Fondazioni su pali: come ottimizzare la progettazione con le precisazioni della Circolare NTC2018

Alcune considerazioni sulla parte Geotecnica della Circolare Attuativa delle NTC2018, con particolare riferimento alla progettazione delle fondazioni su pali

A fine luglio dello scorso anno è stato approvato il testo della Circolare Applicativa delle NTC 2018. Ho avuto l'onore e il piacere di coordinare la sottocommissione (costituita - al momento dell'approvazione del testo - da Alberto Burghignoli, Francesco Colleselli, Francesco Maria Guadagno, Carlo Lai, Lorella Montrasio, Raffaele Nardone, Alberto Prestininzi, Gabriele Scarascia Mugnozza, Giuseppe Scarpelli, Vincenzo Simeone e, ovviamente, da me stesso), che aveva ricevuto l'incarico di redigere i testi dedicati agli aspetti geotecnici della progettazione (Capitolo C6 e Paragrafo C7.11).

Il lavoro è stato lungo e complesso, anche perché le NTC 2018 hanno apportato significative novità nell'ambito della Geotecnica: dall'individuazione di un solo approccio progettuale nelle verifiche SLU per opera e stato limite considerato, al chiarimento nell'uso delle due combinazioni nel caso di verifiche da condurre con l'Approccio 1; da significative modifiche alle verifiche sismiche geotecniche delle opere, all'estensione delle parti dedicate a pendii naturali e a gallerie. 

Della portata delle novità ne hanno certamente avuto contezza tutti colleghi ingegneri che hanno partecipato a una delle tante giornate corsi di aggiornamento professionale, nel corso delle quali si sono presentate le NTC 2018.

Le precisazioni della Circolare sulla progettazione delle fondazioni su pali

ferri armatura per pali di fondazioneNell'ambito di questo breve contributo, mi preme soffermarmi su un aspetto relativo alle fondazioni su pali, che ha creato non pochi problemi di interpretazione nel precedente decennio, nel quale sono state in vigore le NTC2008.

Come è noto, infatti, la resistenza a carico limite verticale del palo singolo può essere dedotta in diversi modi:

a) da prove su pali pilota;
b) metodi di calcolo analitici, basati sui valori caratteristici dei parametri geotecnici;
c) correlazioni empiriche con i risultati di prove in sito. 

Le NTC 2018, così come le previgenti NTC2008, introducono una serie di fattori di correlazione che permettono di determinare il valore caratteristico del carico limite del palo singolo sotto azioni verticali a partire dai risultati delle prove o dalle determinazioni effettuate con metodi analitici. Tali coefficienti, che premiano l’approfondimento dell’indagine effettuata, dipendono dal numero di prove di carico (statiche o dinamiche) o dal numero di verticali indagate.

La Circolare al punto C.6.4.3.1 precisa, a questo riguardo, che "il numero di verticali d’indagine, con i requisiti necessari innanzi richiamati per ciascuna di esse, deve essere riferito al volume significativo. Ciò significa, ad esempio, che per gli edifici il volume significativo deve essere riferito a ciascun corpo di fabbrica, mentre per un’opera lineare, come un viadotto, il volume significativo riguarda ogni singola fondazione". Ciò significa che, in presenza di un viadotto con grande sviluppo lineare, si deve fare riferimento alle verticali indagate per ogni fondazione e non, come spesso fatto da alcuni progettisti, al numero complessivo di verticali indagate. 

Questa precisazione deriva dal fatto che, solo in presenza di una struttura rigida che possa ripartire i carichi tra i diversi pali della palificata, si possono introdurre valori più bassi dei coefficienti di correlazione, che riducono quindi di meno il valore medio e quello minimo del carico limite determinato su più verticali. Ciò non è vero quando i pali appartengono a fondazioni distanti tra loro e non collegate da strutture sufficientemente rigide da permettere una redistribuzione delle sollecitazioni. 

Una conseguenza, non banale di questa precisazione sul numero di verticali, è che in corrispondenza di ogni struttura di fondazione autonoma, nel senso appena precisato, deve essere eseguita almeno una verticale di indagine di lunghezza adeguata. A tal proposito le NTC2018, al punto 6.4.3.1.1, ricordano che "si devono prendere solo le verticali lungo le quali la singola indagine (sondaggio con prelievo di campioni indisturbati, prove penetrometriche, ecc.) sia stata spinta ad una profondità superiore alla lunghezza dei pali, in grado di consentire una completa identificazione del modello geotecnico di sottosuolo."

Trovandoci a discutere di verifiche allo stato limite ultimo sotto carichi verticali delle fondazioni su pali, mi sembra opportuno evidenziarne un aspetto innovativo, non tanto perché questo rappresenti una novità del testo normativo del 2018, ma perché nel corso degli ultimi anni è stato reso possibile trasformare un'affermazione già contenuta nelle NTC2008 e, prima ancora nell'Eurocodice EN 1997-1, in una procedura di verifica recentemente proposta da Di Laora et al. (2018). 

In moltissimi casi le fondazioni su pali sono soggette a carichi verticali eccentrici, nel senso che la risultante dei carichi esterni non è applicata nel baricentro dei singoli pali (figura 1). 

carico limite dei gruppi di pali sotto carico verticale ed eccentrico. 

Figura 1. Problema in esame: carico limite dei gruppi di pali sotto carico verticale ed eccentrico.

In tale circostanza, l’approccio progettuale comunemente utilizzato è quello di considerare il raggiungimento del carico limite del palo più caricato come stato limite ultimo dell’intero gruppo, come era  anche imposto dal DM 11.03.1988, che regolava la progettazione geotecnica prima dell'entrata in vigore delle NTC2008. 

Di contro, le Norme Tecniche per le Costruzioni, sia nella versione del 2008 sia in quella del 2018, si riferiscono alla rottura della palificata ‘nel suo insieme’. Tali affermazioni non sono tuttavia supportate da alcuna indicazione sul metodo di calcolo da adottare per la stima della capacità portante di un gruppo di pali sotto carico verticale ed eccentrico. Il lavoro di Di Laora et al. (2018), basato sulle ipotesi brevemente sintetizzate nel seguito, permette di tenere conto esplicitamente dell’effetto benefico dovuto alla duttilità del sistema fondazione-terreno, che può dar luogo a notevoli vantaggi economici soprattutto nel caso di forti eccentricità dei carichi in fondazione.

Metodo di calcolo della capacità portante di un gruppo di pali sotto carico verticale ed eccentrico (Di Laora et al. (2018))

La trattazione sviluppata dagli autori è rigorosa nell'ambito della teoria della plasticità, con le seguenti ipotesi: a) i pali sono modellati come elementi unidirezionali a comportamento rigido-perfettamente plastico, caratterizzati  da due valori del carico di snervamento, uno a compressione (Nu) a l’altro a trazione (-Su), da intendersi come le capacità assiali del palo singolo all’interno del gruppo; b) i pali sono connessi alla loro sommità da una piastra infinitamente resistente; c) la piastra non è a contatto con il terreno; d) le teste dei pali sono schematizzate come cerniere. In queste ipotesi, il carico limite della palificata è stato determinato utilizzando i teoremi dell'analisi limite e determinando una soluzione di limite inferiore (teorema statico) che coincide con quella di limite superiore (teorema cinematico).

Le differenze tra l'approccio tradizionale e quello proposto (compatibile con le NTC 2018) possono essere molto significative. [...]

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