)
• Parte 2: Indagini nel sottosuolo (prEN 1997-2:2022, Eurocode 7)
• Parte 3: Strutture geotecniche (prEN 1997-3:2022, Eurocode 7).

La nuova versione dell’Eurocodice 7 presenta numerose interessanti novità, relativamente al dimensionamento geotecnico di pali di fondazione, con particolare riferimento alle verifiche di resistenza (stati limite ultimi) di pali isolati e pali in gruppo soggetti a forze assiali e trasversali, alle valutazioni di cedimenti e movimenti in genere (stati limite di esercizio) sempre di pali isolati e pali in gruppo.

Nello specifico si vogliono qui evidenziare alcuni interessanti argomenti riguardanti l’attrito negativo sui pali, l’interazione pali-platea-terreno (fondazioni miste) e gli aspetti strutturali relativi alle verifiche a carico di punta.

L’Eurocodice 7 riporta infine alcuni riferimenti relativi alla versione definitiva dell’Eurocodice di seconda generazione – Basi per la progettazione strutturale e geotecnica (EN 1990:2023, Eurocode).

La classificazione 

Dopo la definizione delle diverse Classi di Conseguenza (conseguenze a causa di collassi di strutture, con effetti sulla vita umana, economici, sociali e ambientali): CC4 elevatissima, CC3 elevata, CC2 normale, CC1 bassa, CC0 bassissima,
l’Eurocodice presenta a titolo di esempio un elenco delle strutture geotecniche nelle diverse Classi di Conseguenza, evidenziando la necessità di ulteriori valutazioni per le opere in classe CC4, non prendendo in considerazione le opere in classe CC0.

Limitando le valutazioni alle sole classi di conseguenza CC3-CC2-CC1, l’Eurocodice passa poi a definire le classi di complessità geotecnica:

• GCC3 elevata
• GCC2 normale
• GCC1 bassa

in funzione di possibili incertezze e variabilità nella valutazione delle condizioni del terreno, della sensibilità nei confronti di acque superficiali o di falda e della complessità nell’interazione terreno-struttura.

La Categoria Geotecnica (GC) risulta poi dalla combinazione di Classe di Conseguenza (CC) e Classe di Complessità Geotecnica (GCC), come da tabella seguente:

Le fondazioni su pali vanno classificate in categoria geotecnica GC2 o CG3.

Ciò detto, l’Eurocodice 7 fornisce precise indicazioni per la valutazione diretta e indiretta delle proprietà di resistenza e deformazione del terreno (da prove di laboratorio e indagini in sito), evidenziando specifiche correlazioni per la valutazione di detti parametri. Fornisce inoltre indicazioni relative ai materiali rocciosi.

Al solito, nella verifica allo stato limite ultimo (ULS) deve essere verificata la seguente diseguaglianza:  

E_Fd ≤ R_d  

E_Fd = valore di progetto degli effetti delle azioni (ULS)
R_d = valore di progetto della resistenza.

Secondo l’Eurocodice lo stato limite ultimo va verificato con uno dei seguenti due approcci:

1. approccio (MFA) in base ai fattori parziali dei materiali (γ_M)
   
2. approccio (RFA) in base ai fattori parziali di resistenza (γ_R)

Approccio (MFA): applicare fattore γ_M alle proprietà del terreno, assieme a:

• fattore γ_F applicato alle azioni
• fattore γ_E applicato agli effetti delle azioni

Approccio (RFA): applicare fattore γ_R alla resistenza del terreno, assieme a:

• fattore γ_F applicato alle azioni
• fattore γ_E applicato agli effetti delle azioni.

Individuati i valori rappresentativi dei parametri geotecnici X_rep (in base a valutazioni statistiche o in base a stime prudenziali, i valori di progetto delle proprietà del terreno (approccio MFA) vengono valutati utilizzando i fattori parziali di riduzione (γ_M) :

X_d = X_rep / γ_M

forniti da una tabella, relativamente a situazioni (azioni) permanenti, transitorie e accidentali.

Nella verifica allo stato limite di servizio (SLS) deve essere verificata la seguente diseguaglianza:

E_Fd ≤ C_d,SLS

E_Fd = valore di progetto degli effetti delle azioni (SLS)
C_d,SLS = valore limite nello (SLS).

L’Eurocodice fornisce infine i criteri per la valutazione delle pressioni piezometriche.

I campi di applicazione della normativa

I criteri si applicano a pali isolati, pali in gruppo e fondazioni miste (platee su pali). I pali vengono classificati in base al metodo di esecuzione.

L’Eurocodice riporta un esempio dei tipi di palo.

PALI A SPOSTAMENTO (a spostamento completo o parziale, installati nel terreno senza asportazione di materiale):

Spostamento completo:

• Pali infissi in calcestruzzo gettati in opera
• Pali infissi prefabbricati in calcestruzzo
• Pali infissi tubolari in acciaio a punta chiusa
• Pali infissi a sezione H in acciaio (punta chiusa)
• Micropali infissi
• Pali infissi in legno
• Pali FDP (Full Displacement Piles)

Spostamento parziale:

• Pali infissi tubolari in acciaio a punta aperta
• Pali infissi a sezione H in acciaio (punta aperta)
• Palancole in acciaio infisse
• Pali a elica continua CFA
• Micropali con pressione di iniezione

PALI A SOSTITUZIONE (installati nel terreno con asportazione di materiale):

• Pali trivellati di vario tipo
• Micropali trivellati
• Diaframmi in calcestruzzo o elementi di diaframma
• Jet Grouting.

Le basi della progettazione dei pali di fondazione

L’Eurocodice fornisce indicazioni di carattere generale in merito a pali isolati e pali in gruppo: interasse minimo e zona di influenza della palificata, azioni agenti, stati limite ultimi e di servizio, indagini in sito e in laboratorio, fornendo indicazioni in merito alla profondità minima di indagine al di sotto della base dei pali, pari al maggiore dei seguenti valori:

d_min = max (5 m ; 3 d_b ; B_gruppo)

ove:
d_b = diametro del palo alla base
B_gruppo = dimensione minore del rettangolo in pianta che circoscrive il gruppo di pali (quest’ultima limitazione forse un po’ troppo esagerata, secondo chi scrive).

I materiali 

Per la valutazione delle proprietà del terreno che entrano in gioco nel calcolo della resistenza assiale e trasversale del palo, l’Eurocodice prevede il seguente utilizzo:

• valori della resistenza alla punta della prova penetrometrica statica CPT
• numero di colpi (corretto) della prova SPT – Standard Penetration Test
• pressione limite della prova pressiometrica PMT
• parametri efficaci di resistenza al taglio di terreno, riporti o rocce
• parametri efficaci di resistenza al taglio a volume costante (stato critico)
• resistenza al taglio non drenata di terreno e riporti
• resistenza al taglio non confinata di materiali rocciosi.

Falda idrica

Secondo l’Eurocodice il valore rappresentativo della pressione dell’acqua può essere valutato con criteri statistici o più semplicemente stimato in base alla condizione peggiore possibile. Per valutare poi il valore di progetto della pressione dell’acqua risultano possibili due criteri:

• Effettuare una stima diretta (criterio generalmente adottato nei casi in cui la pressione dell’acqua viene utilizzata per calcolare la resistenza al taglio in termini di pressioni efficaci);
• Applicare un fattore parziale al valore rappresentativo della pressione (criterio generalmente adottato nei casi in cui la pressione dell’acqua viene utilizzata per valutare le forze - vedi ad esempio le verifiche al sollevamento).

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