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Corso di Progettazione di Interventi per la Difesa del Suolo – Prof. F. Silvestri

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Corso di Progettazione di Interventi per la Difesa del Suolo – Prof. F. Silvestri. 1. Scelta della tipologia. Fasi del progetto di strutture di sostegno. 2. Dimensionamento preliminare. 3. Calcolo delle azioni (spinta terre, H 2 0, sovraccarichi, sisma).

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corso di progettazione di interventi per la difesa del suolo prof f silvestri
Corso di Progettazione di Interventi per la Difesa del Suolo – Prof. F. Silvestri

1. Scelta della tipologia

Fasi del progetto di strutture di sostegno

2. Dimensionamento preliminare

3. Calcolo delle azioni

(spinta terre, H20, sovraccarichi, sisma)

4a. Verifiche geotecniche allo Stato Limite Ultimo

(Stabilità globale, Scorrimento, Ribaltamento, Carico limite)

4b. Verifiche geotecniche allo Stato Limite di Servizio

4c. Verifiche idrauliche

4d. Verifiche strutturali

5. Esecuzione e controllo

slide2

muri a mensola (in c.a.)

muri di tipo speciale

muri a gravità massicci (in muratura)

a

b

Tipologia delle opere a gravità

resistono per peso proprio

c

d

a. in pietrame

b. gabbioni di pietrame o ghiaia

c. crib-walls di elementi prefabbricati

d. terra armata

resistono per flessione parete

+ peso del terreno sulla base

slide3

Dimensionamento preliminare: muri a gravità massicci

rapporto spessore/altezza s/H

dimensioni tipiche

slide4

Dimensionamento preliminare: muri a mensola

dimensioni a e b degli sbalzi nell’ipotesi di risultante nel terzo medio della base

slide5

Dimensionamento preliminare: muri speciali

schema di realizzazione

di una parete in terra armata

dimensioni tipiche

di una parete in terra armata

slide6

Azioni di calcolo su opere a gravità

Fasi del calcolo (condizioni di regime, drenaggio libero):

a. spinta scheletro solido dovuta all’attrito (tensioni effettive)

b. incremento di spinta dovuta al sovraccarico

c. incremento di spinta dovuto alla coesione

d. decremento di spinta dovuto alla coesione

e. spinta dell’acqua

+ azioni sismiche!

slide7

Stati limite di equilibrio alla Rankine

Mezzo di Mohr-Coulomb

(>0, c>0)

condizioni di rottura

o anche

coefficiente di spinta attiva (decresce con )

coefficiente di spinta passiva (cresce con )

Mezzo di Tresca

(=0, c=cu)

ka=kp=1

slide8

Spinta attiva e passiva su una parete verticale liscia

Spinta attiva (spostamento parete verso l’esterno)  h0 diminuisce  ha

Spinta passiva (spostamento parete verso l’interno)  h0 aumenta  hp

=30°

k0= 1-sen = 0.5

cinematismo di rotazione

slide9

Calcolo della spinta risultante su una parete verticale

Schema elementare:

parete liscia, terrapieno orizzontale, c=0

cuneo di rottura

Spinta attiva = risultante delle azioni orizzontali sul muro

Punto di applicazione a 1/3 dell’altezza

slide10

Effetto della coesione

Effetto di c  0

 spinta diminuita di ha=-2ckA

Punto di annullamento della ha

Effetto netto risultante:

attrito 

coesione

Attenzione! il diagramma di spinte al di sopra di zc

va trascurato in assenza di adesione terra-parete

slide11

Effetto dell’attrito all’interfaccia terra-parete

L’attrito terra-muro produce un’inclinazione 

delle tensioni di interfaccia

 rotazione di superfici di rottura e spinta

Si assume  =(1/3÷2/3)

al crescere della rugosità della parete

Cinematismo verso l’esterno:

terreno sostenuto verso l’alto dalla parete

rotazione della spinta a favore di stabilità

spinta

attiva

Cinematismo

verso il terrapieno:

terreno che sostiene

la parete verso l’alto

rotazione della spinta

a favore di stabilità

spinta

passiva

slide12

Calcolo della spinta: equilibrio limite globale (Coulomb)

Caso elementare (terrapieno orizzontale, parete verticale liscia, cinematismo )

Poligono delle forze

Pa = f()

(come per Rankine)

slide13

Calcolo della spinta col metodo di Coulomb: caso generale

Ipotesi: terrapieno e parete inclinati, attrito terra-parete, cinematismo 

i

 = angolo di scorrimento terra-muro

i = pendenza terrapieno

 = inclinazione paramento

A = inclinazione superficie critica

coefficiente di spinta

inclinazione superficie di rottura:

slide14

Incremento di spinta risultante

applicato ad un’altezza H/2 sul piano di posa

Effetto di un sovraccarico uniforme

caso elementare (terrapieno orizzontale)

sovraccarico

uniforme

scheletro

solido

acqua

p.l.f.

Tensioni orizzontali aggiuntive dovute al sovraccarico uniforme indefinito

h = kaq

slide15

sezione

A-A

Effetto di sovraccarichi puntuali

per m0.4

per m>0.4

slide16

All’avvicinarsi del sovraccarico al muro (m0):

  • l’incremento di spinta risultante aumenta
  • il punto di applicazione si avvicina alla superficie

Effetto di sovraccarichi lineari

per m  0.4

per m > 0.4

slide17

Calcolo delle spinte dell’acqua

Ipotesi: muro liscio, terrapieno saturo, acqua in quiete

Effetti dell’acqua:

- sottospinta Ub sul cuneo di rottura  diminuisce N’  diminuisce T (= N’ tan)

- aggiunta della spinta idrostatica U sul muro

slide18

Sistemi di drenaggio del terrapieno

D.M. 11.III.1988  scelta dei materiali drenanti secondo

i criteri per il dimensionamento granulometrico dei filtri:

  • 4d15 < df15 < 4 d85
  • scarichi  df85 >foro o 1.2 Lfenditura
slide19

Riduzione della spinta con drenaggio verticale

pressione

atmosferica

nel dreno

slide20

Riduzione della spinta con drenaggio inclinato

terrapieno saturo, dreno inclinato, acqua in moto verticale con i=1

pressione

atmosferica

nel dreno

Senza drenaggio:

Con drenaggio:

azioni sismiche sui muri di sostegno a gravit
Azioni sismiche sui muri di sostegno a gravità

Spinta totale PaE:

Il metodo di Mononobe-Okabe è una generalizzazione del metodo di Coulomb

che tiene conto delle forze di inerzia prodotte dall’azione sismica:

- incrementando le forze di massa del cuneo di spinta attiva

con una componente orizzontale (khWt) ed una verticale (kvWt);

- aumentando le forze di massa del muro di una componente orizzontale (khWm).

 = angolo di scorrimento terra-muro

i = pendenza terrapieno

 = inclinazione paramento

AE = inclinazione superficie critica

(minore che in condizioni statiche)

Coefficiente di spinta in condizioni sismiche

= inclinazione della risultante delle forze di massa rispetto alla verticale

slide22

F

F

Fi

2H/3

H/3

Metodo di Mononobe-Okabe: versione Normativa Sismica

La versione proposta dal DM 16.I.96 assume: 

- kv = 0, kh = C (coeff. di intensità sismica)

 - Calcolo separato di:

1. spinta staticaF

2. incremento sismicoF

3. forza d’inerzia sul muroFi

1. spinta statica F (applicata a H/3)  metodo di Coulomb classico

2.incremento sismico F (applicato a 2H/3) = FS - F = AF’- F

F’ = spinta calcolata alla Coulomb, previa una rotazione  fittizia

- verso l’alto del terrapieno (i’ = i+)

- verso l’esterno del paramento interno del muro (’ = +)

e moltiplicata per il coefficiente

3.forza d’inerzia sul muro Fi(applicata nel baricentro) = CW

W include i pesi degli eventuali terreno + sovraccarichi permanenti

sovrastanti la zattera di fondazione ( muri a mensola)

slide23

Che fine ha fatto l’acqua?

Alcune lacune del D.M. 16.I.1996 (normativa sismica ancora vigente):

- indicazioni ristrette ai soli muri con terrapieno incoerente (paratie? argille?)

- non è chiarito come trattare sovraccarichi concentrati

- le indicazioni sul caso di terreno saturo d’acqua sono sibilline:

“la presenza del liquido dovra’ essere presa in conto in termini di azioni dinamiche da esso prodotte,

distinguendo i terreni permeabili da quelli non permeabili”

L’EuroCodice8 (EC-8) adotta il metodo di M&O, nella forma:

dove Pws (spinta idrostatica), Pwd (spinta idrodinamica), * (peso del terreno)

Si distinguono tre casi possibili:

(gd = peso secco dell’unità di volume, H’= altezza terrapieno sotto falda)

slide24

Paratie: dimensionamento preliminare

valori tipici

della profondità di infissione

di una paratia a sbalzo

valutazione di profondità di infissione

e momento flettente massimo

in funzione dell’angolo d’attrito

per diverse condizioni di falda

(cfr. n. 28)

slide25

Azioni su una paratia a sbalzo

Ipotesi: paratia che ruota verso lo scavo (intorno a una profondità zR) e soggetta a:

  • spinta attiva a monte e passiva a valle, al di sopra del centro di rotazione (z < zR)
  • spinta passiva a monte e attiva a valle, al di sotto del centro di rotazione (z > zR)
  • spinta attiva tutta mobilitata, spinta passiva ridotta (k*p = kp/F, con F=1.5÷2)

NB: su pendio si tende a trascurare:

  • l’effetto della pendenza
  • la presenza di terreno (instabile?) a valle per un’altezza minore

della profondità della superficie di scorrimento

slide26

Schema di calcolo di una paratia libera

diagrammi

di spinte

Modello di calcolo:

punto di rotazione

Risultati:

deformata

taglio

momento

slide27

Azioni su una paratia a sbalzo

Equazioni: equilibrio traslazione e rotazione

Incognite: D0 e zR

Soluzione: per iterazioni

Analisi a lungo termine

(>0, c=0)

Analisi a breve termine

(=0, c=cu)

slide28

Effetti della presenza dell’acqua

Calcolo delle spinte di terreno e acqua

(lungo termine)

metodo semplificato di Blum

con forza concentrata al piede

(zc=0.8D0)

Effetti dell’acqua in vari casi

(verifica a lungo termine)

slide29

Stato Limite Ultimo di terreno e/o struttura

SLU per rottura generale

del sistema terreno + opera

SLU per collasso strutturale

slide30

Esempi di meccanismi di rottura possibili

a. rottura dei terreni di fondazione

b. punzonamento dei terreni di fondazione

c. rottura dei terreni in cui è ammorsata la struttura

d. collasso di una parte del sistema di ancoraggio

e. sifonamento, discontinuità all’interfaccia struttura-terreno

slide31

Terreni a grana grossa

Terreni a grana fine

con  < 1

Verifiche strutture di sostegno secondo D.M. 11.III.1988

Verifica a scorrimento:

Verifica a ribaltamento:

Verifica a carico limite:

nonchè Verifica di stabilità globale (>1.3)

ad