Interventi di sistemazione idraulica a protezione di un

“Interventi di sistemazione idraulica
a protezione di un ponte sul Crati”
Ing. M. Ponte
Dipartimento di Difesa del Suolo “V. Marone”
Moti di filtrazione nei terreni
H
H
2
1
1
2
H
Ing. M. Ponte
2
Se il moto di filtrazione avviene con gradiente di efflusso ie pari al
gradiente critico ic = γ’ / γW (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:
H
ie = H/(H+2D)
in realtà il carico H si
dissipa lungo “linee di
flusso” più lunghe.
ic = γ’ / γW deriva
dall’annullamento delle
tensioni efficaci del terreno
Ing. M. Ponte
D
D/2
3
Google Earth - 2006
Ponte sul F. Crati
S.P. Scalo Mongrassano
Ing. M. Ponte
4
Google Earth - 2006
Ponte sul F. Crati
S.P. Scalo Mongrassano
Ing. M. Ponte
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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
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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
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2001
Ing. M. Ponte
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2001
Ing. M. Ponte
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2001
Ing. M. Ponte
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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
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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
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Interventi previsti in progetto:
Ing. M. Ponte
Meccanica delle Terre – Moti di Filtrazione
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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
(QT=100= 1669 m3/s) ed alla massima escavazione prevedibile immediatamente a
valle del diaframma stesso (4,00m), il reticolo di flusso.
4
3
2
1
5
Ing. M. Ponte
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Detti:
γw = 1.00 t m-3
γsat = 2.10 t m-3
k = 5 x 10-4 cm sec-1
H = 6.10m
D = 10.00m
Nt = 5
Nc = 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:
4
d=
3
2
1
H
= 0.305
Nc
5
Ing. M. Ponte
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La portata di filtrazione Qf risulta data dalla relazione:
Qf = kH
Nt
= 7.63 ⋅ 10 -6 mc sec -1
Nc
Il gradiente di efflusso ie 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:
ie = n
d
= 0.21
D
4
3
2
1
Il gradiente critico vale:
ic = (γsat-γw)/γw = 1.10
ic
F = = 5.15
ie
Ing. M. Ponte
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Meccanica delle Terre – Moti di Filtrazione
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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 ΣLo + ΣLv] / H ≥ F*
Ing. M. Ponte
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Criterio di Bligh-Lane
F = [1/3 ΣLo + ΣLv] / H ≥ F*
I valori di F* sono dati dalla tabella seguente:
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
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Criterio di Bligh-Lane
1/3 ΣLo = 1/3 (4.40+0.80) = 1.70m
ΣLv = 1.10 + 2.00 + 14.00 + 10.00 = 27.10m
H = 6.10m
e, quindi:
F = [1/3 ΣLo + ΣLv] / 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
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Soluzione teorica
Detti K e K’ gli integrali ellittici di modulo m, e posto:
σ = sin
si ha:
m=
πD
2T
2
σ
(1 + 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:
ie =
Ing. M. Ponte
π
H
2 Km σ T
20
Soluzione teorica
Con riferimento allo schema già visto, posti:
•
•
•
•
H = 6.10m
D = 10.00m
T = 20.00m
k = 5 10-4 cm s-1
il dislivello piezometrico
la profondità di infissione del diaframma
la profondità dello strato impermeabile
la permeabilità del mezzo poroso
Detti K e K’ gli integrali ellittici di modulo m, e posto:
σ = sin
πD
2T
= 0.70711
si ha:
m=
Ing. M. Ponte
2
σ = 0.985
(1 + σ )
21
Soluzione teorica
In corrispondenza di tale valore del modulo m, dalle apposite tabelle si ricavano i
valori degli integrali K e K’:
K = 3.031
K’/K = 0.513
La portata di filtrazione per unità di larghezza è data da:
Qf = kH
K'
= 1.57 ⋅10 −5 m 3s -1m -1
K
Il gradiente di efflusso è, invece, dato da:
Il gradiente critico vale:
ie =
H
= 0.191
2 Km σ T
ic = (γsat-γw)/γw = 1.10
per cui il fattore di sicurezza al sifonamento vale:
Ing. M. Ponte
π
F=
ic
= 5.77
ie
22
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
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Diaframma
Ing. M. Ponte
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Diaframma
Ing. M. Ponte
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Diaframma
Ing. M. Ponte
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Diaframma
Ing. M. Ponte
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Diaframma
Ing. M. Ponte
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Diaframma
Ing. M. Ponte
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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
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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
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
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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
Dicembre 2008
Ing. M. Ponte
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Maggio 2009
Ing. M. Ponte
35
2001
Ing. M. Ponte
36
2009
Ing. M. Ponte
37
2001
Ing. M. Ponte
38
2007
Ing. M. Ponte
39
Dicembre 2008
Ing. M. Ponte
40
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Ing. M. Ponte
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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 – 87036 – Rende (CS)
E-mail: [email protected]
Tel. 0984.496532
Cell. 339.8241072
Ing. M. Ponte
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