SPEA Ingegneria Europea. Provincia di La Spezia - Comune di Vernazza. S.P. 51 dei Santuari INTERVENTI DI RIPRISTINO DEI TORNANTI NORD E SUD

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2 SPEA Ingegneria Europea Provincia di La Spezia - Comune di Vernazza S.P. 51 dei Santuari INTERVENTI DI RIPRISTINO DEI TORNANTI NORD E SUD SPALLE VIADOTTI VI01 E VI02 RELAZIONE DI CALCOLO DELLE FONDAZIONI Spalle Viadotti VI01 e VI02 1/22

3 1. INTRODUZIONE Oggetto e scopo del lavoro Caratteristiche delle Fondazioni 3 2. DOCUMENTI DI RIFERIMENTO Normative, raccomandazioni e linee guide Bibliografia Elaborati di progetto 4 3. CARATTERISTICHE DEI MATERIALI Acciaio Calcestruzzo 5 4. CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA 6 5. CRITERI DI VERIFICA E COMBINAZIONI DI CARICO Resistenza caratteristica (Rk) di micropali soggetti a carichi assiali Comportamento di pali in gruppo soggetti a carichi trasversali AZIONI DI CALCOLO IN FONDAZIONE 9 7. STIMA DELLA RESISTENZA DEI PALI SOGGETTI A CARICHI ASSIALI RISULTATI ANALISI PALIFICATA E VERIFICHE Premessa Risultati delle analisi Verifiche geotecniche Verifica del tubolare di armatura ALLEGATI Riassunto delle sollecitazioni sui micropali di fondazione spalla mobile Riassunto delle sollecitazioni sui micropali di fondazione spalla fissa 20 Spalle Viadotti VI01 e VI02 2/22

4 1. INTRODUZIONE 1.1 Oggetto e scopo del lavoro La presente relazione riporta le verifiche geotecniche delle fondazioni delle spalle dei viadotti VI01 e VI02 previsti per la ripristino stradale della SP51 "dei Santuari" nel comune di Vernazza (SP). Le verifiche sono state condotte ai sensi della Normativa vigente e con l'ausilio del programma di calcolo Group for Windows - Version 6, Ensoft Inc ( ). 1.2 Caratteristiche delle Fondazioni La fondazione viene realizzata con 60 micropali di lunghezza di 9.0m, armati con tubolare 177.8mm spessore 12.5mm, diametro di perforazione 240 mm. L iniezione è ad alta pressione con una sola valvola di fondo. La disposizione dei micropali è riportata nella figura seguente Figura 1: Fondazione spalle viadotti Vernazza Spalle Viadotti VI01 e VI02 3/22

5 2. DOCUMENTI DI RIFERIMENTO 2.1 Normative, raccomandazioni e linee guide [1] Legge , n 1086 Norme per la disciplina delle opere in conglomerato cementizio armato, normale e precompresso ed a struttura metallica. [2] D.M. 14/01/2008 Norme tecniche per le costruzioni. [3] Circolare 02/02/2009, n Istruzioni per l applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14/01/2008. [4] EN :2003 Eurocode 8: design of structures for earthquake resistance Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings.en :2004 [5] Eurocode 7: Geotechnical Design Part 1: General Roules [6] Designers Guide to EN Eurocode 7:Geotechnical design General rules, 2.2 Bibliografia [1] LANCELLOTTA R. (1991): Geotecnica Edizioni Zanichelli. [2] GEO-SLOPE (2004): Slope [3] Poulos and Davis (1974) : Rectangle on Semi-infinite Mass. [4] BOWLES J.E. (1991): Fondazioni Progetto e analisi McGraw & Hill. 2.3 Elaborati di progetto [5] Ripristino tornanti Nord e Sud Relazione geotecnica di calcolo APE0001A [6] Relazione Geologica GEO0001 [7] VI01 Pianta Fondazioni e planimetria di progetto STR0020 [8] VI01 Carpenteria spalla A STR0022 [9] VI01 Carpenteria spalla B STR0023 [10] VI02 Pianta Fondazioni e planimetria di progetto STR0030 [11] VI02 Carpenteria spalla A STR0032 [12] VI02 Carpenteria spalla B STR0033 Spalle Viadotti VI01 e VI02 4/22

6 3. CARATTERISTICHE DEI MATERIALI Il progetto strutturale, svolto secondo il metodo degli stati limite, prevede l uso dei materiali con le caratteristiche meccaniche minime riportate nei paragrafi seguenti. 3.1 Acciaio Acciaio per armatura strutture in c.a. Barre ad aderenza migliorata, saldabile, tipo B450C dotato delle seguenti caratteristiche meccaniche: modulo elastico resistenza caratteristica a rottura resistenza caratteristica a snervamento resistenza di calcolo acciaio con E s = MPa f tk 540 MPa f yk 450 MPa f yd = f yk / γ s γ s = 1.15 per SLU γ s = 1.00 per SLE resistenza di calcolo SLU resistenza di calcolo SLE f yd = f yk / γ s = MPa f yd = f yk / γ s = MPa con limite di trazione (combinazione rara) σ s 0.80 x f yk = 360 MPa Acciaio per micropali (acciaio in profili a sezione cava) Tipo EN S355 J0H+N. 3.2 Calcestruzzo Malta e/o miscela cementizia per micropali: Classe di resistenza classe di esposizione C25/30; XC2 Eventuali additivi secondo NTA Spalle Viadotti VI01 e VI02 5/22

7 4. CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA I valori caratteristici dei parametri geotecnici e la stratigrafia di riferimento sono stati ottenuti mediante l interpretazione di prove e misure effettuate in sito. Per eventuali approfondimenti, soprattutto per quanto riguarda le indagini storico-bibliografiche, si rimanda all elaborato [5] che individua nell area in esame le caratteristiche della formazione di sub-strato. Per l inquadramento geologico e sismico si rimada all elaborato [6] e alla già citata [5]. Le formazione di sub-strato interessata dalle opere di fondazione è la seguente: Formazioni di sub-strato strati di alterazione delle Formazioni di Arenarie Zonate di Riomaggiore [ARN] La formazione, nella parte più superficiale di interesse, si presenta parzialmente alterata e detensionata. Nella tabella seguente sono riassunti i parametri geotecnici caratteristici del sub-strato ove le fondazioni vanno ad immorsasri assunti nelle calcolazioni. UNITA profondità (m da p.c.) Peso di volume γ n,k (kn/m 3 ) N SPT,k Arenaria da 0 a , Parametri di resistenza c k = 46 kpa φ k = 52 Parametri di deformabilità E op,k = 250 MPa Tabella 1: Valori caratteristici dei parametri geotecnici Essendo: γ n,k = peso di volume naturale (kn/m 3 ) c k = resistenza al taglio in termini di sforzi efficaci (kpa) σ c,k = resistenza a compressione mono assiale (kpa) φ k = angolo d attrito in termini di sforzi efficaci E op,k = modulo elastico operativo N.B. PRIMA DELL'INIZIO DELLE LAVORAZIONI DOVRANNO ESSERE ESEGUITI OPPORTUNI APPROFONDIMENTI GEOGNOSTICI PER CONFERMAE LE IPOTESI PROGETTUALI Spalle Viadotti VI01 e VI02 6/22

8 5. CRITERI DI VERIFICA E COMBINAZIONI DI CARICO Le verifiche contenute nel presente paragrafo fanno riferimento a quanto descritto per i sistemi fondazionali nelle Norme Tecniche per le Costruzioni del gennaio 2008e successiva circolare esplicativa (Circolare 2 febbraio 2009, n. 617). Le verifiche, sia per il caso statico e sia per quello sismico, sono state eseguite adottando l Approccio 1 delle NTC nei confronti degli stati limiti ultimi (SLU), riferiti allo sviluppo di meccanismi di collasso determinati dalla mobilitazione della resistenza del terreno e al raggiungimento della resistenza degli elementi strutturali che compongono la fondazione, e degli stati limite di esercizio (SLE), in modo da verificare la compatibilità tra requisiti prestazionali dell opera e gli spostamenti e distorsioni previste. 5.1 Resistenza caratteristica (Rk) di micropali soggetti a carichi assiali I calcoli della capacità portante dei pali con riferimento ad una analisi agli stati limite sono state condotte come previsto dalle Norme Tecniche per le Costruzioni del gennaio La portata limite (QLIM) di un micropalo è stata calcolata con riferimento all equazione: Q = Q, + Q, = q A + π D ΔH τ, compressione LIM B LIM L LIM b B i Si i LIM i Q = W + Q, = γ ' ( ΔH ) A + π D ΔH τ, trazione LIM L LIM cls i i B i Si i LIM i con: Q B,LIM = portata limite di base che viene assunta nulla nel caso di verifiche a trazione; Q L,LIM = portata limite laterale; W q b = peso proprio del palo; = portata unitaria di base; γ cls = peso di volume sommerso del calcestruzzo armato A B D Si ΔHi = area di base; = diametro del concio i mo di palo; = altezza del concio i mo di micropalo della zona iniettata; τ LIM,i = attrito laterale unitario limite del concio i mo di palo; Per il calcolo della capacità portante dei micropali è stata adottata la teoria di Bustamante e Doix (1985). Gli autori distinguono fra micropali eseguiti con iniezioni ripetute e controllate con tubo e valvole e doppio otturatore (IRS, injection répétitive et sélective) e getto dell intero palo in un unica soluzione (IGU, injection globale unique). Spalle Viadotti VI01 e VI02 7/22

9 5.2 Comportamento di pali in gruppo soggetti a carichi trasversali. Il comportamento di pali in gruppo soggetti a carichi trasversali è stata effettuata mediante il programma di calcolo GROUP. Il programma di calcolo permette di analizzare il comportamento di una palificata sottoposta a carichi orizzontali e verticali modellando l interazione terreno struttura mediante curve p-y. Le curve p-y, che esprimono la resistenza del terreno in funzione della profondità e dello spostamento del palo, possono essere ricavate in relazione alla tipologia di terreni e alle proprietà meccaniche che li caratterizzano, in accordo alle procedure proposte da: Reese, Cox e Koop (1975) Welch e Reese (1975) Reese, Cox e Koop (1975) Reese Welch (1972) per sabbie per argille tenere sotto falda per argille dure sotto falda per argille dure sopra falda Il programma permette di scegliere tra uno dei modelli sopra esposti. Spalle Viadotti VI01 e VI02 8/22

10 6. AZIONI DI CALCOLO IN FONDAZIONE Nel presente paragrafo si riportano i valori di carico utilizzati per i calcoli; il sistema di riferimento è quello del programma di calcolo Group. I segni convenzionali imposti nello studio delle pile e delle spalle sono rappresentati nella figura seguente. Y Schema di riferimento dei carichi Z L asse Y coincide con la direzione longitudinale della palificata L asse Z coincide con la direzione trasversale della palificata L asse X coincide con la direzione verticale della palificata Figura 2: Convenzioni di segno del programma di calcolo GROUP Spalle Viadotti VI01 e VI02 9/22

11 N(KN) Vy(KN) Mz(KNm) Vz (kn) My (knm) Mtorc (KNm) S.L.U. STR min N STR S.L.U. Sisma min N (θ1) STR S.L.U. Sisma min N (θ2) STR S.L.U. GEO min N GEO S.L.U. (Sisma) GEO min N (θ1) GEO S.L.U. (Sisma) GEO min N (θ2) GEO S.L.E. fond. min N SLE S.L.E. freq. min N SLE S.L.E. q.p. min N SLE Tabella 2: azioni agenti in fondazione della spalla "mobile" N(KN) Vy(KN) Mz(KNm) Vz (kn) My (knm) Mtorc (KNm) S.L.U. STR min N STR S.L.U. Sisma min N (θ1) STR S.L.U. Sisma min N (θ2) STR S.L.U. GEO min N GEO S.L.U. (Sisma) GEO min N (θ1) GEO S.L.U. (Sisma) GEO min N (θ2) GEO S.L.E. fond. min N SLE S.L.E. freq. min N SLE S.L.E. q.p. min N SLE Tabella 3: azioni agenti in fondazione della spalla "fissa" Spalle Viadotti VI01 e VI02 10/22

12 7. STIMA DELLA RESISTENZA DEI PALI SOGGETTI A CARICHI ASSIALI Utilizzando le formulazioni indicate al par. 5.1 è possibile ottenere i profili di resistenza caratteristica e di progetto riportate nelle Figura 3 e Figura 4. La resistenza caratteristica è stimata secondo quanto descritto nelle NTC adottando i coefficienti parziali ξ 3 e ξ 4 relativi a n.1 verticale di indagini a disposizione per sistema di fondazione. I profili di resistenza di progetto sono stati dedotti secondo quanto descritto nelle NTC I valori delle resistenze di progetto, così trovati, sono poi confrontati con i valori delle sollecitazioni assiali risultanti dalle calcolazioni secondo l approccio 1, combinazione 2 (A2+M1+R2). coefficienti parziali da applicare alle resistenze caratteristiche pali infissi pali trivellati resistenza R1 R2 R3 R1 R2 R3 base: γb laterale: γs lat.trazione fattori di correzione ξ per la determinazione della resistenza caratteristica in funzione del numero di verticali indagate n verticali >10 ξ ξ Dall esame delle figure risulta (L=9m) con iniezioni a pressione dalla valvola di fondo: R d 785 kn a compressione R d 499 kn a trazione (IGU) (IGU) Spalle Viadotti VI01 e VI02 11/22

13 R k er d (kn) Rk 2.0 Rd Profondità (m) Rk=1198N 8.0 Rd=785kN Figura 3: Resistenza del micropalo singolo a compressione Spalle Viadotti VI01 e VI02 12/22

14 R k er d (kn) Rk 2.0 Rd Profondità (m) Rk=798N 8.0 Rd=499kN Figura 4: Resistenza del micropalo singolo a trazione Spalle Viadotti VI01 e VI02 13/22

15 8. RISULTATI ANALISI PALIFICATA E VERIFICHE 8.1 Premessa Nella figura seguente si riporta lo schema della palificata, con il sistema di riferimento del programma Group e la numerazione dei pali utilizzata nei calcoli. Figura 5: numerazione micropali Per maggiori informazioni circa la geometria delle opere si rimanda agli elaborati grafici di progetto. 8.2 Risultati delle analisi Nella successiva tabella sono riportati i risultati delle analisi in termini di: azione assiale massima N max e minima N min, momento massimo M max e azione massima di taglio T max agenti sui singoli micropali nelle varie combinazioni di carico. SLU STR SLU STR SIS STR SLU GEO SLE N max (kn) N min (kn) M max (knm) T max (kn) Tabella 4: Risultati delle analisi spalla "mobile" Spalle Viadotti VI01 e VI02 14/22

16 SLU STR SLU STR SIS STR SLU GEO SLE N max (kn) N min (kn) M max (knm) T max (kn) Tabella 5: Risultati delle analisi spalla "fissa" 8.3 Verifiche geotecniche Le resistenze di progetto R d, per un micropalo con D perf =240mm con L=9 m risultano: a compressione: R d,es = 785 kn; a trazione: R d,es = 499 kn Le verifiche pertanto risultano soddisfatte Spalle Viadotti VI01 e VI02 15/22

17 8.4 Verifica del tubolare di armatura Di seguito si riporta la verifica del tubolare di armatura del micropalo. NTC - DM 14 GENNAIO Costruzioni di ACCIAIO - Verifica di SEZIONI TUBOLARI COMPATTE (CLASSE 1 o 2) con il METODO PLASTICO Materiale Azioni di calcolo SLE A1+M1 A1+M1 SIS M1 Acciaio classe S Azione assiale n s kn/m 466,0 104,0 597,0 515,0 Coefficiente di sicurezza γ Mo 1,05 - Taglio v s kn/m 98,0 132,0 108,0 110,0 Tensione di snervamento f yk 355 MPa Momento m s knm/m 62,0 103,0 89,0 74,0 Tensione di calcolo f yd 338 MPa Combinazioni di carico SLE A1+M1 A1+M1 SIS M1 Sezione (UNI EN :2006) Coefficiente di sicurezza γ - 1, Diametro esterno D 177,8 mm Interasse i m Spessore (s <= 40 mm) s 12,5 mm Azioni di progetto SLE A1+M1 A1+M1 SIS M1 Diametro interno d 152,8 mm Azione assiale N sd kn Momento d'inerzia I 3,57E-04 m 4 Taglio V sd kn Area sezione trasversale A 6,49E-03 m 2 Momento M sd knm Modulo resistente a flessione W pl 3,42E-04 m 3 Effetto delle azioni combinate (N, V, M) SLE A1+M1 A1+M1 SIS M1 Modulo resistente a taglio A v =2A/π 4,13E-03 m 2 [(2 V sd /V pl,rd )-1] 2 ρ - 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 Area resistente a taglio A* v =A 6,49E-03 m 2 N sd /[A (1-ρ a v ) f yd ] n - 0,318 0,047 0,272 0,235 0,000 A* v /A a v 1,000 - Momento resistente ridotto M pl,rd,v,n kn m Azioni resistenti elementari Verifiche SLE A1+M1 A1+M1 SIS M1 Azione assiale resistente N pl,rd 2195 kn Azione assiale N sd <=N pl,rd O.K. O.K. O.K. O.K. O.K. Taglio resistente V pl,rd 807 kn Taglio V sd <=V pl,rd O.K. O.K. O.K. O.K. O.K. Momento resistente M pl,rd 116 kn m Presso(Tenso)-Flessione M sd <=M pl,rd,v,n O.K. O.K. O.K. O.K. O.K. Tabella 6: Verifica del tubolare per i micropali della spalla "mobile" NTC - DM 14 GENNAIO Costruzioni di ACCIAIO - Verifica di SEZIONI TUBOLARI COMPATTE (CLASSE 1 o 2) con il METODO PLASTICO Materiale Azioni di calcolo SLE A1+M1 A1+M1 SIS M1 Acciaio classe S Azione assiale n s kn/m 505,0 667,0 667,0 444,0 Coefficiente di sicurezza γ Mo 1,05 - Taglio v s kn/m 74,0 99,0 99,0 79,0 Tensione di snervamento f yk 355 MPa Momento m s knm/m 40,0 64,0 64,0 45,0 Tensione di calcolo f yd 338 MPa Combinazioni di carico SLE A1+M1 A1+M1 SIS M1 Sezione (UNI EN :2006) Coefficiente di sicurezza γ - 1, Diametro esterno D 177,8 mm Interasse i m Spessore (s <= 40 mm) s 12,5 mm Azioni di progetto SLE A1+M1 A1+M1 SIS M1 Diametro interno d 152,8 mm Azione assiale N sd kn Momento d'inerzia I 3,57E-04 m 4 Taglio V sd kn Area sezione trasversale A 6,49E-03 m 2 Momento M sd knm Modulo resistente a flessione W pl 3,42E-04 m 3 Effetto delle azioni combinate (N, V, M) SLE A1+M1 A1+M1 SIS M1 Modulo resistente a taglio A v =2A/π 4,13E-03 m 2 [(2 V sd /V pl,rd )-1] 2 ρ - 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 Area resistente a taglio A* v =A 6,49E-03 m 2 N sd /[A (1-ρ a v ) f yd ] n - 0,345 0,304 0,304 0,202 0,000 A* v /A a v 1,000 - Momento resistente ridotto M pl,rd,v,n kn m Azioni resistenti elementari Verifiche SLE A1+M1 A1+M1 SIS M1 Azione assiale resistente N pl,rd 2195 kn Azione assiale N sd <=N pl,rd O.K. O.K. O.K. O.K. O.K. Taglio resistente V pl,rd 807 kn Taglio V sd <=V pl,rd O.K. O.K. O.K. O.K. O.K. Momento resistente M pl,rd 116 kn m Presso(Tenso)-Flessione M sd <=M pl,rd,v,n O.K. O.K. O.K. O.K. O.K. Tabella 7: Verifica del tubolare per i micropali della spalla "fissa" Spalle Viadotti VI01 e VI02 16/22

18 9. ALLEGATI 9.1 Riassunto delle sollecitazioni sui micropali di fondazione spalla mobile AZIONE ASSIALE (kn) Palo STR1 STR2 STR3 GEO1 GEO2 GEO3 SLE1 SLE2 SLE Spalle Viadotti VI01 e VI02 17/22

19 MOMENTO FLETTENTE MASSIMO (knm) Palo STR1 STR2 STR3 GEO1 GEO2 GEO3 SLE1 SLE2 SLE Spalle Viadotti VI01 e VI02 18/22

20 AZIONE DI TAGLIO MASSIMO (kn) Palo STR1 STR2 STR3 GEO1 GEO2 GEO3 SLE1 SLE2 SLE Spalle Viadotti VI01 e VI02 19/22

21 9.2 Riassunto delle sollecitazioni sui micropali di fondazione spalla fissa AZIONE ASSIALE (kn) Palo STR1 STR2 STR3 GEO1 GEO2 GEO3 SLE1 SLE2 SLE Spalle Viadotti VI01 e VI02 20/22

22 MOMENTO FLETTENTE MASSIMO (knm) Palo STR1 STR2 STR3 GEO1 GEO2 GEO3 SLE1 SLE2 SLE Spalle Viadotti VI01 e VI02 21/22

23 AZIONE DI TAGLIO MASSIMO (kn) Palo STR1 STR2 STR3 GEO1 GEO2 GEO3 SLE1 SLE2 SLE Spalle Viadotti VI01 e VI02 22/22