Presentazione xx. Titolo marte tampone n. xx. PILE, SPALLE E FONDAZIONI Parte 2_2 Spalle Prof. Fabio Brancaleoni

Presentazione xx Titolo marte tampone n. xx PILE, SPALLE E FONDAZIONI Parte 2_2 Spalle Prof. Fabio Brancaleoni

2 / 82 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

3 / 82 Le sottostrutture dei ponti a travata, definizioni e funzioni Schema statico (longitudinale) a trave appoggiata e a trave continua Disposizione dei vincoli / tipologia (standard) Opera ferroviaria

4 / 82 Le spalle dei ponti a travata Progetto 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

5 / 82 Le spalle dei ponti a travata Progetto 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)

6 / 82 Le spalle dei ponti a travata Dati sui carichi C= 250.00 kn carico concentrato r= 80.00 kn/m carico ripartito 1.10 coefficiente di adattamento 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 0.00 250.00-1.10-275.00 1.60 250.00 0.50 125.00 3.20 250.00 2.10 525.00 4.80 250.00 3.70 925.00 5.60 23.90 18.30 1464.00 13.65 19983.60 X Azioni da impalcato Carichi da traffico (scenari) Opere ferroviarie Treno di carico LM71 (traffico normale) = 2464.00 = 21283.60 S D Rs= 1530.51 kn Rd= 933.49 kn R (S) eff= 1683.56 kn R (D) eff= 1026.84 kn Dati sui carichi C= 0.00 kn carico concentrato r= 150.00 kn/m carico ripartito 1.00 coefficiente di adattamento 1.00 coefficiente di incremento dinamico Campata sinistra (S= spalla) 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 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 0.00 23.90 23.90 3585.00 10.85 38897.25 S D Rs= 1878.98 kn Rd= 1706.02 kn = 3585.00 = 38897.25 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 R (S) eff= 1878.98 kn R (D) eff= 1706.02 kn

7 / 82 Spalla (esempio di progetto per un ponte a travata) Indice argomenti (relazioni tecniche e elaborati grafici) Relazione tecnica descrittiva Caratteristiche generali (inquadramento, tipologia, vincoli, carpenterie) Caratteristiche dei materiali Riferimenti normativi Inquadramento geotecnico Sito di riferimento azione sismica Relazione tecnica di calcolo Modello di calcolo Analisi dei carichi elementari, combinazioni Verifiche strutturali (elevazione, fondazione) Verifiche geotecniche Sezione longitudinale

8 / 82 Caratteristiche generali Viadotto ferroviario a singolo binario a via inferiore con impalcato costituito da travate metalliche reticolari Opera costituita da 5 campate di lunghezza asse pila asse pila variabile da 50 a 60 m Ciascuna campata con schema statico longitudinale di trave appoggiata agli estremi (è previsto un appoggio fisso su ogni pila e su una delle due spalle spalla B) Armamento ferroviario ad attacco diretto Sezione trasversale Spalla A Pila 1 Pila 2 Pila 3 Pila 4 Spalla B Sezione longitudinale

9 / 82 Inquadramento opera Sezione longitudinale Pianta

10 / 82 Spalla A (mobile) Pila 2 Schema appoggi (sottostrutture in esame) Spalla B (fisso) Appoggio fisso Appoggio mobile Appoggio fisso

11 / 82 Carpenterie sottostrutture Spalla A (mobile) Elevazione h= 6.28 m (altezza muro frontale) s_mf= 1.8 m (spessore muro frontale) s_ma= 0.8 m (spessore muro andatore) Fondazione s_p= 2.0 m (spessore plinto) 16 pali Ø 1000 L 20m

12 / 82 Carpenterie sottostrutture Spalla B (fisso) Elevazione h= 7.78 m (altezza muro frontale) s_mf= 1.8 m (spessore muro frontale) s_ma= 0.8 m (spessore muro andatore) Fondazione s_p= 2.0 m (spessore plinto) 16 pali Ø 1000 L 20m

13 / 82 Carpenterie sottostrutture Pile Prospetto e sezione (longitudinali) Elevazione h_p= 3.60 m (altezza pulvino) H =5.80 m (altezza totale pile 1,2) H= 8.10 m (altezza totale pile 3,4) Fondazione s_p= 2.5 m (spessore plinto) 16 pali Ø 1000 L 36 m (pile 1,2) 16 pali Ø 1000 L 40 m (pile 3,4) Sezione trasversale (vista verso alto)

14 / 82 Carpenterie sottostrutture Pile Prospetto e sezione (trasversali) Pulvino Pianta a quota appoggi Fondazione pianta disposizione pali

15 / 82 Riferimenti normativi

16 / 82 Caratteristiche dei materiali Calcestruzzo Acciaio B450C

17 / 82 Inquadramento geotecnico Profilo geotecnico Ubicazione sondaggi prove CPT Successione stratigrafica e parametri geotecnici

18 / 82 Inquadramento geotecnico Caratterizzazione

19 / 82 Azioni sismiche Definizione dei parametri sismici: sito di riferimento, stato limite (SLV), tipo di costruzione, ecc..:

20 / 82 Spalla Modello di calcolo Plinto di fondazione ed elevazione: modello spaziale 3D con elementi finiti tipo shell thick (elementi bidimensionali a comportamento lastra-piastra deformabili anche a taglio) Pali di fondazione: interazione struttura-terreno vincoli elastici lineari (rigidizze assegnate Kx, Ky, Kz) Rigidezza verticale Kv= Kz = Kb + Ks (vincoli elastici orizzontali in testa al palo)

21 / 82 Spalla Modello di calcolo Vincoli al contorno

22 / 82 Spalla Modello di calcolo Vincoli al contorno Rigidezze orizzontali Kx=Ky=Kh (vincoli elastici orizzontali in testa al palo) Es= KB K = coefficiente di sottofondo (F/L3) B= 1.5

23 / 82 Spalla Modello di calcolo Geometria e schematizzazione degli elementi strutturali (baricentro)

24 / 82 y Spalla Modello di calcolo z x Modello 3D (modello base e estruso) y z x z x y

25 / 82 Spalla Analisi dei carichi Azioni elementari in condizioni statiche e in condizioni sismiche a) azioni provenienti dall impalcato (reazioni sugli apparecchi di appoggio sulla spalla in esame) b) azioni applicate alla spalla (elevazione, plinto di fondazione) c) azioni delle terre

26 / 82 Spalla Analisi dei carichi - Azioni elementari in condizioni statiche

28 / 82 Spalla Analisi dei carichi - Azioni elementari in condizioni statiche Azioni provenienti dall impalcato (Appoggio fisso) N= Rz azione verticale Tl= Rx Tt= Ry azione longitudinale azione trasversale

29 / 82 Spalla Analisi dei carichi - Azioni elementari in condizioni statiche Rz= Fv My= Fv d (d = eccentricità ) Eccentricità (d) (asse appoggi asse muro frontale)

30 / 82 Spalla Analisi dei carichi - Azioni elementari in condizioni statiche Treno LM71 Rz= Fv = 2526.4 kn My= Fv d Treno SW/2 Rz= Fv = 3806.0 kn My= Fv d

35 / 82 Spalla Analisi dei carichi - Azioni elementari in condizioni sismiche Azioni sismiche valutate mediante un analisi statica equivalente

36 / 82 Spalla Analisi dei carichi - Azioni elementari in condizioni sismiche

37 / 82 Spalla Analisi dei carichi - Azioni elementari in condizioni sismiche (*) Sisma in direzione longitudinale (x): Fhx=Fh Sisma in direzione trasversale (y): Fhy= Fh/2

38 / 82 Spalla Analisi dei carichi - Azioni elementari in condizioni sismiche dir x (long) dir y (trasv)

39 / 82 Spalla Combinazioni di carico Elenco delle combinazioni agli Stati Limite: Gruppi di carico (Carichi verticali combinati con le altre azioni derivanti dal traffico ferroviario)

40 / 82 Spalla Combinazioni di carico Coefficienti parziali di combinazione

41 / 82 Spalla Combinazioni di carico utilizzate Tabella riepilogativa delle condizioni di carico elementari e delle combinazioni di carico SLU e SLE

42 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Modello 3D / Elementi shell : convenzione (+/-) per le caratteristiche delle sollecitazioni interne (lastra piastra) Le verifiche sono state condotte con riferimento a: Individuazione di elementi omogenei (spessore ed armatura) Analisi delle sollecitazioni interne (rif. locale) Definizione delle sezioni di verifica mediante l ausilio delle section cut (rif. globale) Verifica degli elementi a pressoflessione retta (p.to 4.1.2.1.2.4 NTC 2008) Verifica a taglio (p.to 4.1.2.1.3.1 NTC 2008)

43 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Resistenza al taglio Elemento fessurato in assenza di armature trasversali) Elemento fessurato in presenza di armature trasversali)

44 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Sollecitazioni (rif locale) Muro andatore Mappe delle caratteristiche di sollecitazione (singola c.c.) Momenti (KNm/m) Tagli (KN/m)

45 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Sollecitazioni (rif locale) Muro frontale Mappe delle caratteristiche di sollecitazione (singola c.c.) Momenti (KNm/m) Tagli (KN/m)

46 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Muro andatore (Section cut 01) SLU SLE

47 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Muro andatore (Section cut 01) Verifica a pressoflessione

49 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Muro andatore (Section cut 01) Verifica a taglio

52 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Muro andatore (Section cut 02) SLU SLE

58 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Muro frontale (Section cut 03) SLU SLE

59 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Muro frontale (Section cut 03) Verifica a pressoflessione

60 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Muro frontale (Section cut 03) Verifica a pressoflessione

61 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Muro frontale (Section cut 03) Verifica a taglio

64 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Muro frontale (Section cut 04) SLU SLE (si omettono le verifiche)

65 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Fondazione (Section cut 05) SLU SLE (si omettono le verifiche)

66 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Fondazione Verifica a punzonamento (p.to 6.4 EC2) Verifica delle azioni concentrate corrispondenti alle reazioni verticali dei pali: a) controllo della tensione di punzonamento in corrispondenza del perimetro dell area caricata (u p ) b) controllo della tensione in corrispondenza del perimetro critico (u 1 ) a) Controllo della tensione in corrispondenza del perimetro del palo (u p )

67 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Fondazione Verifica a punzonamento (p.to 6.4 EC2) b) Controllo della tensione in corrispondenza del perimetro critico (u 1 )

68 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Fondazione Verifica armatura longitudinale (modello tirante puntone) L azione sollecitante è la massima reazione del nodo 785 comb. S.L.U. 2: Rmax= 1954.53 kn.

69 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Trave paraghiaia Modello a mensola Azioni: permanenti, spinta del terreno, del treno a tergo, azione di frenatura Combinazione delle azioni: a) Verifiche SLU - Pressoflessione

70 / 82 Spalla Verifiche strutturali (elevazione e fondazione) Combinazioni SLU e SLE (rif globale) Trave paraghiaia b) Verifiche SLU - Taglio c) Verifiche SLE (Tensioni e apertura fessure)

71 / 82 Spalla Verifiche strutturali (pali di fondazione) Combinazioni SLU e SLE Massime azione sul singolo palo (id palo: 1169, 1175, 1181, )

72 / 82 Spalla Verifiche strutturali (pali di fondazione) Combinazioni SLU e SLE Azioni flettenti e taglianti sui pali / Diagrammi delle sollecitazioni

73 / 82 Spalla Verifiche strutturali (pali di fondazione) Combinazioni SLU e SLE Palo SLU Verifica a pressoflessione

74 / 82 Spalla Verifiche strutturali (pali di fondazione) Combinazioni SLU e SLE Palo SLU Verifica a taglio

75 / 82 Spalla Verifiche strutturali (pali di fondazione) Combinazioni SLU e SLE Palo SLE Combinazioni (Verifica a pressoflessione e apertura fessure)

76 / 82 Spalla Verifiche strutturali (pali di fondazione) Combinazioni SLU e SLE Palo SLE Verifica a pressoflessione e apertura fessure

77 / 82 Spalla Verifiche geotecniche dei pali Capacità portante verticale Capacità portante verticale - Metodologia di calcolo (NTC 2008)

78 / 82 Spalla Verifiche geotecniche dei pali Capacità portante verticale Capacità portante verticale - Metodologia di calcolo (NTC 2008)

79 / 82 Spalla Verifiche geotecniche dei pali Capacità portante verticale Capacità portante verticale - Verifica Approccio 2 (A1+M1+R3) Analisi sismica con un fattore di struttura q= 1.5 Combinazioni SLU e SLV condotte in condizioni non drenate Sezioni progettate a comportamento duttile e opportunamente confinate: armatura longitudinale non inferiore all 1% dell area di calcestruzzo ed estesa per una lunghezza L 10 Armatura orizzontale di confinamento con staffe 12 chiuse

80 / 82 Spalla Verifiche geotecniche dei pali Capacità portante orizzontale Capacità portante orizzontale - Metodologia di calcolo (NTC 2008)

81 / 82 Spalla Verifiche geotecniche dei pali Capacità portante orizzontale Capacità portante orizzontale - Metodologia di calcolo (NTC 2008)

82 / 82 Spalla Verifiche geotecniche dei pali Capacità portante orizzontale Capacità portante orizzontale - Verifica Approccio 2 (A1+M1+R3) Analisi sismica con un fattore di struttura q= 1.5 Combinazioni SLU e SLV condotte in condizioni efficaci Capacità portante orizzontale del complesso palo-terreno con meccanismo palo lungo che prevede: Plasticizzazione del palo che dipende dal momento di plasticizzazione My della sezione funzione dell armatura e sforzo normale