Geomarc - Esempio N. 2 progettazione palificata

Il seguente lavoro, eseguito dall'ing. Francesco Basile utilizzando il software Repute per conto della società di ingegneria Halcrow Group Ltd (oggi Jacobs, Regno Unito), è relativo alla progettazione delle fondazioni su pali dei viadotti e delle strutture di sostegno nei pressi della nuova stazione ferroviaria di Londra Kings Cross. Il progetto è parte della realizzazione di High Speed 1, la linea ferroviaria ad alta velocità tra Londra e la galleria sotto il Canale della Manica (Committente: London and Continental Railways Ltd).

Il presente lavoro comprende la progettazione di palificate di diverse dimensioni e geometrie, costituite da pali trivellati nelle argille di Londra (London Clay), e soggette a diverse combinazioni di carichi verticali, orizzontali e momenti. Tra le principali conclusioni derivanti dalle analisi con Repute, è significativo sottolineare che l'utilizzo del modello di terreno non-lineare dimostra una riduzione dei carichi massimi verticali ottenuti dalle tradizionali analisi in campo elastico-lineare utilizzando i software Piglet, DEFPIG e Repute (modello lineare). Ai fini della progettazione, tali differenze si traducono in una riduzione compresa tra 1m e 2m della lunghezza di palo minima (la lunghezza media dei pali nel progetto è circa 17m) e nel conseguente risparmio di circa 400m lineari di lunghezza di palo complessiva (su un totale di circa 300 pali) rispetto alle corrispondenti analisi svolte in campo lineare-elastico. Per ulteriori dettagli sul progetto, si può fare riferimento alla pubblicazione Basile (2003).

Allo scopo di illustrare la metodologia di progetto adottata nel presente lavoro, si presenta di seguito l'analisi svolta per la palificata della pila 1 del viadotto di Kings Cross. La palificata in esame è costituita da 9 pali trivellati di lunghezza 17m, diametro 0.9m, disposti in una configurazione simmetrica 3x3 con un interasse di 2.7m. Il terreno di fondazione è costituito da un deposito di argille di Londra (London Clay) che, ai fini progettuali, è stato caratterizzato da un profilo lineare della resistenza al taglio non drenata (Cu=50+9,4z kPa, dove z è la profondità in metri a partire dal piano di campagna), come illustrato nella figura sottostante. Per quanto riguarda la scelta del modulo di Young del terreno ai fini della determinazione del responso assiale della palificata, si sono adottate le correlazioni Es=400Cu in campo lineare ed Es=1500Cu in campo non-lineare. Per il responso laterale si è invece adottato un profilo di Es che aumenta linearmente da zero (in corrispondenza del piano di campagna) con un gradiente pari a 4,14MPa/m in campo lineare e 6,15MPa/m in campo non-lineare. I carichi verticali (V=14200kN) agenti sulla palificata sono costituiti dai carichi permanenti e accidentali mentre quelli orizzontali (H=470kN) ed i momenti (M=3200kNm) sono generati principalmente dalle azioni di accelerazione e frenatura dei convogli ferroviari.

La palificata in esame è stata analizzata sia utilizzando Repute (sia in campo lineare che non-lineare) che i software Piglet e DEFPIG (che sono in grado di operare solamente in campo lineare). In campo lineare, la tabella sottostante mostra un sostanziale accordo tra i risultati ottenuti dai diversi software sia in termini di deformazioni della palificata che in termini di distribuzione del carico verticale in testa ai pali. Viceversa occorre sottolineare le notevoli differenze di risultato ottenute in termini di distribuzione del carico orizzontale e dei momenti flettenti in testa ai pali. Tali differenze sono principalmente dovute all'interazione tra le componenti di carico verticale ed orizzontale che genera sollecitazioni maggiori nei pali della fila guida ("leading") rispetto ai pali della fila trainata ("trailing"). Mentre Repute è in grado di modellare tale meccanismo d'interazione, i software Piglet e DEFPIG lo trascurano e generano pertanto medesimi valori dei carichi orizzontali e dei momenti sia per la fila di pali guida che per quella trainata. Ciò risulta in una notevole sottostima dei valori massimi dei carichi orizzontali e dei momenti flettenti dei pali e può condurre quindi ad una progettazione non a favore di sicurezza.

E' inoltre importante sottolineare come l'utilizzo del modello di terreno non-lineare di Repute generi una riduzione sia delle deformazioni della palificata (ciò è dovuto alla maggiore rigidezza del terreno utilizzata in campo non-lineare rispetto a quella in campo lineare-elastico) che delle azioni massime agenti sui pali della fila più sollecitata (cioè la fila guida). Tale risultato è fondamentale ai fini progettuali in quanto comporta una più uniforme e pertanto più economica distribuzione di carico tra i pali della palificata.

	Piglet	DEFPIG	Repute (lineare)	Repute (non-lineare)
Cedimento palificata (mm)	9.0	11.3	11.6	4.0
Spostamento laterale palificata (mm)	3.2	4.3	3.9	2.7
Carico verticale in testa al palo d'angolo della fila guida (kN)	2220	2210	2230	2100
Carico verticale in testa al palo d'angolo della fila trainata (kN)	1700	1670	1640	1520
Carico laterale in testa al palo d'angolo della fila guida (kN)	66	62	94	76
Carico laterale in testa al palo d'angolo della fila trainata (kN)	66	62	23	35
Momento flettente in testa al palo d'angolo della fila guida (kN)	120	177	225	179
Momento flettente in testa al palo d'angolo della fila trainata (kN)	120	177	87	124

Si ringrazia la società Halcrow Group Ltd per aver autorizzato la pubblicazione del presente lavoro.

Basile, F. (2003). Analysis and design of pile groups. In Numerical Analysis and Modelling in Geomechanics (ed. J. W. Bull), Spon Press, London, Chapter 10, pp 278-315.

Poulos, H. G. (1990). User's guide to program DEFPIG, Deformation Analysis of Pile Groups, Revision 6. School of Civil Engineering, University of Sidney.

Randolph, M. F. (1980). PIGLET: A computer program for the analysis and design of pile groups under general loading conditions. Cambridge University Engineering Department Research Report, Soils TR91.