Fondazione profonda - Deep foundation
Una fondazione profonda è un tipo di fondazione che trasferisce i carichi dell'edificio alla terra più in basso rispetto alla superficie rispetto a una fondazione superficiale a uno strato sotterraneo oa un intervallo di profondità. Un palo o palificazione è un elemento strutturale verticale di una fondazione profonda, piantato o perforato in profondità nel terreno in cantiere .
Ci sono molte ragioni per cui un ingegnere geotecnico consiglierebbe una fondazione profonda su una fondazione poco profonda, come per un grattacielo . Alcuni dei motivi più comuni sono carichi di progetto molto grandi, un terreno povero a poca profondità o vincoli del sito come i confini di proprietà . Ci sono diversi termini usati per descrivere diversi tipi di fondazioni profonde tra cui il palo (che è analogo a un palo), il molo (che è analogo a una colonna ), alberi perforati e cassoni . I pali sono generalmente piantati nel terreno in situ ; altre fondazioni profonde sono tipicamente messe in atto utilizzando scavi e perforazioni. Le convenzioni di denominazione possono variare tra le discipline ingegneristiche e le aziende. Le fondazioni profonde possono essere realizzate in legno , acciaio , cemento armato o cemento armato precompresso .
Fondazioni guidate
I pali prefabbricati vengono piantati nel terreno mediante un battipalo . I pali infissi sono costruiti in legno, cemento armato o acciaio. Le pile di legno sono fatte dai tronchi di alberi ad alto fusto. I pali in calcestruzzo sono disponibili in sezioni quadrate, ottagonali e rotonde (come i pali Franki ). Essi sono rinforzati con armature e sono spesso precompressi . I pali in acciaio sono pali di tubi o una sorta di sezione di trave (come un palo ad H). Storicamente, le pile di legno utilizzavano le giunzioni per unire più segmenti da un'estremità all'altra quando la profondità guidata richiesta era troppo lunga per un singolo palo; oggi, la giunzione è comune con i pali in acciaio, sebbene i pali in cemento possano essere uniti con mezzi meccanici e di altro tipo. L'infissione dei pali, rispetto ai pozzi di perforazione, è vantaggiosa perché il terreno spostato dall'infissione dei pali comprime il terreno circostante, provocando un maggiore attrito contro le pareti dei pali, aumentandone così la capacità portante . Anche i pali infissi sono considerati "provati" per la capacità di carico a causa del loro metodo di installazione; per questo il motto dell'Associazione Imprenditori di Pile è "Un palo battuto...è un palo testato!".
Sistemi di fondazione su pali
Le fondazioni che si basano su pali infissi hanno spesso gruppi di pali collegati da un cappello di palo (un grande blocco di cemento in cui sono annegate le teste dei pali) per distribuire carichi superiori a quelli che un palo può sopportare. I cappucci dei pali e i pali isolati sono tipicamente collegati con travi di pendenza per legare insieme gli elementi di fondazione; gli elementi strutturali più leggeri gravano sulle travi di pendenza, mentre gli elementi più pesanti gravano direttamente sul cappello del palo.
Fondazione monopalo
Una fondazione monopalo utilizza un unico elemento strutturale di fondazione, generalmente di grande diametro, per supportare tutti i carichi (peso, vento, ecc.) di una grande struttura sopra la superficie.
Negli ultimi anni è stato utilizzato un gran numero di fondazioni monopalo per la costruzione economica di parchi eolici offshore a fondo fisso in località sottomarine con acque poco profonde . Ad esempio, il parco eolico di Horns Rev nel Mare del Nord a ovest della Danimarca utilizza 80 grandi monopali di 4 metri di diametro affondati a 25 metri di profondità nel fondale marino, mentre il parco eolico di Lynn e Inner Dowsing al largo delle coste dell'Inghilterra è andato online nel 2008 con oltre 100 turbine, ciascuna montata su una fondazione monopalo di 4,7 metri di diametro in profondità oceaniche fino a 18 metri.
Il tipico processo di costruzione di una fondazione monopalo sottomarina di una turbina eolica in sabbia comprende l'infissione di un grande palo cavo in acciaio, di circa 4 m di diametro con pareti spesse circa 50 mm, a circa 25 m di profondità nel fondale marino, attraverso uno strato di 0,5 m di pietra più grande e ghiaia per ridurre al minimo l'erosione intorno al palo. Un pezzo di transizione (completo di caratteristiche preinstallate come disposizione per l'atterraggio dell'imbarcazione, protezione catodica , canaline per cavi sottomarini, flangia della torre della turbina, ecc.) è attaccato al palo infisso e la sabbia e l'acqua vengono rimosse da il centro del palo e sostituito con cemento . Uno strato aggiuntivo di pietra ancora più grande, fino a 0,5 m di diametro, viene applicato sulla superficie del fondale marino per una protezione a lungo termine dall'erosione.
Pali trivellati
Chiamati anche cassoni , pozzi perforati , moli forati , pali gettati in forato foro (pali CIDH) o gettato in situ pali, un foro è perforato nel terreno, poi calcestruzzo (e spesso una sorta di rinforzo) è posto nel pozzo per formare il palo. Le tecniche di perforazione rotativa consentono pali di diametro maggiore rispetto a qualsiasi altro metodo di palificazione e consentono la costruzione di pali attraverso strati particolarmente densi o duri. I metodi di costruzione dipendono dalla geologia del sito; in particolare, se la perforazione deve essere eseguita in condizioni di terreno 'asciutto' o attraverso strati saturati d'acqua. L'involucro viene spesso utilizzato quando è probabile che i lati del pozzo di trivellazione si stacchino prima che il calcestruzzo venga versato.
Per i pali portanti, la perforazione continua fino a quando il foro non ha esteso una profondità sufficiente (incastro) in uno strato sufficientemente resistente. A seconda della geologia del sito, questo può essere uno strato roccioso , o hardpan, o altri strati densi e resistenti. Sia il diametro del palo che la profondità del palo sono altamente specifici per le condizioni del terreno, le condizioni di carico e la natura del progetto. La profondità del palo può variare sostanzialmente in un progetto se lo strato portante non è livellato. I pali perforati possono essere testati utilizzando una varietà di metodi per verificare l'integrità del palo durante l'installazione.
Pali alesati
I pali sottoalesati hanno basi allargate formate meccanicamente che hanno un diametro fino a 6 m. La forma è quella di un cono rovesciato e si può formare solo in terreni stabili. Il diametro di base più grande consente una maggiore capacità portante rispetto a un palo ad albero diritto.
Questi pali sono adatti per terreni espansi, spesso soggetti a variazioni stagionali di umidità, o per strati sciolti o soffici. Sono utilizzati in condizioni normali del terreno anche dove l'economia è favorevole.
La fondazione sotto pali alesati viene utilizzata per i seguenti terreni: -
1. I pali alesati vengono utilizzati nel terreno di cotone nero: questo tipo di terreno si espande quando viene a contatto con l'acqua e la contrazione si verifica quando l'acqua viene rimossa. In modo che appaiano crepe nella costruzione eseguita su tale argilla. Un pelo sotto alesato viene utilizzato nella base per rimuovere questo difetto.
2. I pali alesati vengono utilizzati in caso di scarsa capacità portante Terreno obsoleto (terreno pieno)
3. I mucchi alesati vengono utilizzati in terreni sabbiosi quando la falda freatica è alta.
4. Vengono utilizzati pali alesati, dove le forze di sollevamento compaiono alla base della fondazione.
Mucchio Augercast
Un palo a coclea, spesso noto come palo a coclea continua (CFA), è formato perforando il terreno con una coclea continua a stelo cavo alla profondità richiesta o al grado di resistenza. Non è richiesto alcun involucro. Una miscela di malta cementizia viene quindi pompata lungo lo stelo della coclea. Mentre la malta cementizia viene pompata, la coclea viene lentamente ritirata, convogliando il terreno verso l'alto lungo le rampe. Un pozzo di malta cementizia fluida è formato a livello del suolo. Il rinforzo può essere installato. Le recenti innovazioni, oltre a rigorosi controlli di qualità, consentono di posizionare le gabbie di rinforzo fino all'intera lunghezza di un palo quando richiesto.
I pali Augercast causano un disturbo minimo e sono spesso utilizzati per siti sensibili al rumore e all'ambiente. I pali Augercast non sono generalmente adatti per l'uso in terreni contaminati, a causa dei costosi costi di smaltimento dei rifiuti. In casi come questi, un palo dislocante (come i pali Olivier ) può fornire l'efficienza in termini di costi di un palo a coclea e un impatto ambientale minimo. In terreni contenenti ostruzioni o ciottoli e massi, i pali in coclea sono meno adatti in quanto si può incontrare un rifiuto al di sopra dell'elevazione della punta del palo di progetto.
Pilastro e fondazione trave di grado
Nelle fondazioni di pilastri perforati, i pilastri possono essere collegati con travi di grado su cui poggia la struttura, a volte con carichi pesanti delle colonne che gravano direttamente sui pilastri. In alcune costruzioni residenziali, i pilastri sono estesi al di sopra del livello del suolo e le travi di legno che poggiano sui pilastri sono utilizzate per sostenere la struttura. Questo tipo di fondazione si traduce in un vespaio sotto l'edificio in cui è possibile posare il cablaggio e il lavoro di canalizzazione durante la costruzione o il rimodellamento.
Pali speciali
Jet-pali
Nella palificazione a getto, l'acqua ad alta pressione viene utilizzata per impostare i pali. L'acqua ad alta pressione taglia il terreno con un flusso di getto ad alta pressione e consente il montaggio del palo. Un vantaggio di Jet Piling: il getto d'acqua lubrifica il palo e ammorbidisce il terreno. Il metodo è in uso in Norvegia.
Micropali
I micropali, detti anche minipali, vengono spesso utilizzati per la base . Sono anche utilizzati per creare fondamenta per una varietà di tipi di progetti, inclusi progetti di autostrade , ponti e torri di trasmissione . Sono particolarmente utili in siti con accesso difficile o limitato o con sensibilità ambientale. I micropali sono realizzati in acciaio con diametri da 60 a 200 mm. L'installazione di micropali attraverso terreno superficiale, sabbia e ciottoli sovraccaricati e nella roccia del suolo può essere ottenuta utilizzando perforazioni rotanti ad aria o fango, guida a percussione, martinetti, macchine vibranti o avvitatrici. I micropali possono essere utilizzati anche per costruire una colonna di malta attorno all'albero di un sistema di pali elicoidali, consentendo l'uso in applicazioni con carichi più elevati.
Pile di treppiede
L'uso di un treppiede per installare le pile è uno dei modi più tradizionali di formare pile. Sebbene i costi unitari siano generalmente più elevati rispetto alla maggior parte delle altre forme di palificazione, presenta numerosi vantaggi che ne hanno assicurato l'uso continuato fino ai giorni nostri. Il sistema a treppiede è facile ed economico da portare in cantiere, rendendolo ideale per lavori con un numero ridotto di pile.
Palancole
La palancola è una forma di palificazione infissa che utilizza sottili lamiere di acciaio ad incastro per ottenere una barriera continua nel terreno. L'applicazione principale delle palancole è nei muri di sostegno e nelle casseforme erette per consentire il proseguimento dei lavori permanenti. Normalmente, il martello vibrante, la gru a T e la perforazione a strisciamento vengono utilizzati per stabilire palancole.
Mucchi di soldati
I pali del soldato, noti anche come pali del re o muri di Berlino, sono costruiti con sezioni ad H in acciaio a flangia larga distanziati di circa 2 o 3 m l'uno dall'altro e vengono guidati prima dello scavo. Man mano che lo scavo procede, dietro le ali del palo ad H viene inserita una lastra di legno orizzontale (rivestimento).
Le pressioni orizzontali del terreno sono concentrate sui pali soldato a causa della loro relativa rigidità rispetto al rivestimento. Il movimento del suolo e la subsidenza sono ridotti al minimo mantenendo il ritardo a stretto contatto con il suolo.
I pali del soldato sono più adatti in condizioni in cui muri ben costruiti non provocheranno cedimenti come argille troppo consolidate, terreni sopra la falda freatica se hanno una certa coesione e terreni drenanti liberi che possono essere efficacemente disidratati, come le sabbie.
I terreni inadatti includono argille morbide e terreni deboli che consentono grandi movimenti come sabbie sciolte. Inoltre, non è possibile estendere il muro oltre il fondo dello scavo e spesso è necessaria la disidratazione.
Pali a vite
I pali a vite , detti anche pilastri elicoidali e fondazioni a vite , sono stati utilizzati come fondamenta fin dalla metà del XIX secolo nei fari con pali a vite . I pali a vite sono tubi di ferro zincato con alette elicoidali che vengono trasformati nel terreno dalle macchine alla profondità richiesta. La vite distribuisce il carico sul terreno ed è dimensionata di conseguenza.
Pali di aspirazione
I pali di aspirazione vengono utilizzati sott'acqua per proteggere le piattaforme galleggianti. I pali tubolari vengono spinti nel fondo marino (o più comunemente fatti cadere per pochi metri in un fondale morbido) e quindi una pompa aspira l'acqua nella parte superiore del tubolare, spingendo il palo più in basso.
Le proporzioni della pila (diametro ad altezza) dipendono dal tipo di terreno. La sabbia è difficile da penetrare ma offre una buona capacità di tenuta, quindi l'altezza può essere inferiore alla metà del diametro. Argille e fanghi sono facili da penetrare ma forniscono una scarsa capacità di tenuta, quindi l'altezza può essere fino a otto volte il diametro. La natura aperta della ghiaia significa che l'acqua scorrerebbe attraverso il terreno durante l'installazione, causando un flusso di "tubazioni" (dove l'acqua bolle attraverso percorsi più deboli attraverso il terreno). Pertanto, i pali aspiranti non possono essere utilizzati nei fondali ghiaiosi.
Adfreeze pile
Ad alte latitudini, dove il terreno è continuamente ghiacciato , i pali adgelati vengono utilizzati come metodo di fondazione strutturale principale.
I mucchi Adfreeze traggono la loro forza dal legame del terreno ghiacciato intorno a loro alla superficie del mucchio.
Le fondazioni su pali Adfreeze sono particolarmente sensibili in condizioni che provocano lo scioglimento del permafrost. Se un edificio è costruito in modo improprio, può sciogliere il terreno sottostante, provocando un cedimento del sistema di fondazione.
Colonne di pietra vibrate
Le colonne in pietra vibrata sono una tecnica di miglioramento del terreno in cui colonne di aggregato grossolano vengono posizionate in terreni con scarso drenaggio o capacità portante per migliorare i terreni.
Pali ospedalieri
Specifici per le strutture marine, i pali ospedalieri (noti anche come pali a forca) sono costruiti per fornire supporto temporaneo ai componenti della struttura marina durante i lavori di ristrutturazione. Ad esempio, quando si rimuove un pontone fluviale, la fronte verrà attaccata alla pila dell'ospedale per sostenerlo. Sono pile normali, di solito con una catena o un gancio.
Muri accatastati
Questi metodi di costruzione del muro di contenimento impiegano tecniche di palificazione trivellata, normalmente CFA o rotativa. Forniscono vantaggi speciali laddove lo spazio di lavoro disponibile impone che i fronti di scavo del seminterrato siano verticali. Entrambi i metodi offrono tecnicamente efficaci e offrono un mezzo temporaneo o permanente economico per trattenere i lati degli scavi alla rinfusa anche in falde acquifere. Quando utilizzate in opere permanenti, queste pareti possono essere progettate per sopportare carichi verticali oltre a momenti e forze orizzontali . La costruzione di entrambi i metodi è la stessa dei pali portanti di fondazione. I muri contigui sono costruiti con piccoli spazi tra i pali adiacenti. La dimensione di questo spazio è determinata dalla forza dei terreni.
Muri accatastati secanti
I muri di pali secanti sono costruiti in modo tale che venga lasciato spazio tra i pali alternati "femminili" per la successiva costruzione dei pali "maschili". La costruzione di pali "maschili" comporta la perforazione del calcestruzzo nel foro dei pali "femminili" per inserire i pali "maschili" in mezzo. Il palo maschio è quello in cui sono installate le gabbie di rinforzo in acciaio, sebbene in alcuni casi anche i pali femminili siano armati.
I muri accatastati secanti possono essere veri duri/duri, duri/intermedi (solidi) o duri/morbidi, a seconda dei requisiti di progettazione. Duro si riferisce al calcestruzzo strutturale e duro o morbido è solitamente una miscela di malta più debole contenente bentonite. Tutti i tipi di parete possono essere costruiti come cantilever autoportanti o possono essere puntellati se lo spazio e il design della sottostruttura lo consentono. Laddove gli accordi sui muri delle parti lo consentano, gli ancoraggi a terra possono essere utilizzati come elementi di fissaggio .
Muri di liquami
Un muro di liquami è una barriera costruita sotto terra utilizzando una miscela di bentonite e acqua per impedire il flusso delle acque sotterranee. Una trincea che collasserebbe a causa della pressione idraulica nel terreno circostante non collassa poiché il liquame bilancia la pressione idraulica.
Tecniche di miscelazione profonda/stabilizzazione di massa
Questi sono essenzialmente variazioni in situ rinforzi in forma di pali (come sopra), blocchi o volumi maggiori.
Cemento, calce/calce viva, cenere volante, fanghi e/o altri leganti (a volte chiamati stabilizzanti) vengono mescolati al terreno per aumentare la capacità portante. Il risultato non è solido come il cemento, ma va visto come un miglioramento della capacità portante del terreno originario.
La tecnica è più spesso applicata su argille o terreni organici come la torba . La miscelazione può essere effettuata pompando il legante nel terreno mescolandolo con un dispositivo normalmente montato su un escavatore o scavando le masse, mescolandole separatamente con i leganti e riempiendole nella zona desiderata. La tecnica può essere utilizzata anche su masse leggermente contaminate come mezzo per legare i contaminanti, invece di scavarli e trasportarli in discarica o lavorare.
Materiali
Rivestire di legno
Come suggerisce il nome, le pile di legno sono fatte di legno .
Storicamente, il legname è stato una risorsa abbondante e disponibile a livello locale in molte aree. Oggi, i pali in legno sono ancora più convenienti del cemento o dell'acciaio. Rispetto ad altri tipi di pali (acciaio o cemento), ea seconda della fonte/tipo di legno, i pali in legno potrebbero non essere adatti a carichi più pesanti.
Una considerazione principale per quanto riguarda i pali di legno è che dovrebbero essere protetti dalla decomposizione al di sopra del livello delle acque sotterranee . Il legname durerà a lungo al di sotto del livello delle acque sotterranee. Perché il legno marcisca, sono necessari due elementi: acqua e ossigeno. Al di sotto del livello delle acque sotterranee, manca l'ossigeno disciolto anche se c'è molta acqua. Quindi, il legname tende a durare a lungo al di sotto del livello delle acque sotterranee. Nel 1648, il Palazzo Reale di Amsterdam fu costruito su 13.659 pali di legno che sopravvivono ancora oggi poiché erano sotto il livello delle acque sotterranee. Il legname da utilizzare al di sopra della falda freatica può essere protetto dal degrado e dagli insetti mediante numerose forme di conservazione del legno mediante trattamento a pressione ( quaternario di rame alcalino (ACQ), arseniato di rame cromato (CCA), creosoto , ecc.).
La giunzione di pali di legno è ancora abbastanza comune ed è il più semplice di tutti i materiali da unire. Il metodo normale per la giunzione consiste nel piantare prima la pila di testa, piantando un tubo di acciaio (normalmente lungo 60-100 cm, con un diametro interno non inferiore al diametro minimo della punta) per metà della sua lunghezza sull'estremità della pila di testa. La pila di inseguimento viene quindi semplicemente inserita nell'altra estremità del tubo e l'azionamento continua. Il tubo d'acciaio è semplicemente lì per garantire che i due pezzi si susseguono durante la guida. Se è richiesta la capacità di sollevamento, la giunzione può incorporare bulloni, tirafondi, chiodi o simili per dargli la capacità necessaria.
Ferro da stiro
Il ferro può essere utilizzato per l'accatastamento. Questi possono essere duttili .
Acciaio
I pali di tubi sono un tipo di fondazione su pali in acciaio e sono un buon candidato per pali inclinati ( battuti ).
Le pile di tubi possono essere guidate sia all'estremità aperta che chiusa. Quando viene guidato l'estremità aperta, il terreno può entrare nella parte inferiore del tubo o del tubo. Se è necessario un tubo vuoto, è possibile utilizzare un getto d'acqua o una coclea per rimuovere il terreno all'interno dopo la guida. I pali di tubi a estremità chiusa sono costruiti coprendo il fondo del palo con una piastra di acciaio o una scarpa in acciaio fuso.
In alcuni casi, le pile di tubi sono riempite di calcestruzzo per fornire ulteriore capacità di momento o resistenza alla corrosione. Nel Regno Unito, questo generalmente non viene fatto per ridurre i costi. In questi casi la protezione dalla corrosione viene fornita consentendo uno spessore sacrificale dell'acciaio o adottando un grado di acciaio più elevato. Se un palo di tubi pieno di cemento viene corroso, la maggior parte della capacità di carico del palo rimarrà intatta a causa del calcestruzzo, mentre andrà persa in un palo di tubi vuoto. La capacità strutturale dei pali di tubi viene calcolata principalmente in base alla resistenza dell'acciaio e alla resistenza del calcestruzzo (se riempito). Si tiene conto della corrosione a seconda delle condizioni del sito e dei regolamenti edilizi locali. I pali di tubi in acciaio possono essere acciaio nuovo fabbricato specificamente per l'industria della palificazione o involucro tubolare in acciaio recuperato precedentemente utilizzato per altri scopi come l'esplorazione di petrolio e gas.
I pali H sono travi strutturali che vengono piantate nel terreno per l'applicazione di fondazioni profonde. Possono essere facilmente tagliati o uniti mediante saldatura o giuntatrici meccaniche. Se il palo viene piantato in un terreno con un basso valore di pH , c'è il rischio di corrosione, è possibile applicare una protezione catodica o epossidica al catrame di carbone per rallentare o eliminare il processo di corrosione. È comune consentire una certa quantità di corrosione nella progettazione semplicemente sovradimensionando l'area della sezione trasversale del palo di acciaio. In questo modo il processo di corrosione può essere prolungato fino a 50 anni.
Pali in cemento precompresso
I pali in calcestruzzo sono in genere realizzati con cavi di rinforzo e precompressione in acciaio per ottenere la resistenza alla trazione richiesta, per sopravvivere alla movimentazione e alla guida e per fornire una resistenza alla flessione sufficiente.
I mucchi lunghi possono essere difficili da maneggiare e trasportare. I giunti per pali possono essere utilizzati per unire due o più pile corte per formare una pila lunga. I giunti per pali possono essere utilizzati sia con pali prefabbricati che in calcestruzzo precompresso.
Pali compositi
Un "palo composito" è un palo fatto di elementi in acciaio e cemento che sono fissati insieme, un'estremità all'altra, per formare un unico palo. È una combinazione di materiali diversi o materiali di forma diversa come tubi e travi ad H o acciaio e cemento.
Guarda anche
- Eurocodice EN 1997
- Società Internazionale per Micropali
- Post nella costruzione del terreno chiamato anche costruzione Earthfast o posthole ; un metodo storico di costruzione di strutture in legno.
- Palafitta , detta anche casa sul lago; un'antica e storica tipologia di casa costruita su palafitte.
- fondamenta poco profonde
- ponte su pali
- Larssen palancole
Appunti
Riferimenti
- Italiantrivelle Industria Fondazioni Il portale web della Fondazione Deep Italiantrivelle è la fonte numero uno di informazioni riguardanti l'Industria Fondazioni.
- Fleming, WGK et al., 1985, Piling Engineering, Surrey University Press; Hunt, RE, Analisi e valutazione dell'ingegneria geotecnica, 1986, McGraw-Hill.
- Coduto, Donald P. Foundation Design: Principles and Practices 2a ed., Prentice-Hall Inc., 2001.
- NAVFAC DM 7.02 Fondazioni e Strutture di Terra Comando di Ingegneria delle Strutture Navali degli Stati Uniti, 1986.
- Rajapakse, Ruwan., Guida alla progettazione e costruzione di pali , 2003
- Tomlinson, PJ, Progettazione di pali e pratica di costruzione , 1984
- Stabilizzazione dei suoli organici
- Manuale palancole , 2010
link esterno
- Calcolatore di pile di cemento
- Istituto Fondazioni Profonde
- PDCA: Associazione degli appaltatori di battipalo
- ADSC: L'Associazione Internazionale delle Perforazioni di Fondazione
- Società Internazionale per Micropali
- Federazione degli specialisti di palificazione (Regno Unito)
- Procedura di installazione dell'albero forato (palo forato)