a protezione di un ponte sul Crati Ing. M. Ponte Dipartimento di Difesa del Suolo V. Marone

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1 Interventi di sistemazione idraulica a protezione di un ponte sul Crati Ing. M. Ponte Dipartimento di Difesa del Suolo V. Marone

2 Moti di filtrazione nei terreni H 2 1 H 1 2 H Ing. M. Ponte 2

3 Se il moto di filtrazione avviene con gradiente di efflusso i e pari al gradiente critico i c = γ / γ W (nel caso delle sabbie circa pari ad 1) le tensioni effettive si annullano ed il terreno (se incoerente) può essere trasportato dall acqua in moto come se fosse privo di peso. Tale fenomeno è noto come sifonamento e può produrre fenomeni di sollevamento di fondo scavo ad esempio in corrispondenza di opere di sbarramento. In prima analisi: i e = H/(H+2D) in realtà il carico H si dissipa lungo linee di flusso più lunghe. H D i c = γ / γ W deriva dall annullamento delle tensioni efficaci del terreno D/2 Ing. M. Ponte 3

4 Google Earth Ponte sul F. Crati S.P. Scalo Mongrassano Ing. M. Ponte 4

5 Google Earth Ponte sul F. Crati S.P. Scalo Mongrassano Ing. M. Ponte 5

6 Il ponte sul fiume Crati S.P. Scalo Mongrassano era interessato nel 2001 da fenomeni di erosione al piede dei plinti di fondazione delle pile centrali. L escavazione massima misurata nel giugno 2001 era di 3 m al di sotto del piano di fondazione dei plinti. Le cavità aperte dal sifonamento presentavano altezze massime di oltre 2m al di sotto del piano di fondazione della briglia. Ing. M. Ponte 6

7 Il ponte sul fiume Crati S.P. Scalo Mongrassano era interessato nel 2001 da fenomeni di erosione al piede dei plinti di fondazione delle pile centrali. L escavazione massima misurata nel giugno 2001 era di 3 m al di sotto del piano di fondazione dei plinti. Le cavità aperte dal sifonamento presentavano altezze massime di oltre 2m al di sotto del piano di fondazione della briglia. Ing. M. Ponte 7

8 2001 Ing. M. Ponte 8

9 2001 Ing. M. Ponte 9

10 2001 Ing. M. Ponte 10

11 Interventi pregressi: 1) Realizzazione di gabbionate a ridosso del paramento di monte della briglia, per ripristinare l interrimento di monte eroso dall acqua; 2) Messa in opera di massi, sotto la fondazione della briglia, al fine di riempire le cavità provocate dal sifonamento; 3) Realizzazione di una zoccolatura al piede dei plinti delle pile del ponte. Ing. M. Ponte 11

12 Interventi previsti in progetto: 1) costruzione di un diaframma al di sotto della fondazione della briglia per fermare il processo di sifonamento; 2) consolidamento del terreno di fondazione delle pile intorno alle quali erano presenti escavazioni; 3) risagomatura dei plinti di fondazione delle pile, al fine di renderli maggiormente idrodinamici, allo scopo di minimizzare le turbolenze localizzate; 4) riprofilatura della briglia per consentire l efflusso della portata di progetto; 5) costruzione di due argini secondari tra le estremità della briglia e le spalle del ponte per impedire l aggiramento della briglia; 6) rimodellamento dell alveo fino alla quota della gaveta inferiore della briglia nel tratto tra la briglia stessa ed il ponte; 7) costruzione di una platea di rivestimento dell alveo in corrispondenza delle pile del ponte; 8) protezione dall escavazione dell alveo a valle della platea Ing. M. Ponte 12

13 Interventi previsti in progetto: Ing. M. Ponte Meccanica delle Terre Moti di Filtrazione 13

14 Interventi previsti in progetto: 1) costruzione di un diaframma al di sotto della fondazione della briglia per fermare il processo di sifonamento Al fine di valutare le condizioni di sicurezza rispetto al pericolo di sifonamento dopo la realizzazione del diaframma, è stato costruito, con riferimento alla situazione più gravosa, corrispondente al verificarsi della portata di progetto (Q T=100 = 1669 m 3 /s) ed alla massima escavazione prevedibile immediatamente a valle del diaframma stesso (4,00m), il reticolo di flusso Ing. M. Ponte 14

15 Detti: γ w = 1.00 t m -3 γ sat = 2.10 t m -3 k = 5 x 10-4 cm sec -1 H = 6.10m D = 10.00m N t = 5 N c = 20 il peso specifico dell acqua il peso saturo del mezzo poroso la permeabilità del mezzo poroso il dislivello piezometrico la profondità di infissione del diaframma il numero dei tubi di flusso il numero dei campi del reticolo si può innanzitutto calcolare il dislivello piezometrico elementare d, cioè l aliquota di dislivello totale che si dissipa lungo ogni equipotenziale: d H = Nc = Ing. M. Ponte 15 5

16 La portata di filtrazione Q f risulta data dalla relazione: Qf = kh Nt Nc = mc sec -1 Il gradiente di efflusso i e è stato calcolato valutando il numero di campi, contati da valle verso monte, alla base del prisma di terreno interessato, di volume D x D/2. Con riferimento allo schema della figura, tale numero n è pari a 7. Il gradiente di efflusso vale: i e d = n D = 0.21 Il gradiente critico vale: i c = (γ sat -γ w )/γ w = F = i i c e = Ing. M. Ponte Meccanica delle Terre Moti di Filtrazione 16

17 Criterio di Bligh-Lane In aggiunta al criterio precedente, un altro, noto come Criterio di Bligh-Lane, è usualmente seguito in tema di sifonamento, per dare stabilità al manufatto in base all'assunzione che la velocità dell acqua nel mezzo poroso debba essere, in ogni punto, tale da non rimuovere la fase più fine del materiale che costituisce il mezzo stesso. Esso si fonda sul fatto che la resistenza al moto è molto minore lungo il contatto tra la base (orizzontale o quasi) del manufatto e il terreno che lungo gli altri contatti tra le strutture (verticali) di tenuta (diaframmi, palancole, taglioni, ecc.) e il terreno. Si può così individuare, tra i vari percorsi dell'acqua, quello critico, prudenzialmente rappresentato dal contorno dell'opera inserita nel mezzo poroso, il cui sviluppo, adeguatamente pesato nei suoi tratti (1/3 se il contatto è orizzontale,1 se è verticale) deve essere un multiplo del dislivello H tra monte e valle. il cui valore deve essere non inferiore a quello definito dalla natura dei terreni interessati. F = [1/3 ΣL o + ΣL v ] / H F* Ing. M. Ponte 17

18 Criterio di Bligh-Lane I valori di F* sono dati dalla tabella seguente: F = [1/3 ΣL o + ΣL v ] / H F* Sabbia molto fine o limo 8,5 Sabbia fine 7,0 Sabbia media 6,0 Sabbia grossa 5,0 Ghiaia fine 4,0 Ghiaia media 3,5 Ghiaia grossa con ciottoli 3,0 Massi con ciottoli e ghiaia 2,5 Argilla molle 3,0 Argilla media 2,0 Argilla compatta 1,8 Argilla molto compatta 1,6 Essi indicano sostanzialmente come si debba procedere con le opere sotterranee per evitare l asportazione delle particelle: con elevati valori per i materiali incoerenti fini (sabbie e limi); medi per materiali ancora incoerenti ma grossolani; relativamente piccoli per materiali ad elevata coesione come le argille Ing. M. Ponte 18

19 Criterio di Bligh-Lane 1/3 ΣL o = 1/3 ( ) = 1.70m ΣL v = = 27.10m H = 6.10m e, quindi: F = [1/3 ΣL o + ΣL v ] / H = 4.7 Tale valore di F va confrontato con il valore F*, dipendente dal tipo di terreno. Affinchè vi siano condizioni di sicurezza, deve essere F > F*. Assimilando il terreno costituente il materasso alluvionale a ghiaia fine, secondo la regola di Bligh-Lane si ha F* = 4.0, per cui la disuguaglianza risulta soddisfatta: F = 4.7 > F* = 4.0 Ing. M. Ponte 19

20 Soluzione teorica Detti K e K gli integrali ellittici di modulo m, e posto: D σ = sin π 2T si ha: m = 1 2 ( + σ ) σ Il valore degli integrali K e K si ricavano da apposite tabelle in funzione del modulo m. La portata di filtrazione per unità di larghezza è data da: Qf = kh K' K dove k rappresenta la permeabilità del mezzo poroso. Il gradiente di efflusso è, invece, dato da: i e π = 2Km H σ T Ing. M. Ponte 20

21 Soluzione teorica Con riferimento allo schema già visto, posti: H = 6.10m il dislivello piezometrico D = 10.00m la profondità di infissione del diaframma T = 20.00m la profondità dello strato impermeabile k = cm s -1 la permeabilità del mezzo poroso Detti K e K gli integrali ellittici di modulo m, e posto: πd σ = sin = T si ha: 2 m = σ = ( 1+ σ ) Ing. M. Ponte 21

22 Soluzione teorica In corrispondenza di tale valore del modulo m, dalle apposite tabelle si ricavano i valori degli integrali K e K : K = K /K = La portata di filtrazione per unità di larghezza è data da: Qf = kh K ' K = m s m -1 Il gradiente di efflusso è, invece, dato da: π H i e = = Km σ T Il gradiente critico vale: ic = (γ sat -γ w )/γ w = 1.10 ic per cui il fattore di sicurezza al sifonamento vale: F = = i e Ing. M. Ponte 22

23 Diaframma JET-GROUTING: metodo di miglioramento delle proprietà meccaniche ed idrauliche del terreno che sfrutta i getti fluidi ad altissima velocità per disgregare la struttura e per la successiva miscelazione con una sostanza cementizia. Ing. M. Ponte 23

24 Diaframma Ing. M. Ponte 24

25 Diaframma Ing. M. Ponte 25

26 Diaframma Ing. M. Ponte 26

27 Diaframma Ing. M. Ponte 27

28 Diaframma Ing. M. Ponte 28

29 Diaframma Ing. M. Ponte 29

30 Interventi previsti in progetto: 2) consolidamento del terreno di fondazione delle pile intorno alle quali erano presenti escavazioni mediante la tecnica del JET-GROUTING Ing. M. Ponte 30

31 Interventi previsti in progetto: 2) consolidamento del terreno di fondazione delle pile intorno alle quali erano presenti escavazioni mediante la tecnica del JET-GROUTING Ing. M. Ponte 31

32 Interventi previsti in progetto: 3) risagomatura dei plinti di fondazione delle pile, al fine di renderli maggiormente idrodinamici, allo scopo di minimizzare le turbolenze localizzate. Ing. M. Ponte 32

33 Interventi previsti in progetto: 3) risagomatura dei plinti di fondazione delle pile, al fine di renderli maggiormente idrodinamici, allo scopo di minimizzare le turbolenze localizzate. Ing. M. Ponte 33

34 Dicembre 2008 Ing. M. Ponte 34

35 Maggio 2009 Ing. M. Ponte 35

36 2001 Ing. M. Ponte 36

37 2009 Ing. M. Ponte 37

38 2001 Ing. M. Ponte 38

39 2007 Ing. M. Ponte 39

40 Dicembre 2008 Ing. M. Ponte 40

41 GRAZIE PER L ATTENZIONE Ing. M. Ponte 41

42 DATI GENERALI Lavori: Interventi di sistemazione idraulica a protezione del ponte sul Fiume Crati S.P. Scalo Mongrassano Localizzazione delle opere: Comune: Bisignano Foglio 7 Particelle 21, 414, 330 Committente: Amministrazione Provinciale di COSENZA Gruppo di appartenenza: F (Opere Pubbliche) Progettisti: Prof. Ing. Francesco MACCHIONE Ing. Maurizio PONTE Ing. Michele DE MARCO Ing. Claudio LE PIANE Direttore dei Lavori: Ing. Maurizio PONTE Collaudatori: Arch. Luigi Saltarelli Arch. Andrea Pisani Ing. Francesco Lo Bianco Riferimenti: Ing. Maurizio Ponte Dipartimento di Difesa del Suolo Unical Via P. Bucci 44b Rende (CS) mauponte@dds.unical.it Tel Cell Ing. M. Ponte 42