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Sheet Piling DayRavenna 21-10-2010

Progettazione di opere portuali Norme NTC 2008 ed Eurocodici

Ing. Maurizio Lenzi

SHEET PILING

Sheet Piling

SHEET PILING

Sheet Piling

SHEET PILING

PARATIE

Sezione tipo di palancolato composto Profilo H : funzione portante Palancola: funzione di contenimento

Criteri di Progettazione - NTC 2008

Le Norme NTC 2008 emanate con il D.M. 14/01/2008 individuano in accordo con gli Eurocodici EC7 (Progettazione Geotecnica) ed EC8-5 (requisiti geotecnici per la progettazione sismica) i criteri di progetto strutturale per le opere interagenti con il terreno. In particolare viene richiesto quanto segue:

responsabilit del progettista la definizione del piano delle indagini, la caratterizzazione e la modellazione geotecnica.

Schema delle fasi di progettazione

MODELLO DI INTERAZIONE

1. Analisi strutturale dellopera e de 2. Verifica di resistenza e di stabilit enza 3. Verifica delle deformazioni form

Piano di Controllo e Monitoraggio

Interazione terreno-struttura

INTERAZIONE TERRENO-STRUTTURASistema di azioni mutue interne che lopera ed il terreno si scambiano per mantenere congruente il campo dei movimenti 1) La pressione mobilitata dal terreno dipende dallentit dello spostamento della struttura. 2) La pressione del terreno varia entro valori limiti di plasticizzazione definiti attivi o passivi in relazione alla direzione dello spostamento della struttura verso valle o verso monte. 3) Comportamento del terreno marcatamente non lineare.

Interazione terreno-struttura

passiva del terreno

Il terreno a monte Il terreno a valle applica unazione oppone una resistenza

Cunei di Spinta

Interazione terreno-struttura

Interazione terreno-struttura

Coefficienti di spinta attiva e passiva

Interazione terreno-strutturapa= pressione attiva pp = pressione passiva

' o E s = M pr p rEJf

o = pressione orizz. efficace a riposo pr = 100 KPa M = modulo = esponenteNatura del terreno Sabbia ( =3035) M 200300 6080 0.5 0.81.0

Modello Elasto - Plastico

Argilla (cu=4060 KPa)

Interazione terreno-struttura

Azione esterna e di vincolo esercitati dalla spinta del terreno Azione esterna e di vincolo esercitati dalla spinta del terreno

movimento della paratia

CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE

Criteri di Progettazione - NTC 2008

Le Norme NTC 2008 emanate con il D.M. 14/01/2008 individuano in accordo con gli Eurocodici EC7 (Progettazione Geotecnica) ed EC8-5 (requisiti per la progettazione sismica in ambito geotecnico) i seguenti criteri di progetto strutturale per le opere interagenti con il terreno:

Progettazione basata su criteri semiprobabilistici agli stati limite ultimi (SLU) e agli stati limite di esercizio (SLE) Definizione delle azioni sismiche e dei criteri di resistenza in gerarchia delle resistenze allo stato limite di salvaguardia della vita (SLV) e lo stato limite di danno (SLD). Definizione dei criteri di progetto e di caratterizzazione geotecnica e nella modellazione del terreno

Criteri di Progettazione - NTC 2008

STATO LIMITE ULTIMO:VENGONO CONFRONTATE LE SOLLECITAZIONI (Sd) INDOTTE DALLE CONFIGURAZIONI DI CARICO AVENTI STATISTICAMENTE UN ELEVATO PERIODO DI RITORNO IN RELAZIONE ALLA VITA UTILE DELLOPERA CON LE RESISTENZE ULTIME (Rd) DEL MATERIALE. I VALORI DI PROGETTO DELLE AZIONI E DELLE RESITENZE SI RICAVANO APPLICANDO AI VALORI CARATTERISTICI: FATTORI PARZIALI AMPLIFICATIVI PER LE AZIONI (F) FATTORI PARZIALI RIDUTTIVI PER LE RESISTENZE (m)

CONDIZIONE DI VERIFICA ALLO SLU: Sd = F Sk < Rd=Rk/ m In ambito geotecnico si applicano ulteriori fattori di sicurezza per tener conto dellincertezza dellinterazione tra terreno e struttura.

Criteri di Progettazione - NTC 2008

Progettazione agli Stati Limite

Approccio 1 - Combinazione 1 - STR Combinazione 2 - GEO

Paratie

Approccio 2 Unica combinazione (STR+GEO)

Tiranti - Pali

Criteri di Progettazione - NTC 2008

PARATIE

PARATIE

Criteri di Progettazione - NTC 2008

STATI LIMITE DI RESISTENZA DEL TERRENO GEO-HYD-UPL

Criteri di Progettazione - NTC 20081. Collasso per rotazione intorno a un punto dellopera (atto di moto rigido)

Criteri di Progettazione - NTC 20082. Collasso per carico limite verticale

Verifica della capacit portante verticale Comportamento a palo per carichi trasmessi da vie di corsa

Criteri di Progettazione - NTC 20083. Sfilamento di uno o pi ancoraggi

Criteri di Progettazione - NTC 20084-5-6 Sollevamento fondo scavo e sifonamento

Criteri di Progettazione - NTC 2008

7. Instabilit globale dellinsieme opera-terreno

Criteri di Progettazione - NTC 2008

STATI LIMITE DI RESISTENZA DELLA STRUTTURA SLU - STR

Criteri di Progettazione - NTC 2008Stati Limite STR

Raggiungimento della resistenza ultima strutturale nei vincoli e nella paratia

Criteri di Progettazione - NTC 2008

STATI LIMITI ULTIMI COMBINAZIONI DI CARICO E PARAMETRI GEOTECNICI

Criteri di Progettazione - NTC 2008

STATO LIMITE ULTIMO: VENGONO

CONFRONTATE LE

Combinazione di carico A1 = 1.3 Gk + 1.5 Qk (STR) Combinazione di carico A2 = 1.0 Gk + 1.3 Qk (GEO)

Criteri di Progettazione - NTC 2008

Resistenza a taglio caratteristica: k = ck+ v tank

; k = cuk

Resistenza a taglio di progetto: d = [c k + v (tank)] / 1.25 ; d = cuk/1.4 Parametri Geotecnici M1 = resistenza caratteristica del terreno (STR) Parametri Geotecnici M2 = resistenza di progetto del terreno (GEO)

Criteri di Progettazione - NTC 2008

PARATIE COMBINAZIONI DI VERIFICA

(R2=1.1)

(Approccio 1)

Stato Limite STR Stato Limite GEO

(R1=1.0)

Criteri di Progettazione - NTC 2008

PARATIE - FASI DELLA PROGETTAZIONE

Criteri di Progettazione - NTC 2008Struttura di riferimento

Criteri di Progettazione - NTC 2008

DIMENSIONAMENTO GEOTECNICO

Criteri di Progettazione - NTC 2008

Stato Limite GEO - Rotazione attorno ad un punto

Criteri di Progettazione - NTC 2008

Stato Limite GEO - Instabilit Generale

Criteri di Progettazione - NTC 2008

DIMENSIONAMENTO STRUTTURALE

Criteri di Progettazione - NTC 2008

Stato Limite STR - Combinazione A1+M1

Criteri di Progettazione - NTC 2008MG

MTOT

1.3 MG+1.5(MTOT-MG)

SHEET PILING - Diagramma dei Momenti 1.5 -0.5 -2.5 -4.5 -6.5 -8.5 -10.5

MG

MG+Q

1.3MG+1.5(MG+Q - MG)

Quote [m]

-12.5 -14.5 -16.5 -18.5 -20.5 -22.5Spinta del terreno

-24.5 -26.5 -28.5 -30.5 -32.5 -3000 -2500 -2000 -1500 -1000 -500

Spinta del terreno e del sovraccatrico (60 KPa) Cpombinazione A1+M1+R1

0

500

1000

1500 2000

2500 3000

3500 4000

4500 5000

5500 6000

Momenti Flettenti [KNm/m]

Criteri di Progettazione - NTC 2008SHEET PILING - Diagramma dei Momenti 1.5 -0.5 -2.5 -4.5 -6.5 -8.5 -10.5

A1+M1

Quote [m]

-12.5 -14.5 -16.5 -18.5 -20.5 -22.5Combinazione A1+M1

-24.5 -26.5 -28.5 -30.5 -32.5 -3000 -2500 -2000 -1500 -1000 -500

0

500

1000

1500 2000

2500 3000

3500 4000

4500 5000

5500 6000

Momenti Flettenti [KNm/m]

Criteri di Progettazione - NTC 2008Caratteristiche geometriche delle sezioni serie HZ - AZ

Criteri di Progettazione - NTC 2008Criteri di Verifica allo SLU

fyk = tensione caratter. di snervamento (yield point)

m = coeff. parziale di sicurezza dellacciaio = 1.05We = modulo resistente della sezione Md = max (MA1+M1) < MR= (fyk/m) We

Criteri di Progettazione - NTC 2008DURABILITA

Verifica a lungo termine We,rid = Modulo resistente della sezione ridotta Md = max (MA1+M1) < MR= (fyk/m) We,rid Trattamenti protettivi Rivestimenti epossidici - Protezione catodica

Criteri di Progettazione - NTC 2008

Stato Limite di Esercizio

Criteri di Progettazione - NTC 2008SHEET PILING - Diagramma dei Momenti 1.5 -0.5 -2.5 -4.5 -6.5 -8.5 -10.5

SLE

MG

MG+Q

Quote [m]

-12.5 -14.5 -16.5 -18.5 -20.5 -22.5 -24.5 -26.5 -28.5 -30.5 -32.5 -3000 -2500 -2000 -1500 -1000 -500Spinta del terreno Spinta del terreno e del sovraccatrico (60 KPa)

0

500

1000

1500 2000

2500 3000

3500 4000

4500 5000

5500 6000

Momenti Flettenti [KNm/m]

Criteri di Progettazione - NTC 2008

Tensioni in esercizio

SLE =

M d ,SLE We

Valori di riferimento

SLE =

f yk 1.5

Criterio di dimensionamento

Stato Limite di EsercizioCompatibilit degli Spostamenti

-

Deformazione della paratia e profilo di subsidenza a monte

Stato Limite di Esercizio

Distorsioni Angolari Limite

-

Verifiche di Stabilita

VERIFICA DELLE CONDIZIONI A BREVE E LUNGO TERMINE

Condizioni Critiche di Verifica

Dragaggio dei fondali Condizioni drenate a lungo termine Riempimento a tergo del palancolato Condizioni non drenate a breve termine

Verifiche di StabilitaVerifica di stabilit in condizioni drenate e non drenate

Verifiche di StabilitaDragaggio a valle

Verifiche di StabilitaDragaggio a valle Verifica a lungo termine in condizioni drenateSovra prssioni Sovra pressioni negative negative

Verifiche di StabilitaRiempimento a tergo

Verifiche di StabilitaRiempimento a tergo Verifica a breve termine in condiz. non drenate

Sovra pressioni positive

Azione Sismica

Azione Sismica

Azione sismicaParametri sismici di progetto

Azione sismicaParametri sismici di progettoag = accelerazione al suolo su base rigida la cui intensit dipende dal sito e dalla probabilit di superamento nella vita utile dellopera SLV = stato limite salvaguardia delle vite (10%) SLD = stato limite di danno (63%) S = coeff. di amplificazione stratigrafica (Ss) e topografica (ST) che tiene conto della deformabilit degli strati pi superficiali (H3.5

Azione SismicaResistenza ciclica alla Liquefazione

FC = Contenuto di parti fini

Azione SismicaVerifica alla Liquefazione

CRR = ul ' voFS = CRR/CSR M = magnitudo

a S vo M > CSR = med = 0.65 g ' ' vo g vo 7.5 FL=1-FS FL= 0 per Fs1

2.56

Resistenza Ciclica (CRR) > Sollecitazione Ciclica (CSR)

Indice del Potenziale di Liquefazione

IL= FLi (10- zi/2) zi

Azione sismica

Liquefazione dei terreni

INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO DEL TERRENO VIBROFLOTTAZIONE Compattazione profonda COLONNE DI GHIAIA Dissipazione sovra pressioni s = interasse dei dreni d = diametro dei dreni eo= indice dei vuoti iniziale e = indice dei vuoti finale

d s= 2

(1 + eo )(eo e)

Azione sismicaCompattazione del terreno

Azione sismica

Vibroflottazione

Infissione

Compattazione

Riempimento

Azione sismicaVibroflottazione

Cono di depressione

Azione sismicaVibroflottazione

riempimentoriempimeto

TIRANTI DI ANCORAGGIO

TIRANTI DI ANCORAGGIO

TIRANTI DI ANCORAGGIO

TIRANTI DI ANCORAGGIOCombinazione A1+M1+R3 (STR+GEO) Sollecitazione di progetto Resistenza di progetto

S d = 1.3 SG + 1.5 ( SG + Q SG )

Rd =

Rk

R

=

resistenza caratteristica coeff . parzialeValor medio Valore min

R R Rk = Min med ; min a1 a 2

R R Rk = Min med ; min a3 a 4

(R = R3)

TIRANTI DI ANCORAGGIOProve di carico di progetto a rottura

Prove di carico di verifica sui tirantiLe prove di verifica, da effettuarsi su tutti i tiranti, consistono in un ciclo in cui il tirante viene sottoposto ad una forza pari ad 1.2 volte la forza massima prevista in esercizio.

TIRANTI DI ANCORAGGIO

Tiranti in BARRE (Gewi - Dywidag) (Tiranti subacquei)

TK

Rd

Rd > Tk > SdCriterio di Gerarchie delle Resistenze per barre dacciaio a snervamento definito

TIRANTI DI ANCORAGGIO

Tiranti con TREFOLI

TK

Rd

Tk > Rd > Sd

TIRANTI DI ANCORAGGIOTiranti Requisiti di progetto

TIRANTI DI ANCORAGGIO

Tiranti Requisiti di progetto

Disposizione di sistemi di ancoraggio a tergo della paratia

Condizioni di carico di progetto

CONDIZIONI DI CARICO RICORRENTI Sovraccarico uniforme = 20-40-60 KPa Tiro nelle Bitte = 500-1000 - 1500 KN Spinta sui parabordi = 500-1000-1500 KN

Condizioni di Carico di progetto

ESEMPI

Sovraccarico sul piazzale

Condizioni di Carico di progetto

Tiro nelle bitte

Condizioni di Carico di progetto

F = 500-1000 KN

Condizioni di Carico di progettoSchema Statico Tiro nella bitta

Condizioni di Carico di progetto

Parabordi

Condizioni di Carico di progetto

Spinta sui parabordi

Condizioni di carico di progetto

Energia cinetica di impatto

E D = C M C E CC C S M = dislocamento della nave CM = coeff. di massa aggiunta Cc = coeff. di accosto

1 M V 2 2

V = velocit di accosto CE = coeff. di eccentricit Cs= coeff. di deformabilit

Condizioni di carico di progetto2D B 2 K + R 2 cos 2 CE = K 2 + R2 CM = 1 +CC = 0.91.0 (CM=1.62.0) (CE=0.60.8)

per banchine a parete verticale per strutture aperte (pontili) per parabordi rigidi per parabordi deformabili

CS = 0.91.0

Raggio di inerzia K = (0.19 Cb + 0.11) LBP Velocit di accosto V=0.10-0.20 m/sec

Condizioni di carico di progettoCONE FENDER

Reazione

Energia

Accorciamento

Condizioni di carico operative

CONDIZIONI DI CARICO OPERATIVE NELLE BANCHINE PORTUALI

Condizioni di carico operative

Stoccaggio Containers

Condizioni di carico oprqative

Costruzione di strutture off-shore

Condizioni di carico operative

Varo di Strutture Off-Shore

Condizioni di carico operative

Movimentazione con carrelli semoventi

Condizioni di carico operative

Stoccaggio coils

Condizioni di carico operative

Movimentazione e sollevamento

Condizioni di carico operative

SCHEMI STATICI

Condizioni di carico operative

Stoccaggio di carichi concentrati su aree limitateP

+2.50

d b+0.50 -0.40

+0.00

Z

-9.50

-17.50

Condizioni di carico operative

Carichi Localizzati - Sollevamenti

Condizioni di carico operative

Trasporto di carichi su semoventi modulari

Condizioni di carico operativeVaro con semoventi modulari

Condizioni di carico operative

CASO DI STUDIO

Condizioni di carico operative

Condizioni di carico operative

Condizioni di carico operativeSHEET PILING

330 KPa

330 KPa

430 KPa

430 KPa

LR 1750

Load out

LR 11350

LOAD OUT CRANE PRESSUREsheet piling wall Y

'HX=mh

P=q xy

Finite element mesh of the loading area

Condizioni di carico operativePipe Load out - Cranes Pressure on the Wall0 5

Max horizontal Pressure [KPa]

10 15

LR 1735 LR 11350

20 25 30 35 40 0 10 20 30 40 50

Max Pressure on the Sheet Piling Wall

60

70

80

90

Distance along the wall [m]

Condizioni di carico operativePIPE LOAD OUT OPERATIONS LOAD OUT LATERAL PRESSURE ON THE WALL INDUCED BY CRANES2.50 0.00 -2.50 -5.00 -7.50 -10.00 -12.50 -15.00 -17.50 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Elevation [m]

Lateral Pressure [KPa]

Condizioni di carico operative

Plane Strain Model Load-out Equivalente Loadp= 60 KPa

+2.50 d=10.00 m +0.00 +0.50 -0.40 b=11.40 m

Z

H =2p

Layer nr. 1

= 19 KN/m3 = 30 c'=0 KPa

[ sin cos( + 2 )]

= 200

=0.50

-9.50

Layer nr. 2

= 19 KN/m3 = 28 c'=0 KPa = 80 =0.80

-17.50

Modello Piano Sovraccarico Equivalente

Condizioni di carico operativePIPE LOAD OUT OPERATIONS LATERAL PRESSURE ON THE WALL INDUCED BY CRANES2.50 0.00 -2.50 -5.00 -7.50 -10.00 -12.50 -15.00 -17.50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Elevation [m]

Load Out Horizontal Pressures on theWall Plane Model P=60 KPa B=11.40 m d=10.00 m

Lateral Pressure [KPa]

Condizioni di carico operativep= 60 KPa +2.50 d=10.00 m +0.00 +0.50 -0.40 b=11.40 m

Z

Layer nr. 1

= 19 KN/m3 = 30 c'=0 KPa = 200 =0.50

-9.50

Layer nr. 2

= 19 KN/m3 = 28 c'=0 KPa = 80 =0.80

-17.50

q= 40 KPa

+2.50

+0.00

+0.50 -0.40

Layer nr. 1

= 19 KN/m3 = 30 c'=0 KPa = 200 =0.50

-9.50

Layer nr. 2

= 19 KN/m3 = 28 c'=0 KPa = 80 =0.80

Condizioni di carico operativePIPE LOAD OUT - BENDING MOMENTS2.5

Load Out Cranes

0Design Load 40 KPa

-2.5

Elevation [m]

-5

-7.5

-10

-12.5

-15

-17.5 -100 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 100 110 120 130 140 0 0 0 0 0

Bending Moments [KNm/m]

Case History

VIBROFLOTTAZIONE BANCHINA SAIPEM-COLACEM 1) Miglioramento della resistenza del terreno di sedime nella zona di ancoraggio dei tiranti 2) Riduzione del rischio di liquefazione delle sabbie in adeguamento normativa sismica

Case History

Case History

Case History

Case History

Case Historiy

Case History

Case History

Case History

Case History

Case History

Case History

Case History

Case History

Case History

Ante operam

Post operam

RESISTENZE PENETROMICHE ANTE E POST OPERAM

Case History

Comportamento dilatante

Comportamento contraente

Terreno addensato con la vibroflottazione (sovra pressioni negative)

Terreno naturale in sito poco addensato (sovra pressioni positive)

Case History

Valutazione dellindice di liquefazione dopo la vibro flottazione CPTU 6

Case History

SISMICA A RIFRAZIONE

Case HistoryTIRANTI

t = allungamento totale misurato del tirante a = allungamento della parte attiva del tirante = t - FLp/EA

Case History

* * rottura del tirante

Case HistoryCurva Carichi- Allungamenti Tirante di prova nr. 1

Case History

CONCLUSIONIVALIDAZIONE E SPERIMENTAZIONE

Piero Pozzati. Teoria e Tecnica delle Strutture ,Vol. 1, Cap. III Azioni dovute al terreno - Ed. UTET - Torino

CONCLUSIONIVALIDAZIONE E SPERIMENTAZIONE

LINGEGNERIA STRUTTURALE E STATA DEFINITA CON UN NOTEVOLE GRADO DI PRECISIONE COME: LARTE DI FORMARE CON DEI MATERIALI, CHE NELLA REALTA NON SI CONOSCONO, DELLE FORME, CHE NELLA REALTA NON SI POSSONO ANALIZZARE, PER RESISTERE A DELLE FORZE, CHE NELLA REALTA NON SI SANNO PREVEDERE, IN MODO TALE CHE LA GENTE NON POSSA, NELLA REALTA, SOSPETTARLO.

CONCLUSIONI

CONCLUSIONIFinch c c speranza!

RINGRAZIAMENTI

ING. PAOLA CAMPANA ING. NICOLETTA CAPUCCI ING. LUCIA DE ANGELIS ING. ANNA FABBRI ING. SARA MARTINI ING. ROBERTA OSTI DOTT.SSA ROBERTA ZAMBRINI

www.acmar.it