RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO n 37 "Loner" pr. km Relazione Geotecnica

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2 INDICE RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO 1 Introduzione Dati del terreno Metodo di calcolo Verifica palo lato sondaggio S Verifica palo lato sondaggio S Comportamento dei pali in gruppo Verifica alla liquefazione degli strati sabbiosi in falda Stabilità dei fronti di scavo Calcolo dei cedimenti dei pali...8 1

3 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO 1 Introduzione La presente relazione geotecnica riporta il calcolo dei pali di fondazione relativi alla costruzione del nuovo sovrappasso autostradale n 37 Loner alla progressiva km per lo scavalcamento dell autostrada A22 del Brennero. Vengono inoltre riportati i calcoli dei cedimenti attesi, la verifica alla liquefazione oltre alla stabilità dei fronti di scavo. La posizione geografica del sito può essere individuata dalle coordinate geografiche LAT NORD e LON EST. Per ogni spalla, si realizzano 18 pali di diametro 800 di lunghezza L=28,00m. Viene prevista la tecnica della rotoinfissione. Nel seguito si farà riferimento alla relazione di calcolo delle strutture allegata al progetto. 2 Dati del terreno La caratterizzazione geotecnica del terreno è riportata nelle tabelle seguenti. Il peso dell unità di volume per il terreno è assunto pari a = 1850 dan/m 3 sopra falda e ' = 0,6 x 1800 = 1080 dan/m 3 sotto falda Sondaggio S1 (Spalla lato corsia nord A22) Quota assoluta sondaggio = 200,70 m Quota intradosso fondazione = 199,61 m Quota relativa intradosso fondazione = 200,70 199,61 = 1,09 m Quota relativa ricoprimento = 1,09 2,20 = -1,11 m Quota relativa falda = 1,00m Prof. (m) Terreno N SPT Cn N SPT N c SPT 1,50 Terreno vegetale 11 1,50 16,5 11,6 28 3,00 LS + SL + G 17 1,35 23,0 16,1 32 4,50 SL + G 22 1,25 27,5 19,3 33 6,00 SG 40 1,17 46,8 32,8 37 7,50 SG 45 1,10 49,5 34,7 37 9,00 SG 44 1,05 46,2 32, ,50 S + G 47 1,00 47,0 32, ,00 S + G 42 0,96 40,3 28, ,50 S + G 47 0,93 43,7 30, ,00 S + G ,6 21, ,50 S + G 38 0,87 33,1 23, ,00 S + G 33 0,84 27,7 19, ,50 S + G 44 0,81 35,6 24, ,50 S + G 42 0,77 32,3 22, ,50 S 41 0,73 29,9 20,9 33 2

4 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO 28,50 S 38 0,69 27,7 19, ,50 S 42 0,66 27,7 19, ,50 SL 46 0,63 29,0 20,3 32 Sondaggio S2 (Spalla lato corsia sud A22) Quota assoluta sondaggio = 208,25 m Quota intradosso fondazione = 199,61 m Quota relativa intradosso fondazione = 208,25 199,61 = 8,64 m Quota relativa ricoprimento = 8,64 2,20 = 6,44 m Quota relativa falda = 9,02m Prof. (m) Terreno N SPT Cn N SPT N c SPT 1,50 Riporto 44 1, ,4 40 3,00 Riporto R 1, ,50 Riporto 46 1,07 49,2 34,4 37 6,00 Riporto 42 0,98 41,2 28,8 36 7,50 Riporto 42 0,90 37,8 26,5 35 9,00 SL + G 39 0,84 32,8 23, ,50 LA 13 0,82 10,7 7, ,00 SL 14 0,79 11,1 7, ,50 SL + G 19 0,77 14,6 10, ,00 S + G 34 0,75 25,5 17, ,50 S + G 68 0,73 49,6 34, ,00 S + G 41 0,71 29,1 20, ,50 S + G 42 0,69 29,0 20, ,50 S + L 26 0,66 17,2 12, ,50 S + L 25 0,63 15,8 11, ,50 S + L 31 0,60 18,6 13, ,50 SL 24 0,58 13,9 9, ,50 SL 25 0,56 14,0 9,8 27 3

5 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO 3 Metodo di calcolo Per il calcolo della resistenza del complesso palo/terreno si utilizza, secondo le NTC2008 al paragrafo , l approccio 2, indicato con A1+M1+R3. Per quanto riguarda i coefficienti A1, questi si riferiscono allo stato limite ultimo, in particolare permanenti ed accidentali sono fattorizzati mediante il coefficiente = 1,35. Il coefficiente M si ricava dalla tabella seguente: Nel caso in esame pertanto, i coefficienti sui parametri del terreno sono considerati unitari Il coefficiente R si ricava dalla tabella seguente: Nel caso in esame pertanto, si utilizza R_base = 1,35; R_Lat = 1,15 In funzione del numero di sondaggi a disposizione per la determinazione dei parametri del terreno, si adotta quindi il fattore di correlazione che si ricava dalla seguente tabella: Poiché per ogni spalla si ha a disposizione 1 sondaggio, si considera = 1,70 Si utilizza il metodo di calcolo di Beretzanzev, con le indicazioni tratte dalle raccomandazioni AGI Data la metodologia costruttiva ipotizzata, ai fini del calcolo il palo è considerato come un palo trivellato. La portanza per attrito laterale viene limitata alla profondità critica, calcolata a circa 16D a partire all intradosso della fondazione. La portanza di punta è riferita ad una condizione convenzionale di esercizio, corrispondente ad un cedimento pari al 6-10% del diametro del palo. 4

6 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO Si verificherà che il valore del massimo carico verticale ricavato nella relazione di calcolo delle strutture sia inferiore al valore della resistenza ricavato in base a quanto sopra descritto, ed in base ai dati del terreno, riportati di seguito. Il massimo carico verticale per il palo più sollecitato allo SLU è pari a dan. 4 Verifica palo lato sondaggio S1 Capacità portante pali trivellati - Metodo di BERETZANZEV - Caratteristiche del palo e carichi Diametro palo d [m] = 0,80 Lunghezza palo L [m] = 28,0 Nmax in testa [dan] - SLU = L / d = 35,0 Nq [L / d ; '] = 11 Circonferenza C [m] = 2,51 Area di base A p [m²] = 0,50 Peso del palo [dan] = Peso med.terreno [dan/m 3 ] = 1165 Peso terreno sost.[dan] = Peso [dan] = Peso med. strati attr.neg. [dan/m 3 ] = 0 Altezza tot. attr.neg. [dan/m 3 ] = 0,0 ' m.att.neg [dan/m²] = 0 att.neg = 0,4 Natt.neg [dan] = 0 Coeff. parziale g = 1,35 Ntot alla base del palo [dan] = Profondità critica z cr [m] = 13,89 Press.eff. ' v.zcr [dan/m²] = Caratteristiche del terreno - Portanza laterale e di punta z in [m] zf in [m] Falda? A Lat.i [m²] ' [ ] [dan/m³] ' [dan/m³] k ' v sup. [dan/m²] ' v inf. [dan/m²] '' v sup. [dan/m²] '' v inf. [dan/m²] ' vm [dan/m²] q Lat.i [dan/m²] Contr.Res.Lat.? Attrito negativo? Q lat.i [dan] Q punta [dan] Str.1 Str.2 Str.3 Str.4 Str.5 Str.6 Str.7 Str.8 Str.9 Str.10 Base -1,11 1,09 1,50 4,50 6,00 10,50 13,89 18,10 29,09 29,09 / 1,09 1,50 4,50 6,00 10,50 13,89 18,10 29,09 29,09 29,09 29,09 VERO VERO VERO VERO VERO VERO VERO VERO VERO VERO / 5,53 1,03 7,54 3,77 11,31 8,52 10,58 27,62 0,00 0,00 / 28,0 32,0 33,0 37,0 36,0 33,0 32,0 32,0 32,0 / / / 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 / / , / / / / FALSO VERO VERO VERO VERO VERO VERO VERO VERO FALSO / FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO / / / / / / / / / / / / Resistenza di progetto e verifica Resistenza di base [dan] Resistenza laterale [dan] R c.calc. R ck R R cd R tot , , , Verificato , ,

7 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO 5 Verifica palo lato sondaggio S2 Capacità portante pali trivellati - Metodo di BERETZANZEV - Caratteristiche del palo e carichi Diametro palo d [m] = 0,80 Lunghezza palo L [m] = 28,0 Nmax in testa [dan] - SLU = L / d = 35,0 Nq [L / d ; '] = 7 Circonferenza C [m] = 2,51 Area di base A p [m²] = 0,50 Peso del palo [dan] = Peso med.terreno [dan/m 3 ] = 1225 Peso terreno sost.[dan] = Peso [dan] = Peso med. strati attr.neg. [dan/m 3 ] = 0 Altezza tot. attr.neg. [dan/m 3 ] = 0,0 ' m.att.neg [dan/m²] = 0 att.neg = 0,4 Natt.neg [dan] = 0 Coeff. parziale g = 1,35 Ntot alla base del palo [dan] = Profondità critica z cr [m] = 21,44 Press.eff. ' v.zcr [dan/m²] = Caratteristiche del terreno - Portanza laterale e di punta z in [m] zf in [m] Falda? A Lat.i [m²] ' [ ] [dan/m³] ' [dan/m³] k ' v sup. [dan/m²] ' v inf. [dan/m²] '' v sup. [dan/m²] '' v inf. [dan/m²] ' vm [dan/m²] q Lat.i [dan/m²] Contr.Res.Lat.? Attrito negativo? Q lat.i [dan] Q punta [dan] Str.1 Str.2 Str.3 Str.4 Str.5 Str.6 Str.7 Str.8 Str.9 Str.10 Base 0,00 6,44 8,64 12,00 13,50 15,00 16,50 18,00 19,50 21,44 / 6,44 8,64 12,00 13,50 15,00 16,50 18,00 19,50 21,44 36,64 36,64 FALSO FALSO VERO VERO VERO VERO VERO VERO VERO VERO / 16,19 5,53 8,44 3,77 3,77 3,77 3,77 3,77 4,88 38,20 / 26,0 27,0 32,0 37,0 33,0 33,0 28,0 28,0 / / / 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 / ,8 9318, , , , , / ,8 9318, , , , , ,8 9318, , , , , / ,8 9318, , , , , / ,4 8508, , , , , , / / FALSO FALSO VERO VERO VERO VERO VERO VERO VERO VERO / FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO FALSO / / / / / / / / / / / / Resistenza di progetto e verifica Resistenza di base [dan] Resistenza laterale [dan] R c.calc. R ck R R cd R tot , ,3 1, , Verificato , ,

8 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO 6 Comportamento dei pali in gruppo In base alla formula di Converse/Labarre, l efficienza di un gruppo di pali si calcola in base alla relazione seguente:, con d = 0,80m diametro del palo, i =2,40 interasse dei pali, m =6 ed n=3 numero di righe e colonne della palificata. Nel caso in esame risulta = 0,70, per cui R palificata = 0,70 x 18 x R palo = 0,70 x 18 x = dan Il carico verticale max cui è soggetta la palificata allo stato limite ultimo, ricavata dalla relazione di calcolo delle strutture vale N = < dan. La verifica è pertanto soddisfatta. 7 Verifica alla liquefazione degli strati sabbiosi in falda La verifica è superflua essendo i pali interamente ammorsati in terreni sabbiosi-ghiaiosi non sensibili alla liquefazione. 8 Stabilità dei fronti di scavo Per il caso in oggetto è previsto l allargamento del rilevato esistente secondo varie sezioni, generalmente su entrambi i lati, con sopralzo massimo in prossimità delle spalle di circa 1.00 m rispetto a quello esistente. Tali allargamenti verranno realizzati con terreno appartenente ai gruppi A1-A2-A3 rullato e costipato per strati successivi, con angolo di scarpata finale pari a 2/3, con una ribanca di 1.5 m a quota m rispetto al piano campagna. L ammorsamento con il rilevato esistente viene assicurato tramite sagomatura dello stesso con scalinature di larghezza 1.50m e altezza 1.00m. Al piede verrà realizzata, lavorando per conci successivi di lunghezza non superiore a 5.00m, una fondazione di altezza 1.00 m costituita da materiale arido rullato e costipato confinato da uno strato anticontaminante. Per la realizzazione delle fondazioni del sottopasso si prevede uno scavo di forma rettangolare di altezza 2.50 m e sostenuto da un palcancolato provvisorio sul lato autostrada, mentre sugli altri lati si la pendenza non dovrà superare i 60, sui fronti aperti lato campagna e 45 sul fronte antistante il rilevato esistente, come si evince dal seguente grafico di stabilità allegato. Si rammenta che negli scavi in oggetto non è previsto il rinvenimento di acqua di falda. 7

9 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO Opera 19, 37, 38 9 H=2.5m F=1.1 c=3.5 kn/mq =18 kn/mc =34 x=0.07 y=0.64 =62 H=9.5m F=1.1 c=3.5 kn/mq =18 kn/mc =34 x=0.02 y=0.64 =45 Calcolo dei cedimenti dei pali Costante di Winkler orizzontale per i pali Anche nel caso dei pali, per carichi orizzontali, il terreno viene simulato come un mezzo alla Winkler. La reazione del terreno, quindi, è assimilata ad un letto di molle di costante Kh. Essendo il palo una struttura di elevata snellezza, in termini di modello di Winkler, essi risultano infinitamente lunghi ; inoltre i carichi applicati sono azioni concentrate all estremità del palo, pertanto in tali condizioni il modello alla Winkler fornisce risultati senz altro accettabili. È evidente, inoltre, che il regime di sollecitazioni e deformazioni è fortemente influenzato da variazioni delle caratteristiche del terreno lungo l asse del palo; tali variazioni sono assai frequenti per i pali di fondazione, che spesso attraversano stratificazioni di terreni diversi, e quindi diventa assai utile la possibilità offerta dal metodo di Winkler di simulare agevolmente tali variazioni. 8

10 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO Nella pratica per terreni uniformi si considera Kh costante con la profondità (terreni argillosi sovraconsolidati) e Kh linearmente crescente con la profondità secondo l espressione di Reese e Matlock (1956) che viene adottata per terreni incoerenti e terreni argillosi normalmente consolidati: Kh = nh * Z/d dove d è il diametro del palo e z la profondità. Terreni coerenti Per le argille sovraconsolidate si fa riferimento alla formula suggerita da Davisson (1970) che ha suggerito di porre: Kh = 67 * cu/d dove cu rappresenta la coesione non drenata. Per gli altri tipi di terreni coerenti i valori orientativi di nh sono riportati nella seguente tabella: Terreni incoerenti Per i terreni incoerenti il valore di nh dipende dallo stato di addensamento e dalla presenza o meno della falda; può essere ottenuto dall espressione: nh = A * /1.35 Nella quale γ rappresenta il peso dell unità di volume del terreno ed è pari a γ (Peso dell unità di volume del terreno alleggerito) nel caso ci troviamo sotto falda. Valori orientativi di Nh e A sono riportati nella tabella seguente: 9

11 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO Calcolo dei cedimenti verticali dei pali Il calcolo dei cedimenti viene condotto con il metodo degli elementi finiti. Determinata la portanza laterale e di punta del palo lo stesso viene discretizzato in n elementi tipo trave aventi area ed inerzia corrispondenti alla sezione trasversale del palo e lunghezza pari ad le. Vengono disposte, inoltre, lungo il fusto del palo una serie di molle (una per ogni elemento), coassiali al palo stesso, aventi rigidezza opportuna. Una ulteriore molla viene disposta alla base del palo. Le suddette molle hanno un comportamento elastoplastico. In particolare le molle lungo il fusto saranno in grado di reagire linearmente fino a quando la pressione in corrispondenza di esse non raggiunge il valore limite dell'aderenza palo terreno. Una volta raggiunto tale valore le molle non saranno più in grado di fornire ulteriore resistenza. La molla posta alla base del palo avrà invece una resistenza limite pari alla portanza di punta del palo stesso. Per la determinazione delle rigidezze delle molle si assume uno spostamento di riferimento pari a Y= La rigidezza della generica molla, posta a profondità z rispetto al piano campagna sarà data da 10

12 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO (ca + hkstg ) D le Rl = Y In questa espressione ca è l'aderenza palo terreno, h è la pressione orizzontale alla profondità z, è l'angolo d'attrito palo terreno, Ks è il coefficiente di spinta e D è il diametro del palo. Indicando con Qp la portanza alla punta del palo, la rigidezza della molla posta alla base dello stesso è data da: Qp Rp = Y Il processo di soluzione è, naturalmente, di tipo iterativo: a partire da un carico iniziale N0 si determinano gli spostamenti assiali e quindi le reazioni delle molle. La reazione della molla dovrà essere corretta per tener conto di eventuali plasticizzazioni rispettando le equazioni di equilibrio per ogni passo di carico. Il carico iniziale verrà allora incrementato di un passo opportuno N e si ripeterà il procedimento. Il processo iterativo termina quando tutte le molle risultano plasticizzate. Geometria della fondazione Simbologia adottata Descrizione Descrizione del palo Forma Forma del palo ((C)=Costante, (R)=Rastremato) X Ascissa del baricentro del palo espressa in [m] Y Ordinata del baricentro del palo espressa in [m] D Diametro del palo espresso in [cm] L Lunghezza del palo espressa in [m] Descrizione Forma X Y D L (C) Palo 80 Caratteristiche pali Pali in c.a. Tipo di palo TRIVELLATO Contributo sia della portanza laterale sia della portanza di punta Descrizione terreni e falda Simbologia adottata Descrizione Descrizione terreno Peso di volume del terreno espresso in [kg/mc] sat Peso di volume saturo del terreno espresso in [kg/mc] Angolo di attrito interno del terreno espresso in gradi Angolo di attrito palo-terreno espresso in gradi c Coesione del terreno espressa in [kg/cmq] 11

13 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO ca Adesione del terreno espressa in [kg/cmq] Falda Profondità dal piano di posa 1.00 [m] Descrizione stratigrafia Simbologia adottata N Identificativo strato Z1 Quota dello strato in corrispondenza del punto di sondaggio n 1 espressa in [m] Z2 Quota dello strato in corrispondenza del punto di sondaggio n 2 espressa in [m] Z3 Quota dello strato in corrispondenza del punto di sondaggio n 3 espressa in [m] Terreno Terreno dello strato 2 Kw Costante di Winkler espressa in Kg/cm /cm Ks Coefficiente di spinta Coefficiente di espansione laterale n Z1 Z2 Z3 Terreno Kw Ks riporto limi sabbiosi sabbie ghiaiose limi sabbiosi Condizioni di carico Simbologia e convenzioni di segno adottate Carichi verticali positivi verso il basso. Carichi orizzontali positivi verso sinistra. Momento positivo senso antiorario. Fondazione NTOT Sforzo normale totale espressa in [kg] MxTOT Momento in direzione X espressa in [kgm] MyTOT Momento in direzione Y espresso in [kgm] ex Eccentricità del carico lungo X espressa in [m] ey Eccentricità del carico lungo Y espressa in [m] Inclinazione del taglio nel piano espressa in [ ] TTOT Forza di taglio espressa in [kg] Condizione n 1 (Condizione n 1) Fondazione Palo 80 NTOT MxTOT MyTOT ex ey TTOT Cedimento verticale in testa ai pali Per il calcolo dei cedimenti è stato utilizzato il metodo degli Elementi Finiti. Spostamento limite attrito laterale: 0.50 [cm] 12

14 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO Spostamento limite punta: 1.00 [cm] Simbologia adottata Comb Identificativo della combinazione w Cedimento in testa al palo, espresso in [cm] Combinazione w Diagramma Carico-Cedimento verticale Simbologia adottata N Carico sul palo espressa in [kg] w Cedimento del palo espresso in [cm] Combinazione n 1 N w