GEOTECNICA. ing. Nunziante Squeglia 13. OPERE DI SOSTEGNO. Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura

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1 GEOTECNICA 13. OPERE DI SOSTEGNO

2 DEFINIZIONI Opere di sostegno rigide: muri a gravità, a mensola, a contrafforti.. Opere di sostegno flessibili: palancole metalliche, diaframmi in cls (eventualmente con ancoraggi) Strutture miste: terra armata, terra rinforzata, muri cellulari..

3 VERIFICA DI SICUREZZA (SLU, GEO) scivolamento sul piano di posa ribaltamento (muri?) rottura del complesso fondazione terreno stabilità globale VERIFICA IN CONDIZIONI DI ESERCIZIO (SLE) compatibilità degli spostamenti influenza sul regime idraulico interazione terreno - struttura

4 ANALISI DELLO STATO TENSIONALE SPINTA DELLE TERRE

5 ANALISI DELLO STATO TENSIONALE SPINTA DELLE TERRE s h = k 0 s v

6 ANALISI DELLO STATO TENSIONALE SPINTA DELLE TERRE σ' A = k a σ' v k a = 1 senϕ' 1+ senϕ' σ' P = k p σ' v k p = 1+ senϕ' 1 senϕ'

7 SPINTA DELLE TERRE Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura PARETE DI ALTEZZA FINITA Cinematismo di rottura

8 SPINTA DELLE TERRE Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura INFLUENZA DEL CINEMATISMO Spinta Attiva Cinematismo Positivo

9 SPINTA DELLE TERRE Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura INFLUENZA DEL CINEMATISMO Spinta Attiva Cinematismo Negativo

10 SPINTA DELLE TERRE INFLUENZA DEL CINEMATISMO Spinta Passiva Cinematismo Negativo

11 SPINTA DELLE TERRE Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura INFLUENZA DEL CINEMATISMO Spinta Passiva Cinematismo Positivo

12 SPINTA DELLE TERRE CALCOLO DELLA SPINTA METODI Superfici piane Superfici curve Teoria di Rankine Metodo di Coulomb Mistilinea (cerchio + retta) Spirale logaritmica

13 SPINTA DELLE TERRE CALCOLO DELLA SPINTA Applicabilità della Teoria di Rankine Paramento di monte verticale Attrito nullo tra paramento e terreno Terrapieno orizzontale

14 SPINTA DELLE TERRE σ' σ' CALCOLO DELLA SPINTA Determinazione della Spinta mediante la Teoria di Rankine a p = = k k a p σ' σ' v v 2 c' + 2 c' k k a p k k a p 1 senϕ' = 1+ senϕ' 1+ senϕ' = 1 senϕ'

15 SPINTA DELLE TERRE CALCOLO DELLA SPINTA Determinazione della Spinta mediante la Teoria di Rankine Spinta Attiva

16 SPINTA DELLE TERRE CALCOLO DELLA SPINTA Determinazione della Spinta mediante la Teoria di Rankine Spinta Passiva

17 SPINTA DELLE TERRE Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura CALCOLO DELLA SPINTA Teoria di Coulomb Spinta Attiva

18 SPINTA DELLE TERRE CALCOLO DELLA SPINTA Teoria di Coulomb Spinta Passiva

19 SPINTA DELLE TERRE Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura S k k CALCOLO DELLA SPINTA Teoria di Coulomb 2 i = kiγh c = 0 a p = = 1 2 cos cos 2 2 θ cos θ cos ( δ + θ) ( δ θ) cos 1 + cos ( ϕ θ) sin( δ + ϕ) sin( ϕ β) cos( δ + θ) cos( β θ) ( ϕ + θ) sin( δ + ϕ) sin( ϕ + β) cos( δ θ) cos( β θ) 2 2

20 SPINTA PASSIVA Influenza della curvatura della superficie SPINTA DELLE TERRE superficie curva superficie piana

21 SPINTA DELLE TERRE CALCOLO DELLA SPINTA Influenza dell entità degli spostamenti

22 CALCOLO DELLA SPINTA SPINTA DELLE TERRE 1. Azioni: terreno + acqua + sovraccarichi + sisma 2. Spinta attiva: utilizzare le soluzioni con la superficie di scorrimento piana:? Rankine (i = 0, d = 0, c a = 0)? Coulomb (i? 0, d? 0, c a? 0) 3. Spinta passiva: quando d > 1 / 3 f utilizzare le soluzioni con la superficie di scorrimento curvilinea. 4. Spostamenti necessari per mobilitare la spinta: - attiva, molto modesti - passiva, rilevanti

23 SPINTA DELLE TERRE Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura CALCOLO DELLA SPINTA EC7 Allegato C (Spinta Attiva)

24 SPINTA DELLE TERRE Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura CALCOLO DELLA SPINTA EC7 Allegato C (Spinta Passiva)

25 SPINTA DELLE TERRE CALCOLO DELLA SPINTA EC7 All. C Spostamenti necessari per la mobilitazione della Spinta Attiva

26 SPINTA DELLE TERRE CALCOLO DELLA SPINTA EC7 All. C Spostamenti necessari per la mobilitazione della Spinta Passiva

27 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE MURI DI SOSTEGNO Fasi del progetto 1. Scelta della tipologia (gravità, mensola, contrafforti.) 2. Dimensionamento di massima 3. Scelta dei parametri geotecnici 4. Scelta del tipo di drenaggio 5. Valutazione del cinematismo e degli spostamenti 6. Calcolo della spinta (rif. 3, 4, 5) 7. Verifiche GEO 8. Definizione particolari costruttivi 9. Verifiche STR

28 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE MURI DI SOSTEGNO Influenza delle pressioni neutre

29 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura MURI DI SOSTEGNO Influenza delle pressioni neutre Effetto di diverse tipologie di drenaggio

30 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE MURI DI SOSTEGNO Valutazione degli spostamenti Spostamenti relativi terrapieno-muro azioni sul muro peso del terrapieno Muri che non subiscono spostamenti riferirsi al coefficiente di spinta a riposo (k 0 ) effetto del costipamento del terrapieno

31 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE MURI DI SOSTEGNO Spinte indotte da sovraccarichi Sovraccarico uniforme q [F/L 2 ] TEORIA DI RANKINE Ds a = k a q DS a = k a q H Applicato a 0.5H

32 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE MURI DI SOSTEGNO Spinte indotte da sovraccarichi Sovraccarico lineare q [F/L] Teoria dell elasticità

33 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE MURI DI SOSTEGNO Spinte indotte da sovraccarichi Sovraccarico puntiforme Q [F] Teoria dell elasticità

34 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE MURI DI SOSTEGNO Spinte indotte dal sisma Approccio pseudo-statico (Mononobe-Okabe)

35 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE P k AE AE MURI DI SOSTEGNO Spinte indotte dal sisma Approccio pseudo-statico (Mononobe-Okabe) = = 1 2 k AE γh 2 cosψ cos ( 1 k ) 2 v θ cos k h ψ = arctan 1 k 2 cos ( ϕ θ ψ) sin ( ) ( δ + ϕ) sin( ϕ β ψ) δ + θ + ψ 1 + cos( δ + θ + ψ) cos( β θ) v 2 S a, applicata H/3; P AE S a, applicata H/2

36 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE k = S a /(g r) v h h g I MURI DI SOSTEGNO Spinte indotte dal sisma Coefficienti sismici (OPCM 3274) Strutture che ammettono spostamenti (r=2) Altre tipologie (r=1) g k = 0.5 Terreni a grana grossa saturi (r=1) k

37 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE MURI DI SOSTEGNO Spinte indotte dal sisma Spinta dell acqua Terreni poco permeabili: incremento di spinta legato a g sat Terreni molto permeabili: incremento di spinta legato a g, spinta dell acqua libera

38 OPERE DI SOSTEGNO RIGIDE MURI DI SOSTEGNO Limiti dell approccio pseudo-statico Rapporto tra componente verticale e orizzontale (q j) Sovrastima k PE (come nel caso statico) Opere che non ammettono spostamenti Deformabilità terrapieno Amplificazione (Opere alte) Differenze di fase

39 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI PARATIE DI SOSTEGNO Condizioni per il proporzionamento Stabilità del complesso terreno paratia (anche se ancorata) Massime sollecitazioni sulla paratie inferiori a quelle sopportabili dalla struttura Massimi spostamenti della paratia inferiori a quelli accettabili

40 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI PARATIE DI SOSTEGNO Metodi di Calcolo parete rigida e terreno rigido plastico parete elastica e terreno non lineare modellazione FEM o FDM

41 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI PARATIE DI SOSTEGNO Terreno rigido plastico Spinta dovuta al peso del terreno Effetto dei sovraccarichi Effetto dell acqua Spinta sulla parete Pressioni idrodinamiche Determinazione della portata

42 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI Pressioni neutre sul contorno di una palancolata

43 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura PARATIE DI SOSTEGNO Sifonamento s V = (g - i g W ) z i C = g / g W F S = i C / i E

44 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura PARATIE DI SOSTEGNO Sollevamento del fondo scavo sabbia argilla sabbia u u

45 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI PARATIE DI SOSTEGNO LIBERE Terreno rigido plastico 1-2 fi q k a c-3 fi q k a + (h+i 0 ) g k a c-4 fi q k p + (h+i 0 ) g k p 6-5 fi q k p + (h+i) g k p 7-6 fi i g k a 8-c fi i 0 g k a 9-c fi i 0 g k p

46 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura i PARATIE DI SOSTEGNO LIBERE Metodo del doppio triangolo z fi q k p + (h+i) g k p - g k a i 4 C 3 6 Inclinazioni dei segmenti 2-3 fi g k a 3-5 fi g (k p -k a ) Incognite: posizione punto 5, z lunghezza di infissione, i Equazioni: traslazione orizzontale rotazione

47 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI i PARATIE DI SOSTEGNO LIBERE Metodo di Blum (1943) i 0 = 0.8 i C R 6 i 0 = 0.8 i Equilibrio alla rotazione intorno al punto C = Polinomio di 3 grado in i 0

48 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI PARATIE DI SOSTEGNO ANCORATE Vantaggi: limitazione degli spostamenti della parete effetto di stabilizzazione degli ancoraggi riduzione del momento flettente Ancoraggi: Passivi carico dovuto al movimento della parete Attivi tiranti pretesi

49 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI PARATIE DI SOSTEGNO ANCORATE Metodi di calcolo (terreno rigido plastico) Paratie con un livello di ancoraggi: 1. Metodo della parete libera al piede 2. Metodo della parete vincolata al piede

50 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura PARATIE DI SOSTEGNO ANCORATE Metodo della parete libera al piede Incognite: 1. Sforzo nei tiranti 2. Infissione Equazioni: 1. Rotazione intorno F 2. Traslazione orizzontale

51 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI PARATIE DI SOSTEGNO ANCORATE Metodo della parete libera al piede: commenti Riduzione del momento flettente massimo dovuta a: 1. controrotazione della parete nel tratto iniziale 2. effetto arco tra il livello dell ancoraggio e piano di scavo 3. inflessione della parete nel tratto immerso Il cedimento dell ancoraggio porta all annullamento dei fenomeni 1. e 2. Rowe (1952): Buon accordo nel caso di strutture rigide Strutture flessibili fi sovrastima del momento flettente massimo

52 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI PARATIE DI SOSTEGNO ANCORATE Metodo della parete vincolata al piede C, flesso della deformata; P, punto fisso

53 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura PARATIE DI SOSTEGNO ANCORATE Metodo della parete vincolata al piede Incognite: 1. sforzo nel tirante, T 2. posizione del punto di flesso C, x 3. posizione del punto P, i 4. lunghezza al di sotto del punto P 5. Sforzo di taglio nel punto P, Rp Equazioni: 1. Rotazione 2. Traslazione Nessuna relazione di congruenza

54 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI PARATIE DI SOSTEGNO ANCORATE Parete vincolata al piede Metodo della Trave Equivalente, Blum (1950) 1. Valutazione della spinta attiva e passiva 2. Il punto di ancoraggio è da considerarsi fisso 3. Il valore di x è noto (x = 0.1 h) 4. Si considera il diagramma risultante ed il taglio Rp Quindi: 1. Si ricavano dall equilibrio della trave superiore Rc e T 2. Dall equilibrio della parte inferiore si ricava i 3. Il tratto al di sotto di P si pone pari a 0.2 i

55 OPERE DI SOSTEGNO FLESSIBILI Corso di Geotecnica Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Architettura PARATIE DI SOSTEGNO ANCORATE Lunghezza degli ancoraggi (OPCM, EC8) L e = L s ( S a g γ I )