Le fondazioni su pali sono state usate dall’uomo sin dalla preistoria: gli insediamenti palafitticoli sono certo fra i più antichi insediamenti umani di cui si è ritrovato traccia. Lo sviluppo dei macchinari e delle tecniche costruttive ed il bisogno di utilizzare per le costruzioni anche le aree con sfavorevoli condizioni di sottosuolo ha condotto, soprattutto negli ultimi decenni, a sviluppare un gran numero di tipi di palo che vanno dai micropali con diametri 10-15 cm e portate di 100-200 kN, ai grandi pali tubolari in acciaio delle strutture off-shore, con diametri fino a 2-3m, lunghezze di molte decine di metri e talvolta di oltre 100 m, portate di oltre 10MN. Le fondazioni profonde sono di norma più costose delle fondazioni superficiali, per cui si ricorre ad esse solo quando la soluzione con fondazioni superficiali non è in grado di soddisfare le esigenze del problema geotecnico. In particolare le fondazioni profonde vengono impiegati per:
trasferire il carico a strati di terreno profondi più resistenti;
trasferire il carico anche attraverso tensioni tangenziali d’ attrito o d'aderenza lungo il fusto;
resistere ad azioni di trazione; resistere in gruppo a carichi inclinati;
assicurare la stabilità anche in caso di scalzamento degli strati superficiali; trasferire il carico al di sotto di un futuro piano di scavo;
attraversare strati di terreno rigonfiante.
I pali di fondazioni possono essere classificati in base a differenti criteri:
Rispetto alle dimensioni:
- piccolo diametro o micropali (d≤25 cm); - medio diametro (30≤d≤60 cm);
- grande diametro (d≥80 cm);
Rispetto al materiale costituente:
- calcestruzzo (prefabbricato o gettato in opera, normale, centrifugato, vibrato, precompresso); - acciaio;
- legno.
Rispetto al procedimento costruttivo:
-infissi (senza asportazione di terreno, prefabbricati o gettati in opera); -trivellati (con asportazione di terreno);
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Quest'ultimo criterio è il più importante, poiché il comportamento meccanico, resistente e deformativo, del sistema palo-terreno è fortemente dipendente, oltre che dal tipo di terreno, dalle modalità di messa in opera del palo e dalle conseguenti modifiche dello stato tensionale preesistente nel terreno. A titolo di esempio l'infissione di un palo senza asportazione di terreno in sabbia sciolta produce un addensamento, ovvero una riduzione dell'indice dei vuoti, del terreno circostante che si manifesta con la formazione di un cratere nell’ intorno della testa del palo. Per effetto dell'addensamento la resistenza al taglio aumenta. Al contrario l'infissione di un palo senza asportazione di terreno in argilla satura avviene in condizioni non drenate a volume costante, con la formazione di un rigonfiamento nell'intorno della testa del palo. La pressione interstiziale nell'intorno del palo ha un forte incremento, con conseguente caduta di resistenza al taglio (la qual cosa facilita l'infissione), solo in parte recuperata nel tempo. Anche la realizzazione di pali previa asportazione di terreno crea disturbo nel terreno circostante, alterandone lo stato di tensione, ma in misura assai minore rispetto ai pali battuti. I pali trivellati con elica continua, con parziale asportazione di terreno, producono nel terreno effetti intermedi rispetto ai casi precedenti.
Figura 52: esempi di impiego di pali di fondazione
Da un punto di vista geotecnico è rilevante distinguere i pali in base alle modalità esecutive, giacché queste ne condizionano maggiormente il comportamento. Se i pali vengono istallati per infissione, senza preventiva creazione di un foro, sono convenzionalmente indicati come pali infissi; se vengono istallati tramite preventiva esecuzione di un foro, successivamente riempito di calcestruzzo, vengono indicati come pali trivellati.
I pali infissi possono essere costituiti da elementi prefabbricati oppure possono essere gettati in opera con procedure che prevedono l'infissione di un tubo metallico, successivamente estratto nella fase di getto del calcestruzzo al suo interno. Evitando l'asportazione del terreno, i pali infissi
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presentano l'ovvio vantaggio di non creare condizioni di scarico tensionale del terreno nell'intorno del foro, come avviene con i pali trivellati. Questi ultimi, a fronte del citato aspetto, consentono la realizzazione di grandi diametri del fusto e possono essere adottati per ogni tipo di terreno, per quanto la necessità di ricorrere a fanghi bentonitici per la stabilizzazione del foro comporti una gestione del cantiere più complessa.
Recentemente si è diffuso l'utilizzo di pali trivellati ad elica continua, le cui modalità di esecuzione consentono di combinare alcuni vantaggi delle altre due tipologie. In questo caso i pali vengono realizzati mediante un getto di calcestruzzo in fase di estrazione di una trivella elicoidale attraverso un apposito condotto interno alla trivella stessa. Poiché la gabbia di armatura viene inserita in una fase successiva al getto, la tecnologia attualmente disponibile consente di armare il palo solo nel primo tratto (solitamente per una lunghezza di circa 14 m). Le altre numerose varianti tecnologiche proposte dall'industria delle costruzioni possono essere collocate all'interno di una delle suddette categorie. Nella scelta della tipologia di palo, i principali aspetti da tener presente sono:
- natura dei terreni;
- condizioni idrogeologiche del sito (come ad esempio realizzazioni in alveo comportano condizionamenti legati ai flussi dinamici);
- localizzazione del cantiere ed aspetti logistici (per esempio per i pali infissi esistono limitazioni di utilizzo in ambito urbano in relazione alle vibrazioni indotte in fase di infissione del palo stesso);
- diametri lunghezze da realizzare.
Le NTC 2008 e l’EC7 considerano la tipologia costruttiva in modo esplicito, differenziando il coefficiente di sicurezza parziali da applicare nelle verifiche di sicurezza per i pali infissi da quelli per i pali trivellati e i pali ad elica. In tal modo si tiene conto principalmente delle incertezze legate alla effettiva geometria e alla qualità dei pali realizzati. Le incertezze di calcolo e di modello vengono tenute in conto nella definizione dei valori caratteristici della resistenza del palo.