Presentazione 21. Titolo marte tampone n. xx. PILE, SPALLE E FONDAZIONI Parte 1_2 Prof. Fabio Brancaleoni

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1 Presentazione 21 Titolo marte tampone n. xx PILE, SPALLE E FONDAZIONI Parte 1_2 Prof. Fabio Brancaleoni

2 2/ 71 SOMMARIO Premessa Le sottostrutture dei ponti a travata Descrizione delle parti essenziali, definizioni Funzioni, materiali e metodi costruttivi Predimensionamento Pile Spalle Fondazioni su pali Progetto e realizzazione Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali)

3 3/ 71 Le sottostrutture dei ponti a travata, definizioni e funzioni Le parti essenziali di un ponte a travata : impalcato: struttura dell opera d arte (comprende la sovrastruttura viaria) vincoli: apparecchi di appoggio, giunti e ritegni sismici sottostrutture: pile (sostegni intermedi), spalle (sostegni terminali) e relative fondazioni Sottostrutture: Funzione: trasferimento delle azioni trasmesse dall impalcato al terreno Materiali: c.a. (generalmente), acciaio, struttura mista Metodi di costruzione: scavi a cielo aperto, opere di contenimento scavi Aspetti costruttivi e durabilità: copriferro (contatto con il terreno) Condizioni al contorno: orografia, sistemazioni superficiali

4 4/ 71 Le pile dei ponti a travata Elevazioni Sezione trasversale Pulvino - Sezioni Pulvino (Dettaglio appoggio impalcato) Pulvino Geometria sbalzi (trasversali) (longitudinali)

5 5/ 71 Le pile dei ponti a travata Elevazioni Sezioni trasversali a) Singolo fusto b) Setto (semplice, doppio) d) Telaio c) Portale (semplice, doppio, con diaframma)

6 6/ 71 Le pile dei ponti a travata Elevazioni Disposizione ferri verticali e legature Disposizione delle staffe Azioni concentrate (appoggi/baggioli)

7 7/ 71 Le pile dei ponti a travata Elevazioni: metodi di costruzione casseforme fisse: il vincolo è l altezza (condizionante le quote di progetto / terreno) casseforme rampanti: si arrampicano su ciò che è già costruito (svincolo dal terreno, ciò può avvenire a qualsiasi altezza) dimensione (in altezza) delle casseforme ~ 2-3 m possibilità di realizzare sezioni di varia conformazione geometrica

8 8/ 71 Le pile dei ponti a travata Elevazioni: metodi di costruzione Casseforme rampanti

9 9/ 71 Le sottostrutture dei ponti a travata Predimensionamento Schema statico (longitudinale) a trave appoggiata e a trave continua Disposizione dei vincoli / tipologia (standard) Opera ferroviaria

10 10/ 71 Le sottostrutture dei ponti a travata Predimensionamento Schema statico (longitudinale) a trave appoggiata e a trave continua Disposizione dei vincoli / tipologia (standard) Opera stradale

11 11/ 71 Le pile dei ponti a travata Predimensionamento Contributi a) azioni da impalcato (reazioni sugli apparecchi di appoggio sulla pila in esame) b) azioni da sottostruttura (elevazione, plinto di fondazione) Geometria elevazioni e fondazioni Adozione di sistemi di riferimento locali per impalcato e sottostrutture (pulvino, pile, fondazione) per tener conto anche di eventuali eccentricità geometriche trasversali e longitudinali: Impalcato (intradosso) O xyz Elevazione pila (spiccato) S xyz Plinto (intradosso) P xyz P O S eccentricità longitudinale (elevazione-fondazione)

12 12/ 71 Le pile dei ponti a travata Predimensionamento Azioni da impalcato (*) Peso proprio, permanenti Carichi da traffico (scenari) Azioni climatiche Azioni eccezionali (*) Noto lo schema di vincolo (longitudinale) effettuo un calcolo a trave (per i carichi mobili utilizzo le L.d.i.): a) calcolo le reazioni sulla pila in esame (ex_1, ex_2 per schema a travi appoggiate) b) calcolo le sollecitazioni risultanti considerando le eccentricità trasversali e longitudinali dei carichi agenti sull impalcato: carichi verticali accidentali (Q): carico Q / eccentricità trasversali (ey) carichi longitudinali (Hl): forza / eccentricità verticale (ez) carichi trasversali (Ht): forza / eccentricità verticale (ez)

13 13/ 71 Le pile dei ponti a travata Predimensionamento Azioni da impalcato Carichi da traffico (Qv) Centrifuga (Qtk) Vento su ponte (Wi) Vento su convoglio (Wi) Verifiche (sezione S) SLE SLU Riepilogo delle azioni risultanti nel SdR Oxyz (intradosso impalcato) Fv = N Hl= Tx Ht= Ty Ml=My Mt=Mx Mtor=Mz Azione elementare [kn] [kn] [kn] [knm] [knm] [knm] c c Trasporto geometrico e calcolo delle azioni risultanti nel SdR Sxyz (spiccato pila)

14 14/ 71 Le pile dei ponti a travata Predimensionamento Opere ferroviarie: interazione binario struttura (LRS armamento su ballast) Deformabilità della pila Azione di frenatura LM71 (2 se doppio binario) δ p = 5mm Azione di frenatura (ez_g) Reazioni sugli appoggi (H, Rv) (sollecitazioni sull impalcato, M, T)

15 15/ 71 Le pile dei ponti a travata Predimensionamento Dati sui carichi Opere ferroviarie Disposizione longitudinale del carico C= kn carico concentrato L12 Max N campate L1 e L2 r= kn/m carico ripartito Scenario di carico (LM71) Carichi da traffico (Qv) α = 1.10 coefficiente di adattamento Φ = 1.00 coefficiente di incremento dinamico X Azioni risultanti sulla pila Fv, Ml R (p1) eff= kn Ml (L1)= Rp el= knm R (p2) eff= kn Ml (L2)= Rp el= knm S1 p1 p2 D2 Campata L1 (sinistra) Campata L2 (destra) Fv= Rp (p1+p2)= kn Ml= Mp= Σ Rp el= 0.00 knm Vq= max [Rp1, Rp2]= kn Dati sui carichi Disposizione longitudinale del carico C= 0.00 kn carico concentrato L12b Max N campate L1 e L2 disposizione b r= kn/m carico ripartito Scenario di carico (SW2) Carichi da traffico (Qv) α = 1.00 coefficiente di adattamento Φ = 1.00 coefficiente di incremento dinamico X R (p1) eff= kn Ml (L1)= Rp el= knm R (p2) eff= kn Ml (L2)= Rp el= knm Azioni risultanti sulla pila Fv, Ml S1 Campata L1 (sinistra) p1 p2 Campata L2 (destra) D2 Fv= Rp (p1+p2)= kn Ml= Mp= Σ Rp el= knm Vq= max [Rp1, Rp2]= kn

16 16/ 71 Le pile dei ponti a travata Predimensionamento Pile in alveo Spinta idrodinamica Scalzamento (dl) Ks = coeff di forma B / b = dimensioni trasversali investite y= altezza dell acqua

17 17/ 71 Le pile dei ponti a travata Predimensionamento Azione prevalente (N): snellezza (H >> b) H = altezza pila b= dimensione pila λ= lo / i λo λo = limite convenzionale ( valori indicativi: 30-50) i = raggio di inerzia della sezione nella direzione considerata lo= lunghezza libera di inflessione nella direzione considerata tipo di vincolo in sommità deformabilità delle fondazioni

18 18/ 71 Le spalle dei ponti a travata Tipologie Spalla scatolare Spalla scatolare con speroni (muro frontale a parete sottile) a) trave paraghiaia b) trave cuscino c) muro frontale d) muro andatore e) bandiera (proseguimento muro andatore) f) muri d ala g) fondazione

19 19/ 71 Le spalle dei ponti a travata Tipologie Spalla a rilevato passante (Progetto) Cavalcaferrovia (stradale) Pianta e sezioni

20 20/ 71 Le spalle dei ponti a travata Tipologie Spalla scatolare -_Interferenza (viabilità passante e tombino)

21 21/ 71 Le spalle dei ponti a travata Zona di transizione rilevato / viadotto (opere ferroviarie) Pianta schematica Sez. longitudinale (Caso A Hs < 4 m) Hs = altezza spalla (PF- estradosso plinto) Sez. longitudinale (Caso B Hs > 4 m)

22 22/ 71 Le spalle dei ponti a travata Predimensionamento Contributi a) azioni da impalcato (reazioni sugli apparecchi di appoggio sulla spalla in esame) b) azioni da sottostruttura (elevazione, plinto di fondazione) c) azioni delle terre Geometria elevazioni e fondazioni Adozione di sistemi di riferimento locali per impalcato e sottostrutture (trave cuscino, muro frontale, fondazione) per tener conto anche di eventuali eccentricità geometriche trasversali e longitudinali: Impalcato (intradosso) O xyz Elevazione spalla (spiccato) S xyz Plinto (intradosso) P xyz O P S

23 23/ 71 Le spalle dei ponti a travata Predimensionamento Azioni da impalcato (*) Peso proprio, permanenti Carichi da traffico (scenari) Azioni climatiche Azioni eccezionali Azioni da spalla Peso proprio, permanenti Peso rinterro (spalle scatolari) Spinta delle terre e sovraccarico Carichi su rilevato (scenari) (*) CONSIDERAZIONI ANALOGHE AL PREDIMENSIONAMENTO DELLE PILE Noto lo schema di vincolo (longitudinale) effettuo un calcolo a trave (per i carichi mobili utilizzo le L.d.i.): a) calcolo le reazioni sulla spalla (ex) b) calcolo le sollecitazioni risultanti considerando le eccentricità trasversali e longitudinali dei carichi agenti sull impalcato: carichi verticali accidentali (Q): carico Q / eccentricità trasversali (ey) carichi longitudinali (Hl): forza / eccentricità verticale (ez) carichi trasversali (Ht): forza / eccentricità verticale (ez)

24 24/ 71 Le spalle dei ponti a travata Predimensionamento Dati sui carichi C= kn carico concentrato r= kn/m carico ripartito α = 1.10 coefficiente di adattamento Φ = 1.00 coefficiente di incremento dinamico Campata sinistra (S= spalla) carico C carico r carico pos asse carico Xc Xir Xfr > Xir Xr C / r Xloc,c= X-Xos Ms= Q Xloc,c X Azioni da impalcato Carichi da traffico (scenari) Opere ferroviarie Treno di carico LM71 (traffico normale) Σ = Σ = S D Rs= kn Rd= kn R (S) eff= kn R (D) eff= kn Dati sui carichi C= 0.00 kn carico concentrato r= kn/m carico ripartito α = 1.00 coefficiente di adattamento Φ = 1.00 coefficiente di incremento dinamico Campata sinistra (S= spalla) X Treno di carico SW/2 (traffico pesante) carico C carico r carico pos asse carico Xc Xir Xfr > Xir Xr C / r Xloc,c= X-Xos Ms= Q Xloc,c S D Rs= kn Rd= kn Σ = Σ = R (S) eff= kn R (D) eff= kn

25 25/ 71 Le spalle dei ponti a travata Predimensionamento Spinta del terrapieno Azioni da spalla Spinta delle terre Teoria di Rankine Spinta del sovraccarico sul terrapieno Verifiche globali (fondazioni dirette o profonde) Spalle fondate superficialmente stabilità al ribaltamento stabilità allo scorrimento controllo della tensione verticale massima di contatto sul terreno di fondazione Spalle con fondazioni su pali calcolo delle azioni combinate nel baricentro della palificata valutazione delle azioni verticali e orizzontali massime in testa ai pali e associate azioni flessionali in base allo studio di interazione del palo singolo verifiche di resistenza a pressoflessione e taglio del palo

26 26/ 71 Le spalle dei ponti a travata Predimensionamento Verifiche locali Muro frontale Muri andatori Particolari costruttivi Azioni concentrate (appoggi/baggioli)

27 27/ 71 Le fondazioni dei ponti a travata Predimensionamento a) Fondazioni su pali Considerazioni generali su diametri utilizzati φ (cm) Disposizione geometrica baricentro palificata coincidente con quello della sovrastruttura a1) Calcolo delle azioni verticali sui pali Ipotesi di lavoro semplificata : a) plinto infinitamente rigido flessionalmente (rispetto alla palificata) b) pali ugualmente deformabili / geometrie dei pali simili (A, L, E), terreno omogeneo) Peso plinto Wp ~ 20% Nperm N* = N + Wp P Mp palo (i) xi, yi J l = J y = x i 2 J t = J x = y i 2 : incremento di carico assiale dovuto alla deformabilità trasversale del terreno : momento in testa al palo

28 28/ 71 Le fondazioni dei ponti a travata Predimensionamento a2) Calcolo delle azioni orizzontali sui pali Ipotesi di calcolo per la determinazione di H singolo palo: a) plinto infinitamente rigido flessionalmente (rispetto alla palificata) b) pali ugualmente deformabili / geometrie dei pali simili (A, J, E), terreno omogeneo c) Interazione palo terreno alla Winkler (molle indipendenti) equazione delle linea elastica del palo: Es= KB K = coefficiente di sottofondo (F/L3) 1000 kn/m3 terreni deformabili kn/m3 terreni compatti B= 1.5 φ

29 29/ 71 Le fondazioni dei ponti a travata Predimensionamento Lo = lunghezza elastica del palo 2 3 φ terreni compatti 6 8 φ terreni comprimibili Verifiche strutturali del palo (N, H, Mp) Verifiche locali (plinto)

30 30/ 71 Le sottostrutture dei ponti a travata Progetto e realizzazione Spalle appoggi terminali transizione con rilevato Pile appoggi intermedi

31 31/ 71 Le sottostrutture dei ponti a travata Progetto e realizzazione Spalle

32 32/ 71 Le sottostrutture dei ponti a travata Progetto e realizzazione Pile

33 33/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente Progetto e realizzazione Opere ferroviarie - Sottostrutture 1. Viadotto a 4 cassoncini (RM-NA) Tipologia pila 1 2. Viadotto a 4 cassoncini (RM-NA) Tipologia pila 2 3. Viadotto Modena (MI-BO) Opere stradali - Sottostrutture 1. Viadotto a struttura mista (Variante di valico) 2. Viadotto a struttura mista (Castel Giubileo)

34 34/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 1) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Pianta fondazioni Planimetria di progetto Sezione longitudinale

35 35/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 1) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Pila 1 Sez. Trasversale Spalla (RM) Sezione trasversale Pila 3 Sez. Trasversale Pianta

36 36/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 1) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Fase di costruzione

37 37/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 1) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Carpenteria spalla (RM)

42 42/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 1) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Carpenteria pila

43 43/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 1) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Pila Elevazione fusto Pila Vista trasversale Pila Vista longitudinale

44 44/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 1) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Pila - Armatura fondazione

45 45/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 1) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Pulvino Armatura Pila Armatura elevazione Pulvino Armatura

46 46/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 1) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Pulvino Baggioli e ritegni

47 47/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 2) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Inquadramento (planimetria e sez. long.) Lato RM Spalla RM - Pianta scavi e sezioni

48 48/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 2) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Inquadramento (planimetria e sez. long.) Lato NA Spalla NA - Pianta scavi e sezioni

49 49/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 2) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Viste trasversali Spalla Vista muro andatore

50 50/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 2) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Armatura fondazione pila Armatura elevazione pila

51 51/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 2) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Armatura pulvino

52 52/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 2) Viadotto 4 cassoncini in c.a.p. (RM-NA) Carpenteria baggioli e ritegni

53 53/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Inquadramento Viste e carpenterie

54 54/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO)

55 55/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Carpenteria pulvino

56 56/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Carpenteria pulvino Passo d uomo, baggioli e ritegni

57 57/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Fondazioni Carpenteria e armatura

58 58/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Armatura elevazioni Pila piena Pila cava

59 59/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Armatura elevazioni Testa pila

60 60/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Armatura Pulvino

61 61/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Fasi costruttive elevazioni

62 62/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 1) Variante di valico Inquadramento

63 63/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 1) Variante di valico Fondazioni - Fasi realizzative

64 64/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 1) Variante di valico Pulvino - Armatura Fondazione - Armatura Fusto pila - Armatura

65 65/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 1) Variante di valico Carpenteria elevazioni

66 66/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 2) Castel Giubileo Progetto Inquadramento e sezioni Stato ante-operam