Abutment in Bridges: tipi e considerazioni di progettazione

Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere i tipi e le considerazioni sulla progettazione degli abutment nei ponti.

Tipi di abutment per ponti:

Nella costruzione di abutment si possono usare mattoni o murature in pietra, cemento armato o cemento armato. I tipi di abutment solitamente utilizzati nei ponti autostradali sono mostrati in Fig. 19.2. Nelle fondazioni a zattera aperta, sono comunemente usati abutment in calcestruzzo o in muratura che forniscono il peso morto per la stabilità di tale struttura.

I pilastri a cavalletto sono pilastri di tipo aperto in cui il riempimento posteriore non è trattenuto dagli abutment ma è consentito di fuoriuscire attraverso gli spazi del cavalletto e si forma un terrapieno inclinato di fronte all'abutment.

L'argine inclinato è protetto da mattoni o massi rocciosi dai danni causati dalle correnti d'acqua. Questo tipo di abutment ha il vantaggio che non è richiesta alcuna struttura speciale, fatta eccezione per l'innalzamento delle pile e che fornisce un cappuccio in cima per supportare la sovrastruttura. È necessario prevedere un muro di protezione per evitare che lo sporco o la terra si depositino sui cuscinetti.

Gli abutment di tipo Counterfort sono abutment di tipo chiuso con alcune colonne o contrafforti collegati da una lastra frontale. La spaziatura dei contrafforti è generalmente da 2, 5 a 3 metri.

La stabilità degli abutment è mantenuta dal peso proprio e dal peso dei materiali di riempimento posteriore tra i controstampi e sopra la zattera di fondazione. Zattera aperta o palo o pozzo di fondazione è adatto per questo tipo di abutment.

Gli abutment aperti di tipo con colonne RC (Fig. 19.2d) sono preferiti laddove l'altezza della formazione è molto alta. Al fine di alleggerire gli abutment da un'eccessiva pressione sulla terra, la terra può fuoriuscire di fronte come in pilastri a cavalletto.

Anche la spaziatura delle colonne è più o meno simile alla spaziatura del contrappeso, cioè da 2, 5 a 3, 0 metri. È necessario disporre di una parete a schermo di circa 1, 5-2, 5 metri di profondità che collega le colonne e si appende alla trave.

La funzione di questo paravento è di impedire il movimento di terra dall'area superiore appena dietro l'abutment a causa di sovrapprezzo, vibrazioni, ecc. I fondamenti necessari per questo tipo di abutment sono sia di pali che di pozzi. La fondazione della zattera può essere possibile se poggia su roccia.

Il vantaggio del pilastro di tipo aperto è che non sono necessari parafanghi o pareti di rinvio, ma lo svantaggio è che alcune vie d'acqua sono limitate dal terrapieno inclinato di fronte agli abutment. D'altra parte, gli abutment di tipo chiuso richiedono pareti alari o pareti di ritorno per la protezione della terra, ma questi abutment assicurano più vie d'acqua rispetto agli abutment di tipo aperto.

Considerazioni sulla progettazione di abutment per ponti:

Gli abutment sono soggetti ai seguenti carichi e forze:

i) Peso proprio degli abutment incluso il peso dei materiali di riempimento posteriore sugli abutment.

ii) Carico morto e vivo dalla sovrastruttura: carico minimo in tensione per il controllo della tensione e carico massimo in tensione per il controllo della compressione massima.

iii) Temperatura e effetto di trazione o frenata.

iv) Forza orizzontale dovuta al vento sulla sovrastruttura.

v) Forza centrifuga se il ponte si trova su una curva.

vi) Pressione attiva della terra nella parte posteriore, incluso l'effetto di sovraccarico del carico in tempo reale. Tutti gli abutment devono essere progettati per un sovraccarico di carico vivo equivalente a 1, 2 metri di altezza di terra piena.

vii) Forza sismica.

La lastra di tappatura per abutment di tipo aperto o di tipo contrappeso deve essere progettata per carichi sia verticali che orizzontali. Solitamente, i cappucci degli abutment sono soggetti a sforzi torsionali e è necessario fornire un rinforzo torsionale adeguato.

La pressione di terra sulle colonne per abutment di tipo aperto dovrebbe tenere conto dell'azione arcuata della pressione esercitata dalla massa del terreno. Per mangiare per questo effetto, si presume normalmente un aumento della pressione della terra fino al 100 percento su tali colonne di abutment.

È molto importante controllare la stabilità degli abutment nel loro complesso per quanto riguarda lo scorrimento e il ribaltamento quando questi abutment sono basati su zattere aperte. La tendenza degli abutment allo scorrimento dovuta alla forza orizzontale è contrastata da μV, dove p. è il coefficiente di attrito tra il suolo e la base di fondazione e V è il carico verticale totale sulla fondazione.

Dovrebbe essere consentito un adeguato fattore di sicurezza contro il fallimento. Sia H la forza di scorrimento orizzontale totale e V il carico verticale totale. Per stabilità,

Il valore di μ è considerato uguale a tan θ = tan. 20 °. Allo stesso modo, ci deve essere un margine di sicurezza sufficiente contro il ribaltamento degli abutment nel loro insieme sulla punta. Questo può essere dato da,

In abutment di tipo chiuso alto, la pressione totale di terra sulle pareti è comparativamente sul lato alto e quindi, solo l'attrito di base μV potrebbe non essere in grado di resistere allo scorrimento degli abutment. In tali casi, la chiave di taglio come mostrato in Fig. 19.3 viene utilizzata per aumentare la resistenza allo scorrimento. La pressione terrestre passiva davanti alla chiave di taglio viene sfruttata allo scopo.

Alcune autorità raccomandano che la resistenza passiva possa essere calcolata assumendo il modulo della reazione di sottofondo orizzontale di 0, 7 volte quello verticale. La resistenza passiva offerta dalla terra di fronte alle mura può anche essere sfruttata se si tratta di terreno vergine ben compattato e non si ha la possibilità di raschiare via la terra davanti.

La teoria della pressione terrestre e la progettazione del tipo di gravità o delle pareti del tipo di controspinta possono essere trovate in qualsiasi libro sulla teoria delle strutture e, pertanto, non sono discusse qui. Gli abutment di tipo aperto possono essere progettati nel modo indicato di seguito.

Le pareti dello schermo sono continue sulle colonne e fissate in alto con il tappo. Se il legame è fornito in basso, il muro può essere assunto come semplicemente supportato, ma a volte il fondo è tenuto libero senza alcun supporto di sorta. In tal caso, il fondo è assunto come cantilever libero.

La pressione terrestre sulla parete dello schermo è distribuita su di essa in entrambe le direzioni prendendo in considerazione le condizioni di supporto. Le colonne sono progettate con carichi e momenti verticali causati dalla pressione terrestre e da altre forze simili a membri sottoposti a spinta diretta e flessione. La zattera di fondazione è una lastra continua sopra i supporti delle colonne con la pressione del terreno sottostante e può essere progettata come tale.

Effetto sismico della parte posteriore Riempire gli abutment:

Durante i disturbi sismici, anche il materiale di riempimento posteriore dietro gli abutment vibra e quindi, esercita una maggiore pressione sulla terra che può essere calcolata come descritto di seguito. A causa dell'azione del terremoto con coefficiente sismico, sia la parete dell'abutment che il back-fill assumono uno spostamento immaginario di tan ^-1 n _g (vedi Fig. 19.4) e il peso unitario del back-fill è aumentato moltiplicando con un fattore di

La pressione terrestre calcolata dalla solita teoria con le suddette modifiche dà l'effetto aumentato a causa di disturbi sismici nei materiali di riempimento. Oltre all'aumento della pressione terrestre, l'effetto sismico sull'abutment stesso dovrebbe essere considerato nel modo normale.

Esempio illustrativo 1:

Calcola per teoria di Coulomb la componente orizzontale della normale pressione terrestre e quella con effetto terremoto sul riempimento posteriore. Trova l'aumento percentuale della normale pressione terrestre quando si considera l'effetto sismico sul riempimento posteriore:

Pertanto, si osserva che a causa dell'effetto sismico, la pressione terrestre orizzontale aumenta di circa il 10% e il 20% quando i coefficienti sismici sono rispettivamente 0, 05 e 0, 10.

Sovraccarico del carico in tempo reale:

Gli abutment devono essere progettati per un sovraccarico del carico in tempo reale equivalente a 1, 2 metri di altezza del riempimento a terra.

Buchi di pianto:

Negli abutment di tipo chiuso, deve essere previsto un numero adeguato di fori per i weep (Fig. 19.2) per scaricare l'acqua accumulata sul retro degli abutment, altrimenti l'acqua accumulata sugli abutment eserciterà una pressione orizzontale aggiuntiva. I fori per le lacrime devono essere praticati con un'immersione sul lato esterno per facilitare il drenaggio.

La parte posteriore dei fori di lavaggio deve essere adeguatamente imballata e protetta con materiali filtranti di varie dimensioni, in quanto le dimensioni maggiori sono a contatto con il muro in modo che né i materiali di riempimento posteriori né i materiali filtranti possano uscire attraverso i fori di scarico. Le dimensioni dei fori per le lacrime possono essere 150 mm di profondità e 75 mm di larghezza e la spaziatura non deve superare un metro in entrambe le direzioni orizzontale e verticale.

Back-Fill Materials:

Il back-fill deve essere di materiali granulari, per quanto possibile. Suoli sabbiosi o limi sabbiosi possono anche essere utilizzati se non sono disponibili materiali granulari. Il contenuto di umidità ottimale di tali materiali granulari deve essere compreso tra 7 e 10. Il materiale filtrante dietro i fori di scarico.

se utilizzato nell'intera area posteriore degli abutment, contribuirà a un drenaggio più rapido dell'acqua accumulata e, come tale, quest'ultima disposizione è migliore di quella precedente. uso di materiali filtranti localizzati proprio dietro i fori di lavaggio.