Calcolo capacità portante a trazione e a compressione
La capacità portante a compressione e a trazione dei palotiranti a vite Geopal® è, tendenzialmente, la stessa purché, quando agisce a trazione, il rapporto tra profondità e diametro della vite superiore sia maggiore di 5.
Esistono due possibili metodi di calcolo, rispettivamente basati su parametri empirici e prove strumentali dirette:
– quello che utilizza le “formule geotecniche classiche”, il quale a sua volta si divide in Metodo del Carico individuale (Hoyt e Clemence, 1989) e Metodo del Taglio Cilindrico (Narasimha Rao et al., 1993),
Si suggerisce di utilizzare, per quanto possibile, il metodo “RP-RL” perché più immediato e diffuso.
Dato che tale metodo considera valori ricavati direttamente in situ con strumentazioni oggigiorno attendibili, esso consente di limitare all’opportuno i coefficienti di sicurezza.
Capacità portante geotecnica
Il metodo “RP-RL” si basa sui valori della resistenza meccanica alla punta e laterale che si ricavano dalle prove penetrometriche CPT (et al.).
In modo semplificato, la capacità portante di un palo si ricava dal prodotto della resistenza unitaria misurata sulla verticale di un sito e l’area reagente del corpo incassato.
Il fatto che il metodo si basi sui cosiddetti dati di campagna lo rende l’approccio più utilizzato, poiché di facile applicazione e immediato riscontro per un progettista.
Allo stesso tempo, però, tale metodo non rappresenta le reali resistenze offerte dal terreno penetrato, per cause essenzialmente legate alla metodologia delle prove penetrometriche (le modifiche indotte dal penetrometro nella struttura del terreno e le conseguenti deformazioni non sono paragonabili a quelle causate dal palo).
Le capacità portanti di punta a compressione e a trazione del palo calcolate con il metodo “RP-RL” risultano quindi sovrastimate rispetto a quelle dedotte dalle prove di carico assiale sui pali.
Ciononostante le indagini in situ rivestono un ruolo fondamentale nella progettazione di qualsiasi opera edile e devono essere scelte con oculatezza dal progettista ed effettuate in numero adeguato (a nostro avviso, mai inferiore a 3 e almeno in un caso all’interno dell’impronta dello zoccolo fondazionale nel raggio massimo di un metro dal punto di infissione del palo pilota).
Preso comunque atto della discrepanza tra “teoria e pratica”, Geopalitalia ha individuato coefficienti correttivi da applicare alla resistenza penetrometrica RP: riducendone opportunamente il valore, si riesce ad ottenere un valore di capacità portante inferiore ma più realistico, tale da consentire un riscontro del cedimento compatibile con le esigenze di progetto.
Capacità portante strutturale
La capacità portante strutturale di un palotirante a vite dipende strettamente dalle dimensioni geometriche di quest’ultimo e dai materiali utilizzati, ma si è stati in grado di correlarla anche alla resistenza di punta RP e quindi alla pressione agente sulle viti.
Un’attenta analisi agli Elementi Finiti svolta con il programma STRAUS 7 e conforme alla Normativa NTC 2018 ha permesso di valutare la resistenza meccanica ultima di una vite in differenti configurazioni palo-elicoide al crescere del carico verticale applicato in corrispondenza del fusto.
Per individuare le resistenze meccaniche correlate alle tipologie di terreno, lo studio è stato svolto assumendo il modello di suolo elastico alla Winkler, il quale ipotizza che la pressione esercitata dalla fondazione sul terreno sia proporzionale all’abbassamento del suolo. In questo modo si sono potuti correlare direttamente i valori della resistenza di punta con i tipi di terreno.
Con questa metodologia di calcolo il caso in trazione è del tutto simile a quello in compressione.
Detto ciò, per ciascuna configurazione palo-elicoide prodotta da Geopalitalia, conoscendo il valore della resistenza di punta RP in cui va a ricadere l’elicoide, si ricava immediatamente la portata strutturale di ogni singolo elemento.
Per ogni tipologia di palotirante, Geopalitalia fornisce, oltre ai certificati di legge, anche i valori della capacità portante strutturale delle viti ricavati da analisi FEM.
La capacità resistente massima di una vite continua è stata poi determinata anche con procedura d’analisi classica (metodo della calcolazione alfanumerica) che consente un approccio diretto e comprensibile nel determinare le tensioni indotte sugli elementi elicoidali di una struttura dedicata.
Esempi di calcolo
Come esempio dimostrativo, si pone l’obiettivo di determinare la capacità portante di una fondazione su pali a vite posizionati alla base di un campanile in condizioni litostratigrafiche diverse.
Lungo il perimetro del campanile sono presenti anche dei tiranti di ancoraggio, realizzati con analoghe caratteristiche, che svolgono la funzione di contenere le azioni simiche e del vento, essendo l’opera già affetta da cedimenti differenziali.
Si tiene conto delle diverse litologie attraversate dai palotiranti nella verticale.
Si calcolano quindi la capacità portante geotecnica (della vite, laterale e totale) a compressione e a trazione e la capacità portante strutturale a compressione e a trazione rispettivamente dei palopuntoni e dei palotiranti agli Stati Limite Ultimi, opportunamente coefficientati secondo quanto previsto dalle NTC 2018.
Le tre litologie indicate negli esempi determinano la scelta del tipo di palotirante più adatto allo scopo. Si eseguono quindi le relative verifiche con le tre tipologie di palo P2G, PVD e PVC.
Dopo aver svolto l’analisi delle portate per ciascuno dei metodi proposti, il progettista verifica quale metodo risulta limitante nel caso in esame e, quindi, attribuisce al palo la portata minima tra quelle ottenute.
Anche nel caso in cui i palotiranti Geopal® siano posti in opera inclinati di un angolo α rispetto alla verticale, la portata geotecnica dei pali potrà essere calcolata allo stesso modo di un palo verticale. Seppure il peso del terreno gravante sulla superficie superiore del palo ne aumenti la portata geotecnica per via di una pressione (non presente nel caso di pali verticali), il calcolo della portata geotecnica per pali a vite Geopal® inclinati va a vantaggio di sicurezza.
