Progettazione soglie e briglie

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Aniello Guerra
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1 Progettazione soglie e briglie

2 Largezza d alveo (bankfull) ammorsamento alle sponde paramento di monte sporto risege luce di fondo provvisoria Prospetto e sezione trasversale di una briglia: nomenclatura

3 DIMENSIONAMENTO BRIGLIE, SOGLIE opere di sistemazione trasversali STATIO IDRAULIO Dim. IDRAULIO: comporta il soddisfacimento delle condizioni di sicurezza connesse alla funzionalità dell opera in presenza della corrente idrica: acqua, acqua + sedimento + materiale fluitato Dim. STATIO: comporta il soddisfacimento delle condizioni di equilibrio e stabilità globale della briglia con il coefficiente di sicurezza opportuno ed in relazione alle forze esterne di progetto: spinta idrostatica, sottospinta, trasporto solido, azioni sismice, spinta dei versanti, debris-flow Il dimensionamento IDRAULIO precede quello statico ed è strettamente connesso alle modalità di funzionamento ipotizzate dal progettista. Il dimensionamento STATIO deve successivamente adeguarsi alle scelte funzionali con una scelta opportuna delle tipologie costruttive (scema statico) e delle caratteristice dei materiali

4 PRIORITARIA NEL DIMENSIONAMENTO IDRAULIO E LA SELTA DELLE SEZIONI OVE DEVE DEFLUIRE (GAVETA, LUE, FESSURA) LA PORTATA DI PROGETTO Q PROGETTO = f (T R, PROGETTO ) A) Se la briglia è realizzata a protezione di un manufatto posto a monte (es. ponte) T R, BRIGLIA = T R, OPERA DA DIFENDERE B) Se la briglia a funzioni di stabilizzazione dell alveo T R, BRIGLIA ~ 50 anni (100 anni) ) Se la briglia a particolari funzioni di salvaguardia di un nucleo abitato T R, BRIGLIA = anni

5 BRIGLIA ON FUNZIONE TRATTENUTA e/o STABILIZZAZIONE FILTRANTE (o SELETTIVA) DIFESA DALLE OLATE Frangicolata Dosante Per la briglia tradizionale (a parete piena) è opportuno assicurare una gaveta tale da ontenere, con un certo franco (se temo depositi) la Q progetto prevedendo, se possibile, Una parte centrale tale da contenere le piene ordinarie (T R = 5 anni) L GAV. franco = 1 = Q TR = 5 ANNI Q TR = ANNI 1 eventuale deposito La largezza di ingombro della gaveta (L GAV. ) deve essere scelta cercando di conciliare opposte esigenze:

6 L GAV. quota fondazione L ALVEO, QUOTA PIANO GAVETA Dimensionamento di massima: L GAVETA ~ L ALVEO / Se L GAV. è contenuta: Vantaggi: limito il pericolo di aggiramenti; allontano la corrente dalle sponde evitandone il pericolo di erosione Svantaggi: cresce il carico idraulico sulla soglia ed, a parità di Z, aumenta il volume costruttivo dell opera; la portata unitaria (q = Q PROG. / L GAV. ) è più elevata e si incrementa la massima profondità del gorgo a valle q Z S S α k q

7 TIPOLOGIE DI GAVETA A GEOMETRIA SEMPLIE 1. RETTANGOLARE. TRAPEZIA di tipo simmetrico o non simmetrico 3. TRIANGOLARE 4. A ORDA MOLLE (o ATENARIA) 5. DOPPIA TRAPEZIA 6. TRIANGOLARE + TRAPEZIA 7. ORDA MOLLE + TRAPEZIA A GEOMETRIA OMPOSTA (sono la combinazione delle precedenti) Le relazioni fondamentali per dimensionare correttamente la profondità della gaveta derivano dal deflusso su di uno stramazzo in parete grossa (soglia larga rispetto al carico). Si trascura, solitamente ed a favore della sicurezza, il carico cinetico a monte della soglia. Determinate le relazioni = f(q PROG. ) per le tipologie a geometria semplice (, 3, 4), le (5, 6, 7) si determinano agevolmente

8 RELAZIONE FONDAMENTALE Trascuro E INETIA condiz. critice H y v o ~ 0 p H=cost q ~ (Q / L GAV. ) Se trascuro v o = /3 = 0.7 q /3 q ' = g 1/3 3/ ( ) 1/ q = g q = m 3 /s / m g = 9.81 m/s Bèlanger v ~ 0 N.B.: il dimensiona- -mento deve essere effettuato per non

9 1. Se la gaveta è RETTANGOLARE : q = Q/L L = /3 QPROG. 0.7 L dim. idraulico. Se la gaveta è TRAPEZIA: ΔL β y L α baricentro BENINI suggerisce una largezza equivalente L* = L + ΔL

10 ΔL : è il contributo di ciascun triangolo y ΔL α 1 ΔL = 3 y ** tgα ROMITI: per α = 45 Per α = 45 ΔL = 5 y ΔL = 0.33 y S/3 S ** Risolvo per tentativi ROMITI: per α = 45, L o = L + S ( Q / L ) o = Lo /3 Q L o /3 n.b.: y = = altezza gaveta da dimensionare Q = 0.7 y L + 3 tgα Per sponde inclinate (α = β) può Ipotizzarsi la formula più generale: Q = / L tgα tgβ (da risolvere per tentativi se l incognita è )

11 3. Gaveta TRIANGOLARE : si utilizza la relazione (1) con L = 0 4. ORDA MOLLE : a il vantaggio di mantenere la corrente lontano dalle sponde, specie per piccole portate; si evitano inoltre i depositi di materiale sopra la soglia L () Q = L /3 Equazione ORDA MOLLE: alcolato = F ; il parametro U si determina risolvendo per tentativi l equazione: y F U x L / y = U c 1 U F x c U U = parametro di tensione della corda F = freccia F = (carico) = e + e x / U x / U L / = U c 1 U

12 SPESSORE AL ORONAMENTO: S ROMITI (1957) SVILUPPANDO ANALITIAMENTE LA ONDIZIONE D URTO SUL ORONAMENTO PER: - BRIGLIA INTERRITA - PENDENZA = i EQUILIBRIO - IOTTOLI DIMENSIONI D 1/ 1 1.5i S = A D A = 1 (1 + i ) metri i A ZOLI S = (0.1 0.) Z

13 DIMENSIONAMENTO STATIO f A B Z 1 m fondazione Zf A B Si esegue (generalmente) un calcolo di tipo bidimensionale considerando il comportamento statico di un tronco di briglia di largezza unitaria (1 m) se( + f) << Z : scelgo usualmente come rappresentativa la sez. A A (in asse alla gaveta) se ( + f) > m ; ( + f) / Z > 0.5 : è opportuno considerare la sez. B B (più sollecitata) Nel calcolo bidimensionale trascuro, a favore della sicurezza, l apporto statico delle sponde il concio di 1 m non riceve (dalla struttura cui appartiene) alcuna forza stabilizzante

14 FORZE ESTERNE Sez. A A (Briglia non colmata a monte) γ P 3 /3 P 5 Z S 1 P 4 P 1 S γz S 4 P m γ ( + Z) S 3 0 S 5 Forze STABILIZZANTI e DESTABILIZZANTI

15 Forze STABILIZZANTI P 1 : peso proprio corpo briglia P : peso proprio fondazione P 3 : peso acqua gravante sulla gaveta P 4 : e P 5 : peso acqua gravante su fondazione + paramento a monte Forze DESTABILIZZANTI S 1,S : spinta idrostatica S 3 : sottospinta S 4 : spinta attiva del terreno S 5 : spinta passiva del terreno DESTABILIZZANTI Generalmente trascurate S 5 > S 4 (passiva > attiva) Può aggiungersi la spinta dinamica da debris-flow (in sostituzione della spinta idrostatica)

16 VERIFIHE DI STABILITA ESTERNA Scelte le forze esterne (forze di progetto) ed eseguito il dimensionamento di massima dell opera (numerose formule esistenti in letteratura) si procede alla verifica di stabilità esterna fondazione P O σ m P reazione terreno corpo briglia + O σ v Le verifice si eseguono: A) Per il corpo briglia B) Per corpo briglia + fondazione A,B: per briglie in muratura (cls, pietrame, gabbioni) solo B: per briglie in c.a.

17 ΣM O, STAB. VERIFIA AL RIBALTAMENTO = 1. 5 G S ΣM O, RIB. VERIFIA ALLO SORRIMENTO B) f = coeff. attrito fondazione terreno A) f = coeff. attrito giunto (corpo-fondazione) ΣF < f ΣF ORIZZ. VERT. VERIFIA ALLO SHIAIAMENTO B) A) σ σ MAX, FOND. MAX, TERR. < σ < σ ADM, MURATURA ADM, TERR ( PORTANZA) sezione presso-inflessa

18 SHIAIAMENTO muratura in pietrame : σ ADM : 6 10 kp/cm (0.6 1 MPa) calcestruzzo : σ ADM : kp/cm (4 7 MPa) alcolo tensioni per sezione presso-inflessa di largezza B e profondità 1 m u ΣF o O e u R B/ ΣF v B alcolo: u equilibrio dei momenti rispetto ad O Σ M O = ΣM S, O ΣM R, O STAB. RIB. u = ΣM S, O ΣM ΣF V : punto di applicazione di R e: eccentricità e = (B/ u) R, O ΣM O = ΣF V u

19 Materiale resistente a trazione asse baric.

20 Occorre distinguere: sciacciamento σ m u B/3 B/3 B/3 σ v u B / 3 corpo briglia-fondazione fondazione-terreno σ m > 0 σ v > 0 sezione tutta compressa F V Σ 6e σ M, V = 1m se u = B/3 : σ m = 0 B B B/3 u < B / 3 σ m > 0 σ v < 0 σ m + A B σ v Se la sezione sopporta una certa trazione il calcolo avviene per sezione inter. reagente È il caso corpo-fondazione se σ m < 0.5 kp/cm (0.05 MPa)

21 Se la sezione, invece, non può presentare trazione (fondazione-terreno) o σ m è troppo elevato sul giunto corpo-fondazione, si suppone ce la parte in trazione non reagisca (AB) SEZIONE PARZIALIZZATA u σ m = 0 3 u σ / = Σ V F V σ v σ V = ΣF V / 3 u 3u

22 DIMENSIONAMENTO DEL ORONAMENTO S / / G Verifica scorrimento ( ) ( ) S F A F F F f V G o o V = + = = > γ γ γ 1 / ( ) ( ) f S S f γ γ γ γ + > + > / / Per: f = 0.75; γ / γ = 1/ S > 0.67 OPERE A SEO SPESSORE ORONAMENTO ED ALI (parte strutturale debole) A A S Sez. A-A R B B Trazione nulla: risultante cade in D (/3 dallo spigolo) D = 0 Σ D M ( ) S S S s γ γ γ γ = = S 1/ = γ γ (γ / γ = ½) S 7 = 0.

23 DIMENSIONAMENTO DEL ORPO Paramento di valle verticale ROMITI per σ m = 0.5 kp/cm b = z z + 3 s / z z γ m = γ 1100 kp/m 3 Grafico per il calcolo rapido della base di una briglia con paramento a valle verticale

24 Gorgo a valle di una briglia e controbriglia L 1 L 0.7 z f z z f f > 0.5 > 0. m ( z + ) t = /3 ( 0.7 r )(0.94 q 1.6 d90) z f > ( ) t largezza gaveta/largezza letto valle L = 3.55 yc L = 8.40 yc z z con y c = 3 q g D Agostino, 1994

25 Briglia a mensola o autostabile on il peso del terreno di colmata l opera diventerà ancora più stabile

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