Criteri euristici di dimensionamento di travi di fondazione di vie di corsa di gru a portale

La memoria illustra i particolari criteri adottati per la progettazione di due lunghe travi di fondazione (760 metri) in cemento armato precompresso a sostegno dei binari su cui scorrono due gru a portale di grandi dimensioni e portata presenti nel nuovo Centro Intermodale Hupac in fase di costruzione nel polo logistico di Piacenza.

Particolarmente complessa si è rivelata la scelta della tipologia di fondazione a causa sia delle prescrizioni particolarmente severe per l’esercizio delle gru a portale che limitano a valori millimetrici le deformazioni ammissibili delle rotaie in esercizio sia delle caratteristiche scadenti e particolarmente complesse dei suoli presenti nel sito. La scelta adottata di fondazione mista, ritenuta ottimale nel caso specifico, ha avuto ricadute importanti sul dimensionamento delle travi di fondazione, come la necessità d’assenza di giunti trasversali lungo tutto lo sviluppo delle travi, l’adozione della precompressione per garantire il comportamento a sezione interamente reagente delle travi, la predisposizione di un piano di scorrimento delle travi sulla piastra di fondazione ad attrito limitato e un particolare mix-design del calcestruzzo ad alta resistenza e a ritiro compensato.

Alcune attività come l’infilaggio di cavi di lunghezza 760 metri nelle guaine e gli allungamenti elastici di quasi quattro metri dei trefoli costituenti i cavi hanno creato delle problematiche speciali che hanno richiesto interventi mirati sul campo. I controlli e i collaudi eseguiti in corso d’opera hanno però, confermato la correttezza delle scelte operate e dei provvedimenti adottati durante l’esecuzione dei lavori.

Il nuovo centro intermodale di Hupac: inquadramento del progetto 

Il nuovo centro intermodale di Hupac Intermodal SA sorge nel territorio del Comune di Piacenza. 

L’area è situata tra la linea ferroviaria Piacenza-Cremona e l’autostrada del Sole (A1-Mi-Bo) in un comprensorio a destinazione produttiva e logistica, contiguo a zone agricole. Le attrezzature più importanti presenti nel Centro sono due gru a portale di grande dimensione e portata, la cui funzione é la movimentazione dei containers che avviene su un’area di estesa di più di un kilometro e una larghezza di circa 60 metri.

Fig.1 Area del Terminale 

Fig. 2 Zona delle vie di corsa delle gru a portale 

Il portale delle gru utilizzate nel cantiere e il progetto delle travi di fondazione

Il portale delle gru ha un ingombro di 40 metri in senso trasversale e una portata di 450 KN. Due carrelli a sei ruote ai piedi dei ritti del portale consentono la traslazione della gru che avviene su binari vincolati a una struttura di fondazione in calcestruzzo che è contenuta nel pacchetto di pavimentazione del grande piazzale, dove avvengono le operazioni di carico e scarico dei containers. La lunghezza delle rotaie è di 760 metri.

Il progetto della struttura di fondazione é risultato condizionato da una serie di prescrizioni molto vincolanti richieste dal Committente e necessarie sia per garantire il corretto funzionamento delle due gru a portale sia per ridurre l’usura in esercizio delle due speciali rotaie vincolate all’estradosso delle travi di fondazione. La prima e più importante prescrizione era relativa al valore di cedimento per condizione di carico frequente in esercizio delle gru limitato a soli 3 mm. Su richiesta della Committenza, e anche per preservare la durabilità e ridurre i costi di manutenzione, la struttura di fondazione è stata dimensionata per soddisfare i criteri di Classe 1 di tolleranza costruttiva e operativa per le rotaie, così come definita dalla ISO 12.488. 

Le caratteristiche dei suoli

Prima di operare le scelte che, poi, sono state fatte per il progetto delle travi di fondazione, date le condizioni molo vincolanti da soddisfare imposte dalla Committenza, si è proceduto a una approfondita disamina delle condizioni dei suoli interessati dalla nuova struttura. L’area in esame appartiene alla superficie principale della Pianura Padana, poco a Sud del Po, caratterizzata da un andamento sub-orizzontale e pianeggiante. 

I terreni olocenici sono costituiti da alluvioni antiche sabbioso-ghiaiose e argilloso-limose, postglaciali, al cui interno è presente una falda acquifera che ha una soggiacenza di circa 10 metri, il cui livello coincide praticamente col pelo libero medio del vicino fiume Po. 

I suoli presenti nel sito sono stati indagati in modo molto approfondito nel corso di diverse campagne condotte dalla Società Geolab di Brescia. Nella prima attività d’indagine, risalente al 2016, sono state eseguite prospezioni geofisiche, trincee esplorative con prelievo di campioni indisturbati sottoposti a prove di laboratorio di tipo meccanico e chimico.

I modelli stratigrafico e geotecnico del sito sono stati elaborati sulla base dei dati ottenuti dalle prove in situ dirette e indirette e dalle prove di laboratorio. Le risultanze di prova e i dati stratigrafici mettevano in evidenza, per il volume d’interesse, la presenza di un primo strato superficiale di natura argillosa, classificato come argilla fortemente compressibile e fortemente plastica [A7-6] sovrastante ad altri due strati di natura diversa.

Più in dettaglio le unità litotecniche individuate nel corso della campagna sono state:

• Unità Litotecnica 1 (U1): costituita da argille marroni-nocciola con rara presenza di clasti, che è l’unità più superficiale di spessore medio attorno a 9,0 m abbastanza costante con qualche eccezione nel settore centrale dell’impronta delle 2 vie di corsa;
  
• Unità Litotecnica 2 (U2): costituita prevalentemente da ghiaie e sabbie con contenuti variabili in matrice fine limoso-argillosa, che è sempre sottostante all’unità U1 anche se ha uno spessore molto variabile ed è arealmente discontinua, come discontinua è pure la sua composizione;
  
• Unità Litotecnica 3 (U3): costituita prevalentemente da argille azzurro-grigie coesive plastiche, che ha uno spessore molto variabile, talvolta superficiale in eteropia laterale con l’unità U2, anche se sembra costantemente presente a partire da circa -20 m da piano campagna e i cui parametri caratteristici non sono poi molo dissimili da quelli dell’unità U1.

Nell’anno 2018 sono state effettuate delle ulteriori indagini geognostiche integrative consistite:

• in uno studio geofisico mediante metodologia elettrica per la definizione della stratigrafia del sottosuolo, in cui si è cercato di individuare la profondità massima del primo strato di argilla e di individuare l’interfaccia argilla-strato sabbioso sottostante;
  
• ulteriori 6 sondaggi a carotaggio continuo fino a 25 metri di profondità dal piano campagna al fine di descrivere la stratigrafia sino ad una profondità maggiore di quella già indagata, rilevare il livello della falda, eseguire prove SPT e effettuare prelievi di campioni indisturbati di argilla.

Nel corso dl 2020 è stata effettuata, sempre da parte della Geolab di Brescia, una ulteriore campagna di indagine con la finalità di definire in modo più dettagliato e ragionevolmente approssimato l’effettivo spessore del primo strato di argilla sovra consolidata e le relative caratteristiche. L’indagine è consistita in 28 prove penetrometriche statiche con la determinazione della resistenza alla punta, dell’attrito laterale e della pressione interstiziale dell’acqua (piezocono). Inoltre è stata eseguita anche una prova con il dilatometro Marchetti (Vedi figura 3). 

Fig.3 Posizione delle prove penetrometriche (campagna di indagine 2020)

Alla luce dei risultati delle indagini, in via preliminare, si è esplorata la possibilità di adottare per la trave di fondazione una soluzione ad appoggio diretto sul terreno. Tale possibilità non era da escludere, in quanto in base alle dimensioni assegnate alla trave di fondazione. il tasso di lavoro in condizioni rare di esercizio della gru a portale risultava essere di poco più di 0.1 Mpa e quindi accettabile sotto i profilo portanza, ma non sotto il profilo del cedimento a causa del modesto valore del modulo di deformazione del primo strato argilloso. In un contesto di questo tipo, la soluzione fondazionale preferibile è una soluzione di tipo misto, dove la portanza è garantita dal terreno, mentre ai pali è solo attribuita la funzione di riduttori di cedimento.

Dato che il carico trasmesso dalle gru a portale è temporaneo, per il dimensionamento della fondazione e dei pali si è fatto riferimento ai parametri non drenati del primo strato argilloso, mentre per il terreno incoerente sottostante si è fatto riferimento ai parametri desunti dalle prove SPT e dalle prove penetrometriche statiche.

Anche la scelta del tipo di palo in una situazione come quella in oggetto ha richiesto una particolare attenzione per massimizzarne la funzione. La scelta è caduta sul palo FDP della ditta Marini che viene eseguito facendo avanzare nel terreno, sotto l’azione combinata di una forza e di una coppia, una trivella ad elica nella quale l’asta cava centrale è dotata di un rigonfiamento che provoca durante l’infissione la costipazione del materiale al contorno.

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