PRINCIPI DI STABILITÁ DELLE CONDOTTE INTERRATE

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1 PRINCIPI DI STABILITÁ DELLE CONDOTTE INTERRATE Ing. Vincenzo D Angelo Servizio tecnico Società del Gres Cagliari 9 ottobre 2014

2 La prestazione funzionale di una condotta viene garatita essa risulta : SOLO SE Staticamente stabile di geometria certa durevole nel tempo non influenzabile da fattori esterni di prestazioni idrauliche definite

3 Le condizioni citate sono tutte strettamente connesse alla STABILITÁ STRUTTURALE DELLA CONDOTTA Intesa come Equilibrio tra le sollecitazioni statiche e dinamiche esterne e Le resistenze interne 3 presenti all interno del sistema tubo - terreno 2 1 h 4 d m 5 b

4 Andamento del sistema di forze sollecitanti

5 La struttura resistente: il sistema tubo terreno Andamento delle pressioni nella zona tubo

6 La struttura resistente: il sistema tubo terreno Coefficiente di elasticità in sito n E E s t r s 3 E s = modulo di reazione ( elastico ) del terreno nella zona tubo E t =modulo elastico del mtariale del tubo r = raggio medio del tubo s = spessore parete tubo

7 La struttura resistente: il sistema tubo terreno Modulo di reazione del terreno Densità relativa D D max % grandezza che esprime il grado di addensamento di un terreno rispetto all addensamento massimo ottenuto in laboratorio sullo stesso terreno Modulo di reazione: E d [N/m 3 ] più correttamente modulo EDOMETRICO o di compressibilità. E la forza necessaria per provocare una deformazione assegnata in un provino di terreno 2 N/mm

8 La struttura resistente: il sistema tubo terreno Il comportamento della condotta Tubo ad elevata rigidità Tubo Deformabile Tubi in gres Tubi in cls Tubi in calcestruzzo polimerici Tubi in PVC (compatto - strutturato) Tubi in PeAd (compatto strutturato) Tubi in PrFv Fattore caratteristico: carico di rottura Kr = kn/m 2 Fattore caratteristico: rigidezza anulare Sn = kn/m 2 Ordine di grandezza carico a rottura: 1 3 x 10 2 kn/m 2 Ordine di grandezza modulo elastico : 10 5 N/mm 2 Ordine di grandezza rigidezza anulare: 4 16 kn/m 2 Ordine di grandezza modulo elastico : 10 3 N/mm 2

9 La rigidità del sistema tubo-terreno coefficiente di elasticità in sito n E E s t r s 3 (*) E t >> E s E t E s Sistema bassissima deformabilità Il terreno si deforma più del tubo 1 > n > 1 Sistema ad alta deformabilità Il terreno si deforma come il tubo (*) Recepito da UNI 7517/76

10 Condizione di stabilità tubi rigidi tubi deformabili Caratteristica: collasso strutturale senza deformazioni apprezzabili Caratteristica: collasso strutturale con forti deformazioni Condizione di verifica : Allo stato limite di rottura < amm Condizione di verifica : Allo stato limite di esercizio < [% ] Allo stato limite di rottura < amm All equilibrio elastico P crit. < q a (pressione amm. di buckling)

11 Condizione di stabilità tubi rigidi Condizione di verifica : Allo stato limite di rottura Verifica delle tensioni ammissibili o semplicemente con il Metodo diretto: Dove: Q s = (q t + q m + q s + q f ) q t = carico statico dal rinterro q m = carichi mobili in superficie q s = carichi statici in superficie qf = sovraccarico dalla falda K r = F n x E z Fn = carico di rottura del tubo = coeff. di sicurezza (>1,5; 1.75; 2,2) K Q r s Coefficiente di posa Ez K r = carico di rottura in trincea (k r = F n x E z ) Q s = carichi esterni = coeff. di sicurezza (>1.5)

12 Condizione di stabilità tubi deformabili Condizione di verifica : Allo stato limite di esercizio dove: - q t = carico rinterro - q m = carico mobile D d K s ( f r q 2 E t e 3 3 D t 3 Allo stato limite di rottura q 0 m. 061 q s K a q E f s ) a amm % - q s = carico styatico sulla surpeficie - qf = carico acqua di falda - K s = fattore di inflessione - K a ; a = fattori di correzione statistica - f r = fattore di costipazione del terreno int est N a t N a i t i All equilibrio elastico P qa crt 2 E 1 2 s 6 M w t 6 M w 3 t q amm amm 1 E t I 32 R w B ' E 3 FS a dove: - a r = sezione reagente - w r = sezione reagente dove: - qa = la pressione ammissibile di buckling; - FS = il fattore di progettazione = 2,5; - Rw è il fattore di spinta idrostatica della falda eventualmente presente: Rw = 1-0,33 (Hw/H) - B è il coefficiente di supporto elastico fornito dalla relazione: B = 1/(1 + 4e-0,213 H); - H è l'altezza di rinterro; - Hw è l'altezza della falda sulla sommità della tubazione.

13 Determinazione del carico statico da rinterro q t q t = Q t [kn/m 2 ] Q t = C x x b [kn] C = coefficiente di carico : 1 exp trincea stretta C 2 K h ( 2Katg ) b a tg 2 2 D e trincealarga C trinceainf inita C D h e r D e 1 D e Ka tan 90 ( 2 2 ) = angolo di attrito tra la parete di scavo e il riempimento ( = 0.3 1

14 Determinazione del carico mobile q m [kn/m 2 ] dove: q m = a F *f *p F p F F r h F 1 1 h A e h A r A re 5 2 a F h d h m I simboli utilizzati hanno i seguenti significati: d m = diametro medio del tubo h = distanza fra la superficie stradale e l'estradosso del tubo F A = carico sulla superficie considerata F E = carico sulle superfici circostanti a quella considerata r A = raggio medio equivalente della superficie con carico FA r E = distanza del baricentro della superficie considerata dal baricentro dei carichi circostanti L'equazione è valida per: h >= 0,5 m e dm <= 5 m Veicoli F A [KN] F E [KN] r A [m] r E [m] q1c ,153 1,670 q1d ,132 1,185 Coeff incremento dinamico = 1,2 per veicoli tipo q1c, e = 1,4 per il tipo q1d.

15 Determinazione del carico per la falda q f [kn/m 2 ] 2 e D w h w γ f q dove h w = altezza della falda dal fondo tubo w = peso spec. acqua D e = diametro esterno del tubo

16 Determinazione del carico statico q s sul piano campagna [kn/m 2 ] q' s (l 1 2h r Ps ) (l 2 2h r ) q s q' s D Trincea stretta = 0.71 Trincea larga = 0.85 Trincea infinita = 1 P s = carico sul p.c. l 1 ;l 2 = lati dell area di applicazione del carico

17 Determinazione del carico orizzontale r t [kn/m 2 ] r t (q h r t f c q s D 4 e q f ) h r f c D p 4 e E e R t 2 2 r t D e grado di costipazione assente scarso moderato buono Fattore di concentrazione fc 1,,5 6,,10 11,,13 14,,20

18 CONSIDERAZIONI AL CONTORNO FATTORI CONDIZIONANTI LA STABILITÁ DELLE CONDOTTE INTERRATE

19 Distribuzione delle pressioni nel sistema tubo - terreno tubi rigidi tubi flessibili q s q s q p q p q s q s 4dm 4dm Conseguenza: Conseguenza: Si riduce l incidenza dell effetto tubo-terreno (*) Determinante l influenza dell effetto tubo-terreno (*) La stabilità dipende quasi esclusivamente dal tubo La stabilità dipende da molteplici fattori

20 Fattori condizionanti la stabilità delle condotte TUBI RIGIDI TUBI DEFORMABILI Caratteristiche del tubo 1 - RESISTENZA A ROTTURA Kr [f (E)] Fattori di posa 2 - FATTORE DI APPOGGIO Ez Caratteristiche del tubo 1 Rigidità anulare Sn [f (E)] 2 tipo di resina impiegata Fattori di posa 3 - tipo di posa in opera 4 - costipazione del rinfianco 5 - natura dell inerte del rinfianco 6 - stabilità nel tempo del rinfianco 7- Terreno in sito 8 - Presenza di falda

21 Fattori condizionanti la stabilità delle condotte : il tipo di materiale Andamento del modulo elastico nel tempo [Mpa] mpa Gres T 0 = T = 5 x mpa Cls T 0 = T = 3 x mpa PRFV T 0 = 1 x 10 4 T = 0.5 x mpa 900 mpa PVC T 0 = 3 x 10 3 T = 5 x 10 3 PEAD T 0 = 1 x 10 3 T = 0.2x ,3 0,

22 Fattori condizionanti la stabilità delle condotte : il tipo di materiale Andamento del modulo elastico nel tempo [Mpa]

23 Fattori condizionanti la stabilità delle condotte : il tipo di materiale Curva del modulo elastico; curva delle deformazioni % 6000 Deformazioni PeAd 6% % Deformazioni PVC 4% 3% Modulo PVC Modulo PeAd 2% 1% 0 0 0,3 0, Posa: hs = 250; Pe : rinfianco al 92% Pr; rinterro al 83% Pr PVC:rinfianco al 89% Pr; rinterro al 83% Pr

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28 Fattori condizionanti la stabilità delle condotte : il tipo di posa Influenza dell impiego delle armature di scavo Tubo Pe Corr d.e 400 Sn 4 kn/m 2 8 deformazioni ,5 prima del costipamento A seguire il costipamento 5,3 7,3 Dopo il costipamento modalità di rimozione armatura scavo Posa: hs = 2.50 rinfianco al 90% Pr; rinterro al 83% Pr

29 Fattori condizionanti la stabilità delle condotte : La costipazione del rinfianco tubi rigidi tubi deformabili 87% 90% h r h r Sn 48 Q r x E z 4,6 = 1.5 q = 1.95 d = 4,2 3,5 % Diametro (+ 30%) v

30 Fattori condizionanti la stabilità delle condotte : La costipazione del rinfianco

31 Fattori condizionanti la stabilità delle condotte : Il terreno in sito la falda Tipo di terreno ghiaia sabbia limo argilla torba Dimensione < Descrizione / comportamento Protezione scavo tipo Tipo drenaggio Stabilità scavo Cedimenti No / Si blindo SI SI SI SI Palanc / blindo SI SI / Sottoscorrimento Palanc / blindo Palanc / blindo Sottoscorrimento / sifonamento Palanc / blindo Ness. / gravità Pozzo / well. wellpoint nessuno Pozzo / well NO NO - SI t 0 = bassi; t = 0 Sottoscorrimento / sifonamento SI t 0 = alti; t = alti SI t 0 = bassi;t =alti(?) Si /?? SI t 0; = altissimi Sabbia grossa Interventi sulla falda Livello falda drenata Inizio posa Tempi di risalita Al piano di posa A scavo asciutto A scavo chiuso Al piano di posa Sabbia fine 20, 30 cm sotto il piano di posa Sabbia grossa A scavo chiuso Sabbia fine Graduale Sabbia grossa A scavo chiuso Sabbia fine Graduale 50 cm sotto il piano di posa (attendere discesa acqua interstiziale) Ritardato se bonifica del p.p. con leganti Al piano di posa (Eliminazione acqua da orizzonti permeab.) A scavo asciutto Ritardato se bonifica del p.p. con leganti Al piano di posa A scavo asciutto A scavo chiuso

32 Fattori condizionanti la stabilità delle condotte : Il terreno in sito la falda tipo di terreno Interventi sul terreno Letto di posa ghiaia sabbia limo argilla torba 70 2 Sabbia / ghiaietto Sabbia grossa ghiaietto < Sabbia fine Geotex + ghiaietto Geocomp + ghiaietto Geotex + ghiaietto Geocomp + ghiaietto Geocomp + ghiaietto + bauletto geotex Geocomp + griglia + ghiaietto + bauletto geotex e ghiaietto Geotex + ghiaietto Geocomp +ghiaia+ ghiaiet. Geocomp + ghiaia gross.+ bauletto geotex e ghiaetto Geocomp + griglia + ghiaia gross. + bauletto geotex e ghiaietto Geotex + ghiaietto Geocomp +ghiaia+ ghiaiet. Geocomp + ghiaia gross.+ bauletto geotex e ghiaetto Palificata + griglia + bauletto geotex e ghiaietto prescrizioni sul sistema rinfianco Tubo Deformabile Rigido Sabbia / ghiaietto Nicchia bicchiere Sn elevato a t Sabbia / ghiaietto Geotex + ghiaietto Geocomp + ghiaietto Sabbia / ghiaietto Geotex + ghiaietto Geotex + ghiaietto Geocomp + ghiaietto Nicchia bicchiere Nicchia bicchiere Nicchia bicchiere Nicchia bicchiere Sn elevato a t Sn elevato t Rigidezza long. Costante Giunto resistente alle rotaz. Sn elevato t Sn elevato t Rigidezza long. Costante Giunto resistente alle rotaz.

33 La stabilità strutturale: un tassello della sostenibilità La progettazione di una rete fognaria Non è solo un esercizio di tecnica realizza una struttura con destinazione d uso pubblico impegna risorse economiche pubbliche/private coinvolge l ambiente Condiziona l ambito sociale ecologico Economico Conveniente Scelta sostenibile Sociale Vivibile Equo Pertanto La scelta del materiale Deve essere affrontata con criteri di consapevolezza e sostenibilità

34 La scelta sostenibile e consapevole delle condotte per fognatura: Economicamente sostenibile: Ecologicamente sostenibile: non poco costosa ma efficiente e con un costo/anno di vita basso con costi di esercizio bassi - costruita con materiali naturali - con cicli di produzione a basso impatto ambientale - utilizzando energie rinnovabili - inerti per l ambiente in cui sono posate - assolutamente impermeabili - stabili nel tempo Socialmente sostenibile: - con una vita utile lunga - con cicli di produzione senza lasciti ereditari - totalmente riciclabili con basso impatto energetico

35 La scelta delle condotte: Incidenza delle la stabilità strutturale sulla funzionalità dell impianto ripartizione dei costi di un opera fognaria Cause di disservizio in fognatura Opere accessorie Scavi e ripristini % Scavi e ripristini 20% Opere accessorie Tubi % % 30% tubi % Cause di disservizio nei tubi Natura idraulica Interferenze ambientali natura statica 70%

36 La scelta delle condotte: il comportamento statico deve essere certo, affidabile e duraturo TUBI DEFORMABILI TUBI RIGIDI Caratteristiche del tubo 1 Rigidità anulare Sn 2 tipo di resina impiegata Fattori di posa 3 - tipo di posa in opera 4 - costipazione del rinfianco 5 - natura dell inerte del rinfianco 6 - stabilità nel tempo del rinfianco 7- Terreno in sito 8 - Presenza di falda Caratteristiche del tubo 1 - resistenza a rottura Kr Fattori di posa 2 - fattore di appoggio Ez Progettare con 8 variabili Progettare con 2 variabili

37 Condotte in gres: la scelta più sicura! Facili da progettare Semplici da installare Economiche nella manutenzione Affidabili nel tempo ecologicamente sostenibili Marchi di conformità Certificazione di sostenibilità ambientale 34