IPOTESI PROGETTUAL

In questa fase preliminare per giungere alla soluzione definitiva dell’opera di sostegno da inserire nel dislivello di quota fra il piazzale della postazione di perforazione e della centrale, sono state esaminate un certo numero di opere di sostegno allo scopo di studiarne la fattibilità ed il confronto tecnico-economico, per poi progettare in dettaglio una sola. Esistono numerosi tipo di opere di sostegno. La prima fase del progetto consiste proprio nel decidere quale sia l’opera più appropriata per problema in esame; è poi necessario prevedere possibili modi in cui il tipo prescelto può venire meno alla funzione per la quale è stato progettato. Il progetto preliminare di un’opera di sostegno è complicato dalla varietà dei tipi e dei vincoli progettuali. Il problema deriva dalla

necessità di sostenere uno scavo e il carico trasmesso dalle strutture adiacenti. I dati di progetto sono la geometria, i valori del terreno, la posizione della falda e l’intensità dei carichi a monte dell’opera, nel caso in esame sono pari a 10 kN/mq. L’opera di sostegno sia in grado di soddisfare i seguenti requisiti:

• Deve essere soddisfatto l’equilibrio alla rotazione;

• Deve essere rispettato l’equilibrio alla traslazione orizzontale, cioè la struttura non deve scorrere;

• Deve essere rispettato l’equilibro alla traslazione verticale, ovvero la capacità portante della fondazione;

• La spinta del terreno non deve sollecitare alcuna parte della struttura al di là della sua resistenza;

• La stabilità generale del terreno circostante l’opera deve essere garantito; I fattori che influenzano la scelta dell’opera sono:

▪ L’altezza ritenuta;

▪ Il tipo di terrapieno da sostenere; ▪ Il terreno di fondazione

▪ Il regime della falda; ▪ Le strutture adiacenti

▪ Lo spazio disponibile per la costruzione ▪ Le norme tecniche

▪ I costi

Molti di questi fattori sono interconnessi fra di loro.

Di seguito sarà riportato un breve dimensionamento geotecnico delle soluzioni indagate e le motivazioni che hanno portato alla scelta di una di esse

Progettazione opere di sostegno Capitolo III

3.2.1

Modelli proposti

3.2.1.1 Muri di contenimento in c.a.

I muri di sostegno hanno lo scopo di prevenire lo smottamento di pendii naturali ripidi o di assicurare la stabilità di pendii artificiali sagomati con pendenze superiori alla

pendenza di equilibrio naturale. Da questo punto di vista si distinguono:

• Muri di sostegno in sterro o di controripa, che consentono di formare una piattaforma a valle;

• Muri di sostegno in rilevato o di sottoscarpa, che consentono di formare una piattaforma a monte.

In entrambi i casi, occorre prima procedere ad uno sbancamento, per liberare lo spazio ove costruire il muro, poi costruire il muro propriamente detto, e infine porre in opera il terreno di riempimento a tergo con le eventuali opere di drenaggio. Per ridurre

l’intensità della spinta, ed in particolare della sua componente orizzontale, è opportuno utilizzare terreni di riempimento sabbiosi e ghiaiosi, caratterizzati da un alto valore dell’angolo di resistenza al taglio.

La realizzazione di un muro di sostegno modifica le condizioni di equilibrio generale del

pendio, e tali modifiche possono condurre ad una instabilità generale o localizzata. Nel caso dei muri in sterro, può determinarsi la rottura localizzata del ripido pendio a monte che si crea con i lavori di sbancamento preliminari. Per limitare tale rischio è opportuno prevedere una realizzazione per brevi tratti. Nel caso dei muri in rilevato può esservi il rischio di una rottura generale profonda o superficiale del pendio dovuta al sovraccarico costituito dal peso del terreno di riporto messo in opera.

I più comuni tipi di muri di sostegno sono:

• I muri di sostegno a gravità resistono alla spinta esercitata dal terreno

esclusivamente in virtù del proprio peso. Essi sono realizzati con muratura di mattoni o di pietrame, o in calcestruzzo. Affinché ogni sezione orizzontale del muro sia interamente compressa è necessario che, ad ogni quota, la risultante del peso e della spinta del terreno sia interna al nocciolo d’inerzia. Si tratta pertanto di strutture tozze, la cui altezza massima supera raramente i 4 m, poiché per altezze maggiori non sono economicamente convenienti. Quindi inutilizzabili nel caso in esame.

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assicurata dl peso del terreno che grava direttamente al disopra della parte interna della fondazione sfruttano anche il peso del terreno che grava sulla fondazione per la stabilità al ribaltamento ed alla traslazione orizzontale. Le diverse parti della struttura (fondazione e pareti) sono armate in modo da resistere anche a flessione e taglio. I muri a mensola sono più semplici da

realizzare, come carpenteria e armatura, ma poiché sono costituiti da tre mensole convergenti in un nodo, i momenti flettenti di incastro crescono molto

rapidamente con l’altezza del muro1. I muri a contrafforti e speroni, essendo strutture scatolari, composte da lastre incastrate su tre lati, consentono un migliore sfruttamento dei materiali e sono quindi preferiti per i muri di grande altezza, ma richiedono molto più lavoro di carpenteria e di armatura, e

presentano certamente un aspetto peggiore.

I muri di sostegno a gravità o a mensola sono usati normalmente per altezze di ritenuta relativamente ridotte, per quanto non siano infrequenti muri di altezza fino a 10 m Per limitare l’influenza sulla spinta del terreno naturale in sito dietro il muro ed il suo riempimento, il pendio che si realizza con lo sbancamento deve avere debole pendenza, ciò implica che già per muri di altezza, 5-6m, il volume di terra da asportare aumenta sensibilmente. Questo aspetto può andare ad incidere sui costi di realizzazione dell’opera e quindi della sua fattibilità.

Per il progetto delle strutture di questo tipo comporta cinque fasi: • Scelta del più adatto tipo di muro;

• Dimensionamento preliminare • Scelta parametri terreno • Stabilità complessiva

• Stabilità interna e degli elementi strutturali (non obbligatoria in fase di predimensionamento)

Nel caso in esame la soluzione con muri di contenimento percorribile ricade sui muri tipo a mensola di sezione T rovescia. Tale soluzione fu indagata quando ancora non erano disponibili tutte le informazioni geotecniche, tutta via nella fase in cui si sceglie il tipo di opera può essere sufficiente una conoscenza anche solo approssimativa del tipo di terreni e della successione stratigrafica. Dimensionando il muro con le formule presenti in letteratura, essendo l’altezza di ritenuta di 6 metri si ottiene quanto riportato in Figura 116.

Progettazione opere di sostegno Capitolo III

Il

terrapieno dei muri di sostegno viene sempre posto in opera a tergo del muro dopo che il muro stesso viene costruito. La sua estensione a tergo del muro dipende dalle condizioni locali del terreno , se scadenti o buone. In base a ciò si possono distinguere due tipi di muro;

• Muri di sostegno con terrapieno interamente riportato:

• Muri che sostengono un terrapieno costituito da terreno indisturbato.

Nel caso in esame c’è da attendersi che il fronte di scavo temporaneo a tergo del muro sia relativamente poco acclive, a causa delle basse caratteristiche meccaniche del terreno presente; quindi c’è da attendersi che la pressione agente a tergo del muro è provocata esclusivamente dal materiale di riporto.

Per la valutazione preliminare dell’azione esercitate dal terrapieno, non essendo ancora nota l’energia di costipamento e quindi la densità del terreno dopo il costipamento, sono stati utilizzati gli abachi di progetto di Terzaghi e peck (1967); che per altezze di ritenuta massima di sei metri consentano un progetto cautelativo ed economico senza dovere investite nella sperimentazione delle caratteristiche del terrapieno. Gli abachi sono divisi in 5 categorie, a seconda del materiale costituente il terrapieno e la tipologia del terrapieno stesso. In questa fase di dimensionamento preliminare è stato scelto un

“ Terrapieno inclinato, e poi orizzontale a partire da una certa distanza, con

sovraccarico uniforme”, costituito da materiale tipo “Sabbia o ghiaia pulita” .I terreni

che costituiscono il rinterro a tergo del muro, subisco dei processi di costipamento mediante dei rulli. Comunemente si utilizzano terreni di riporto costituiti da materiale granulare grossolano, caratterizzati da un alto valore di angolo d’attrito e alta

Figura 134. a) Geometria e proporzioni usuali dei muri di sostegno a mensola; b) Geometria muro di contenimento in esame

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questo materiale può dar luogo a sollecitazioni orizzontali molto elevate, fino a portare a rottura lo stelo a flessione.

Per la valutazione della pressione esercita sul muro a seguito del costipamento può essere usata la teoria di Borms.

Una stima di massima della pressione agente può essere ottenuta purché siano noti tre parametri: densità del terreno dopo il costipamento, angolo d’attrito del terreno in termini di tensioni efficaci; il massimo carico per unità di larghezza del rullo costipante. I muri a mensola di norma sostengono terrapieni riportati e non terreno naturali, in quanto essi hanno una suola posteriore relativamente lunga.

Per un muro con suola relativamente lunga (Fig.117(a)) una zona attiva di Rankine (ocd)si può svilupparsi interamente al di sopra della suola senza interferite con il paramento posteriore del muro. Sul piano verticale cd, che viene chiamato il paramento virtuale del muro, si determinano le condizioni attive di Rankine (δ=β), a meno che β<φ, in quanto ovviamente il massimo valore di δ non può che essere l’angolo di attrito del terreno.

Figura 135. Pressioni del terreno sui muri a mensola. a) muro con suola lunga; b) muro con suola corta

Per muri con una suola relativamente corta Fig.117(b), i meccanismi ed i parametri di progetto sono di determinazione più difficile. A mano a mano che la lunghezza della suola diminuisce il valore di δ sul piano cd passa dall’inclinazione β della superfice del terrapieno ad un valore che dipende dai cinematismi del muro ( in genere traslazione orizzontale), dalle caratteristiche del muro e della scabrezza del paramento del muro. Nel progetto convenzionale si adotta δ=β per muri con suola relativamente lunga e si include il peso del terreno al disopra della suola (abcd) nel peso totale del muro per le verifiche al ribaltamento ed allo scorrimento. Per muri con suola corta, per i quali non è

Progettazione opere di sostegno Capitolo III più lecito assume le condizioni di Rankine sul paramento virtuale del muro. In

letteratura è proposto di utilizzare il valore di δ compreso fra 1/3 e 2/3 φ’. Il terreno compreso in abc è considerato parte del muro perché costretto a muoversi insieme ad esso. Il piano ac può essere assunto come paramento virtuale del muro in tutti i casi. Nei casi in culi suola sia molto corta, secondo Rowe e Peaker il valore massimo di δ

mobilitato sul piano ac tenderà a φ/2. Pertanto, è ragionevole adottare un valore fornito dall’espressione: 𝛿 = 𝜙′ ∙1

2 [ 𝛼−𝜓 90°−𝜓]

La correttezza delle dimensioni del muro, dimensionamento con le formule

precedentemente esposte (Fig.115), ricade nello studio della stabilità complessiva del muro. Esso viene trattato come un corpo rigido e vengono studiati i seguenti aspetti del suo equilibrio (GEO):

- Equilibrio rotazione, la struttura deve avere un adeguato coefficiente di sicurezza nei riguardi del ribaltamento;

- Equilibrio traslazione orizzontale, La struttura non deve scorrere sotto l’azione delle forze orizzontali applicate;

- Equilibrio traslazione verticale, deve esservi un adeguato coefficiente di sicurezza nei riguardi della rottura per carico limite della fondazione;

- Stabilità interna, le modifiche di geometria causate dalla costruzione del muro non devono indurre una frana del pendio;

Questi meccanismi sono stati calcolati mediante l’utilizzo di un foglio di calco Excel ed in accordo con quanto previsto dalla norma vigente, sia in condizioni statiche che in condizioni dinamiche. In particolare, per la verifica a scorrimento il valore dell’attrito fra la base del muro ed il terreno, essendo il muro gettato direttamente a contatto con il terreno, è ragionevole assumere un valore di δ’=2/3φ’. I calcoli dei vari coefficienti di sicurezza sono stati eseguiti per varie lunghezze della suola anteriore del muro, eseguendo cosi un piccolo studio parametrico.

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Per ottenere un quadro di insieme più completo, sono stati riportai su un digramma i rapporti fra forza resistente e forza sollecitante di progetto dei vari stati limite, in funzione delle varie lunghezze della suola anteriore. Questo ha permesso di individuare immediatamente il valore di b affinché fossero soddisfatte tutte le verifiche.

Progettazione opere di sostegno Capitolo III

Figura 136. Verifiche stati limite muro in c.a. per varie lunghezze della scarpa di valle

Quindi con i diversi approcci è stata determinata la minima larghezza di base del muro di sostegno che permettesse di verificare, contemporaneamente, le tre seguenti

relazioni: Rd /Hd ≥ 1.0, MStab / MRib ≥ 1.0, Qlim,d /Qd ≥ 1.0,

che rappresentano le tre verifiche previste dalla Normativa.

Come mostrato dal grafico affinché tutte le verifiche di sicurezza geotecniche siano soddisfatte bisogna che b sia pari ad almeno 2,2 m per una lunghezza complessiva della fondazione del muro di 4,20 m. Una soluzione che preveda un valore di b più piccolo potrebbe essere quella di inserire degli speroni di fondazione sulla suola anteriore così da poter incrementare la resistenza nei confronti dello scorrimento. Tutta via questa scelta se da un lato comporta una riduzione della larghezza complessiva del muro dall’altro complica le operazioni di scavo e carpenteria del muro stesso. Con un valore di b pari a due metri, sono state eseguite le verifiche di stabilità globale in accordo a quanto prescritto nel Cap. 6.5.3.1.1 delle NTC 2018. Da queste verifiche è emerso che così come è stato concepito il muro le verifiche nei confronti della stabilità non sono soddisfatte nella condizione dinamica di carico. Una possibile soluzione per ovviare a

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mediante micropali verticali o inclinati. Questa soluzione aumenterebbe notevolmente la prestazione della struttura, non solo dal punto di vista della stabilità interna ma anche per le rimanenti verifiche.

La progettazione strutturale del muro di sostegno scelto è abbastanza semplice. Si ammette che il muro sia composto da tre elementi (lo stelo, la mensola interna o suola e la mensola esterna o punta) ciascuno dei quali viene assimilato ad una mensola .Lo stelo andrebbe dimensionato sotto le sollecitazioni che derivano dal costipamento del

terrapieno. La mensola interna ed esterna è stata dimensionata dal punto di vista strutturale per i carichi riportati in Figura . Sulla base delle sollecitazioni determinate sono stati dimensionati i ferri necessari per garantire la resistenza strutturale del muro.

Figura 137. Carichi agenti sul muro a mensola

In definitiva il costo considerato per la realizzazione dell’opera, esclusi i micropali di fondazione, e di 300 euro/mc, prezzo già comprensivo di: costo cls costo acciaio di carpenteria; costo cassaforma; costo dell’ operari; costo noleggio materiali ecc. Quindi il costo definitivo dell’opera risulta pari a 2.415 euro/ml che per una lunghezza

complessiva di circa 79 metri ha un costo totale circa di 160.000 euro. Infine, bisogna precisare che per una progettazione di dettaglio soddisfacente di un’ opera cosi fatta, è necessaria la conoscenza completa delle caratteristiche del materiale di ricoprimento e il tipo di costipamento.

3.2.1.2 Paratie

Le paratie sono pareti verticali parzialmente o interamente immerse nel terreno, che possono avere funzione idraulica, di sostegno del terreno, di fondazione profonda, o mista. Le paratie con funzione di sostegno del terreno, caso in esame, sono pareti

verticali immorsate nel terreno, con quota diversa ai due lati della parete. Tale differenza di quota può essere dovuta ad uno scavo o ad un riporto. Nel primo caso la struttura è

Progettazione opere di sostegno Capitolo III interamente a contatto con terreno naturale, nel secondo caso il terreno di fondazione è naturale e quello sostenuto è di riporto. Per la struttura in esame si ricadrebbe nel primo caso. Il meccanismo di funzionamento delle paratie quindi, si basa sul fatto che

l’intensità della pressione mutua di contatto fra la parete e il terreno dipende dal movimento della parete, e quindi dalle conseguenti deformazioni del terreno.

In condizioni di equilibrio, le azioni orizzontali, a monte e a valle della struttura, hanno risultante di eguale intensità, verso opposto, e stessa retta d’azione.

Nella risultante vanno comprese le eventuali forze concentrate trasmesse da vincoli, come tiranti di ancoraggio o puntoni. I movimenti e la deformazione della parete, e di conseguenza le tensioni orizzontali mutue, dipendono dalla rigidezza relativa della struttura, e dovrebbero essere determinati mediante un’analisi di interazione terreno struttura. Tuttavia, nel dimensionamento corrente, si sono utilizzati metodi all’equilibrio limite, ipotizzando note le distribuzioni di pressione.

Nel termine paratie si comprendono le palancole e i diaframmi o pali trivellati, strutture che possono differire molto fra loro sia come materiale costituente, sia come tecnica di messa in opera, sia come geometria, ma che hanno in comune il meccanismo di

funzionamento.

3.2.1.2.1 Palancole

Le palancole sono strutture permanenti o provvisorie, messe in opera a percussione o a vibro-infissione, con battipalo. Generalmente vengono impiegate quando le

caratteristiche meccaniche del terreno risultano scadenti in quanto favoriscono l’infissione della palancola dal piano di campagna.

Esse sono realizzate con diversi materiali. Possono essere di legno, di cemento armato, o più frequentemente d’acciaio. Le palancole d’acciaio hanno resistenza elevata, peso ridotto, possono essere facilmente trasportate e movimentate in opera, possono essere rimosse, recuperate e riutilizzate, hanno elevata durabilità anche sottofalda, e possono essere facilmente collegate fra loro, in orizzontale, per saldatura o bullonatura. In particolare, in corrispondenza dei giunti è possibile disporre di materiale idroespansivo a tenuta. Questo accorgimento permette di annullare le venute di acqua e di sopportare battenti idraulici di notevole entità. Giunti di questo tipo assicurano una tenuta a pressioni orizzontali dell’ordine dei 200 kPa.

Le protezioni nei confronti della corrosione sono generalmente ottenute mediante

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I profili commercialmente disponibili sono di solito: il profilo Larssen, il profilo Hoesch ed infine il profilo leggero Hoesch.

Per quanto concerne la lunghezza degli elementi, i singoli elementi posso essere forniti sino ad un massimo variabile, a seconda dei prodotti, in genere tra i 16 m e 33 m. L’utilizzo usuale è legato a ingombri dell’ordine di 10-12m, che permettano

movimentazioni e trasporti senza particolari problemi. Le lunghezze maggiori vengono gestite solo in casi particolari, in genere di tipo definitivo.

L’acciaio con il quale vengono realizzate presenta le seguenti caratteristiche, come previsto dalla normativa italiana vigente, rispettivamente Fe 360, Fe 430 e Fe 510.

• Peso specifico γs=78.5 kN/mc • Modulo elastico Es=210000 Mpa • Coefficiente di Poisson ν=0.3

Le tensioni ammissibili variano a seconda del prodotto, delle caratteristiche dei profili e delle condizioni di carico. In genere si ha una σsadm=160 kPa per Fe 360 fino a 240 kPa

per Fe 510. Il costo di realizzazione delle palancole metalliche secondo il prezzario della regione toscana varia, a seconda dei costi di mano d’opera, fra i 20 euro e 26 euro a metro quadro.

Durante le fasi iniziali della progettazione era stata presa in considerazione la possibilità di impiegare le palancole. Tale scelta era dettata dal fatto che subito dopo l’infissione della palancola nel terreno era possibile eseguire immediatamente le operazioni di scavo per la realizzazione dei piazzali, senza dover aspettare tempi tecnici quali ad esempio l’essicazione del calcestruzzo. In questo modo si sarebbero ridotti i tempi complessivi di realizzazione dell’opera. Tutta via tale soluzione è stata sin da subito scartata poiché le caratteristiche meccaniche del terreno non avrebbero permesso l’infissione della palancola stessa; inoltre, a causa dell’elevato dislivello fra i due piazzali, per garantire l’equilibrio della struttura, sarebbe stato necessario infiggere la palancola ad elevata profondità. In alternativa si sarebbero dovuti inserire più ordini di tiranti, o addirittura impiegarle entrambe le soluzioni, andando quindi ad incidere notevolmente sul costo complessivo dell’opera di sostegno. Infine, l’utilizzo delle palancole è vantaggioso qualora il sostegno dello scavo sia temporaneo non permanente, cosi da porte noleggiare anziché compre le attrezzature.

3.2.1.2.2 Paratia di diaframmi o pali trivellati

Progettazione opere di sostegno Capitolo III pareti in c.a. realizzate con pali accostati, pali intersecantisi o con pannelli continui e/o prefabbricati, che possono raggiungere elevate profondità. L’uso di queste opere consente di ridurre al minimo i volumi di scavo e le aree di lavoro, per cui sono spesso