OPERE VERTICALI O A PARETE O A MURO. Prof. Ing. Paolo De Girolamo

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1 OPERE VERTICALI O A PARETE O A MURO Prof. Ing. Paolo De Girolamo

2 GENERALITA Verticale pura Verticale con sovrastruttura inclinata Verticale su imbasamento a gettata detta di tipo composto

3 Caratteristiche generali: - Carichi in fondazione pulsanti, di entità maggiore rispetto a quelli delle opere a gettata - Minore capacità di adattarsi a cedimenti, specialmente se differenziali, rispetto alle opere a gettata Migliori caratteristiche meccaniche dei terreni di fondazione rispetto a quelli necessari per le opere a gettata

4 Caratteristiche generali: - Comportamento a rottura di tipo fragile; - Elevati valori delle pressioni istantanee nel caso di onde frangenti Questi aspetto hanno storicamente portato a porre come condizione che queste opere dovessero essere soggetta solo a moto ondoso stazionario non frangente. Oggi questa limitazione è stata superata. Inoltre hanno portato, ad accettare una probabilità di superamento, Pf, dell Hs di progetto durante la vita economica dell opera Tv, inferiore rispetto a quella accettata per le opere a gettata. Sostanzialmente a parità di Tv si aumenta il Tempo di ritorno Trp della mareggiata di progetto per ridurre Pf. Pf = 1 [ 1-1/T rp ] Tv

5 Cella di pressione p (t) Segnale di pressione periodo uguale a quello dell onda gh t (s) T T Moto ondoso stazionario

6 Cella di pressione p (t) p (t) Pmax = pressione di impatto molto elevata ma di durata t di decimi/centesimi di secondo Segnale di pressione periodo uguale a quello dell onda gh t (s) gh t t (s) T T T T Moto ondoso stazionario Moto ondoso frangente

7 H = altezza d onda significativa di proggetto correlata a un Tr maggiore rispetto a quello delle opere a gettata dell ordine dei 100 anni Condizioni di non frangimento di Larras: D >2,5 3H d > 2H Le verifiche vanno effettuate con altezze d onda maggiori di Hs H max = 1,6 ~ 2,0 H s H 1/100 = 1,67 H s H 1/20 = 1,4 H s ; H 1/10 = 1,27 H s

8 - I sormonti non sono pericolosi per la stabilità dell opera - Muro paraonde: a/b = 1/1 4/1 si cerca di far lavorare il muro a gravità per contenere le armature ovviamente se non lavora a gravità va garantita la continuità strutturale del muro nel coronamento sia eseguendo un unico getto sia con le armature a b

9 a b Civitavecchia Antemurale Cristoforo Colombo

10 Protezione al piede masso guardiano

11 Protezione al piede masso guardiano

12 Protezione al piede masso guardiano

13 Protezione al piede con tetrapodi

14 Tipologie costruttive della parete verticale Opere costituite da massi artificiali di piccole dimensioni Pesi dell ordine delle t raramente si superavano le t I giunti sfalsati garantiscono maggiore compattezza

15 Vantaggi: - deformabilità; - possibilità di graduare le sollecitazioni trasmesse alla scogliera; - possibilità di regolarizzare l opera prima del getto del coronamento; - usare massi come sovraccarico temporaneo per accelerare cedimenti. Svantaggi: - mancanza di moniliticità; - tempi di realizzazione

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17 La disposizione a colonna garantisce una maggiore deformabilità

18 Tecniche per migliorare il collegamento tra i massi

19 Opere costituite da massi cellulari riempiti di calcestruzzo Non appena furono disponibili gru in grado di mettere in opera pesi dell ordine delle t, si sviluppò la tecnica dei massi cellulari. Massi cellulari = strutture scatolari, di calcestruzzo generalmente non armato, con larghezze pari a quella del muro riempite di calcestruzzo in opera.

20 Inconvenienti principali nella fase costruttiva dovuta al getto in presenza di moto ondoso anche all interno dei massi. Per queste ragioni le strutture cellulari sono state abbandonate. Oggi si impiegano solo per le opere interne portuali.

21 Opere costituite da massi di grandi dimensioni ( ciclopici ) Il passo successivo fu l adozione dei massi ciclopici, cioè massi di calcestruzzo praticamente pieni, di larghezza pari a quella del muro e di altezza compatibile alle capacità di sollevamento dei mezzi d opera e tali da evitarne un compèortamento fragile durante la fase di trasporto e posa in opera. Dimensioni usuali: m di lunghezza, da 3 a 5 m di altezza, peso compreso tra 350 e 1000 t circa. Il peso è tale che il sollevamento viene effettuato con dispositivi agenti in appositi fori che poi vengono utilizzati, previo inserimento di barre di acciaio come profilati e cementazione, per solidarizzare in opera I massi.

22 Il collegamento longitudinale può essere effettuato con giunti maschio femmina anche se questi giunti portano a qualche problema dovuto ad una eccentricità del baricentro rispetto al centro di figura. Per i getti di calcestruzzo all interno dei pozzetti sono sorte le stesse perplessità enunciate per I massi cellulari. Per ovviare a questi problemi si sono utilizzati tubi di piombo interposti tra masso e masso in corrispondenza dei bordi. In alcuni casi I pozzetti non attraversano l intero masso di base per evitare di perdere il calcestruzzo nella scogliera. La posa in opera avviene: - tramite pontoni gru di grandi dimensioni, oppure - con gru a portale sostenute da due pontoni che si spostano lungo i lati del muro. Il primo è più rapido ma meno preciso. Il secondo è molto preciso ma più costoso e offre qualche problema per i massi superiori.

23 Opere costituite da cassoni prefabbricati galleggianti (o fottanti) Si tratta di cassoni in cemento armato prefabbricati, trasportati in galleggiamento, affondati e infine zavorrati con materiale inerte o calcestruzzo. Sono una tipologia strutturale tipica delle costruzioni marittime utilizzata non solo per le opere esterne di difesa dei porto ma anche per le opere interne e nelle strutture offshore.

24 Opere costituite da cassoni prefabbricati galleggianti (o flottanti) Si tratta di cassoni in cemento armato prefabbricati, trasportati in galleggiamento, affondati e infine zavorrati con materiale inerte o calcestruzzo. Sono una tipologia strutturale tipica delle costruzioni marittime utilizzata non solo per le opere esterne di difesa dei porto ma anche per le opere interne e nelle strutture offshore. Cassoni rettangolari

25

26 Getto di malta plastica in opera per sigillare il collegamento

27 Cassoni circolari

28 Dimensioni tipiche dei cassoni: - fino a 40 m di lunghezza; m di larghezza - oltre 20 m di altezza Le limitazioni sulla lunghezza sono dovute oltre che dalle dimensioni delle piattaforme di prefabbricazione, dalla necessità di limitare coazioni dovute a cedimenti differenziali delle fondazioni. L altezza è limitata da ragioni costruttive essendo limitata dalla profondità di specchi d acqua protetti. La percentuale di armatura è mediamente di kg/m 3 potendo arrivare a kg/m 3. La soletta e gli sbalzi di base sono fortemente armati con Spessori da 50 a 100 cm. Glispessori delle pareti esterne vanno dai 30 ai 50 cm mentre quelli delle pareti interne da 15 a 20 cm. Le dimensioni delle celle di solito non superano i 3,0 a 4,0 m in nessuna delle dimensioni principali.

29 Ekofisk (mare del nord) ha richiesto cassoni alti 70 m che sono stati eseguiti con metodi tradizionali fino a 20 m di altezza, quindi terminati in fase di galleggiamento all interno di un fiordo norvegese.

30 La suddivisione in celle è necessaria per diversi motivi: - motivi di economia, a causa del riempimento che può essere di inerte per tutte le celle o solo per quelle interne quando le esterne si devono riempire di calcestruzzo; - motivi statici. Le pareti interne riducono le sollecitazioni in tutte le fasi di costruzione; - motivi di stabilità al galleggiamento; - possibilità di esecuzione di eventuali getti di calcestruzzo all asciutto, vuotando di volta in volta le singole celle.

31 La forma delle celle interne è di solito rettangolare. Più raramente per ridurre le sollecitazioni a flessione possono avere forma subcircolare

32 Il materiale di riempimento può essere costituito da calcestruzzo o da inerte. Secondo alcuni l impiego di inerte nelle celle esterne è pericoloso nel caso di rottura di una parete esterna che può causare perdida di stabilità del cassone a causa della fuoriuscita del materiale. Generalmente è difficile che si rompa una parete esterna e comunque la perdita di stabilità per svuotamento di una cella è trascurabile. E stato suggerito l utilizzo di inerti con granulometria appositamente assortita così da poter intervenire nel caso di rottura di una parete con iniezioni di malta di cemento ottenendo calcestruzzo del tipo prepakt o colgrate. Il riempimento delle celle con calcestruzzo può avvenire: - all asciutto con l aggravio delle condizioni statiche delle pareti interne; - in presenza d acqua facendo attenzione al dilavamento del calcestruzzo e al distacco delle parerti interne.

33 Stabilità nautica al galleggiamento. La stabilità nautica di un galleggiante consiste nella sua attitudine ad opporsi a cause sbandanti come il moto ondoso. G = baricentro C = centro di carena Coppia sbandante C G Se G è posto sotto a C il natante è sempre in condizioni di stabilità

34 Stabilità nautica al galleggiamento. La stabilità nautica di un cassone consiste nella sua attitudine ad opporsi a cause sbandanti come il moto ondoso. G = baricentro C = centro di carena Coppia sbandante C G Coppia stabilizzante Se G è posto sotto a C il natante è sempre in condizioni di stabilità. Questa situazione non accade mai per i cassoni

35 Stabilità nautica al galleggiamento. Se G è posto sopra a C il natante può essere o non essere in condizioni di stabilità G = baricentro C = centro di carena M = metacentro trasversale Coppia sbandante Coppia sbandante M G M G C C Coppia stabilizzante Se M è sopra G si è sempre in condizioni di stabilità C e G formano una coppia sbandante Se M è sotto G si è sempre in condizioni di instabilità

36 Stabilità nautica al galleggiamento. In generale affinchè il cassone galleggi in condizioni di stabilità nautica e in posizione verticale deve accadere: 1- il baricentro G e il centro di carena C o devono trovarsi sulla verticale passante per il baricentro e normale al piano di galleggiamento; 2- la spinta di galleggiamento e il dislocamento si devono equivalere; 3 il cassone non deve essere totalmente immerso G = baricentro C o = centro di carena G C o

37 Stabilità nautica al galleggiamento. La posizione del centro di carena C varia al variare dell angolo di sbandamento. Per piccole oscillazioni intorno alla posizione di equilibrio, si può assumere che descriva una circonferenza di raggio r. M r =C o M=raggio metacentrico trasversale r G C o C

38 Stabilità nautica al galleggiamento. La posizione del centro di carena C varia al variare dell angolo di sbandamento. Per piccole oscillazioni intorno alla posizione di equilibrio, si può assumere che descriva una circonferenza di raggio r. M r =C o M=raggio metacentrico trasversale La coppia stabilizzante M S vale: M s = P (r-a) sen α =Pwsenα r w G Dove P è il dislocamento del cassone. w = (r-a) altezza metacentrica a (r-a) sen α Affinchè Ms sia stabilizzante deve risultare: C o C w = (r-a) >0 Coppia stabilizzante M s

39 Stabilità nautica al galleggiamento. r =C o M=raggio metacentrico trasversale w = (r-a) = altezza metacentrica M Si può dimostrare che r è pari a: r= I V r w I = momento di inerzia baricentrico minimo della sezione di galleggiamento; V = volume della parte immersa ovvero volume di carena nella posizione verticale a G (r-a) sen α Pertanto affinchè la coppia sia stabilizzante deve risultare: w = (r-a) >0 e quindi: C o C w= >C o G I V Coppia stabilizzante M s

40 Stabilità nautica al galleggiamento. w = altezza metacentrica I = momento di inerzia baricentrico minimo della sezione di galleggiamento; V = volume della parte immersa ovvero volume di carena nella posizione verticale w= I >C o G V Se il cassone è vuoto (non c è acqua) si ha per I: I = 1/12 b h 3 Per ragioni di sicurezza si fa in modo che risulti: - w>0,5min fase di trasporto - w>0,3min fase di varo (uscita impianto) e affondamento V G = baricentro C o = centro di carena M = metacentro trasversale M G w C o b Se il cassone non è stabile al galleggiamento, per il trasporto si ricorre a zavorre solide disposte sul fondo del cassone h

41 Stabilità nautica durante l affondamento Per ragioni di velocità, per affondare il cassone si ricorre al suo riempimento con acqua. Se il cassone non fosse diviso in celle, il riempimento con acqua ridurrebbe fortemente la stabilità in quanto si ridurrebbe molto l altezza metacentrica a causa della diminuzione di I. Ciò si tradurrebbe nell impossibilità di affondare il cassone con acqua. M La riduzione del momento d inerzia sarebbe pari a: I I = 1/12 b h 3-1/12 b h 3 il che provocherebbe una elevata riduzione di w: w= I >C o G V V G w C o Sostanzialmente al momento d inerzia minimo della sezione di galleggiamento andrebbe sottratto il momento d inerzia dello specchio liquido posto all interno del cassone. Poichèi due momenti sono quasi uguali, il numeratore di w, e quindi w, tenderebbero a zero rendendo instabile il cassone. h b b h

42 Stabilità nautica durante l affondamento La presenza delle celle riduce enormemente il termine da sotrarre ad I, facilitando la stabilità del cassone. Infatti indicando con I i il momento di inerzia di ogni specchio liquido relativo ad ogni cella si ottiene: V M G w C o I Σ w= i I i >C o G V b i h i dove: I i = 1/12 b i h i 3 b Assi di rotazione dei singoli specchi liquidi Per facilitare l uniformità del riempimento tra le varie celle, esse sono collegate idraulicamente a gruppi. Ovviamente il collegamento può essere anche chiuso. h

43 Riempimento dei cassoni Il riempimento dei cassoni con inerti o calcestruzzo è una operazione lunga a causa: - dei volumi in gioco; - di consentire un graduale aumento dei carichi in fondazione; - di evitare sollecitazioni eccessive sulle pareti delle celle. A tal proposito è consigliabile non gettare il calcestruzzo per altezze notevoli In quanto il calcestruzzo esercita una spinta idrostatica, ma occorre attendere la presa.

44 Modalità realizzative dei cassoni La costruzione dei cassoni viene effettuata in diversi modi: - costruzione in scalo di alaggio; - costruzione in bacino, che può essere o un bacino di carenaggio o appositamente costruito; - costruzioni su piattaforme mobili collegate a strutture fisse o galleggianti

45 Costruzione in scalo di alaggio Il metodo è quasi del tutto abbandonato a causa di: - getto delle pareti non in verticale; - sollecitazioni notevoli nella platea durante il varo

46 Costruzione in bacino appositamente costruito (tura)

47 Costruzione in bacino appositamente costruito (tura) Chioggia Porto Rifugio - Condotte d Acqua Costruzione dei cassoni di spalla e di fondazione delle paratoie in tura.

48 Costruzione in bacino di carenaggio Bacini di carenaggio galleggianti ad Augusta

49 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

50 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

51 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti Struttura galleggiante a catamarano

52 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

53 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

54 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

55 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

56 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

57 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

58 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

59 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

60 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

61 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

62 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti

63 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti Svuotamento torri ed emersione bacino

64 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti Trasporto del cassone

65 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti Una volta giunto nel luogo di posizionamento, il cassone viene preparato per la posa in opera, vengono montati dei gruppi elettrogeni e delle pompe idrauliche che servono a pompare acqua all interno del cassone per l affondamento. Pompa idraulica Immissione acqua nelle celle

66 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti Il cassone mediante rimorchiatori e tiranti posti sulla struttura gia esistente viene posizionato sull imbasamento nella posizione esatta per essere affondato. Fasi di avvicinamento al punto di affondamento

67 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti Una volta posizionato esattamente in linea con i cassoni precedentemente posati, si inizia la fase di affondamento del monolite. Inizio affondamento

68 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti Tramite le pompe precedentemente montate si inserisce acqua di mare nelle celle fino a quando il cassone non poggia sull imbasamento preparato. Fase di affondamento quasi terminata

69 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti Ultimata la posa del cassone, nel più breve tempo possibile si versa del materiale inerte nelle celle.

70 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti Completato il riempimento del cassone con materiale inerte si attendono circa 7 giorni per farlo assestare sull imbasamento. Dopo l assestamento si procede ad una gettata di cemento di copertura lasciando i ferri di ripresa per la banchina calpestabile e il muro paraonde.

71 Costruzione su piattaforme mobili galleggianti Costruzione del muro paraonde

72 Costruzione ultimata del muro paraonde

73 Costruzione su piattaforme mobili fisse

74 Castellamare di Stabia

75 Nuova diga a cassone flottante a Montecarlo

76 OPERE DI TIPO VERTICALE PURO

77 Cofferdams

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79 OPERE DI TIPO COMPOSTO PARTICOLARI

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81 Palafitte imbottite di scogliera utilizzate una volta per i moli guardiani dei porti-canale

82 OPERE A PARETI VERTICALI FORATE O A PARETE SPEZZATA O DISCONTINUA Sono state studiate una serie di varianti ai cassoni tradizionali per ridurre gli inconvenienti tipici delle pareti verticali tradizionali e precisamente: - la riflessione del moto ondoso (quasi totale); - possibilità di frangimento di singole onde a ridosso della parete; - possibilità di erosioni al piede; - tracimazioni del moto ondoso. I cassoni forati, introdotti da G.E. JARLAN, consentono di ridurre i problemi sopra richiamati

83 CASSONI FORATI Cassoni forati del Porto Industriale di Porto Torres

84 Cassoni forati Porto Torres

85 Cassone forato Sorrento

86 Cassone Jarlan Dieppe

87 Dighe giapponesi con cassoni di geometrie particolari

88 - Cassone forato per ridurre tracimazioni; - Tettoia di protezione per tracimazioni; -- Massi guardiani in tetrapodi Diga foranea di Favignana

89 Le pareti spezzate riducono le spinte e la riflessione ma aumentano la tracimazione

90 Coronamento arretrato per ridurre le spinte complessive sull opera. Aumenta la portata di tracimazione Antemurale Cristororo Colombo di Civitavecchia

91

92 CONFRONTO TRA OPERE A GETTATA E A PARETE VERTICALE Prescindendo da problemi particolari di fondazioni ed in assenza di rilevanti oscillazioni di marea, la convenienza della soluzione a parete verticale rispetto a quella a gettata inizia a manifestarsi per profondità di imbasamento superiori a m. Al di sopra dei 20 m di fondale è certamente conveniente la soluzione a parete verticale. In tutto il campo m di fondale è necessario un confronto tecnico economico molto accurato per decidere la convenienza dell uno o dell altro tipo di opera. Si tratta proprio del campo in cui normalmente in Mediterraneo non si può raggiungere la sicurezza che si verifichi il moto stazionario e nel quale, contemporaneamente, le azioni del moto ondoso sono molto rilevanti ai fini del dimensionamento di ambedue i tipi di strutture.

93 OPERE DI TIPO SPECIALE

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