SI CONFERMA LA RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE DEL PROGETTO DEFINITIVO REDATTA DALL ING. IVO FRESIA DELLO STUDIO. ART S.r.l..

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2 SI CONFERMA LA RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE DEL PROGETTO DEFINITIVO REDATTA DALL ING. IVO FRESIA DELLO STUDIO ART S.r.l..

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4 1 Generalità Carichi massimi sui pali Pile Spalle Portata ammissibile Modalità di calcolo della portata di un singolo palo Calcolo della portata laterale Q s Calcolo della portata di punta Q p Caratteristiche del terreno Parametri geotecnici Calcolo della capacità portante dei pali nelle condizioni di progetto Calcolo della capacità portante dei pali nella condizione di scalzamento attuale (H scalzamento = 3.0 m) Calcolo della capacità portante dei pali nella condizione di massimo scalzamento atteso (H scalzamento = 10.0 m) Calcolo delle tensioni nel calcestruzzo del palo in corrispondenza della parte non immersa nel terreno Conclusioni... 9

5 1 Generalità Il ponte si sviluppa su quattro campate, di circa m d interasse, ed attraversa il torrente Pellice nel Comune di Garzigliana (TO) lungo la Strada Provinciale SP589, ex SS589. L attuale manufatto è stato realizzato lungo il tracciato del vecchio ponte crollato durante il nubifragio del 19/03/1977; il ponte crollato presentava cinque campate ad arco di ampiezza pari a circa 13 m, altezza in imposta di circa 2.5 m e in chiave di 5.0 m. Tali informazioni sono state acquisite dai disegni di contabilità ANAS (Compartimento della viabilità di Torino) redatti per la costruzione dell attuale ponte; sono inoltre ancora visibili, in affioramento nell attuale campata 2 e campata 3, i cordoli in muratura di fondazione di due delle quattro pile. Fig. 1 Estratto ANAS sezione trasversale: pila, impalcato e Bailey in fase transitoria di traffico Strutturalmente l attuale impalcato è costituito da un solettone, di tipo isostatico, in cemento armato precompresso, di 1.20 m di spessore e larghezza alla base 8.0 m, con due sbalzi laterali di 1.75 m di lunghezza e 20 cm di spessore. La larghezza complessiva è di m, di cui m di carreggiata transitabile. Le tre pile in alveo sono in cemento armato ordinario gettato in opera, di 9.20 m di larghezza, 1.20 m di spessore e circa 6.0 m di altezza.

6 La fondazione delle pile misura 5.0 m in larghezza, m in lunghezza e 1.40 m di spessore ed è su fondazioni indirette, costituite da n 4 pali, del tipo trivellato della lunghezza di 18 m e diametro 1.50 m. Oltre ai pali descritti in precedenza è stato realizzato un quinto palo, dalle medesime caratteristiche dei precedenti, di lunghezza pari a 12.0 m, in corrispondenza di una colonna in c.a. di sezione 1.0 x 1.4 m, incastrata nella fondazione, posta a supporto del ponte Bailey provvisoriamente posato durante la ricostruzione del ponte ed in seguito rimosso. Le due spalle sono in cemento armato ordinario, gettato in opera, con paramento in vista verticale, di altezza 6.0 m, spessore 1.0 m e lunghezza m. La fondazione, di dimensioni 4.85 x m e 1.40 m di altezza, è su fondazioni indirette costituite da n 6 pali del tipo trivella to, diametro 1.5 m e lunghezza 18.0 m. Sulla spalla lato Pinerolo sono stati realizzati dei muri d ala, in c.a., su fondazioni indirette costituite da n 14 pali del diametro 1.2 m. In seguito a diverse concause, tra le quali assumono specifico rilievo gli intensi eventi alluvionali e l asportazione di materiale inerte dall alveo, si è verificato negli anni un generale abbassamento del fondo medio dell alveo e il locale scalzamento delle fondazioni di pile e spalle. Il rilievo attuale evidenzia in particolar modo un abbassamento del fondo alveo di oltre 3 m rispetto all estradosso dei plinti di fondazione di spalla destra (lato Cavour) e pila 2. Il massimo valore di scalzamento atteso è stato determinato mediante l applicazione delle formule di letteratura ai noti parametri granulometrici e a quelli idraulici ottenuti appositamente calcolati con un modello idraulico monodimensionale. Al passaggio della piena di riferimento duecentennale si ottiene uno scalzamento massimo atteso di circa 10.0 m dall intradosso della fondazione, cioè dalla testa dei pali. Lo scopo della presente relazione è quello di valutare il grado di sicurezza dei pali, e quindi dell intera opera, calcolandone la portata nella condizione di scalzamento attuale (3.0 m) e nella condizione di massimo scalzamento atteso (10.0 m); inoltre si è anche riportato il calcolo della portata dei pali nella condizione di progetto I massimi carichi dei pali delle pile e delle spalle sono desunti dalla relazione di calcolo redatta all epoca del progetto di ricostruzione datata 24/09/1977 Pratica 273/77 dis. A. I piani di scalzamento attuale e di massimo atteso sono stati assunti nei calcoli sia per le pile che per le spalle, alla medesima quota e quindi con medesimo valore. Parametro fondamentale nella fase di verifica è la lunghezza dei pali di fondazione: non potendo disporre di sondaggi diretti (tipo georadar), è stata assunta la lunghezza dei pali pari a quella di progetto ANAS 1977, definita in 18.0 m.

7 2 Carichi massimi sui pali 2.1 Pile Trascurando il contributo del palo scentrato (realizzato a fondazione della temporanea colonna posta sul paramento di monte) avente diametro 1.50 m e lunghezza 12.0 m, è stato pertanto solo considerato il contributo dei quattro pali centrati. Dalla relazione di calcolo del progetto originario si ricava un valore massimo di portata per singolo palo di 3970 kn; tale valore è ottenuto nella condizione più sfavorevole di ponte con sovraccarico completo sulle campate, azione del vento e frenatura degli autoveicoli (relazione ANAS, pag. 8). Fig. 2 Estratto ANAS 1977 pianta: pila e fondazione. A opera compiuta il progetto originale prevedeva la demolizione della colonna costruita per sorreggere il temporaneo Bailey

8 2.2 Spalle Inerentemente alle spalle, dalla relazione di calcolo di progetto (relazione ANAS, pag. 13) si ricava un valore della portata del palo singolo, nella condizione di sovraccarico completo sulla campata terminale più azione della frenatura, di 3460 kn. 2.3 Portata ammissibile Valutando le massime portate dei pali delle spalle e della pila si evince che la maggiore portata di calcolo risulta di 3970 kn. La portata ammissibile di calcolo nelle tre configurazioni considerate (portata di progetto, portata scalzamento attuale, portata massimo scalzamento atteso) deve essere pertanto maggiore di tale valore. 2.4 Modalità di calcolo della portata di un singolo palo La stima della capacità portante limite Q l per carico verticale di un palo in c.a. del tipo trivellato è ottenuta utilizzando le formule statiche, valutando i valori massimi mobilizzabili in condizioni di equilibrio limite di resistenza laterale Q s e quella di punta Q p : essendo W p il peso proprio del palo. Q l = Q s + Q p - W p 2.5 Calcolo della portata laterale Q s La capacità portante per attrito laterale per un palo di diametro D e lunghezza L è per definizione: essendo Q s = D s d z s = tensione tangenziale limite di attrito laterale all interfaccia tra la superficie del palo ed il terreno circostante = h tg = k vo tg = vo in cui h = tensione efficace orizzontale nel terreno a contatto con il palo vo = tensione efficace verticale iniziale, prima della messa in opera del palo k = coefficiente di spinta, rapporto tra h e vo tg = coefficiente d attrito palo terreno = k tg = 0.7 (gli autori Reese e O Neil 1988, per pali trivellati in c.a. suggeriscono tale valore) = angolo d attrito del terreno = angolo d attrito del terreno dopo la messa in opera del palo = 3 (per pali trivellati)

9 = peso specifico del terreno immerso = w = peso specifico del terreno secco w = peso specifico acqua = kn/m 3 Per il calcolo delle tensioni tangenziali d attrito si deve tenere conto che tali valori crescono linearmente sino ad una certa profondità critica z c e successivamente tendono a stabilizzarsi. Il valore di z c dipende dal diametro D del palo e dallo stato di addensamento del terreno. Per uno stato di addensamento di tipo sciolto (come nel nostro caso) il valore vale: e quindi per un palo di diametro D = 1.5 m, z c /D = 10 z c = = 15 m. 2.6 Calcolo della portata di punta Q p La capacità portante di punta dei pali trivellati nei terreni incoerenti vale: in cui: Q p = A p vop N q A p = area di base del palo che, un palo di diametro D = 1.50 m, vale m 2 vop = tensione verticale efficace alla punta del palo = z c N q = fattore di capacità portante (funzione dell angolo d attrito e del tipo di palo)

10 3 Caratteristiche del terreno Parametri geotecnici Non avendo a disposizione sondaggi diretti, sono stati definiti i parametri geotecnici secondo principi di cautela. La tipologia di terreno è stata inquadrata come costituita da ghiaia, sabbia e ciottoli, con scarso angolo d attrito e coesione nulla. Angolo d'attrito Φ = 37 Angolo d attrito di calcolo = 3 = 34 Peso specifico = γ = 19.0 kn/m 3 Peso specifico = = = 9.0 kn/m 3 Coesione c = non considerata ai fini della sicurezza D R = densità relativa = 54% E = modulo elastico del terreno = kpa 4 Calcolo della capacità portante dei pali nelle condizioni di progetto L = lunghezza efficace palo condizioni progetto = 18.0 m Q l = Q s + Q p - W p Q s = D s d z = = kn s = vo = = kn/m 2 z c = 15 m vo = 9.0 (15.0/ ) = kn/m 2 Q p = A p vop N q = = kn A p = m 2 N q = fattore di capacità portante che ipotizzando un meccanismo di rottura secondo Berezantzev ed un = 34 risulta un valore di 60 W p = peso proprio palo = = kn Q l = portata limite = = kn Q = portata ammissibile palo = : 2.5 = kn > 3970 Kn La portata dei pali in condizione di progetto del 1977 è chiaramente verificata.

11 5 Calcolo della capacità portante dei pali nella condizione di scalzamento attuale (H scalzamento = 3.0 m) L = lunghezza efficace palo condizioni progetto = = 15.0 m Q l = Q s + Q p - W p Q s = D s d z = = kn s = vo = = kn/m 2 z c = 15 m vo = 9.0 (15.0/ 2) = kn/m 2 Q p = A p vop N q = = kn A p = m 2 N q = fattore di capacità portante che ipotizzando un meccanismo di rottura secondo Berezantzev ed un = 34 risulta un valore di 60 W p = peso proprio palo = = kn Q l = portata limite = = kn Q = portata ammissibile palo = : 2.5 = kn < 3970 kn Nella condizione di scalzamento attuale la capacità portante dei pali appare al limite della verifica. 6 Calcolo della capacità portante dei pali nella condizione di massimo scalzamento atteso (H scalzamento = 10.0 m) L = lunghezza efficace palo condizioni progetto = = 8.0 m Q l = Q s + Q p - W p Q s = D s d z = = kn s = vo = = kn/m 2

12 z c = 15 m vo = 9.0 (8.0 / 2) = 36.0 kn/m 2 Q p = A p vop N q = = kn A p = m 2 N q = fattore di capacità portante che ipotizzando un meccanismo di rottura secondo Berezantzev ed un = 34 risulta un valore di 60 W p = peso proprio palo = = kn Q l = portata limite = = kn Q = portata ammissibile palo = : 2.5 = kn < 3970 kn Nella condizione di massimo scalzamento atteso la capacità portante dei pali non è verificata. 6.1 Calcolo delle tensioni nel calcestruzzo del palo in corrispondenza della parte non immersa nel terreno Poiché il palo scoperto nella condizione di massimo scalzamento atteso si raffigura come un elemento strutturale soggetto a compressione pura, si riporta di seguito la verifica del calcestruzzo mediante il cosiddetto metodo. Palo di diametro D = 1.50 m armato con (A f = = cm 2 ) A ci = area sezione ideale = A c + n A f = = cm 2 H = D/2 ricoprimento = 150/2 5 = 70 cm A c = sezione calcestruzzo = cm 2 J ci = inerzia sezione ideale = J c + n A f h 2 = ( D 4 ) : = cm 4 min = raggio d inerzia minimo = = cm l o = lunghezza libera d inflessione = 1000 cm (nell ipotesi di palo incastrato in testa ed alla base) = l o : min = 1000 : = 25.4 < 50 c = : = N/mm 2 (21.56 kg/cm 2 ) f = n c = = N/mm 2 ( kg/cm 2 )

13 7 Conclusioni Alla luce dei risultati dei calcoli della portata ammissibile del singolo palo nelle tre diverse configurazioni, si evince che: nella condizione di scalzamento attuale la portata di calcolo risulta paragonabile a quella ammissibile; la portata nella condizione di palo con massimo scalzamento atteso risulta di molto inferiore alla portata ammissibile e pertanto non è garantita la verifica del palo. In virtù di tali elementi appare necessario attuare, in affiancamento ad opportune misure gestionali, specifici interventi strutturali atti a recuperare un adeguato livello di sicurezza dell opera.