Dott. Ing. Francesca Santi PROVINCIA DI PRATO

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1 PROVINCIA DI PRATO LAVORI DI MESSA IN SICUREZZA DELLA PISTA CICLOPEDONALE PRATO- VAIANO NEL TRATTO A MONTE DELLA GALLERIA ESISTENTE IN LOCALITA CARTAIA E2 - RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE PRATO, GENNAIO 2008 RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 1

2 RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 2

3 PREMESSA Il presente progetto riguarda la messa in sicurezza di un tratto della pista ciclopedonale collegante i comuni di Prato e Vaiano in provincia di Prato. Si tratta del tratto immediatamente successivo procedendo verso monte alla galleria artificiale esistente per circa 300 metri lineari. Il progetto che è derivato dallo studio della situazione geologico-geotecnica nonché dalla reale situazione dei luoghi in particolare le modalità di accesso al cantiere e di svolgimento della lavorazioni, si è totalmente concentrato sul pendio che ha provocato le frane ed ha individuato una serie di interventi progettuali che mettono in sicurezza il pendio rispetto all instabilità di porzioni superficiali del medesimo. Gli interventi che costituiscono il progetto per la messa in sicurezza del tratto di ciclabile oggetto in passato di frane possono essere così sintetizzati: Pulizia generale dell area dalla vegetazione e disgaggio del materiale superficiale instabile; Manutenzione della barriera paramassi esistente con svuotamento della medesima, integrazione di una rete a maglia fine di maggiore resistenza al fine di impedire lo scivolamento verso valle del materiale fine; Posizionamento di una nuova barriera paramassi in quota al fine di impedire la caduta di massi dall alto che presentino traiettorie non intercettabili dall attuale barriera; Consolidamento generale del pendio interessato da frane con intervento di ricoprimento con rete in acciaio rinforzata con funi diagonali ed ancoraggi in barre. Inoltre al fine di impedire fenomeni di dilavamento visto che le acque superficiali non sono in alcun modo regimate verrà posta sul terreno una geostuoia che trattenga il materiale fine ed aiuto il rinverdimento del pendio; Fasciatura di importanti ammassi rocciosi non disgaggiabili e per la stabilità dei quali non risulta sufficiente l utilizzo del sistema di consolidamento previsto e pertanto si ricorre ad un consolidamento di tipo attivo con utilizzo di reti a maglie snodabili realizzate con funi in acciaio; In ultimo si procederà al ripristino del fondo della pista ciclabile per garantire una percorribilità in sicurezza della medesima. RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 3

4 In particolare la presente relazione specialistica riguarda i criteri e i dettagli del calcolo di dimensionamento degli elementi considerati in particolare la rete metallica per il consolidamento e la barriera paramassi. DESCRIZIONE DEL CONTESTO E DELL INTERVENTO Con riferimento alle informazioni di carattere geotecniche derivate dall osservazione del sito e dalla relazione geologico-geotecnica, a firma del geologo Carlo Meoni, i terreni coinvolti sono essenzialmente le mare calcaree e i calcari marnosi della formazione di Monte Morello,benché ai fini di questo dimensionamento siano stati considerate le porzioni superficiali, alterate fino ad assumere i connotati di terreno vegetale (fortemente pedogenizzato). Per il calcolo che segue, assumendo distacchi superficiali nell ambito delle porzioni alterate, si adottano i valori indicati nella relazione geotecnica, qui riassunti: inclinazione del versante: angolo di attrito del materiale: 30 peso di volume: 20 kn/m3 coesione: 0 kpa Relativamente all inclinazione del versante, sono state individuate tre classi come si deduce dallo stralcio della planimetria di Figura 1. I dimensionamenti sono stati svolti su tre classi rappresentative, che andranno però confrontati con le reali esigenze di stabilizzazione del versante. Come si può notare la coesione è stata considerata nulla, a partire da quanto indicato in relazione fino a nulla, poiché si presuppone che la porzione corticale sia fortemente alterata. Ciò è sicuramente a favore di sicurezza, in quanto un minimo di coesione è sempre sicuramente presente, vista l inclinazione del versante molto maggiore dell angolo di attrito interno del terreno. RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 4

5 I LOTTO II LOTTO Figura 1: planimetria con classi di inclinazione del versate DESCRIZIONE DEL METODO DI DIMENSIONAMENTO Il sistema di calcolo impiega un sistema che abbina, ai fini del consolidamento di versanti, rete metallica in filo di acciaio e ancoraggi in barra con piastra di ripartizione. Chiaramente, affinché il contributo sia sensibile, il materiale che riveste il versante, avente la funzione di distribuire lateralmente i carichi e le sollecitazioni, deve essere di caratteristiche tali da poter essere apprezzabili, ovvero, in altre parole, avere una resistenza a trazione intrinseca elevata nelle due direzioni, ma anche una resistenza al punzonamento. In accordo alla Norma europea di inquadramento delle procedure di Soil Nailing, i rivestimenti in rete vengono considerati un Flexible Facing. Una delle peculiarità del sistema previsto è anche quello della durata nei confronti della corrosione: la protezione è garantita dalla galvanizzazione che abbina allo Zinco una percentuale significativa di Alluminio, tale da implementare sensibilmente la durata anche in ambienti aggressivi. RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 5

6 In abbinamento alla rete, è prevista una piastra di ripartizione dei carichi trasferiti dagli ancoraggi alla rete e viceversa, in grado in sostanza di conferire, in abbinamento alla rete, in maniera omogenea i carichi con i quali gli ancoraggi sono serrati. Pur non essendo ancora codificato in maniera univoca il metodo di calcolo di questo tipo di interventi, si possono indicare dei caratteri generali di intervento che si basano sugli schemi dell equilibrio limite, ma che poi vengono comunque confrontati con regole di buona tecnica fonte dell esperienza di interventi precedenti. Si riporta lo schema di calcolo: - verifica globale: RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 6

7 - verifica locale: - verifica al punzonamento Il modello applica l Eurocodice 7 in tema di progettazione geotecnica, ossia introducendo Fattori di Sicurezza parziali, come meglio specificato in seguito, e dunque tiene conto di: 1. inclinazione del versante 2. spessore dello strato instabile RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 7

8 3. angolo di attrito caratteristico del terreno 4. coesione caratteristica del terreno 5. peso di volume caratteristico del terreno 6. sollecitazioni sismiche Alle voci 3, 4 e 5 può essere applicato un Fattore di Sicurezza parziale (normalmente F =1.25 applicato alla tangente dell angolo, Fc=1.5 F =1.0) che ne riduce i valori. Un ulteriore Fattore di Sicurezza parziale è legato all incertezza del modello, e viene normalmente imposto Fmod=1.1. Risulta inoltre significativa la scelta dell elemento di ancoraggio e consolidamento profondo; in particolare si è individuato la tipologia, l eventuale pre-tensione dell elemento, l angolo di applicazione del carico rispetto all orizzontale ed è stato imposto un decadimento delle proprietà meccaniche dell acciaio a seguito di corrosione (ossidazione) che può avvenire se la cementazione dell armatura del foro non viene eseguita in maniera corretta. In accordo alle RECOMMENDATIONS CLOUTERRE 1991 (francesi), il degrado per ossidazione porta l acciaio in barre immerso in terreni aggressivi a perdere, dopo 100 anni, 4 mm di diametro. IPOTESI ESAMINATE Sono state analizzate complessivamente 7 ipotesi di dimensionamento, riepilogate in Tabella 1, distinte principalmente sulla base della variazione della coesione e dello spessore coinvolto simultaneamente in un evento di scivolamento. Ipotesi Spessore Inclin. versante c F F c F mod Ancor. / diam. Pretensione [n ] [m] [ ] [ ] [kpa] [kn/m³] [-] [-] [-] [mm] [kn] [ ] Incl.anc. Dec Tabella 1: ipotesi di calcolo no no no RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 8

9 Dove, a completamento di quanto citato in introduzione all analisi, per quanto attiene alla parte bassa del versante: lo spessore t è stato fatto variare in funzione dell inclinazione del versante; per ricercare scenari diversi nell ambito dell eventuale instabilità. Benché in relazione geologica fossero state indicate potenze instabili anche dell ordine di 4 in alcune sezioni (cfr. pag. 9), non sono state investigate potenze maggiori poiché ricondurrebbero a considerazioni di geotecnica profonda maggiormente complessa che esulano, anche per quanto attiene alle proposte di intervento, dagli scopi di questo dimensionamento. l angolo di attrito interno stato considerato pari a 30, corrispondente a quanto dedotto dalle indagini sismiche, e conseguentemente indicato nella relazione di riferimento. Il valore effettivamente utilizzato per il calcolo è comunque inferiore a quanto stabilito dalle analisi in situ e ulteriormente ridotto di un coefficiente (come chiarito successivamente). I fattori di sicurezza parziali relativi all attrito sono stati mantenuti costanti, e a valori che recepiscono l Eurocodice citato in precedenza- Ciò comporta, come si evince dai tabulati allegati, che nei calcoli l angolo di attrito viene ridotto fino a 24.8 (il fattore di sicurezza è applicato sulla tangente dell angolo). L ancoraggio ipotizzato è del tipo in barra piena di diametro 28 mm; essi sono stati ipotizzati ad azione passiva (pur con un pre-carico di 30 kn), anche se diviene importante ai fini della collaborazione di tutti gli elementi del sistema, che le piastre degli ancoraggi siano alloggiate direttamente sul versante e fatte penetrare laddove possibile nello strato superficiale dell affioramento, al limite, essere realizzate nelle concavità naturali o artificiali del versante. Gli ancoraggi, per sfruttare al massimo la loro resistenza al taglio, sono ipotizzati con asse disposto normalmente alle discontinuità favorevoli allo scivolamento, quindi con angolo di inclinazione sull orizzontale ( ) nell ordine mediamente di 25. Ulteriore variabile in seno agli ancoraggi è il decadimento meccanico legato alla corrosione per ossidazione, come anticipato in precedenza. Il decadimento non è stato ammesso, ovvero, in altre parole, è stata considerata applicata ogni misura necessaria per realizzare l ancoraggio a perfetta regola d arte, anche perché si RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 9

10 presume che la fase di iniezione da parte della Impresa appaltatrice venga particolarmente curata e/o seguita dalla DL. Dell ancoraggio ipotizzato sono riportati in seguito le resistenze dichiarate dai produttori. Area Snervamento Res.trazione Taglio Res.taglio mm² N/mm² kn N/mm² kn BARRA PIENA 28 mm Tabella 2: identificazione degli ancoraggi previsti RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 10

11 RISULTATI DEGLI ELEMENTI DI ANCORAGGIO Per effetto delle considerazioni sopra espresse, in riferimento agli allegati tabulati ed allo schema sottostante, Figura 2: Layout dell intervento tipico si ottengono i seguenti risultati: ipotesi spaziatura orizzontale spaziatura verticale Anc. Diam. Pre-tensio- Inclinazion e Dec. (a) (b) namento ancoraggio ( [n ] [m] [m] [mm] [mm] [KN] [ ] sì/no BARRA No Tabella 2: risultati del dimensionamento. RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 11

12 DETERMINAZIONE DELLE LUNGHEZZE DEGLI ANCORAGGI IN BARRA Nel seguito viene dimensionato il diametro di perforazione e la profondità dell ancoraggio relativamente all ipotesi più cautelativa, ossia che lo strato instabile sia dello spessore di 1,50 m. L ancoraggio adottato nel presente dimensionamento è una barra piena di 28 mm con snervamento a 500 N/mmq con perforazione resa di 42 mm Si assumono i seguenti parametri per la resistenza unitaria di sfilamento: terreni alterati-malta=0.5 N/mm2 (PTI 1996, Wyllie 1999) acciaio-malta=1.0 N/mm2. Il carico di progetto per il calcolo della lunghezza di ancoraggio si assume pari al massimo carico di resistenza a rottura della rete per punzonamento con piastra romboidale, il valore è 90 kn. L ancoraggio è costituito da una barra con carico di snervamento per trazione pari a 308 kn. Il diametro di perforazione è assunto pari a 42 mm. a) Verifica sfilamento bulbo terreno F Ø perf L dove: è la resistenza al taglio nell interfaccia terreno sciolto -malta iniezione; si trascura la resistenza del primo metro per l attraversamento del corpo in materiale detritico; L è la lunghezza di ancoraggio necessaria nel terreno Si ha quindi: F L Ø * 42*0.5 1 perf 1364mm b) Verifica sfilamento malta di iniezione acciaio F Ø perf L dove: è la resistenza al taglio nell interfaccia acciaio-malta iniezione L è la lunghezza di ancoraggio necessaria nel terreno RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 12

13 Quindi: L F Ø * 28*1.0 2 anc 1023mm c) Verifica della resistenza dell acciaio costituente la barra Questa verifica è superata in quanto il carico applicato di 90kN è minore della resistenza della barra che vale rispettivamente 308 kn. Il Fattore di sicurezza risultante è in questo caso Fs= 308/90 > 3.0, ritenuto sufficientemente ampio per tenere in conto anche si sollecitazioni combinate di trazione e taglio. Il valore massimo necessario L1 = 1364 mm deve essere ovviamente sommato allo spessore instabile che potrebbe mobilizzarsi lungo il giunto di discontinuità individuato, posto, nelle assunzioni di questa relazione, come asserito precedentemente, pari al massimo a 1500 mm. Con un fattore di sicurezza minimo pari a 1.5 (incertezza sulla qualità della iniezione, reale posizione del piano di scivolamento, eventuale residua presenza di infiltrazioni d acqua, tratto iniziale di foro degradato) si ottiene: L a = L 1 *1.5 + S t = 1364* = 3546 mm 3,5 m dove L a è la lunghezza complessiva dell ancoraggio L 1. è la lunghezza di sicurezza da calcolo S t è lo spessore dello strato in potenziale scivolamento Si adotterà pertanto la lunghezza degli ancoraggi L = 3,50 m RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 13

14 DIMENSIONAMENTO DELLA BARRIERA PARAMASSI Il pendio presenta già installata una barriera paramassi che si trova in stretta vicinanza della pista ciclabile. Per effetto dell intervento di manutenzione previsto la barriera verrà ripristino ai suoi valori di assorbimento di progetto ovvero 750 kj e pertanto è stato possibile considerarla come pienamente efficiente nelle verifiche effettuate. Il progetto ha previsto quindi l installazione di una barriera di più piccolo assorbimento energetico (250 kj), ma posta in quota in modo da intercettare i massi le cui traiettorie non intersecavano la prima barriera. La verifica è stata condotta per tutte le sezioni significative del pendio. Si riporta a titolo esemplificativo i principali risultati dell analisi svolta. - geometria del pendio: RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 14

15 - traiettorie prevedibili dei massi: Massa 1500 kg; Velocità orizzontale iniziale 3 m/s; Velocità verticale iniziale 2 m/s; Materiale di base sottofondo roccioso RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 15

16 - energia assorbita dalla barriera di monte: - altezza di intercetto per la barriera di monte: RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 16

17 - energia assorbita dalla barriera di valle: - altezza di intercetto: - energia cinetica dei massi in funzione del pendio: RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 17

18 - altezza massima di caduta dei massi RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 18

19 Si ritiene in conclusione che il dimensionamento e la posizione della barriera si possa ritenere correttamente effettuato. IL PROGETTISTA Ing. Francesca Santi RELAZIONE SPECIALISTICA DELLE STRUTTURE 19