Transcript principi di stabilitá delle condotte interrate

PRINCIPI DI STABILITÁ DELLE
CONDOTTE INTERRATE
Ing. Vincenzo D’Angelo
Servizio tecnico Società del Gres
Cagliari 9 ottobre 2014
La prestazione funzionale di una condotta viene garatita
SOLO SE
essa risulta :
– Staticamente stabile
– di geometria certa
– durevole nel tempo
– non influenzabile da fattori esterni
– di prestazioni idrauliche definite
Le condizioni citate sono tutte strettamente connesse alla
STABILITÁ STRUTTURALE DELLA CONDOTTA
Intesa come
Equilibrio tra le sollecitazioni statiche e dinamiche esterne
e
Le resistenze interne
3
2
presenti all’interno del
1
sistema tubo - terreno
4
h
dm
5
b
Andamento del sistema di forze sollecitanti
La struttura resistente: il sistema tubo terreno
Andamento delle pressioni nella zona tubo
La struttura resistente: il sistema tubo terreno
Coefficiente di elasticità in sito
Es
n
Et
r 
 s 
3
Es= modulo di reazione („elastico“) del terreno nella zona tubo
Et =modulo elastico del mtariale del tubo
r = raggio medio del tubo
s = spessore parete tubo
La struttura resistente: il sistema tubo terreno
Modulo di reazione del terreno
Densità relativa 
D
Dmax
%
grandezza che esprime il grado di
addensamento di un terreno rispetto
all’addensamento massimo ottenuto in
laboratorio sullo stesso terreno
Modulo di reazione:
Ed
[N/m3]
più correttamente modulo EDOMETRICO o di
compressibilità. E’ la forza necessaria per provocare
una deformazione assegnata in un provino di terreno
N/mm 
2
La struttura resistente: il sistema tubo terreno
Il comportamento della condotta
Tubo ad elevata rigidità
Tubi in gres
Tubi in cls
Tubi in calcestruzzo polimerici
Fattore caratteristico:
carico di rottura
Tubo Deformabile
Tubi in PVC (compatto - strutturato)
Tubi in PeAd (compatto – strutturato)
Tubi in PrFv
Fattore caratteristico:
Kr = kN/m2
Ordine di grandezza carico a rottura: 1÷3 x 102 kN/m2
Ordine di grandezza modulo elastico : 105 N/mm2
rigidezza anulare
Sn = kN/m2
Ordine di grandezza rigidezza anulare: 4÷16 kN/m2
Ordine di grandezza modulo elastico : 103 N/mm2
La rigidità del sistema tubo-terreno
coefficiente di elasticità in sito
Es
n
Et
Et >> Es
Sistema bassissima deformabilità
Il terreno si deforma più del tubo
(*) Recepito da UNI 7517/76
r 
s
 
3
(*)
Et ≈ E s
1>n>1
Sistema ad alta deformabilità
Il terreno si deforma come il tubo
Condizione di stabilità
tubi rigidi
Caratteristica:
collasso strutturale con forti deformazioni
Allo stato limite di esercizio
Allo stato limite di rottura
 <  amm
Condizione di verifica :
Condizione di verifica :
Caratteristica:
collasso strutturale senza deformazioni apprezzabili
tubi deformabili
 < 
[% ]
Allo stato limite di rottura
 <  amm
All’equilibrio elastico
Pcrit. < qa
(pressione amm. di buckling)
Condizione di stabilità
tubi rigidi
Dove:
Qs = (qt + qm + qs + qf)
Condizione di verifica :
qt = carico statico dal rinterro
qm= carichi mobili in superficie
qs = carichi statici in superficie
qf = sovraccarico dalla falda
Allo stato limite di rottura
Verifica delle tensioni ammissibili o semplicemente con il
Metodo diretto:
Kr

Qs
Kr = carico di rottura in trincea (kr= Fn x Ez)
Qs =  carichi esterni
 = coeff. di sicurezza (>1.5)
Kr = Fn x Ez
Fn = carico di rottura del tubo
 = coeff. di sicurezza
Coefficiente di posa Ez
(>1,5; 1.75; 2,2)
Condizione di stabilità
tubi deformabili
Condizione di verifica :
dove:
Allo stato limite di esercizio
- qm = carico mobile
- qt = carico rinterro
 d
K s ( fr q t  q m  q s  q

D
2 E te 3
 0 . 061  K a E
3D 3
f
)
- qs = carico styatico sulla surpeficie
 
s
a
 
amm
%
- qf = carico acqua di falda
- Ks = fattore di inflessione
- Ka; a= fattori di correzione statistica
- fr = fattore di costipazione del terreno
Allo stato limite di rottura


int
est

N
a
N

a
i

t
i
t
6M 

w t

6M 


w t
dove:
amm
- ar = sezione reagente
- wr = sezione reagente

amm
dove:
- qa = la pressione ammissibile di buckling;
- FS = il fattore di progettazione = 2,5;
- Rw è il fattore di spinta idrostatica della falda eventualmente presente:
Rw = 1-0,33 (Hw/H)
- B’ è il coefficiente di supporto elastico fornito dalla relazione:
B’ = 1/(1 + 4e-0,213 H);
- H è l'altezza di rinterro;
All’equilibrio elastico
2 E
Pcrt 
1  2
s
 

3
 qa
- Hw è l'altezza della falda sulla sommità della tubazione.
qa
 1
 
 FS

 


 32

R
w
 B ' E 
E
t  I 
 3 
Determinazione del carico statico da rinterro
qt
qt =  Qt
[kN/m2]
Qt = C x  x b
[kN]
h
( 2Ka tg  )
C = coefficiente di carico :
b
1  exp
trincea stretta C 
2  K a  tg 
trincea l arga C  1.71
trincea inf inita C  1
Ka  tan
2
(
90  
)
2
De
hr
2
2 De
 

1
0.85D
e

1
De
= angolo di attrito tra la parete di scavo e il riempimento ( = 0.3÷ 1 
Determinazione del carico mobile qm [kN/m2]
qm= aF *f *pF
dove:
 
 
 
FA
1
pF  2
 1  
2
rA   
 1   rA 
 
h

3







2
5


 2




3  Fe
1


  2  h2   
2 

 1   rE  



h 


aF  1 
0.9 
0.9
4  h2  h6
1.1  d m
2
3
I simboli utilizzati hanno i seguenti significati:
dm = diametro medio del tubo
h = distanza fra la superficie stradale e l'estradosso del tubo
FA = carico sulla superficie considerata
FE = carico sulle superfici circostanti a quella considerata
rA = raggio medio equivalente della superficie con carico FA
rE = distanza del baricentro della superficie considerata dal baricentro dei carichi circostanti
L'equazione è valida per: h >= 0,5 m e dm <= 5 m
Veicoli
FA
[KN]
FE
[KN]
rA
[m]
rE
[m]
q1C
180
370
0,153
1,670
q1D
60
250
0,132
1,185
Coeff incremento dinamico  = 1,2 per veicoli tipo q1C, e  = 1,4 per il tipo q1D.
Determinazione del carico per la falda
qf
D 


q  γ  h  e 
f
w  w
2 

dove
hw = altezza della falda dal fondo tubo
w = peso spec. acqua
De = diametro esterno del tubo
[kN/m2]
Determinazione del carico statico qs sul piano campagna [kN/m2]
Ps
q's 
(l1  2hr )  (l2  2hr )
qs   q's D
Trincea stretta
= 0.71
Trincea larga
 = 0.85
Trincea infinita
=1
Ps = carico sul p.c.
l1;l2 = lati dell’area di applicazione del carico
Determinazione del carico orizzontale rt [kN/m2]
rt 
(qt  qs  qf )  hr  fc  De
4
4
3
hr  fc  De  18.3  Ep  e
2
Rt 
rt De
2
grado di
costipazione
Fattore di
concentrazione
fc
assente
1,,5
scarso
6,,10
moderato
11,,13
buono
14,,20
CONSIDERAZIONI AL CONTORNO
FATTORI CONDIZIONANTI
LA STABILITÁ DELLE CONDOTTE INTERRATE
Distribuzione delle pressioni nel sistema tubo - terreno
tubi rigidi
tubi flessibili
qs
qs
q p
q p
q s
qs
4dm
4dm
Conseguenza:
Conseguenza:
•Si riduce l’incidenza dell’effetto tubo-terreno (*)
•Determinante l’influenza dell’effetto tubo-terreno (*)
•La stabilità dipende quasi esclusivamente dal tubo
•La stabilità dipende da molteplici fattori
Fattori condizionanti la stabilità delle condotte
TUBI RIGIDI
Caratteristiche del tubo
1 - RESISTENZA A ROTTURA Kr [f (E)]
Fattori di posa
2 - FATTORE DI APPOGGIO Ez
TUBI DEFORMABILI
Caratteristiche del tubo
1 –Rigidità anulare Sn [f (E)]
2 – tipo di resina impiegata
Fattori di posa
3 - tipo di posa in opera
4 - costipazione del rinfianco
5 - natura dell’inerte del rinfianco
6 - stabilità nel tempo del rinfianco
7- Terreno in sito
8 - Presenza di falda
Fattori condizionanti la stabilità delle condotte :
il tipo di materiale
Andamento del modulo elastico nel tempo [Mpa]
50.000 mpa
Gres T0 =T∞ = 5 x 10 4
30.000 mpa
Cls T0 =T∞ = 3 x 10 4
10.000 mpa
PRFV T0 = 1 x 104 T∞ = 0.5 x 10 4
3.300 mpa
PVC T0 = 3 x 103 T∞ = 5 x 10 3
900 mpa
PEAD T0 = 1 x 103 T∞ = 0.2x 10 3
0
0,3
0,6
1
2
3
5
10
15
30
50
75
100
Fattori condizionanti la stabilità delle condotte :
il tipo di materiale
Andamento del modulo elastico nel tempo [Mpa]
Fattori condizionanti la stabilità delle condotte :
il tipo di materiale
Curva del modulo elastico; curva delle deformazioni
7000
7%
Deformazioni PeAd
6000
6%
5000
5%
4000
Deformazioni PVC
3000
4%
3%
2000
2%
Modulo PVC
1000
Modulo PeAd
1%
0
0
0,3
0,6
1
2
•Posa: hs = 250;
•Pe : rinfianco al 92% Pr; rinterro al 83% Pr
•PVC:rinfianco al 89% Pr; rinterro al 83% Pr
3
5
10
15
30
0
Fattori condizionanti la stabilità delle condotte :
il tipo di posa
Influenza dell’impiego delle armature di scavo
Tubo Pe Corr d.e 400 Sn 4 kN/m2
8
7,3
7
A seguire
il costipamento
Dopo
il costipamento
deformazioni
6
5,3
5
4,5
4
3
prima
del costipamento
2
1
0
1
2
modalità di rimozione armatura scavo
Posa: hs = 2.50
rinfianco al 90% Pr; rinterro al 83% Pr
3
Fattori condizionanti la stabilità delle condotte :
La costipazione del rinfianco
tubi rigidi
tubi deformabili
87%
90%
hr
hr
Sn 48
Qr x E z
qv
= 1.5
= 1.95
(+ 30%)
4,6 %
% Diametro
Diametro
ddd === 4,2
3,5
%
Diametro
Fattori condizionanti la stabilità delle condotte :
La costipazione del rinfianco
4
4
4
4
4
3
3
3
3
3
6
6
6
6
4
4
4
4
6
6
6
6
4
4
4
4
6
4
Fattori condizionanti la stabilità delle condotte :
Descrizione /
comportamento
Il terreno in sito – la falda
Tipo di terreno
ghiaia
sabbia
Dimensione
70÷2
2 ÷0.02
limo
argilla
torba
0.02 ÷0.002
< 0.002
--
SI
SI
SI
Palanc / blindo
Palanc / blindo
Protezione scavo
No / Si
SI
tipo
blindo
Palanc / blindo
Palanc / blindo
Pozzo / well.
wellpoint
Tipo drenaggio
Stabilità scavo
Cedimenti
Ness. / gravità
SI
SI /
Sottoscorrimento
NO
NO - SI
t0 = bassi; t∞ = 0
nessuno
Sottoscorrimento / Sottoscorrimento /
sifonamento
sifonamento
SI
t0 = alti; t∞ = alti
Pozzo / well
Si / ??
SI
SI
t0 = bassi;t∞ =alti(?) t0; ∞ = altissimi
Sabbia grossa
Interventi sulla falda
Al piano di posa
Livello falda
drenata
Al piano di posa
Sabbia fine
50 cm sotto il
piano di posa
20, 30 cm sotto il
piano di posa
Al piano di posa
Al piano di posa
(Eliminazione acqua da
orizzonti permeab.)
Sabbia grossa
Inizio posa
A scavo asciutto
A scavo chiuso
Sabbia fine
(attendere discesa
acqua interstiziale)
A scavo asciutto
A scavo asciutto
Graduale
Tempi di risalita
Sabbia grossa
A scavo chiuso
A scavo chiuso
Sabbia fine
Graduale
Ritardato se
Ritardato se
bonifica del p.p. con bonifica del p.p. con
leganti
leganti
A scavo chiuso
Fattori condizionanti la stabilità delle condotte :
Il terreno in sito – la falda
ghiaia
sabbia
70÷2
2 ÷0.02
Sabbia grossa
Letto di posa
ghiaietto
Sabbia / ghiaietto
rinfianco
Rigido
Tubo
Sabbia fine
Geotex + ghiaietto
Geocomp + ghiaietto
Deformabile
prescrizioni sul sistema
Interventi sul terreno
tipo di terreno
Sabbia / ghiaietto
Sabbia / ghiaietto
limo
Nicchia bicchiere
torba
< 0.002
--
0.02 ÷0.002
• Geotex + ghiaietto
• Geotex + ghiaietto
• Geotex + ghiaietto
• Geocomp + ghiaietto
• Geocomp +ghiaia+ ghiaiet.
• Geocomp +ghiaia+ ghiaiet.
• Geocomp + ghiaietto
• Geocomp + ghiaia gross.+
• Geocomp + ghiaia gross.+
+ bauletto geotex
bauletto geotex e ghiaetto
• Geocomp + griglia +
• Geocomp + griglia + ghiaia
ghiaietto + bauletto
gross. + bauletto geotex e
geotex e ghiaietto
ghiaietto
• Geotex + ghiaietto
• Sabbia / ghiaietto
• Geotex + ghiaietto
• Geocomp + ghiaietto
Nicchia bicchiere
argilla
Nicchia bicchiere
Nicchia bicchiere
Sn elevato t∞
Sn elevato a t∞
Sn elevato a t∞
Rigidezza long. Costante
Giunto resistente alle rotaz.
bauletto geotex e ghiaetto
• Palificata + griglia +
bauletto geotex e ghiaietto
• Geotex + ghiaietto
• Geocomp + ghiaietto
Nicchia bicchiere
Sn elevato t∞
Sn elevato t∞
Rigidezza long. Costante
Giunto resistente alle rotaz.
La stabilità strutturale: un tassello della “sostenibilità”
La progettazione di una rete fognaria
Non è solo un esercizio di tecnica
Economico
• realizza una struttura con destinazione d’uso pubblico
Conveniente
• impegna risorse economiche pubbliche/private
• coinvolge l’ambiente
• Condiziona l’ambito sociale
ecologico
Vivibile
Scelta
sostenibile
Sociale
Equo
Pertanto
La scelta del materiale
Deve essere affrontata con criteri di consapevolezza e sostenibilità
La scelta sostenibile e consapevole delle condotte per fognatura:
Economicamente sostenibile:
non poco costosa ma
efficiente e con un costo/anno di vita basso
con costi di esercizio bassi
Ecologicamente sostenibile:
- costruita con materiali naturali
- con cicli di produzione a basso impatto ambientale
- utilizzando energie rinnovabili
- inerti per l’ambiente in cui sono posate
- assolutamente impermeabili
- stabili nel tempo
Socialmente sostenibile:
- con una vita utile lunga
- con cicli di produzione senza “lasciti ereditari”
- totalmente riciclabili con basso impatto energetico
La scelta delle condotte:
Incidenza delle la stabilità strutturale sulla funzionalità dell’impianto
ripartizione dei costi di un’opera fognaria
Cause di disservizio in fognatura
Scavi e
ripristini
Scavi e
ripristini
Opere
accessorie
25..30%
50..55%
Opere
accessorie
20%
Tubi
50..55%
30%
tubi
15..20%
Cause di disservizio nei tubi
Natura
idraulica
Interferenze
ambientali
natura statica
70%
La scelta delle condotte: il comportamento statico deve essere
certo, affidabile e duraturo
TUBI DEFORMABILI
Caratteristiche del tubo
1 –Rigidità anulare Sn
2 – tipo di resina impiegata
Fattori di posa
3 - tipo di posa in opera
4 - costipazione del rinfianco
5 - natura dell’inerte del rinfianco
6 - stabilità nel tempo del rinfianco
7- Terreno in sito
8 - Presenza di falda
Progettare con 8 variabili
TUBI RIGIDI
Caratteristiche del tubo
1 - resistenza a rottura Kr
Fattori di posa
2 - fattore di appoggio Ez
Progettare con 2 variabili
Condotte in gres: la scelta più sicura!
•
Facili da progettare
•
Semplici da installare
•
Economiche nella manutenzione
•
Affidabili nel tempo
•
ecologicamente sostenibili
Marchi di conformità
Certificazione di sostenibilità ambientale
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