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Maurizio Giugni » 9.Verifica statica delle condotte


Rigidezza anulare

SN: rigidezza circonferenziale della tubazione
E: modulo di elasticità del materiale costituente la condotta
I: momento d’inerzia trasversale della striscia unitaria di parete del tubo rispetto all’asse neutro della parete strutturalmente resistente
DN: diametro medio della tubazione
S: spessore della condotta


Tubazioni “rigide” e “deformabili”

Coefficiente di elasticità in sito: rapporto tra la rigidezza anulare SN della tubazione ed il modulo elastico Eg del terreno.

Tubazioni “rigide” R≥ 1/12

Tubazioni “deformabili” R < 1/12


Tubazioni “rigide” e “deformabili” (segue)

Le sollecitazioni su un tubo interrato dipendono dall’interazione tubo-terreno, fortemente legata alla deformabilità relativa dei due elementi: se il tubo si deforma più del terreno che lo circonda, sarà sollecitato in modo minore, poiché deformandosi sensibilmente coinvolge il terreno di rinfianco a collaborare alla resistenza.

Distribuzione delle componenti normali alla superficie del tubo delle pressioni d’appoggio e di rinterro [Arredi, 1972]

Distribuzione delle componenti normali alla superficie del tubo delle pressioni d'appoggio e di rinterro [Arredi, 1972]


Tubazioni “rigide” e “deformabili” (segue)

Tubazioni rigide – semirigide – flessibili

  • Tubazioni rigide
    • calcestruzzo
    • gres
    • fibrocemento
  • Tubazioni semirigide
    • acciaio
    • ghisa
  • Tubazioni flessibili:
    • PVC
    • PEAD
    • PRFV

Verifica statica di una tubazione deformabile

Tubazione deformabile: la resistenza massima sotto carico è limitata da uno stato limite ultimo di deformazione, la cui definizione dipende in modo significativo da:

  • tipo di posa (trincea stretta, trincea larga)
  • materiale di sottofondo e di rinfianco
  • grado di costipamento

Verifica alla pressione interna

Nelle ipotesi seguenti:

  • peso proprio della condotta e del liquido contenuto trascurabili
  • reazione degli appoggi trascurabile
  • tubo “sottile” → D/s ≥ 50

Mariotte (vedi figura)
in cui:
s: spessore della condotta
D: diametro medio della condotta
p: carico idraulico
σØ: sollecitazione massima ammissibile

Mariotte

Mariotte


Verifica statica di una tubazione deformabile interrata

  • carico del terreno
  • carico mobile
  • peso dell’acqua convogliata
  • carico da falda

Condizioni di posa

Posa in trincea stretta, in modo da trasmettere un’aliquota del carico sovrastante ai fianchi della trincea:

B≤2D   H≥1.5 B
2D
<B<3D   H≥3.5B


Carico terreno

qt: carico dovuto al rinterro
γt: peso specifico del terreno
Cd: coefficiente di carico del terreno
B: larghezza della trincea in corrispondenza della generatrice superiore del tubo
H: profondità di posa in corrispondenza della generatrice superiore del tubo
φ: angolo di attrito interno del materiale di rinterro
θ: angolo di attrito tra il materiale di rinterro ed il terreno naturale delle pareti della trincea


Carico mobile

qm = PνφmD

Pν = 43100 H-1.206 (convoglio HT45)

PV = 10700 H-1.518 (convoglio LT6)

φm =  1 + 0.3/H (mezzi stradali)

φm =  1 + 0.6/H (mezzi ferroviari)


qm: carico verticale sulla generatrice superiore del tubo
Pv:
pressione verticale sulla generatrice superiore del tubo, dovuta ai sovraccarichi mobili concentrati;
φm: fattore dinamico

Influenza dei carichi

DN=800 (PEad)
γt=1800 kg/m3
φ=24°
θ=24°
B=1.5 m
H=2÷5 m
Convoglio HT45 e LT6

Influenza dei carichi su una tubazione interrata

Influenza dei carichi su una tubazione interrata


Verifica dell’inflessione diametrale (Spangler)

Q: carico unitario sulla generatrice superione del tubo
Kx, Ky: coefficienti variabili in funzione delle ipotesi di distribuzione del carico (angoli α e β)

Deformazione diametrale di una condotta

Deformazione diametrale di una condotta


Verifica dell’inflessione diametrale (Spangler) (segue)

Per α = β = 180° → Kx = Ky =0.083

La reazione laterale del terreno dipende dal modulo di elasticità Et del suolo (funzione del materiale di riempimento della trincea e del grado di costipamento).


Verifica dell’inflessione diametrale (Spangler) (segue)

Valori medi del modulo di elasticità del suolo che avvolge la tubazione (“modulus of soil reaction”)

Valori medi del modulo di elasticità del suolo che avvolge la tubazione ("modulus of soil reaction")


Verifica dell’inflessione diametrale (Spangler) (segue)

B=1.5 m
H=3; 5 m
γt=1800 kg/m3
φ= θ= 24°
Et= 1.4 . 106 kg/m2
Convoglio HT45

Verifica dell’inflessione diametrale di una tubazione interrata

Verifica dell'inflessione diametrale di una tubazione interrata


Verifica alla depressione

Una tubazione sollecitata da forze radiali uniformemente distribuite e dirette verso il centro di curvatura dapprima rimane circolare e poi, all’aumentare delle forze, si inflette ovalizzandosi (deformata a due lobi) e progressivamente si ha deformazione a tre lobi, ecc.
Lo schiacciamento dell’anello di produce se, verificandosi una piccolissima deformazione di ovalizzazione del tubo, il lavoro della pressione esterna è maggiore del lavoro di deformazione elastica.
L’anello è in equilibrio elastico se (Allievi – Timoshenko):
R, s: raggio medio e spessore del tubo
E: modulo elastico della condotta
Pa: pressione atmosferica

Numero di lobi m = 2

Numero di lobi m = 2

Numero di lobi m = 3

Numero di lobi m = 3


Tubazioni rigide

Nelle tubazioni rigide la resistenza massima sotto carico è limitata da uno strato limite ultimo di rottura senza deformazione significativa della sezione.
La stabilità è verificata se risulta: vedi relazione a fianco.

Qt: carico esterno totale di schiacciamento;
Q: carico di rottura per schiacciamento ottenuto mediante prove di laboratorio (normativa);
K: coefficiente di posa;
ν: coefficiente di sicurezza allo schiacciamento = 1,3÷1,5.


Tubazioni rigide (segue)

Tipi di posa e relativi coefficienti K

Tipi di posa e relativi coefficienti K


I materiali di supporto della lezione

Ippolito G., Appunti di Costruzioni Idrauliche, Liguori Editore, Napoli

Milano V., Acquedotti, Hoepli

AA.VV., Sistemi di fognatura, Centro Studi Deflussi urbani, Hoepli

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