3 NUOVA STRUTTURA
3.1 Introduzione
Con l'opera di riabilitazione e rinforzo della banchina tra Santa Apolonia e Jardim do Tabaco la APL (Amministrazione del Porto di Lisbona) intende riabilitare questa infrastruttura portuaria, attualmente in precoce stato di degrado, conferendogli una nuova valenza.
All'interno di tale progetto, la banchina ha come destinazione d'uso l'accosto per navi da crociera. Le cui dimensioni di progetto sono le seguenti:
Lunghezza fuori tutto...300m
Larghezza...35m
Immersione ( o pescaggio)...10m
Portata (tdw)...16000 t.
Stazza netta (GT)...110000 t.
Con un'estensione superiore a 675m, la banchina avrà uno sviluppo, in pianta, curvo.
Avendo come obiettivo quello di migliorare le condizioni di utilizzo l'APL ha accordato di sostituire il fronte curvo con un allineamento retto, più adeguato all'accosto di navi di grandi dimensioni.
Con questo allineamento retto, che nella sua parte Nord dà continuità alla banchina di Santa Apolonia, oggetto di un recente intervento, è stato proposto di allontanare la linea della banchina attuale, rendendo possibile ottenere fondi maggiori per dragaggio senza compromettere la stabilità della piattaforma attuale. Nella prima fase di studio fu considerata e sviluppata una soluzione di banchina costituita su una base di gabbioni circolari di grande diametro, ovvero da un pontile fondato su pali.
Nonostante questa fosse una soluzione molto versatile, il fatto che i fondali del fiume si trovino in una zona costituita da uno strato molto spesso di depositi alluvionali di forte componente limosa, con formazioni mioceniche a profondità di circa 30m, obbligava le cellule di grande diametro ad un consumo eccessivo di acciaio, di conseguenza fu riconsiderata tale soluzione soprattutto dal punto di vista tecnico-economico; è stata quindi considerata la possibilità di una nuova
opera costruita a fasi, giungendo allo studio di una nuova soluzione per la struttura della banchina, costituita da una palificata che supporta una piattaforma.
Con il presente studio viene descritta la soluzione strutturale della prima parte di palificata, corrispondente alla prima fase dei lavori di costruzione, con uno sviluppo approssimato di 200m, della banchina localizzata tra la Doca da Marinha e l'inizio della Doca do Terreiro do Trigo.
L'opera, dalla parte del fronte del fiume, è rettilinea, mentre nella parte posteriore, in continuità col terrapieno, ne accompagna la curvatura. Da ciò risulta una larghezza variabile che nella parte Sud, vicino alla Doca da Marinha è approssimativamente di 46 metri mentre nella parte Nord, dove sarà data continuità alla palificata con la seconda fase dell'opera, la larghezza si riduce di circa 33 metri.
3.2- Condizionamenti
3.2.1- Condizionamenti portuari
La palificata che andrà a costituire la nuova banchina di accosto nella sua parte frontale col fiume dovrà avere un coronamento a quota +5,70m(ZH), garantendo una soluzione di continuità senza salti a partire dalla banchina di Santa Apollonia a cui si dovrà collegare quando l'opera sarà conclusa.
Dalla parte posteriore, della riva, la palificata dovrà dare continuità alla piattaforma esistente, anch'essa con il suo bordo situato approssimativamente a quota +5,70m(ZH).
Nella parte frontale del fiume i fondi devono collocarsi a quota massima di -12m (ZH), permettendo che per dragaggio si possano ribassare i fondi fino alla quota di -14m (ZH).
La piattaforma della banchina non dovrà avere la sua capacità limitata dall'utilizzo di navi da crociera, ma si dovranno contemplare destinazioni complementari di carichi generali e di container, dovrà quindi esser considerato un sovraccarico di utilizzo equivalente a 50 KN per metro quadrato.
Le azioni corrispondenti alle manovre di accosto delle navi sono trasmesse alla struttura attraverso i parabordi le cui posizioni sono scelte in accordo con le caratteristiche della struttura. Possono simularsi come forze orizzontali di intensità Fh=1000 kN applicate a livello della superficie della piattaforma.
La possibile installazione di attrezzature lungo la banchina deve esser considerata attraverso un carico lineare corrispondente a 10 kN/m.
3.2.2- Condizionamenti Costruttivi
Come è stato già detto precedentemente, la piattaforma della banchina attuale è sorretta, dalla parte del fiume, da una struttura costituita da pali spaziati approssimativamente di 14 metri, fondati sopra un prisma di pietrame che poggia sul fermo; su questi pali poggiano architravi di cemento rinforzati con profili di
acciaio. Sugli architravi poggia un massiccio continuo di muratura che costituisce la parte frontale della banchina, massiccio che insieme ai prismi di pietrame fa da contenimento alle terre che costituiscono il terrapieno.
La struttura del terrapieno ha avuto successivi assestamenti e movimenti consentendo la fuga dei materiali fini, di modo che l'insieme delle strutture si trova adesso in condizioni critiche.
Fig 1.2.1-1 – Banchina primitiva nella zona del dock di terreiro do trigo- Sezione
Tipo-Il mal stato di conservazione di queste strutture ha reso necessario il suo rinforzo; la costruzione della palificata avendo luogo prima del completamento di tale rinforzo è fatta attraverso lavori che minimizzino il rischio di collasso della struttura esistente cosa che ha condizionato il posizionamento stesso dei pali.
Questa situazione è anche una delle cause per cui la struttura della palificata è concepita indipendentemente dalla riabilitazione e rinforzo della struttura di contenimento della piattaforma e con funzionamento autonomo.
3.2.3- Condizionamenti geologici e geotecnici
Le caratteristiche geologiche e geotecniche delle formazioni costituenti le fondazioni della palificata in fase di progetto, sono conosciute solo qualitativamente, in quanto non sono stati fatti, in tale fase, buoni studi geologici e
geotecnici che permettano di caratterizzare tali formazioni.
Si sa solamente che le formazioni sono costituite superiormente da depositi alluvionali areno-limosi, di debole consistenza e con uno spessore crescente verso la metà del fiume.
Queste formazioni areno-limose poggiano sopra formazioni caratterizzate come mioceniche.
In fase di funzionamento le formazioni che interagiscono con la struttura della palificata sono costituite superiormente da manti di pietrame a cui seguono formazioni reno-limose, consolidate inferiormente da formazioni mioceniche. Sono stati stimati i seguenti parametri geo-meccanici per il funzionamento dei pali sotto azioni orizzontali:
Moduli di reazione orizzontale
Manto di pietrame...Kh = 20 000kN/m3 Formazioni Mioceniche...Kh = 100 000kN/m3
Questi valori come quelli delle formazioni sulla punta verranno confermati dopo la realizzazione di sondaggi e di prove di caratterizzazione geo-meccanica.
3.2.4- Altri Condizionamenti: Reti delle infrastrutture
Sono garantite per la nuova struttura della banchina spazi per l'installazione delle reti delle infrastrutture, sia per il servizio della banchina, che per il servizio delle navi che vi si accosteranno.
3.3- Descrizione della soluzione proposta
3.3.1- Concezione Strutturale
Nella sua concezione base la struttura è monolitica, costituita da filari trasversali, spaziati di 6 metri, ovvero da pali in cemento armato che funzionano di punta, penetrando nel miocenico, dove trovano la capacità di supporto. I pali hanno un transito aereo in gran parte sommerso e funzionano come pilastri, ovvero danno appoggio a travi di cemento armato che fanno da traverse del portico su cui appoggia una lastra massiccia anch'essa in cemento armato che realizza la piattaforma della nuova banchina.
I pali con diametro nominale di 1 metro, sono di tipo incamiciato, il tubo forma si estende dal coronamento fino al piede del palo penetrando nelle formazioni portanti.
Le file trasversali, ciascuna costituita da 6 pali disposti secondo un allineamento retto, sono distanziate di 6 metri. Il distanziamento fra i pali varia da un minimo di 5,54m nella zona meno larga della piattaforma a 8,08m nella zona più larga. Nel senso longitudinale si definiscono le file secondo linee poligonali effettuando la transizione tra l'allineamento curvo della banchina originale e l'allineamento retto della nuova banchina, divergendo a partire della zona più stretta della piattaforma. Sul coronamento dei pali vi sono i massicci di forma parallelepipeda, di base quadrata, con 1,60m di lato e 1,45m di altezza, con funzione di plinti per l'appoggio delle travi prefabbricate che costituiscono parzialmente le traverse. Le travi prefabbricate, a forma di T, hanno un'altezza totale di 1,25m e un'anima di 0,60m di spessore. La parte superiore ha una larghezza uguale a 0,90m e uno spessore di 0,30m vicino all'anima, spessore che si riduce a 0,15m nelle estremità. Sui massicci è lasciata una zona in cui fare un getto di calcestruzzo in un secondo momento per stabilire il monolitismo dei portici nella direzione trasversale della banchina .
Nella parte superiore delle travi trasversali appoggiano lastre prefabbricate di cemento armato, con 5,40m di lunghezza e larghezza in generale uguale a 2,00m, eccetto quelle che realizzano transizioni o la conclusione che possono avere larghezza variabile, e spessore uguale a 0,20m.
arrivando allo spessore finale della lastra della piattaforma di 0,50m.
La struttura della prima fase della nuova banchina è divisa nel mezzo da un giunto di dilatazione trasversale, avendo così ogni modulo uno sviluppo approssimativamente uguale a 100 metri. Questo giunto di dilatazione, di 0,15 m di spessore, ha la funzione di attenuare gli effetti della variazione di temperatura stagionale ovvero gli effetti differiti di ritrazione termo-igrometrica.
Questa soluzione segue la tendenza attuale in cui più che una struttura dal comportamento facile da determinare si opta per una struttura di bassa manutenzione, con progressiva eliminazione dei giunti di dilatazione e dei dispositivi speciali.
Per la realizzazione della piattaforma si è ricorso, quando possibile, alle tecnologie di prefabbricazione, minimizzando le interferenze che il lavoro a mare possa introdurre.
Nella parte frontale della banchina i massicci di testa dei pali-pilastri hanno una forma diversa, mantengono una larghezza di 1,60 mentre la lunghezza è adesso di 1,20m e sono prolungati con 0,50m di spessore per un'estensione inferiore di 1,45m; in questa parte vengono collocati gli organi di ammortizzamento dell'accosto, i parabordi, che trasmettono le forze dovute all'accosto delle navi alla sovrastruttura.
Lungo la banchina è posta una trave in cemento armato, di sezione approssimativamente rettangolare, con 2,40 m di larghezza per 1,75m di altezza, nel cui interno verranno collocate le reti per le infrastrutture. Sul coronamento del bordo un riempimento supplementare di 0,06m di spessore serve da conclusione e riserva per l' usura della piattaforma.
Dalla parte della terra una seconda trave integrata nella lastra del piattaforma realizza la transizione della struttura con la piattaforma esistente. In questa, nella estremità del rinterro, come suo termine è realizzata una trave a L, di dimensioni inferiori 1,00m per 0,30m, parzialmente soggiacente alla piattaforma e da questa distanziata di 0,05m, con l'anima di spessore 0,30m e altezza 0,90m. Tra il bordo del piattaforma e la trave di conclusione del rinterro è lasciato un giunto di dilatazione strutturale di 0,15 di spessore, che permette alla palificata un comportamento indipendente dal comportamento della piattaforma sul rinterro.
Fig. 3.3.1-1 Particolare del giunto fra la piattaforma della nuova banchina e di quella esistente.
Non è previsto un sistema di drenaggio specifico per le acque pluviali. Le imposizioni geometriche del locale obbligano che le quote del bordo del piattaforma dalla parte del fiume e dalla parte della terra siano uguali a + 5,70m (ZH), per cui si è scelta la soluzione di creare pendenze con l'1% di inclinazione a partire dall'asse geometrico della piattaforma; pendenza realizzata in una seconda fase dal riempimento in calcestruzzo rinforzato con fibre (per attenuare la ritrazione), questo strato di cemento ha anche la funzione complementare di protezione della struttura dalla caduta di carichi.
3.3.2- Soluzione Strutturale
La soluzione strutturale risulta dalla concezione descritta. Ciascuna delle due parti della piattaforma corrisponde a un portico tridimensionale di un unico piano, costituito da portici piani trasversali in cui i montanti corrispondono ai pali-pilastri e le travi trasversali corrispondono alle traverse del portico. La lastra della piattaforma, solidarizzando i portici trasversali, stabilisce la continuità del portico tridimensionale.
La struttura così definita ha un funzionamento strutturale di caratterizzazione molto definita, comportandosi come un oscillatore di tre gradi di libertà alle azioni orizzontali che, con carattere dinamico, si attuano a livello del piattaforma; le azioni sono quelle di accosto e attracco delle navi e le azioni dinamiche.
Per le azioni verticali, risultanti dal peso proprio e dal sovraccarico di utilizzo della nuova piattaforma, il comportamento della struttura è determinato dalla deformazione cilindrica delle lastre della piattaforma tra le traverse dei portici e dal comportamento della trave continua delle traverse che appoggia nei pali-pilastri per cui è determinante la rigidezza delle lastre e delle traverse.
Il maggior grado di indeterminazione è quello che risulta dalle condizioni al contorno dei pali-pilastri, soprattutto quando l'avvolgimento del prisma roccioso di protezione della struttura della banchina esistente si prolunga a quote più elevate, ovvero nelle vicinanze della banchina esistente.
Questa situazione è in parte risolta considerando che la trave, per le azioni e gli spostamenti orizzontali indotti dal funzionamento strutturale, lavori nel mezzo elastico dei pali-pilastri. Questo funzionamento può esser simulato attribuendo al mezzo che circonda i pali valori del modulo di reazione orizzontale crescenti in profondità, ovvero rappresentativi della rigidezza nello sviluppo del pali-pilastri. Nella fase iniziale, prima di procedere al collegamento delle teste dei pali con le travi-traverse, si ha un funzionamento di mensola libera alla testa, situazione determinante per la stabilità elastica dei pali dovuta a fenomeni di incurvatura. In fase definitiva, dopo aver proceduto al collegamento delle teste dal piattaforma, il comportamento verso fenomeni di instabilità è governato dalla rigidezza relativa degli elementi che concorrono in ogni nodo e, particolarmente, per la possibilità di avere spostamenti orizzontali, situazione controllata dai pilastri di minore altezza. Le fondazioni della struttura sono profonde, i pali dovranno penetrare minimo quattro volte il loro diametro in formazioni di substrato con caratteristiche di fermo, corrispondenti al substrato miocenico molto rigido o compatto.
La struttura descritta ha un comportamento adeguato per sopportare i carichi corrispondenti ai sovraccarichi di utilizzo proposti e alle azioni nell'accosto e nell'attracco di navi e presenta un buon comportamento alle azioni sismiche.
3.3.3-Metodi di Calcolo e Dimensionamento della Struttura
L'analisi della struttura, sotto le azioni regolamentate e quelle riferite nelle condizionanti portuarie, è stata effettuata con elaborazioni numeriche fatte con l'aiuto di programmi di calcolo strutturale di applicazione generale.
Si distinguono due tipi di analisi, e conseguentemente i rispettivi modelli, permettendo di caratterizzare con sufficiente rigore il campo elastico ( tensioni, deformazioni e spostamenti) dei differenti elementi che compongono la struttura. In fase di costruzione, prima del collegamento fra i pali conferito dalla lastra del piattaforma, le traverse dei portici sono considerate per la loro sezione parziale, come parti lineari, travi che appoggiano sui plinti dei pali-pilastri con cui sono solidarizzati monoliticamente, dando origine a portici piani indipendenti che riceveranno i carichi risultanti dalla costruzione della piattaforma.
In fase definitiva, di esplorazione della banchina, per l'analisi globale della struttura, considerando la sua geometria generale e la disposizione degli elementi, includendo l'evoluzione costruttiva, è stato usato un modello di analisi tridimensionale composto, in cui:
a) la piattaforma è assimilata a una griglia composta da una maglia discreta di elementi lineari di piccole dimensioni relativamente alle dimensioni della piattaforma, disposti secondo le direzioni principali ( longitudinale e trasversale), in cui non si considera la rispettiva rigidezza a torsione; le caratteristiche meccaniche delle sezioni trasversali degli elementi sono rappresentative sia nelle nervature longitudinali che negli elementi che trasversalmente le solidarizzano;
b)le travi trasversali della piattaforma sono rappresentate da elementi lineari disposti secondo la loro direzione, anche in questo caso trascurando la rispettiva rigidezza di torsione; le caratteristiche meccaniche delle sezioni trasversali degli elementi ne sono anche rappresentative;
c) i pali-pilastri sono considerati e rappresentati come elementi lineari, usando appoggi elastici orizzontali per simulare la capacità di sforzo dei materiali che li circondano.
Con questo modello si ottengono i valori degli sforzi che si sviluppano in ogni sezione ( massimi e minimi). In particolare si ottengono anche sforzi originati per distribuzioni non regolari di carichi (alternanza di sovraccarichi), fra i quali i più importanti sono quelli corrispondenti a combinazioni di sovraccarichi di utilizzo che producono sforzo massimo.
Lo stesso tipo di modello è utilizzato per la caratterizzazione dinamica della struttura e della sua risposta ai sismi.
Si è fatto ricorso sempre a programmi di calcolo per la determinazione degli sforzi resistenti nelle sezioni di cemento armato (calcolo organico delle sezioni di cemento armato) e verifica della rispettiva sicurezza.
A partire dalla geometria della sezione, dalle proprietà dei materiali e dalla disposizione delle barre di ferro dell'armatura sono stati determinati gli sforzi resistenti nella sezione, sia che si tratti di flessione semplice che di presso-flessione.
La verifica della sicurezza è fatta per comparazione tra i valori di calcolo degli sforzi resistenti e degli sforzi sollecitanti. Questi programmi di calcolo sono integrati da programmi ausiliari per il calcolo della rottura in stati limite ultimi di utilizzo.
Sono stati utilizzati anche altri modelli di calcolo semplificati che conducono a approssimazioni sufficientemente precise, in particolare il modello del traliccio di Mörsch, da usare per il calcolo delle armature del rinforzo negli organi di attracco.
3.3.4- Analisi Globale
La piattaforma della palificata e i pali-pilastri su cui appoggia costituiscono una struttura porticata tridimensionale.
Globalmente le azioni verticali sono quelle corrispondenti ai carichi permanenti e ai sovraccarichi di utilizzo, mentre quelle orizzontali alle azioni negli organi di accosto e ormeggio e anche alle variazioni di temperatura o fenomeni affini. Sia in fase costruttiva che in fase di esplorazione permanente l'analisi è condotta come se la struttura si comportasse come un portico tridimensionale, essendo:
a) La piattaforma considerata come orizzontale e costituita dall'associazione di travi longitudinali e trasversali con deformazione assiale legata con continuità ai pali-pilastri su cui appoggia; è stato adottato un modello di analisi basato sulla teoria delle parti lineari che ha suddiviso la struttura in elementi di piccola dimensione in cui la direttrice curvilinea degli elementi della piattaforma è considerata secondo un' approssimazione poligonale in pianta. La piattaforma è
considerata tutta alla stessa quota altimetrica;
b) La partecipazione dei pali-pilastri, corrispondendo ai montanti del portico tridimensionale, è simulata attraverso elementi lineari con appoggi elastici al piede e appoggi elastici di rigidezza orizzontale distribuita lungo il loro fusto (ovvero la rigidezza corrispondente ai massicci di pietrame e alluvionali consolidati che li circondano);
Per le azioni orizzontali, corrispondenti alle azioni di attracco e ormeggio e ai sismi la struttura è rappresentata dal solito portico tridimensionale.
Le condizioni di collegamento con l'esterno sono simulate da appoggi elastici localizzati nei nodi e con la rigidezza delle rispettive fondazioni.
Per l'analisi globale e per ottenere valori di sforzi e spostamenti è stato utilizzato un modello di calcolo basato sul metodo degli spostamenti, che ricorre a programmi degli elementi finiti, di riconosciuta affidabilità. Considerando il processo costruttivo proposto per l'opera, attraverso l'uso di prefabbricati, in cui le nervature hanno proprietà variabili che dipendono dalla presenza o meno delle lastre sulla piattaforma, è stato necessario determinare la storia dell'evoluzione dei valori accumulati e sviluppati di spostamento, sforzo e tensioni durante il processo, aspettando che la struttura entri in carico sia per le azioni di attracco e ormeggio che per i sovraccarichi portuari con geometria definitiva differente da quella iniziale.
Essendo i modelli:
a) travi prefabbricate con sezione parziale appoggiate sopra le basi dei plinti dei pali-pilastri per attuazione del rispettivo peso proprio, del peso delle lastre di cemento armato che costituiscono le casseformi a perdere del getto di calcestruzzo complementare per la lastra della piattaforma;
b) Sezione completa per i restanti carichi permanenti e le altre azioni.
Ricorrendo a questo modello sono state applicate le azioni rappresentative che attivano la struttura e sono quantificati i valori degli sforzi assiali, dei momenti flettenti e degli sforzi trasversali nelle diverse sezioni della struttura; tali valori per le diverse fasi sono dovuti a:
Nel modello parziale ( portici piani) – in fase costruttiva:
Il valore degli sforzi e degli spostamenti delle travi dovuti al peso proprio:
lastre prefabbricate;
Il valore degli sforzi e degli spostamenti delle travi dovuti al peso proprio del calcestruzzo complementare fra le lastre della piattaforma;
Il valore degli sforzi e degli spostamenti nei pali-pilastri in fase costruttiva;
Nel modello Globale ( Portico Tridimensionale) – Fase definitiva;
Il valore degli sforzi e degli spostamenti dovuti al peso proprio della struttura con continuità;
Il valore degli sforzi e degli spostamenti delle travi dovuti al peso proprio con continuità;
Il valore degli sforzi e degli spostamenti delle travi dovuti al peso proprio dei rivestimenti;
Il valore degli sforzi e degli spostamenti delle travi dovuti alla attuazione delle forze di accosto e ormeggio;
Il valore degli sforzi e degli spostamenti delle travi dovuti all'attuazione del sovraccarico di utilizzo, incluse la rispettive alternanza;
Il valore degli sforzi e degli spostamenti delle travi dovuti alla variazione uniforme di temperatura;
Il valore degli sforzi e degli spostamenti delle travi dovuti alla ritrazione;
Il valore degli sforzi e degli spostamenti delle travi dovuti all'azione dei sismi sulla struttura.
3.3.5- Calcolo Organico delle sezioni in Cemento Armato
La verifica della sicurezza nelle sezioni in cemento armato sotto l'azione degli sforzi di flessione piana o deviata è condotta comparando i valori di calcolo degli sforzi sollecitanti con i rispettivi valori resistenti.
Per la determinazione degli sforzi resistenti è stato fatto ricorso genericamente a programmi di calcolo, ampiamente testati, programmi che hanno come fondamento le premesse base che compongono il 'Regulamento de Estruturas de Betao Armado e Pre-esforçado'; per il calcestruzzo il diagramma tensioni-deformazioni parabola-rettangolo di deformazione limitata a 10 per mille. Gli sforzi resistenti sono determinati a partire dalla geometria della sezione e della
qualità del cemento e dei dispositivi delle armature ( localizzazione, aree e sezioni trasversali dei tondini e rispettiva classe di resistenza).
La verifica di sicurezza è effettuata comparando gli sforzi e i momenti sollecitanti di calcolo Nsd e Msd con il dominio dei momento resistenti per un livello di sforzo
3.4- Definizione e caratterizzazione delle azioni
Nell'analisi della palificata sono considerate le azioni specifiche tali come sono caratterizzate nel Regolamento di Sicurezza delle Azioni (RSA)*, nel Regolamento delle Strutture in Cemento Armato e Precopresso (REBAP)*, nella norma NP ENV206* e anche nelle azioni tipiche delle strutture portuarie.
(*Normative portoghesi)
3.4.1- Azioni Permanenti
Peso proprio di elementi strutturali...25 kN/m3
Rivestimento di cemento con fibre...24 kN/ m3 Peso proprio del terreno ( rinterro e terrapieno)...19 kN/m3 Ritrazione Termo-idrometrica...-18,3° C
La quantificazione degli effetti differiti ( ritrazione del cemento) come equivalente a una variazione, diminuzioni uniforme di temperatura, è stata determinata a partire dal valore della deformazione risultante dalla ritrazione con base nelle regole dell'Eurocodice 2 (EN 1992-1-1:2004).
3.4.2- Azioni variabili-Sovraccarico di Utilizzo
Nella struttura della banchina è stata considerata come sovraccarico di utilizzo della piattaforma il valore di 50 kN/m2
.
I valori ridotti di sovraccarico sono ottenuti a partire dai seguenti coefficienti: = 0,80, =0,70 e 2 = 0,60.
3.4.3-Azioni Variabili- Accosto e Attracco delle Navi
Nella struttura della Banchina sono state considerate azioni orizzontali applicate sul fronte di accosto e negli organi di ormeggio corrispondenti al tonnellaggio delle navi da servire:
Azioni nell'accosto (Forze Orizzontali)...1040 kN
Azioni nell'ormeggio ( Forze Orizzontali nelle Bitte)...1000 kN I coefficienti per ottenere i valori ridotti dei sovraccarichi sono uguali a
= 0,80, =0,70 e 2 = 0,60.
3.4.4- Azioni in Fase Costruttiva
Nell'analisi specifica per la fase costruttiva è stata considerata l'applicazione del peso proprio delle travi prefabbricate, del peso proprio delle lastre prefabbricate che costituiscono le casseformi a perdere e del calcestruzzo complementare gettato sulla piattaforma; la struttura della palificata avrà così una diversa geometria per la fase costruttiva e per la fase definitiva.
3.4.5-Azioni variabili-Altre Azioni
Variazione stagionale della temperatura, di ampiezza ...±15° C (valori ridotti = 0,60, =0,50 e 2 = 0,30)
Gradiente termico di temperatura ( faccia superiore/ faccia inferiore), di ampiezza...+10°/0°C
Gradiente termico di temperatura ( faccia superiore/ faccia inferiore), di ampiezza...-5°/0°C (valori ridotti = 0,60, =0,50 e 2 = 0,30)
3.4.6-Azioni sismiche
Gli effetti dei sismi sulla struttura sono quantificati dagli spettri di risposta e dalla caratterizzazione dinamica della struttura.
Azioni dei sismi per la zona A del territorio nazionale, conforme RSA, essendo l'azione sismica quantificata dagli spettri di risposta e dalle caratterizzazione dinamica della struttura ( modi di vibrazione).
Inoltre è stato considerato che siamo in presenza di un terreno di tipo 3 e che il coefficiente di comportamento è = 2 (ponti di duttilità normale in cui
l'energia trasmessa dal sisma è principalmente assorbita dalla flessione dei pilastri).
3.5- Verifica di Sicurezza
3.5.1- Criteri Generali
3.5.1.1- Verifica agli Strati Limite
La verifica di sicurezza in relazione agli Stati Limite Ultimi è fatta in termini di sforzi con base nella relazione:
Sd Rd
Essendo Sd e Rd rispettivamente, i valori di dimensionamento dello sforzo attivo
applicato e dello sforzo resistente.
In relazione agli Stati Limite di Utilizzo si devono considerare, in particolare, i seguenti stati:
Stato Limite di Fessurazione-Rottura
Stato Limite di Deformazione
3.5.2- La verifica della Sicurezza
3.5.2.1- Stati limite di utilizzo
In relazione agli Stati Limite di Larghezza delle Fessure, la verifica di sicurezza deve esser fatta per la combinazione frequente di azioni, considerando stati limite di corta durata.
La larghezza massima delle fessure deve esser limitata in generale a 0,1mm, per ragioni di garanzia di durevolezza delle opere.
I momenti di flessione di calcolo per gli stai limite di fessurazione, in particolare in relazione alla piattaforma devono essere in generale:
dove:
Sgik- valore caratteristico degli sforzi risultanti dalle azioni permanenti;
SQ1k-valore caratteristico dell'azione variabile base della combinazione;
1j – coefficiente per ottenere valori frequenti delle rispettive azioni variabili;
La verifica degli Stati limite di Deformazione si attiene alle disposizioni del nuovo Eurocodice 2 - Parte 2, considerandosi come soddisfatta se il valore della freccia per la combinazione frequente delle azioni è inferiore a L/400.
Le combinazioni considerate sono di tipo:
dove:
SGik- valore caratteristico degli sforzi risultanti dalle azioni permanenti;
SQ1k-valore caratteristico dell'azione variabile base della combinazione;
Sqjk- valore caratteristico delle azioni variabili accompagnate;
11 – coefficiente per ottenere valori frequenti delle azioni variabili base;
2j – coefficiente per ottenere valori frequenti delle rispettive azioni variabili;
3.5.2.2- Stati limite ultimo
Per ottenere gli sforzi sono stati considerati in generale combinazioni di questo tipo:
dove:
SGik- valore caratteristico degli sforzi risultanti dalle azioni permanenti;
gi-coefficiente di sicurezza relativo alle azioni permanenti
SQ1k-valore caratteristico dell'azione variabile base della combinazione;
q-coefficiente di sicurezza relativo alle azioni variabili;
Sqjk- valore caratteristico delle azioni variabili accompagnate;
oj – coefficiente per ottenere valori ridotti delle rispettive azioni variabili;
Nei casi in cui l'azione variabile base è l'azione sismica sono utilizzate combinazioni di questo tipo:
dove:
SGik- valore caratteristico degli sforzi risultanti dalle azioni permanenti;
gi-coefficiente di sicurezza relativo alle azioni permanenti
SEK- valore caratteristico dell'azione sismica;
q-coefficiente di sicurezza relativo alle azioni variabili;
Sqjk- valore caratteristico delle azioni variabili accompagnate;
3.6- Caratterizzazione Geotecnica e Soluzione di Fondazione
Le formazioni dominanti a livello di fondazione sono costituite superiormente da depositi alluvionali areno-limosi di debole consistenza.
Queste formazioni areno-limose si collocano sopra formazioni caratterizzate come mioceniche cui si associa un'elevata capacità di supporto, compatibile con i pali adottati per la fondazione dell'opera, con livelli di tensione di servizio di minimo dell'ordine di 4,5 MPa
In fase di funzionamento dell'opera le formazioni interferendo con la struttura della palificata sono costituite superiormente da manti di pietrame a cui seguono formazioni areno-limose consolidate inferiormente dalle formazioni mioceniche. Si sono stimati i seguenti parametri geo-meccanici per il funzionamento dei pali sotto le azioni orizzontali.
Moduli di reazione orizzontali:
Manto di Pietrame KH = 20 000 KN/m3
Formazioni Mioceniche KH = 100 000 KN/m3
Alle formazioni mioceniche si associa un'elevata capacità di supporto, compatibile con la palificata adattata per la fondazione dell'opera, con livelli di tensione di servizio al minimo dell'ordine di 4,5 Mpa.
3.7- Fasi di Costruzione e Particolari Costruttivi
3.7.1- Fase 1: Costruzione della palificata
La prima fase dei lavori corrisponde alla costruzione della palificata; ha luogo dopo i lavori di preparazione e impianto e corrisponde all'esecuzione depali-pilastri che supporteranno la piattaforma della nuova banchina. I pali-depali-pilastri in cemento armato, incamiciati per tutta la loro lunghezza dalla penetrazione nel fermo miocenico alla loro cima, saranno costruti a partire da una piattaforma fluttuante appropriatamente ormeggiata per garantire le tollerze di posizionamento.
L' esecuzione é complementata con l'installazione di um sistema di controventamento che collega le cime dei pali, controventamento costituito da strutture metalliche adattabili ai pali e che dovranno assicurare una maggiore rigidezza al congiunto, aumentando la stabilità di ogni palo in fase costruttiva. Si hanno le seguenti fasi di costruzione:
Costruzione dei pali-pilastri
2) Preparazione delle armature per i pali con saldatura di due pezzi di lunghezza 12m cadauno.
3) Infissione dei tubo forma ricorrendo a un martello vibratore; viene collocato il primo pezzo con circa 24m di lunghezza e successivamente sono saldati i pezzi successivi di 12m fino a raggiungere la lunghezza pretesa.
3.2) Collocazione dei tubi nel locale di infissione:
3.4) Collocazione e saldatura del nuovo tubo forma di circa 12m sul primo pezzo precedentemente infisso:
5) Collocazione dell'armatura all'interno del palo; viene collocata una prima parte di circa 24m e le restanti sono aggiunte attraverso saldatura.
5.1)Collocazione dell'armatura all'interno dei pali:
5.2) Saldatura del nuovo pezzo di armatura a quello già collocato all'interno del palo fino ad arrivare alla lunghezza pretesa:
6) Getto di calcestruzzo; arrivo in cantiere di camion con 8 - 8,5m3 di calcestruzzo; sono presi campioni che vanno poi in laboratorio per i test di resistenza; sono effettuati test in-situ, principalmente il test slump; le betoniere scaricano direttamente il calcestruzzo con una pompa che lo mette all'interno dei pali facendo ricorso al trémier; il tubo trémier è collocato fino quasi al fondo del palo e a misura in cui il calcestruzzo va riempiendo il palo, questo si ritira, ma la sua punta deve essere sempre almeno da 6m a 7m sotto la superfície del calcestruzzo; l'acqua che si trova all'interno del palo viene così espulsa dal calcestruzzo.
6.1) Collocazione del tubo trémier all'interno del palo :
6.2) Campione di calcestruzzo preso direttamente dalla betoniera perché venga effettuato il test slump:
6.3) Sistema di pompaggio del calcestruzzo all'interno dei pali:
6.4) Espulsione dell'acqua presente all'interno del palo, dovuta al riempimento di calcestruzzo.
7) Taglio e bonifica della testa del palo, lasciando fuori l'armatura che servirà poi all'unione con il plinto;
Contraventamento
1) Collocamento dei moncherini ai pali per saldatura
3) Saldatura della trave ai due moncherini e conferma della posizione dei pali-pilastri con un morsetto:
Aspetto generale del controventamento
Note:
- Il lavoro è fatto solo in periodi di bassa marea (circa 2 ore);
- Gli operai lavorano a partire dall'acqua, perciò è necessario ricorrere a una piccola imbarcazione.
3.7.2- Fase 2: Lavori complementari alla palificata
Nella seconda fase, che si ha in contemporanea alla prima, si procede all’esecuzione dei lavori che riguardano il rinforzo della fondazione della struttura esistente e il contenimento della piattaforma a terra (jet grouting e micro-pali). I lavori che fanno parte diretta della costruzione della palificata comprendono la bonifica del calcestruzzo sul coronamento dei pali e l'esecuzione dei massicci di testa dei pali-pilastri, che fungono da plinti per l'appoggio delle travi preffabbricate dei portici e che permettono la correzione degli errori di posizionamento dei pali, compatibili con le tolleranze di progetto.
Il getto del calcestruzzo dei massicci avviene in periodi di bassa marea.
Esecuzione dei massicci
1) Montaggio delle casseformi in cantiere ( le casseformi sono metalliche di modo ad esser riutilizzate per la costruzione di più massicci):
2) Montaggio dell'armatura in cantiere
4) Collocazione della “piattaforma di lavoro” attorno ai pali.
8) Collocazione delle parei laterali della cassaforme
3.7.3- Fase 3: Travi prefabbricate dei Portici Trasversali
La terza fase corrisponde al collocamento sui massicci delle travi prefabbricate. Questa operazione è accompagnata dall'esecuzione di una trave di attesa al bordo della banchina esistente, formando um massiccio continuo, che conclude la piattaforma su terra e realizza la transizione con la palificata, da cui è indipendente.
Durante questa fase viene mantenuta la struttura ausiliare di controventamento dei pali-pilastri.
3.7.4- Fase 4: Getto di cemento sui massicci di testa dei Pali
Nella quarta fase si procede al getto sui massicci di testa dei pali conferendo continuità alle travi prefabbricate e stabilendo solidarietà tra le travi e i pali pilastri. In misura in cui le travi transversali sono solidarizzate si può procedere allo smontaggio della struttura metallica del controventamento disposto nella solita direzione delle travi.
3.7.5- Fase 5: Costruzione della piattaforma
Nella quinta fase ha inizio la costruzione della piattaforma, con il montaggio delle lastre prefabbricate che avendo già incorporate le armature inferiori longitudinali della lastra della piattaforma servono anche quali casse per il getto complemantare calcestruzzo.
3.7.6- Fase 6: Getto complementare sulle lastre della piattaforma
La sesta fase corrisponde al getto complementare sulle lastre della piattaforma, portando il suo spessore finale al valore previsto in progetto.
Immediatamente prima del getto sono collocate le armature trasversali inferiori che fanno simultaneamente da costura fra i pannelli delle lastre prefabbricate; montate le armature superiori longitudinali e trasversali e le armature complementarri superiori delle travi dei portici trasversali viene eseguito il getto di calcestruzzo.
Sono effettuati anche i lavori relativi alla trave del bordo della banchina che fa da nervatura longitudinale alla lastra della piattaforma.
3.7.7- Fase 7: Complementi
Nella settima e ultima fase dei lavori di costruzione della palificata, ha luogo la disposizione di strati di rivestimento della lastra del piattaforma, il collocamento di giunti di dilatazione fra i corpi della piattaforma e fra la piattaforma e il massiccio di attesa sul rinterro. E' sempre in questa fase che si procede al collocamento dell'attrezzamento portuario, bitte e parabordi.
3.8- Attrezzature Accessorie
La concezione della palificata dispensa il ricorso a apparecchi di appoggio. Nella separazione fra moduli strutturali e nel collegamento a terra per rendere il comportamento delle strutture indipendente si adottano giunti di dilatazione.
3.9- Drenaggio della piattaforma
Non è prevista un impermeabilizzazione della piattaforma. Il suo drenaggio è effettuato per scorrimento superficiale mediante pendenze del 1,0% della linea centrale della piattaforma per i bordi del fiume e di terra.
3.10- Materiali
I materiali da utilizzare nei pali sono dettati dalla necessità di garantire non solo la resistenza, ma anche la durabilità dell'opera. In questo senso sono prescritti cementi di classe superiore alle minime regolamentate, sono indicate anche le rispettive classi di esposizione secondo la specificazione E378 del LNEC, in articolazione con la ENV206. Nei quadri I e II si presentano i materiali adottati.
Il dosaggio di legante non può essere inferiore a 360 Kg di cemento per metro cubico di calcestruzzo e la relazione acqua/cemento non può eccedere il valore 0,45 ( Specifiche LNEC E 378-1993- Betoes. Guia para Utilizaçao de ligantes Hidraulicos).
3.11- Legislazione e Bibliografia
Nella concezione, studio e sviluppo del progetto di esecuzione della palificata sono prese in considerazione non solo le disposizioni relative alla legislazione e i documenti normativi vigenti applicati alla costruzione dei viadotti in cemento armato e precompresso ma anche le raccomandazioni e i criteri suggeriti per opere specifiche, come quelle per la concezione e analisi dei ponti.
3.12- Infrastrutture tecniche, attrezzamento della banchina e drenaggio
3.12.1- Rete di rifornimento d'acqua
La rete di rifornimento d'acqua, è destinata all'alimentazione delle prese d'acqua da installare sulla parte frontale della banchina, a partire dalla rete esistente del terrapieno.
E' previsto l'utilizzo di tubazioni di polietilene di alta densità (PEAD), DN 110, con accessori (valvole, giunti,...) in ghisa duttile. Le tubazioni saranno istallate in tubi di PVC, DN250, interrati in scavi nel terrapieno, o inseriti nella struttura di cemento della palificata.
Saranno istallate cinque prese d'acqua di ghisa , di tipo “Porto de Lisboa” con alimentazione DN100 e bocca DN80.
La rete dispone di otto pozzetti per il passaggio della rete e di cinque casse per l' installazione delle prese d'acqua.
I chiusini dei pozzetti saranno di cemento armato mentre quelli delle casse di presa saranno metallici.
I lavori di scavo a tergo della banchina obbligano alla rimozione di parte della rete di rifornimento d'acqua esistente che dovrà riessere riposta e messa in funzionamento posteriormente.
3.12.2– Rete di rifornimento dell'energia elettrica
E' prevista la costruzione di una rete con casse di visita e tubazioni per l'installazione a posteriori della rete dell'energia elettrica da fornire alle banchine. La rete di tubazioni è costituita da sei tubi di PVC DN10 immersi nel cemento della sovrastruttura della nuova banchina.
Con distanziamento massimo di circa 40m, si avranno sette casse di visita, di dimensioni differenti, dipendendo dalla localizzazione. Nella parte frontale della banchina si avranno cinque prese installate in casse di dimensioni 0,5m X 0,65m dotate di chiusino metallico.
Il collegamento della rete con la forza motrice esistente è fatta nella cassa a valle di quest'ultima, attraverso sei tubi di PVC DN 110 interrati.
La rete di forza motrice e quella di illuminazione esistente sono messe in funzionamento durante i lavori.
3.12.3- Rete di drenaggio delle acque pluviali
Dovendo garantire alla nuova banchina la solita quota di coronamento della banchina di Santa Apollonia, il drenaggio avverrà grazie alla pendenze dell'1% della linea centrale della piattaforma verso la parte del fiume e la terra.
Durante l'esecuzione dei lavori dovrà esser garantito il funzionamento dei cinque collettori che attualmente scaricano nella banchina. Prima della conclusione dei lavori questi collettori dovranno esser riposti nelle condizioni iniziali.
3.12.4- Attrezzamento della banchina
3.12.4.1- Descrizione generale
La banchina sarà attrezzata con i seguenti accessori (disegno IT 30006, nel Cd allegato)
13 bitte.
11 parabordi elastici.
6 scale metalliche di emergenza.
12 parabordi di protezione delle scale, collocandone 2 per ogni lato della scala.
Una presa di ormeggio vicino a ogni scala di emergenza, per un totale di sei unità.
3.12.4.2- Bitte
La capacità di carico e il distanziamento delle bitte da installare sulla banchina dipende dal dislocamento delle navi che tale opera dovrà servire e dal modello strutturale della banchina stessa.
dislocamento tra 50000t e 100000t, dovranno esser installate bitte con capacità di 1000kN.
Cosi è prevista l'installazione di bitte di 1000kN, di ghisa.
Ne saranno istallate 12 sulla parte frontale della banchina, distanziate di 18 m, e una ausiliaria nella parte a ponente della palificata.
3.12.4.3- Parabordi
Caratteristiche generali
I parabordi saranno di tipo conico, costituiti da un elemento di elastomero di forma tronco-conica, da un pannello di acciaio rivestito da polietilene di alto peso molecolare e da catene di tensione e sospensione.
Avranno una capacità minima di assorbimento di energia di 475 kNm e la reazione massima trasmessa alla struttura di supporto non dovrà superare 1100kN. Il pannello avrà un'altezza di 3m e una larghezza di 1,5m.
I parabordi saranno installati su massicci di cemento alla testa dei pali e si troveranno distanziati di 18m.
Dimensionamento
In accordo con il PIANC (Associaçao Internacionel die Navigaçao) l'energia cinetica (Ec) che i parabordi dovranno assorbire al momento dell'accosto in condizioni normali è data dalla seguente espressione:
Ec1
2mV
2
CeCmCsCc ( in kN*m)
dove:
m- massa della nave ( eq. Dislocamento in t) V- velocità di accosto
Ce- fattore di eccentricità
Cm- fattore di massa idrodinamica Cs- fattore di durezza del parabordo
In condizioni eccezionali di accosto l'energia da assorbire (Ea) sarà:
Ea2En ( in kN*m)
Nel seguente quadro sono presentati i risultati ottenuti dal calcolo per la nave di progetto:
Il dislocamento della nave è ottenuto da tabelle pubblicate dalla PIANC.
3.12.4.4- Scale di emergenza e anelli
E' prevista l'installazione, nella parte frontale della banchina, di sei scale di emergenza di tipo 'quebra-costas' di acciaio inossidabile, con 5,7m di lunghezza e 0,5m di larghezza.
Le scale saranno protette dai colpi da due parabordi, costituiti da tavole di polietilene di alta densità ( PEAD).
Vicino ad ogni scala sarà installato un anello con funzione di presa di ormeggio.
3.12.5- Dragaggio generale del bacino di manovra e stazionamento
I fattori che intervengono nella determinazione della profondità dell'acqua in aree di navigazione sono i seguenti:
fattori relazionati con il livello di acqua, che rispettino le variazioni di marea astronomica e le variazioni di livello dovute alle condizioni meteorologiche;
fattori relazionati alle imbarcazioni, che comprendono, fra gli altri, l'immersione statica, o squat ( immersione addizionale a prua o a poppa della nave in navigazione o in profondità ridotte), le oscillazioni verticali dovute alla agitazione e al vento, gli effetti della densità dell'acqua e il franco porto-chiglia pulito ( franco minimo tra la quota nominale dell'area e la chiglia della nave che naviga nelle peggiori condizioni stabilite).
imprecisioni di dragaggio e di rilevamento, i franchi per insabbiamento fra i dragaggi di manutenzione e le tolleranze di dragaggio.
Considerando:
Livello minimo di acqua Nmin = 0,2m
Fattori relazionati con le imbarcazioni, considerando le raccomandazioni della PIANC
H1=1,1x immersione della barca = 11,0m
Franchi per insabbiamento tra dragaggi e imprecisioni di rilevamento H2=1,2 m
La quota di dragaggio stabilita per il bacino sarà Cbacino =Nmin – H1 – H2 = - 12,0 m (ZH)
In accordo con le raccomandazioni del PIANC, il bacino di manovra dovrà avere un diametro dell'ordine di 1,8 a 2 volte la lunghezza della nave.
Una volta che la maggiore nave di progetto ha una lunghezza di 300 m , il diametro del bacino di manovra dovrà essere 540 a 600m.
Dato che la batimetrica corrispondente alla quota stabilita per il bacino, -12,0 m (ZH), si trova relativamente vicina al fronte accostabile, circa 150 m a monte e 80 a valle, sarà necessario dragare solo la fascia compresa fra la banchina e la batimetrica -12,0 m (ZH).
Il volume di dragaggio stimato è di circa 57 000 m3
