Verifiche ai sensi delle NTC delle opere geotecniche per la copertura a giorno di una zona portuale

IL LAVORO DI TESI: L’Autorità portuale di La Spezia ha emanato un bando riguardante la realizzazione di una banchina a giorno in corrispondenza del diffusore Enel (Porto Mercantile di La Spezia/Val di Magra). Il bando fornisce sia la planimetria dell’opera, sia la tipologia di elementi strutturali da utilizzare nella realizzazione, oltre ad allegare la stratigrafia del terreno elaborata su sondaggi (i cui dati sono stati messi a disposizione). La presente tesi sviluppa alcuni approfondimenti del progetto vincitore del bando di gara. In primo luogo sono state esaminate le prove del terreno fornite dall’Autorità e integrate con altre effettuate da una ditta esterna, al fine di poter elaborare un modello geotecnico dalle caratteristiche fisico-meccaniche più accurato di quello fornito dal bando. Il passo successivo è stato quello di analizzare la disposizione e la tipologia dei vari componenti strutturali. La banchina a giorno si distingue in due tratti per la diversa soluzione strutturale: il primo tratto riguarda la copertura dell’area occupata dall’attuale struttura del diffusore, lunga 115m, il secondo tratto è relativo alla prosecuzione del diffusore fino a mare. Nel primo tratto, non potendo realizzare opere che interferissero con la struttura del diffusore, è stato previsto di realizzare un impalcato con struttura metallica che scavalca completamente il diffusore poggiando su spalle laterali indipendenti. Il secondo tratto è stato previsto con una struttura su pali a giorno e, poiché in questo caso le strutture del nuovo piazzale non interferiscono più con la platea di fondo del diffusore, la maglia prevista è regolare, con luci standard, su cui impostare un impalcato di copertura. In questo lavoro di tesi ci siamo occupati principalmente delle opere di fondazione, tralasciando la verifica dell’impalcato e delle relative travi. Il primo tratto del banchinamento è costituito da pali del tipo CFA (Continuos Flight Auger) in cls 35/45 e acciaio B450C che rappresentano una soluzione ibrida tra pali trivellati e pali infissi, infatti riescono a sfruttare in parte i vantaggi dei pali trivellati e dei pali infissi. In particolare i pali CFA consentono di evitare la decompressione del terreno, anzi si ottiene un leggero spostamento con conseguente aumento della tensione ortogonale al palo e non necessitano dell’utilizzo dei fanghi bentonitici di perforazione utilizzati per stabilizzare le pareti del foro nei pali trivellati. Questo comporta una notevole semplificazione dello smaltimento del materiale di risulta, costituito semplicemente da materiale da scavo e non classificato come rifiuto speciale. Inoltre l’elica consente una soluzione ideale per l’installazione in una vasta gamma di terreni coesivi ed incoerenti, sia in assenza che in presenza di falda, inoltre grazie allo sviluppo di motori idraulici di elevata potenza è possibile attraversare senza particolari problemi anche rocce tenere come tufi, argille marnose, calcareniti, ghiaie e ciottoli, evitando anche l’utilizzo dei tubi forma. Questo primo tratto di banchinamento è stato a sua volta suddiviso in 6 zone ad interasse costante (A1/A2/A3/A4/A5/B), per quanto riguarda il tratto A1 (zona in cui i pali di diametro pari ad 1 metro, sono stati disposti con interasse pari ad 1 metro, e quindi tangenti tra loro), è stata proposta, analizzata e verificata una soluzione alternativa (oltre a quella indicata) con una disposizione leggermente diversa rispetto a quella proposta in progetto, che consiste in uno sfalsamento dei pali. Questa soluzione manifesta un miglior comportamento di gruppo (miglior efficienza). Dopo aver fornito una dettagliata descrizione delle caratteristiche e del metodo di realizzazione, si è proceduto con: • analisi dei carichi (includendo l’urto di attracco delle imbarcazioni mercantili) • calcolo delle relative portate di progetto secondo vari metodi accreditati, considerando sia il comportamento del singolo palo, sia il comportamento in gruppo (Viggiani, Berenzantzev e protocollo Converse-Labarre); • l’inserimento del modello sul software di calcolo Paratie Plus 14 (si è deciso di utilizzare questo programma poiché, essendo in questa zona l’interasse dei pali molto piccolo, è stato possibile, senza eccessivi margini di errore, assimilare la palificata ad una paratia continua); • verifiche geotecniche; • verifiche strutturali (SLU/SLE) Per quanto riguarda il secondo tratto sono stati utilizzati pali di grande diametro (1219 mm e di 12 mm di spessore) realizzati in acciaio tipo S355J0. La scelta progettuale ricade sull’utilizzo di pali in acciaio vibro-infissi con successiva realizzazione di un bulbo con tecnica jet-grouting al di sotto del palo, ed all’interno del tubo stesso, in virtù dei notevoli vantaggi realizzativi che comportano. I pali vibro-infissi appartengono alla categoria dei pali infissi senza asportazione di materiale ed hanno il grosso vantaggio di non produrre materiale di risulta derivante dalla perforazione e mantenere il cantiere pulito, in particolar modo nella situazione di progetto, dove l’eventuale materiale estratto si sarebbe riversato sul fondale prospicente il diffusore e trasportato via dall’acqua in uscita dal canale artificiale, sedimentando successivamente negli adiacenti bacini di ormeggio. Anche in questo caso è stata eseguita la stessa procedura descritta per l’altra tipologia di palo (ma utilizzando metodi UWA_University of Western Australia e HKU_Honk Kong University per la portata di base, protocollo Converse-Labarre per l’effetto di gruppo sulle portate e metodo Viggiani per la portata laterale, protocollo di Broms, Reese & Van Impe). L’unica differenza riguarda il programma utilizzato per la simulazione dell’interazione palo-terreno: non potendo assimilare la palificata ad una paratia continua è stato deciso di utilizzare il programma di calcolo ad elementi finiti (Sap2000, v.15). CONCLUSIONI Il lavoro della tesi, pone l’attenzione sull’importanza e l’estensione delle indagini geotecniche necessarie per la corretta determinazione di un modello geotecnico, che sia sufficientemente rappresentativo delle caratteristiche fisico-meccaniche del sottosuolo interessato dalla realizzazione dell’opera. Durante la realizzazione del modello geotecnico di calcolo, si dimostra come le indagini di laboratorio e le indagini in-situ siano tra loro strettamente complementari, e che se ben pianificate ed ottimizzate, consentono di raggiungere elevati valori di conoscenza del sottosuolo sia a livello stratigrafico che meccanico. In particolare le prove CPTU, se effettuate a lato di un sondaggio a carotaggio continuo di taratura, e successivamente nel perimetro di competenza della struttura, consentono di comprendere in maniera molto veloce e pratica le eventuali discontinuità della stratigrafia e delle caratteristiche meccaniche del terreno, realizzando così un vantaggio sia in termini temporali/realizzativi che economici riducendo il costo ed il tempo necessario per l’esecuzione di una diffusa campagna di carotaggi, così è possibile acquisire campioni indisturbati per le prove di laboratorio in modo mirato e circoscritto alla sola verticale di taratura. Il lavoro della tesi prosegue con la verifica delle fondazioni per le sovrastrutture proposte, effettuando tutte le verifiche richieste secondo normativa. In particolare si analizzano due soluzioni realizzative completamente diverse, tali da garantire nel miglior modo possibile con le attuali tecnologie il soddisfacimento delle richieste prestazionali e di servizio. In particolar modo i pali ad elica continua (CFA) risultano tecnologicamente la migliore soluzione per la realizzazione della fondazione per la soletta di copertura del diffusore, garantendo limitate interferenze con la struttura preesistente durante le fasi realizzative ed elevati valori di portata verticale e trasversale in virtù della metodologia realizzativa ibrida tra un palo trivellato ed un palo battuto, riducendo al minimo anche i costi per lo smaltimento degli inerti di risulta. La fondazione della banchina off-shore invece è realizzata con una nuova tipologia di pali, caratterizzata dalla vibro-infissione di tubi in acciaio di grande diametro in ambiente marino, e successivamente trattati con jet-grouting al fine di realizzare un bulbo di terreno consolidato al di sotto del palo ed all’interno dello stesso, in modo da incrementare notevolmente la portanza verticale di base, e ridurre così le lunghezze necessarie per ottenere una portata analoga con pali semplicemente in acciaio. Tale tecnologia offre indubbi vantaggi realizzativi ed economici, presentando comunque semplici e consolidate modalità di installazione e costruzione. Infine durante la progettazione di tali opere si sono svolte le necessarie e classiche verifiche geotecniche basate sugli stati limite ultimi, illustrando l’importanza dell’iterazione terreno-palo caratterizzata da fenomeni fortemente non lineari