Prof. Ing. Alessandro Ghinelli
Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
SICUREZZA e FUNZIONALITÀ delle strutture in elevazione (edificio in c.a., rilevato, etc.)
sono garantite anche da alcuni requisiti che il SISTEMA FONDALE deve rispettare.
In particolare il carico trasmesso in corrispondenza del piano di posa:
1) non deve portare a rottura il terreno sottostante
SLU – GEO: “collasso per carico limite dell’insieme fondazione terreno”
2) non deve indurre nel terreno cedimenti eccessivi
SLE :“si devono calcolare i valori degli spostamenti e delle
distorsioni per verificarne la compatibilità con i requisiti
prestazionali della struttura in elevazione”
3) non deve produrre fenomeni di instabilità generale
(e.g. nel caso di strutture realizzate su pendio)
SLU - GEO: “stabilità globale”
4) non deve indurre stati di sollecitazione nella struttura
di fondazione incompatibili con la resistenza dei materiali
SLU – STR: “raggiungimento della resistenza negli elementi strutturali”
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Collasso dell’insieme fondazione terreno per raggiungimento del carico limite
Condizione di collasso: qEd ≥ qlim
la pressione trasmessa dalla sovrastruttura al piano di posa qEd è ≥ della pressione limite trasmissibile qlim
Schema rigido-plastico di Terzaghi (1943)
litotipo 1 (γ1)
litotipo 2 (γ2)
'
qlim
=
1
γ 2 ⋅ B ⋅ N γ (ϕ ') + c '⋅ N c (ϕ ') + γ 1 D ⋅ N q (ϕ ')
2
Terreni a grana grossa
Terreni a grana fine in condizioni drenate (lungo termine)
Sottospinta idraulica
Valutare effetti prodotti dalla presenza di acqua in pressione
Riduzione del peso di volume efficace
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Collasso dell’insieme fondazione terreno per raggiungimento del carico limite
Condizione di collasso: qEd ≥ qlim
la pressione trasmessa dalla sovrastruttura al piano di posa qEd è ≥ della pressione limite trasmissibile qlim
Schema rigido-plastico di Terzaghi (1943)
litotipo 1 (γ1)
litotipo 2 (γ2)
qlim ,u = cu ⋅ 5,14 + γ 1 ⋅ D
Terreni a grana fine in condizioni NON drenate (breve termine)
NON sono da valutare effetti prodotti dalla presenza di acqua in pressione
Le condizioni non drenate sono generalmente le più sfavorevoli: al termine del processo di consolidazione (a
( )
lungo termine) l’incremento delle tensioni efficaci avrà prodotto un incremento della resistenza al taglio ↑ ϕ '
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Collasso dell’insieme fondazione terreno per raggiungimento del carico limite
Condizione di collasso: qEd ≥ qlim
la pressione trasmessa dalla sovrastruttura al piano di posa qEd è ≥ della pressione limite trasmissibile qlim
Schema rigido-plastico di Terzaghi (1943)
litotipo 1 (γ1)
litotipo 2 (γ2)
Nel caso di TERRENI MOLTO COMPRESSIBILI, Terzaghi suggerisce di utilizzare ancora la schema rigido
plastico riducendo di 1/3 i parametri di resistenza al taglio di progetto:
ϕ * = 0,67 ⋅ ϕ '
c * = 0,67 ⋅ c '
cu* = 0,67 ⋅ cu
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Cedimento del piano di posa - introduzione
Il cedimento del piano di posa è prodotto da un incremento dello stato tensionale nel terreno
sottostante dovuto al carico trasmesso dalla sovrastruttura (o anche da un abbassamento della falda)
Stima cedimento (S) è necessaria nel caso di deposito prevalentemente a grana fine (+ compressibile)
S = SI + SC + SV
SI :
cedimento immediato, ne tengo conto incrementando del 10% SC (Burland et al. 1978)
SC :
cedimento per consolidazione, stimato in via semplificativa e cautelativa con la teoria della
consolidazione monodimensionale di Terzaghi (1936)
SC = SED
SV :
cedimento viscoso, è in genere trascurabile (tranne che in terreni prevalentemente organici)
Dati e parametri geotecnici necessari alla determinazione di SC = SED
sondaggio geotecnico
campione indisturbato
successione stratigrafica interpretata e profondità falda zw
peso di volume efficace soprafalda γ e sottofalda γ’
indice dei vuoti iniziale e0
pressione di preconsolidazione σ’c
prova edometrica
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indice di compressione CC
indice di rigonfiamento CS
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Cedimento del piano di posa – stima
- Associati i parametri geotecnici a ogni strato di potenza Hi ,
- Noto γ e γ’ di ogni strato i-esimo si calcola il profilo delle tensioni litostatiche σ’v,0(z)
- Nota la pressione NETTA trasmessa al piano di posa p = q – γ · D, si calcola il profilo
dell’incremento di tensione ∆σv(z) prodotto da p, tramite la teoria dell’elasticità (Boussinesq, 1885)
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Cedimento del piano di posa - stima
Quindi si stima il cedimento di ogni strato i-esimo nel modo seguente,
(terreno O.C. in condizioni iniziali e finali):
(terreno O.C. in condizioni iniziali e N.C. in condizioni finali):
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Cedimento del piano di posa - ammissibilità
Distorsioni angolari limite (Bjerrum, 1963)
Cedimenti massimi e rotazioni rigide limite (Sowers, 1962)
β max : distorsione angolare massima
ρmax : cedimento massimo
ω: rotazione rigida
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Esempio di calcolo del cedimento del piano di posa
CONDIZIONI DI CARICO E PARAMETRI GEOTECNICI
q = 50,0 kPa
γ1 = 18 kN/m3
Plinto a sezione
quadrata 2,0 x 2,0 m
γ’2 = 10 kN/m3
Analisi della variazione dell’entità del
cedimento per consolidazione SED al
variare dei parametri di compressibilità
del terreno sottostante il piano di posa
In particolare si intende confrontare
l’entità dei cedimenti
nel caso di:
- terreno NC (normalconsolidato)
- terreno OC (sovraconsolidato)
e al variare di:
- Cc, Cs (indici di compressione,
rigonfiamento)
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Esempio di calcolo del cedimento del piano di posa
TERRENO NC: STIMA DELL’INCREMENTO DI TENSIONE TOTALE ∆σv(z) PRODOTTO DA q
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Esempio di calcolo del cedimento del piano di posa
TERRENO NC: EFFETTO DELL’INCREMENTO DI Cc SULL’ENTITA’ DEI CEDIMENTI
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Esempio di calcolo del cedimento del piano di posa
TERRENO OC: STIMA DELL’INCREMENTO DI TENSIONE TOTALE ∆σv(z) PRODOTTO DA q
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Esempio di calcolo del cedimento del piano di posa
TERRENO OC: EFFETTO DELL’INCREMENTO DI Cs SULL’ENTITA’ DEI CEDIMENTI
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14/
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Cedimento del piano di posa: legame carico – cedimento - tempo
A parità di compressibilità del terreno, il cedimento complessivo per consolidazione SED
- è proporzionale al carico applicato al piano di posa
- si produce in un tempo t inversamente proporzionale alla permeabilità del terreno e funzione
delle condizioni di filtrazione dell’acqua in pressione nei pori
La riduzione/annullamento di SED può essere conseguito anche durante lo svolgersi del fenomeno di
consolidazione tramite una RIDUZIONE DEL CARICO APPLICATO AL PIANO DI POSA
ps
sf cedimento al tempo ts prodotto dal
carico ps (curva 1)
Riducendo al tempo ts il carico applicato
al piano di posa da ps a pf si ottiene
l’interruzione
del
processo
di
consolidazione (curva 2)
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Curva 2
Curva 1
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Cedimento del piano di posa - terreni prevalentemente organici
• Terreni organici sono estremamente compressibili
Indice di compressione elevatissimo: Cc = 4,0 ÷ 8,0 (!!!)
• Velocità di consolidazione lenta
• Componente viscosa SV del cedimento estremamente accentuato a causa
delle notevoli proprietà di adsorbimento
• Rigonfiamento moderato in presenza di acqua, elevato in presenza di
liquidi organici
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16/
16/
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Case histories: edifici di civile abitazione
Struttura in elevazione mista c.a. – muratura
Sistema fondale a travi rovesce
Anno fine lavori 2006
Diffuso quadro fessurativo a estensione e
intensità crescente nel tempo tipico del prodursi
di cedimenti per consolidazione
Iniezioni di resine fino a 3,50 dall’intradosso delle
fondazioni che non hanno rallentato il progredire
del fenomeno
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17/
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Case histories: edifici di civile abitazione
Nei campioni disturbati estratti
dai primi 3,50 m dall’intradosso
delle fondazioni sono evidenti
tracce della resina iniettata
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18/
18/
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Case histories: edifici di civile abitazione
Particolare delle
tracce di resina
Visibili numerosi elementi carboniosi di origine
vegetale (apparati radicali delle essenze arbustive)
inglobato nella resina iniettata
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19/
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Case histories: edifici di civile abitazione
CARICHI APPLICATI AL TERRENO DI FONDAZIONE:
- Riprofilatura del piano di posa con terreno prev.
granulare (L1, L2) per altezza di 1,0 – 1,5 m
- Fabbricato
- Rilevato di altezza 2 metri circostante il fabbricato
EFFETTI PRODOTTI DAI CARICHI:
- Innesco del PROCESSO DI CONSOLIDAZIONE nel
deposito di terreno sottostante LIMO – ARGILLOSO
con conseguenti cedimenti differenziati nel tempo
- Cedimenti amplificati dalla compressibilità dello
strato associato al litotipo L5, caratterizzato da:
- Prevalenza di argilla;
- Potenza 5- 6 m;
- Indice di plasticità IP = 43 % (molto plastico);
- Basso grado di sovraconsolidazione;
- Coefficiente di compressione Cc = 0,3;
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20/
20/
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Case histories: edifici industriali
Capannone in acciaio
Anno fine lavori 1975
Sistema fondale profondo su pali in c.a.
Interposizione di un giunto in c.a. tra in due fabbricati
Lo sprofondamento del capannone in c.a. “pesante” procede nel tempo
mentre il capannone in acciaio “leggero” e su pali non subisce cedimenti
Formazioni di evidenti lesioni in corrispondenza del giunto e della
pavimentazione del capannone in acciaio a ridosso della parete del
capannone in c.a.
Parete
capannone
in c.a.
Capannone in c.a. parzialmente prefabbricato
Anno fine lavori 1969
Sistema fondale superficiale a travi rovesce e plinti
Pavimentazione industriale gravante direttamente
su terreno riportato
La struttura mostra uno “sprofondamento” di alcuni
cm (≈ 10) nei primi anni dal temine dei lavori senza
subire danni evidenti (isostaticità strutturale + ridotti
cedimenti differenziali)
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Capannone
in acciaio
Capannone
in c.a.
Capannone
in acciaio
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Analisi di alcuni terreni a scarsa portanza
Case histories: edifici industriali
DETERMINAZIONE DEI CEDIMENTI
PIANO CAMPAGNA
0.0
A
RIPORTO COSTITUITO DA SABBIA E GHIAIA
B
LIMI INORGANICI AD ALTA COMPRESSIBILITA'
1.7
3
C
Integrando:
ARGILLE ORGANICHE COMPATTE
- la teoria dell’elasticità
LIMI INORGANICI AD ALTA COMPRESSIBILITA'
- la teoria della consolidazione 1D Terzaghi
stima di ∆σv(z)
ARGILLE ORGANICHE MOLLI
SED
[m]
6
D
SABBIE ARGILLOSE / ARGILLE SABBIOSE
E
ARGILLA INORGANICA MOLLE
F
ARGILLE SABBIOSE / SABBIE ARGILLOSE
G
LIMI INORGANICI AD ALTA COMPRESSIBILITA'
E ARGILLE ORGANICHE MOLLI
H
ARGILLA INORGANICA COMPATTA
profondità
8
cedimento del terreno sottostante il capannone in c.a.
dal ‘75 al 2010 (dal termine dei lavori del capannone in acciaio)
SC = SED = 10,80 cm
10.2
15.4
18.3
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22/
22/
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Case histories: edifici industriali
DETERMINAZIONE DEI CEDIMENTI
PIANO CAMPAGNA
0.0
A
RIPORTO COSTITUITO DA SABBIA E GHIAIA
B
LIMI INORGANICI AD ALTA COMPRESSIBILITA'
1.7
3
C
Integrando:
ARGILLE ORGANICHE COMPATTE
- la teoria dell’elasticità
LIMI INORGANICI AD ALTA COMPRESSIBILITA'
- la teoria della consolidazione 1D Terzaghi
stima di ∆σv(z)
ARGILLE ORGANICHE MOLLI
SED
[m]
6
D
SABBIE ARGILLOSE / ARGILLE SABBIOSE
E
ARGILLA INORGANICA MOLLE
profondità
8
cedimento del terreno sottostante il capannone in c.a.
dal ‘75 al 2010 (dal termine dei lavori del capannone in acciaio)
SC = SED = 10,80 cm
10.2
FATTORI GEOTECNICI PREDISPONENTI
F
ARGILLE SABBIOSE / SABBIE ARGILLOSE
In prevalenza alternanza di :
- limi altamente compressibili e argille organiche molli
15.4
indice di compressione (Cc)
G
LIMI INORGANICI AD ALTA COMPRESSIBILITA'
E ARGILLE ORGANICHE MOLLI
H
ARGILLA INORGANICA COMPATTA
18.3
- Litotipo B = 0,357
- Litotipo C = 0,542 (!!)
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23/
23/
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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