thumb|L'installazione di fondazioni profonde per la costruzione di un ponte in California Il palo di fondazione è un tipo di fondazione profonda o fondazione indiretta che presenta la peculiarità, rispetto alla fondazione diretta, di trasmettere una parte non trascurabile del carico verticale per attrito lungo la superficie laterale della fondazione oltre che, a seconda del rapporto tra diametro del palo e altezza dello stesso, con la pressione agente sul piano di appoggio alla base del palo.Pietro Colombo, Francesco Colleselli, Elementi di Geotecnica, Zanichelli, Bologna 1449 (III ed.), ISBN 88-08-07273-8. cap.16 p.333. Questo tipo di fondazione ha il vantaggio di ridurre i cedimenti a lungo termine potendo sfruttare la resistenza (sia per attrito che in appoggio) di strati di terreno profondi e adeguatamente portanti (superando in profondità eventuali terreni soffici e inadatti, falde o cavità).Pietro Colombo, Francesco Colleselli, Elementi di Geotecnica, Zanichelli, Bologna 2004 (III ed.), ISBN 88-08-07273-8. cap.16 p.325 e ss.
Campo di applicazione
Si ricorre alle fondazioni su pali tutte le volte che risulta impossibile adottare le ordinarie fondazioni superficiali: per difetto di capacità portante del terreno affiorante; quando è tecnologicamente impossibile effettuare fondazioni superficiali (strutture offshore, terreni incoerenti soggetti ad elevati gradienti di filtrazione, ecc.); per incompatibilità dei cedimenti assoluti o differenziali di fondazioni superficiali con il tipo di struttura da fondare; quando è necessario isolare le fondazioni dal terreno superficiale, poiché soggetto ad erosione o ad altri fenomeni che ne modificano periodicamente o saltuariamente le caratteristiche fisiche.
Storia L'impiego dei pali in legno, come struttura portante e di fondazione risale ai tempi della preistoria. Fu Hennebique nel 1897 a sostituire, per la prima volta, ai pali in legno quelli in calcestruzzo armato, nella realizzazione delle fondazioni delle officine della compagnia Babcock-Wilcox. In Belgio furono impiegati nel 1902 per le fondazioni di un ponte a Laeken e nel 1903 pali tipo Hennebique per la fondazione di una scuola a Bruxelles. In Nordamerica furono introdotti nel 1904 da Reynolds. La produzione su vasta scala del cemento Portland ha segnato una nuova tecnica nella fabbricazione dei pali e numerosi costruttori hanno studiato il sistema e proposto nuovi tipi, in modo da rendere questa struttura portante più idonea a sopportare carichi sempre più elevati, più sicura e più economica rispetto ad altri sistemi di fondazione. I pali metallici realizzati con profilati ad H furono impiegati per la prima volta nel 1908 e si diffusero notevolmente dopo che furono applicati con successo per le fondazioni dei ponti stradali nel Nebraska nel 1930.
Classificazione
I pali di fondazione, in base alla metodologia di posa in opera, si distinguono in: pali trivellati o con asportazione di terreno: pali ottenuti per perforazione del terreno ed estrazione di un volume di terreno circa uguale a quello del palo pali infissi o senza asportazione di terreno: pali ottenuti per infissione, senza preventiva perforazione e asportazione del terreno, mediante battitura, applicazione di pressione statica o per vibrazione alla punta
La capacità portante La capacità portante di un palo di fondazione corrisponde teoricamente al carico verticale massimo che il palo può sopportare prima della rottura.
Comunemente la capacità portante di un palo di fondazione è data dalla somma di due aliquote: la capacità portante attribuita alla punta del palo (portata di punta o di base); la capacità portante attribuita alla superficie laterale del palo (portata per attrito laterale). Quando una delle due resistenze è minima rispetto all'altra quest'ultima può essere trascurata, si hanno allora: pali sospesi: la punta non attinge un terreno la cui resistenza è pari o superiore a quella desiderata e l'equilibrio è assicurato dall'attrito laterale che si sviluppa tra la superficie laterale del palo e il terreno circostante; pali di punta o pali appoggiati: la punta attinge un terreno la cui resistenza è pari o superiore a quella desiderata e, pertanto, l'equilibrio è assicurato dalla reazione del terreno alla sua punta del palo.
La capacità portante varia in funzione della caratteristiche dei terreni (terreni coesivi o terreni non coesivi) e in letteratura tecnica esistono diverse formule (di norma statiche per pali trivellati e dinamiche per pali infissi) per il calcolo della capacità portante nei diversi casi.
Tipologia Pali in legno Fanno parte del gruppo dei pali infissi. Tuttora si utilizzano pali in legno i quali sono ricavati da tronchi d'albero, con diametro alla punta da 10 a 20 cm. Il legname più adatto è il larice rosso, il pino, la quercia, l'olmo, il castagno e l'ontano. Più il legname è ricco di resina più questo è resistente e di maggiore durata. Pertanto il legname nordico è il migliore (pino russo, svedese, e norvegese). Le fibre devono essere dritte e il fusto, scortecciato, privo di nodi e impurità. All'estremità appuntita si applica una puntazza in ghisa o acciaio, mentre alla testa, che durante l'infissione nel terreno riceve i colpi del maglio, una ghiera di acciaio. Durante l'infissione possono subire dei danni. I pali soggetti ad alternanza di secco e umido (variazione del livello della falda freatica) deperiscono rapidamente, mentre se costantemente immersi in acqua si conservano molto più a lungo. Le altre cause di deterioramento sia in opera a secco che immersi nella acque dolci o marine sono: l'attacco di funghi (carie) e insetti xilofagi (come le termiti) l'attacco di molluschi e crostacei marini. I primi attaccano il legno al di sopra del livello dell'acqua gli ultimi nella parte immersa. Gli xilofagi marini sono più dannosi degli altri. La protezione del legname contro questi attacchi viene effettuata con trattamenti di sostanze antisettiche quali l'olio pesante di catrame o creosoto, il cloruro di zinco e il solfato di rame
Pali metallici Fanno parte del gruppo dei pali infissi. In Nordamerica i pali metallici sono stati largamente impiegati per la realizzazione delle fondazioni dei grattacieli. I pali metallici sono realizzati con profilati ad H o tubolari con o senza punta. Sono poco usati in altre applicazioni perché risultano molto costosi e facilmente deteriorabili per corrosione. Per ovviare alle conseguenze dei fenomeni di corrosione è consigliabile usare acciaio al rame oppure impiegare sezioni maggiori delle minime necessarie. Si può ricorrere anche ad un ricoprimento di malta cementizia nel tratto immerso nell'acqua di spessore non inferiore a 7 cm. I pali vengono messi in opera per infissione per mezzo di battipalo, quelli tubolari dopo l'infissione vengono riempiti di calcestruzzo. I pali metallici durante la battitura non subiscono danni come i pali in legno.
Pali in calcestruzzo
la maggior parte delle fondazioni su pali è oggi costruita con pali in calcestruzzo. I pali in calcestruzzo si dividono in due categorie nettamente distinte: pali costruiti fuori opera: sono costruiti in cantiere, e dopo la stagionatura, vengono infissi per battitura nel terreno, come i pali in legno, oppure mediante getto di acqua in pressione; pali gettati in opera: si distinguono dal modo d'infissione della camicia metallica che funziona da cassaforma, in: pali infissi per battitura: pali gettati in opera in opportune casseforme recuperabili, infisse per battitura; pali gettati in opera in opportune casseforme, infisse per battitura ma a perdere; pali trivellati: pali gettati in opera in casseforme recuperabili, infisse per trivellazione Il tubo forma può essere costituito da un unico elemento o da più elementi giuntati tra loro, normalmente per saldatura, mano mano che si procede nell'infissione della cassaforma. Nel caso in cui la cassaforma sia metallica, una volta infissa viene abbandonata nel terreno per difendere il calcestruzzo fresco da eventuali erosioni e dilavamenti (palo tubato), il tubo impiegato è formato da un leggero lamierino a superficie ondulata.
Pali costruiti fuori opera La categoria comprende tutti i pali prefabbricati e infissi nel terreno sia per battitura che con getti di acqua compressa. Sono stati i primi ad essere impiegati dopo i pali in legno. La sezione dei pali è piena e in genere quadrata, esegonale e talvolta ottagonale. La sezione circolare cava è adottata per i pali centrifugati. Questa categoria di pali è in genere rastremata. Il palo deve essere dotato di una idonea armatura capace di resistere agli sforzi creati dal sollevamento e dal trasporto, dalla battitura e dal carico statico che deve sopportare.
Tipologia Tra i pali storicamente più noti costruiti fuori opera si ricordano in ordine di tempo: palo Hennebique: di sezione quadrata a facce parallele. L'armatura è costituita da 4 ferri longitudinali e da staffe quadrate disposte a distanza variabile (5 – 8 cm in testa e in punta e 15 – 20 cm nel corpo del palo). La sezione massima è 40x40 cm; palo Considère: in genere di sezione ottagonale. Rispetto al precedente l'armatura trasversale è costituita da staffatura a spirale. Alla punta i pali sono provvisti di una puntazza in acciaio analoga a quella dei pali in legno; palo Bignel: è stato studiato in modo da poter essere infisso senza battitura con l'aiuto dell'acqua in pressione. Presenta un foro centrale lungo l'asse longitudinale attraverso il quale si applica un getto d'acqua o di aria compressa. L'acqua esce anche lateralmente da appositi fori e, dislocando particelle di terreno, facilita la discesa del palo per peso proprio. Tale sistema può essere adottato in terreni sabbiosi o sabbioso-argillosi che possono essere fluidificati dall'acqua in pressione; palo Zublin: è di sezione pentagonale con armatura longitudinale costituita da 5 ferri e staffe disposte a stella. Se infisso con acqua compressa presenta come il precedente un foro longitudinale; palo SCAC: sono pali centrifugati pertanto hanno la sezione cava. L'armatura dell'anello è costituita da ferri longitudinali e da una fitta spirale doppia di filo di acciaio (frettage).
Pali gettati in opera Pali infissi per battitura (in cassaforma recuperabile) Appartengono a questa categoria tutti i pali in calcestruzzo semplice o armato, ottenuti gettando e costipando fortemente del calcestruzzo fresco in una cassaforma metallica (tuboforma) infissa nel terreno con i colpi di maglio, senza asportazione di materiale poiché il tuboforma, a seconda del tipo del palo, è chiuso alla base da una puntazza metallica (recuperabile o a perdere) o da un tappo in calcestruzzo. La cassaforma, viene progressivamente estratta e recuperata. Il palo può essere armato con una gabbia metallica composta di ferri longitudinali collegati con una spirale capace di resistere al carico statico che deve sopportare. La gabbia viene inserita nel tuboforma prima del getto.
Tipologia Tra i pali storicamente più noti costruiti in opera si ricordano i seguenti i quali si differenziano in base alla modalità di infissione del tuboforma e del costipamento del calcestruzzo: