Presentazione 21 Titolo marte tampone n. xx PILE, SPALLE E FONDAZIONI Parte 1_2 Prof. Fabio Brancaleoni
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/ 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/ 71 Le pile dei ponti a travata Elevazioni Sezione trasversale Pulvino - Sezioni Pulvino (Dettaglio appoggio impalcato) Pulvino Geometria sbalzi (trasversali) (longitudinali)
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/ 71 Le pile dei ponti a travata Elevazioni Disposizione ferri verticali e legature Disposizione delle staffe Azioni concentrate (appoggi/baggioli)
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/ 71 Le pile dei ponti a travata Elevazioni: metodi di costruzione Casseforme rampanti
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/ 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/ 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/ 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/ 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] c1 - - - - - - c2 - - - - - - Trasporto geometrico e calcolo delle azioni risultanti nel SdR Sxyz (spiccato pila)
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/ 71 Le pile dei ponti a travata Predimensionamento Dati sui carichi Opere ferroviarie Disposizione longitudinale del carico C= 250.00 kn carico concentrato L12 Max N campate L1 e L2 r= 80.00 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= 1364.85 kn Ml (L1)= Rp el= -1501.33 knm R (p2) eff= 1364.85 kn Ml (L2)= Rp el= 1501.33 knm S1 p1 p2 D2 Campata L1 (sinistra) Campata L2 (destra) -27.5-25.0-22.5-20.0-17.5-15.0-12.5-10.0-7.5-5.0-2.5 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 Fv= Rp (p1+p2)= 2729.70 kn Ml= Mp= Σ Rp el= 0.00 knm Vq= max [Rp1, Rp2]= 1364.85 kn Dati sui carichi Disposizione longitudinale del carico C= 0.00 kn carico concentrato L12b Max N campate L1 e L2 disposizione b r= 150.00 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= 1326.97 kn Ml (L1)= Rp el= -1459.67 knm R (p2) eff= 1698.85 kn Ml (L2)= Rp el= 1868.73 knm Azioni risultanti sulla pila Fv, Ml S1 Campata L1 (sinistra) p1 p2 Campata L2 (destra) D2 Fv= Rp (p1+p2)= 3025.82 kn Ml= Mp= Σ Rp el= 409.06 knm -27.5-25.0-22.5-20.0-17.5-15.0-12.5-10.0-7.5-5.0-2.5 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 Vq= max [Rp1, Rp2]= 1698.85 kn
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/ 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/ 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/ 71 Le spalle dei ponti a travata Tipologie Spalla a rilevato passante (Progetto) Cavalcaferrovia (stradale) Pianta e sezioni
20/ 71 Le spalle dei ponti a travata Tipologie Spalla scatolare -_Interferenza (viabilità passante e tombino)
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/ 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/ 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/ 71 Le spalle dei ponti a travata Predimensionamento Dati sui carichi C= 250.00 kn carico concentrato r= 80.00 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 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) Σ = 2464.00 Σ = 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 α = 1.00 coefficiente di adattamento Φ = 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 Σ = 3585.00 Σ = 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
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/ 71 Le spalle dei ponti a travata Predimensionamento Verifiche locali Muro frontale Muri andatori Particolari costruttivi Azioni concentrate (appoggi/baggioli)
27/ 71 Le fondazioni dei ponti a travata Predimensionamento a) Fondazioni su pali Considerazioni generali su diametri utilizzati φ 80 200 (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/ 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 - 100000 kn/m3 terreni compatti B= 1.5 φ
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/ 71 Le sottostrutture dei ponti a travata Progetto e realizzazione Spalle appoggi terminali transizione con rilevato Pile appoggi intermedi
31/ 71 Le sottostrutture dei ponti a travata Progetto e realizzazione Spalle
32/ 71 Le sottostrutture dei ponti a travata Progetto e realizzazione Pile
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/ 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/ 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/ 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/ 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)
38/ 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)
39/ 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)
40/ 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)
41/ 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/ 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/ 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/ 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/ 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/ 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/ 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/ 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/ 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/ 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/ 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/ 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/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Inquadramento Viste e carpenterie
54/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO)
55/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Carpenteria pulvino
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/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Fondazioni Carpenteria e armatura
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/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Armatura elevazioni Testa pila
60/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Armatura Pulvino
61/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere ferroviarie) Progetto e realizzazione 3) Viadotto Modena (MI-BO) Fasi costruttive elevazioni
62/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 1) Variante di valico Inquadramento
63/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 1) Variante di valico Fondazioni - Fasi realizzative
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/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 1) Variante di valico Carpenteria elevazioni
66/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 2) Castel Giubileo Progetto Inquadramento e sezioni Stato ante-operam
67/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 2) Castel Giubileo Carpenteria spalla A
68/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 2) Castel Giubileo Carpenteria fondazioni pila 2
69/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 2) Castel Giubileo Carpenteria pila 2
70/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 2) Castel Giubileo Pila Carpenteria
71/ 71 Descrizione e tipologie di uso corrente (opere stradali) Progetto e realizzazione 2) Castel Giubileo Armatura pila