IDRAULICA_STRADALE_AEROPORTUALE

11

Costruzioni di StradeCostruzioni di Strade ((FerrovieFerrovie eded AeroportiAeroporti))

IDRAULICA E DRENAGGIO DELLE PAVIMENTAZIONI

STRADALI ED AEROPORTUALI

Ing Andrea Graziani - Idraulica e drenaggio delle pavimentazioni Diapositiva N.2


IMPOSTAZIONE DEL PROBLEMAINFRASTRUTTURE STRADALI E AEROPORTUALI

1. Estensione superficiale elevataSono soggette ad un elevato afflusso dacqua sia meteorica che sotterranea (falda)

2. Pendenze ridotteBassa capacit naturale di smaltimento

Gli effetti negativi dellacqua riguardano sia lambito funzionale che quello strutturale



EFFETTI NEGATIVI DELLACQUA

DEGRADO FUNZIONALE(deflusso superficiale)

RIDUZIONE DI ADERENZA

RIDUZIONE DI VISIBILIT

DEGRADO STRUTTURALE (infiltrazione nel corpo stradale)

CARATTERISTICHE MECCANICHE DEI MATERIALILEGATI E NON LEGATI

CONDIZIONI DI SOLLECITAZIONE NON PREVISTEIN FASE DI PROGETTO

MINORE SICUREZZA



DEGRADO FUNZIONALE

prodotto dal deflusso superficiale delle acque meteoriche

1 - MODELLO DELLAFFLUSSO METEORICO(REGOLARIZZAZIONE DELLE PIOGGIE)

Lacqua che ruscella sulla pavimentazione produce un velo idrico

2 - PERCORSO DI DEFLUSSO SUPERFICIALE

3 - SPESSORE DEL VELO IDRICO

N.B. SI CONSIDERANO SOLO LE PRECIPITAZIONISULLA PIATTAFORMA STRADALE



1 - AFFLUSSO METEORICO

h: altezza di pioggia

INTENSIT DI PIOGGIA:

t: durata della precipitazione

IL DRENAGGIO SUPERFICIALE ENTRA IN CRISI QUANDO SI VERIFICANO PIOGGIE DI ELEVATA INTENSIT

I = h

t

(mm)

(h)

(mm/h)

SONO GENERALMENTE QUELLE DI BREVE DURATA



1 - AFFLUSSO METEORICO

n (

2Ing Andrea Graziani - Idraulica e drenaggio delle pavimentazioni Diapositiva N.7


2 - PERCORSO DI DRENAGGIO

ST: pendenza trasversale

SL: pendenza longitudinale

SR: pendenza risultante traiettoria

LR: Lunghezza traiettoria PERCORSO DI DRENAGGIO (m)

W: Larghezza carreggiata (m)

22LTR SSS +=

T

RR S

SWL =



3 - SPESSORE DEL VELO IDRICOCaratterizza lefficacia del deflusso superficiale

I: INTENSIT CRITICA DI PIOGGIA (mm/h)

SR: PENDENZA LINEA DI DEFLUSSO (-)

LR: LUNGHEZZA LINEA DI DEFLUSSO (m)

s: SPESSORE DEL VELO IDRICO (mm)

( )2.0

5.00474.0

R

R

SILs =



3 - SPESSORE DEL VELO IDRICOESEMPIO:

INTENSITA DI PIOGGIA I = 155 mm/hLARGHEZZA DELLA CARREGGIATA b = 3.5 mPENDENZA LONGITUDINALE il = 2.0 %PENDENZA TRASVERSALE it = 2.5 %

LR = 3.5 * 0.032 / 0.025 = 4.48 m

SR = (0.022+ 0.0252)0.5 = 0.032 (3.2%)

LUNGHEZZA PERCORSO DI DRENAGGIO:

PENDENZA PERCORSO DI DRENAGGIO: 22 LTR SSS +=

T

RR S

SWL =

( )2.0

5.00474.0

R

R

SILs =

0.0474 (4.48 * 155)0.5

0.032 0.2= 2.49mm =



EFFETTI NEGATIVI DELLACQUADallo spessore del velo idrico (s) dipendono:

RIDUZIONE DI VISIBILIT (SPLASH, SPRAY)

RIDUZIONE DI ADERENZA

Aquaplaning



DEGRADO STRUTTURALE

RIDUZIONE DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE DEI MATERIALI

CONDIZIONI DI SOLLECITAZIONE NON PREVISTE

Approccio tradizionale:SI DIMENSIONANO GLI STRATI DELLA SOVRASTRUTTURA SUPPONENDO CHE IL SOTTOFONDO SI TROVI IN CONDIZIONI DI SATURAZIONE (ridotte caratteristiche meccaniche)

ANCHE GLI STRATI INFERIORI DEL PACCHETTO STRUTTURALE (NON LEGATI) POSSONO TROVARSI IN CONDIZIONI DI SATURAZIONE PER PERIODI DI TEMPO SIGNIFICATIVI

PROVOCATO DA UN DRENAGGIO INSODDISFACENTE

Normalmente non si tiene conto che

Questo provoca:

AUMENTA LA SUSCETTIBILITA AL GELO



PAVIMENTAZIONI TRADIZIONALICONDIZIONI NON DRENATE

COSTIPAMENTODEL SOTTOFONDO

PORTANZA

PERMEABILIT

Qin >> Qout



PAVIMENTAZIONI TRADIZIONALI

- Erosione degli strati di base e di fondazione

u

CONDIZIONI DI SOLLECITAZIONE NON PREVISTE

- Pumping

In condizioni di saturazione il passaggio dei carichi veicolari causa il movimento di acqua a pressione elevata e ci provoca:



PAVIMENTAZIONI TRADIZIONALICONDIZIONI DI SOLLECITAZIONE NON PREVISTE

pressione di contatto

pressione ridotta

ATTENUAZIONE DEI CARICHI VEICOLARI (DISTRIBUZIONE LATERALE)

SVILUPPO DI TENSIONI INTERGRANULARI (EFFICACI)

pressione di contatto

pressione invariata

PAVIMENTAZIONE SATURADRENAGGIO IMPEDITO

NON C ATTENUAZIONE DEI CARICHI



VIE DI AFFLUSSO DELLACQUAALLINTERNO DELLA PAVIMENTAZIONE

1. Filtrazione attraverso gli strati superficiali (porosit, fessure, giunti )

2. Filtrazione attraverso i margini della pavimentazione

3. filtrazione dovuta ad un elevato livello della falda

4. Risalita capillare 5. Condensazione vapore

PREC

IPIT

AZIO

NI

FALD

A



VIE DI AFFLUSSO DELLACQUAACQUA DI FALDA

La filtrazione dalla falda circostante viene di solito intercettata attraverso trincee drenanti

trincee drenanti sono utilizzate anche per abbassare il livello di falda



VIE DI AFFLUSSO DELLACQUA

In generale linfiltrazione attraverso gli strati superficiali (porosit, fessure, giunti ) costituisce il circa il 90 % dellacqua da smaltire con il DRENAGGIO PROFONDO

Linfiltrazione ammonta a circa il 25-50% dellintensit di pioggia(il resto genera il deflusso superficiale)

INFILTRAZIONE DELLACQUA METEORICA

VA LIMITATA SFRUTTANDO AL MASSIMO IL DEFLUSSO SUPERFICIALE

PER LE STRUTTURE PI IMPORTANTI NECESSARIO PREVEDERE STRATI DRENANTI



FILTRAZIONE IN UN MEZZO POROSO

LEGGE DI DARCY: Q / A = V = k i

Q : portata (m3/s) V : velocit (apparente) di filtrazione (m/s)

A : area della sezione ortogonale al flusso (m2)k : coefficiente di permeabilit (m/s)

i : gradiente idraulico = h

L

Ve : velocit effettiva di filtrazione = V / ne (m/s)

ne : porosit efficace

MOTO PERMANAENTE E LAMINARE



FILTRAZIONE IN UN MEZZO POROSOMOTO PERMANAENTE E LAMINARE

FILTRAZIONE BIDIMENSIONALE RETI DI FILTRAZIONEFILTRAZIONE BIDIMENSIONALE RETI DI FILTRAZIONE

LINEE EQUIPOTENZIALI

LINEE DI FLUSSO



DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE - portata da smaltire

1qin

b

h

qin: velocit di infiltrazione(uniforme) attraverso lo strato superficiale

qin = f (I) = cin * I

Qin = qin * b * 1

cin = coeff. di infiltrazione



DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE - geometria del problema

1qin

b

h

i h / b

A h

Qout / k = i * A Qin = qin * b = Qout

Qout / k h2 / b

qin / k [h / b]2qin / k = [h / b]2



DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE

CRITERI DI DIMENSIONAMENTO

1qin

b

Lo strato deve essere in grado di rimuovere tutta lacqua che si infiltra attraverso gli strati superficiali

h

1

La permeabilit dello strato deve permettere il drenaggio RAPIDO dellacqua

2




1qin

bQin = Qout portata che lo strato drenante in

grado di smaltire

QOUT = k * i * A

k : coeff. di permeabilit dello strato

i : gradiente idraulico disponibile per il deflusso

A : area della sezione di deflusso

h

1




1qin

b

lacqua che penetra allinterno di una pavimentazione stradale deve essere allontanata in 1h (CEDERGREN)

h

2

La permeabilit dello strato deve permettere il drenaggio RAPIDO dellacqua:

Ve = V / ne = k i / ne



DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE - esempio

I = 52 mm/h

cin = 0.5 i = 0.02

b = 8.0 m

Q / i = k * A = k * h * 1h (m) 0.15 0.30

k (m/s) 1.93 10-2 9.65 10-3

ne = 0.20

Portata da smaltire Q = I * cin * b = 5 m3/giorno

TRASMISSIVIT richiesta Q / i = 250 m3/giorno

1



DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE - esempio

I = 52 mm/h

cin = 0.5 i = 0.02

b = 8.0 m

ne = 0.17

Lacqua deve raggiungere le tubazioni di drenaggio in 1 h 2

Ve = 8 m/h = 2.22 10-3 m/s

k = ne * Ve / i = 1.88 10-2 m/s h (m) 0.15

k (m/s) 1.93 10-2



COEFFICIENTE DI PERMEABILITIl valore del coefficiente di permeabilit di uno strato in materiale granulare non legato dipende:

dalla sua distribuzione granulometrica

e dal grado di costipamento

dalla natura mineralogica dellaggregato

P 0.075 [%]TIPO DIMATERIALE 0 5 10 15

CALCARE OSILICE 10 0.07 0.08 0.03

LIMO 10 0.08 0.001 0.0002

ARGILLA 10 0.01 0.0005 9 10-5

Es: valori di k in funzione del contenuto di P 0.075

Fonte:AASHTO Design Manual

N.B.k in ft/day10 ft/day = 3.5 10-5 m/s



INSERIMENTO DELLO STRATO DRENANTE


SOTTOFONDO

FILTRO

SOTTOFONDO

FILTRO

DD

DD

85

15

15

15 4 >>



0

20

40

60

80

100

0.01 0.1 1 10 100

Diametro [mm]

Pass

ante

[%]

sottofondoP = 15%P = 85%

FILTRO

D15 SOTTOFONDO = 0.08

D85 SOTTOFONDO = 9.0

SOTTOFONDO

FILTRO

SOTTOFONDO

FILTRO

DD

DD

85

15

15

15 4 >>

D15 FILTRO > 0.32

D15 FILTRO < 36






Costruzioni di Strade (Ferrovie ed Aeroporti)

APPENDICEIL MEZZO POROSO: MOTI DI FILTRAZIONE IN REGIME STAZIONARIO

Porosit:

1. IL MEZZO POROSO



APPENDICE

2. EQUAZIONE DI BERNULLI (1738)

I moti di filtrazione nei terreni sono caratterizzati da velocit

molto basse:

CARICO TOTALE CARICO PIEZOMETRICO



APPENDICE

3. ESPERIENZA DI DARCY

hA = cost

hB = cost

PORTATA

VELOCIT APPARENTE DI DEFLUSSO:



APPENDICE

4. LEGGEDI DARCY

i : GRADIENTE IDRAULICO =

k : COEFFICIENTE DI PERMEABILIT

IDRAULICA_STRADALE_AEROPORTUALE

Documents

Transcript of IDRAULICA_STRADALE_AEROPORTUALE