The Structural Engineer's Corner

Eng. Onorio Francesco Salvatore

Tubazioni interrate III: l’effetto arco nelle tubazioni flessibili

Written By: Francesco Salvatore Onorio - Oct• 15•11

L’effetto arco o effetto inarcamento oppure ancora arching effect per gli anglofoni è un fenomeno universale incontrato nei terreni (Terzaghi, 1943). Questo effetto si incontra spesso nelle strutture in sotterraneo, come ad esempio le tubazioni interrate.

La scoperta di questo fenomeno la si deve agli ingegneri militari francesi dei primi anni dell’800. Durante degli studi su un silo interrato gli ingegneri scoprirono che la base del silo portava solo una frazione del peso totale del materiale soprastante, mentre le pareti erano soggette ad azioni ben superiori rispetto a quelle immaginate. Successivi esperimenti mostrarono che se una sezione del silo veniva abbassata, il carico agente era indipendente dall’altezza del materiale nel silo. Quindi, gli studiosi conclusero che una sorta di effetto arco doveva innescarsi sulla sezione. Molti anni dopo, tali studi furono sviluppati da Janssen (1895) per derivare un approccio di calcolo per il silo (“The Silo Theory“).

Continuiamo verso i giorni nostri, perché alcuni anni dopo entra in scena il più volte citato Anson Marston (vedi articoli precedenti). Intorno al 1910, infatti, furono realizzati molti progetti di drenaggio nel Midwest degli USA. Gli ingegneri notarono però che molte delle tubazioni impiegate soffrirono cedimenti strutturali.

Venti anni dopo, nel 1930, Anson Marston portò a termine una esaustiva campagna di indagini presso lo Iowa State University, mostrando come i carichi su una tubazione interrata possano variare enormemente, in un range che va da una frazione del sovraccarico fino a diverse volte il sovraccarico stesso. Marston affermò che i differenti carichi sulle condotte dipendevano dalla flessibilità della tubazione e dalle procedure di installazione. E tutto ciò era dovuto all’effetto arco.

In sostanza, possiamo parlare di una ridistribuzione delle tensioni nel complesso terreno-struttura in maniera tale che i carichi che giungono alla condotta sono differenti. Il terreno posto ai lati può incrementare la capacità portante dell’installazione (e non del tubo in sé) rispetto alla configurazione non interrata.

L’effetto arco è dunque un trasferimento di forze tra masse vicine mediante ridistribuzione delle tensioni. Se la massa soggetta a carichi cede verso il basso, nascono azioni tangenziali rivolte verso l’alto. E viceversa.

Possiamo avere l’effetto arco attivo e l’effetto arco passivo. La distinzione dipende dalla rigidezza relativa delle masse in gioco. L’inarcamento attivo avviene quando la struttura è più compressibile del terreno circostante, mentre l’inarcamento passivo avviene nel caso opposto.

Le indagini condotte da Marston, insieme a Spangler (ne sentiremo parlare spesso nei prossimi articoli sul tema delle tubazioni interrate) mostrarono che il carico sulle tubazioni flessibili è sostanzialmente minore rispetto a quello agente sulle tubazioni rigide.

Quando una tubazione flessibile viene interrata, tubazione e terreno agiscono come un sistema comune nel resistere ai carichi. Questo sistema è staticamente indeterminato in quanto l’inflessione del tubo è una funzione del carico sulla tubazione, ma il carico sulla tubazione è a sua volta funzione dell’inflessione. Ed è qui che interviene l’effetto arco.

Ad ogni modo, nella riduzione dei carichi cui è soggetta una tubazione flessibile intervengono altri fenomeni oltre all’effetto arco (come la reazione laterale delle pareti dello scavo, da non confondere con l’insorgere delle azioni tangenziali).

Dell’effetto arco se ne tiene conto nel programma PROCOID realizzato dallo scrivente.

PROCOID – PROgetto COstruzioni IDrauliche v. 1.3 (dimensionamento serbatoio, blocchi di ancoraggio, verifica statica tubazioni interrate, verifica alla massima pressione, verifica alla massima depressione)

 

Per chiarimenti, segnalazioni ed altro è possibile contattare l’autore a:

onorio@strutturista.com

Ing. Onorio Francesco Salvatore

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One Comment

  1. Valerio says:

    Salve,
    Dovrei effettuare studi sulle interazioni condotte-terreno per la mia tesi universitaria, cercando di incentrare l’argomento sopratutto sugli spostameni “naturali” di un pendio, quindi le sollecitazioni indotte sulla condotta, e le deformazioni che questa può subire.
    Mi chiedevo se avesse qualche consiglio da darmi a livello bibliografico o, magari, qualche altro suo articolo inerente all’argomento.
    Grazie

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