COMUNE DI VIGGIANO. (Provincia di Potenza)

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2 COMUNE DI VIGGIANO (Provincia di Potenza) PALESTRA COMUNALE PROGETTO ESECUTIVO RELAZIONE GEOTECNICA E SULLE FONDAZIONI 1

3 RELAZIONE GEOTECNICA E SULLE FONDAZIONI Dalla relazione geologica redatta dallo Studio Geognostico Lenzi si evince che l area su cui andrà ad insistere la nuova palestra, ubicata su di un ampio pianoro chiamato S. Lucia, è costituita da detrito diversamente formato da brecce prevalentemente calcaree eterometriche con matrice limo argillosa da beige a marrone talvolta intercalate da orizzonti a maggiore e minore matrice sia limosa che argillosa. Dalle prove e dai sondaggi eseguiti è stata ricavata la seguente stratigrafia: - Riporto: da un minino di m. 0,20 ad un massimo di m. 2,25, con caratteristiche meccaniche estremamente variabili. Non si può considerare idoneo per fondazioni ma, al contrario, il suo peso di volume, estremamente variabile e valutato in γ = 1,50-1,60 g/cm 3, influisce come carico sulle fondazioni. - Detrito di versante: costituito da brecce sciolte in poca matrice argillo - limosa e blocchi di natura calcarea, ma talvolta anche da brecce cementate, con notevoli variabilità del contenuto della matrice in special modo negli orizzonti di tetto. Per i valori geotecnici fare riferimento alla relazione geologica. Caratterizzazione sismica del terreno di fondazione: Per la caratterizzazione sismica del terreno di fondazione si fa riferimento alla relazione geologica allegata. Fondazioni: La fondazione progettata è unica per i due corpi (palestra e spogliatoi) ed è di tipo superficiale, costituita da plinti centrati rispetto ai punti di scarico degli archi e ai pilastri degli spogliatoi. I plinti hanno dimensioni in pianta 3,00x4,00 mq e sono alti 1,30m. Tali elementi sono collegati nella direzione degli archi da travi di fondazione in cui sono annegati quattro trefoli Φ26 che assorbono il tiro orizzontale, mentre nella direzione ortogonale sono presenti cordoli di adeguata rigidezza che assorbono adeguatamente le forze assiali indotte da eventuali spostamenti relativi del terreno. 2

4 Il progetto delle fondazioni è stato fatto considerando le notevoli spinte degli archi centrali tramite i setti in c.a.: i plinti a cui vengono trasmesse le sollecitazioni provenienti da tali elementi sono progettati in modo che l azione risultante per la combinazione di carico più gravosa ricada all incirca al centro dell elemento e comunque all interno del terzo medio, così da ridurre le eccentricità aggiuntive e avere una pressione massima sul terreno minore del valore di resistenza di progetto stimata. La componente orizzontale viene invece assorbita dalla trave rovescia che collega i due plinti, nella quale sono stati affogati dei tiranti che assorbono completamente la spinta orizzontale. La fondazione si intesta a 1,30m dal piano campagna in modo da raggiungere lo strato portante di base costituito da detriti di versante. Poiché l andamento di tale strato di base non è costante nell area su cui sorgerà la palestra, sarà necessario raggiungerlo sempre con lo scavo e riempire l eventuale dislivello tra lo strato di base e il piano di imposta della fondazione con un adeguato strato di magrone. Tutti gli elementi di fondazione, inoltre, andranno ricoperti per almeno 90cm con materiale di risulta. 3

5 CRITERI DI VERIFICA NEI CONFRONTI DEGLI STATI LIMITE ULTIMI (SLU; SLV) Per ogni stato limite ultimo deve essere rispettata la condizione Ed Rd dove Ed è il valore di progetto dell azione o dell effetto dell azione Effetto delle azioni e resistenza sono espresse in funzione delle azioni di progetto γ F Fk, dei parametri di progetto Xk /γ M e della geometria di progetto ad. L effetto delle azioni può anche essere valutato direttamente come Ed = γ E E k. Nella formulazione della resistenza Rd, compare esplicitamente un coefficiente γ R che opera direttamente sulla resistenza del sistema. La verifica della suddetta condizione deve essere effettuata impiegando diverse combinazioni di gruppi di coefficienti parziali, rispettivamente definiti per le azioni (A1 e A2), per i parametri geotecnici (M1 e M2) e per le resistenze (R1, R2 e R3). I diversi gruppi di coefficienti di sicurezza sono scelti nell ambito di due approcci progettuali distinti e alternativi. Nel primo approccio progettuale (Approccio 1) sono previste due diverse combinazioni di gruppi di coefficienti: la prima combinazione è generalmente più severa nei confronti del dimensionamento strutturale delle opere a contatto con il terreno, mentre la seconda combinazione è generalmente più severa nei riguardi del dimensionamento geotecnico. Nel secondo approccio progettuale (Approccio 2) è prevista un unica combinazione di gruppi di coefficienti, da adottare sia nelle verifiche strutturali sia nelle verifiche geotecniche. 4

6 COEFFICIENTI DA APPLICARE AI PARAMETRI GEOTECNICI (M1, M2) Il valore di progetto della resistenza Rd può essere determinato: - in modo analitico, con riferimento al valore caratteristico dei parametri geotecnici del terreno, diviso per il valore del coefficiente parziale γ M specificato nella successiva tabella e tenendo conto, ove necessario, dei coefficienti parziali γ R ; - in modo analitico, con riferimento a correlazioni con i risultati di prove in sito,tenendo conto dei coefficienti parziali γr ; - sulla base di misure dirette su prototipi, tenendo conto dei coefficienti parziali γr. 5

7 COEFFICIENTI DA APPLICARE ALLE RESISTENZE CARATTERISTICHE PER FONDAZIONI SUPERFICIALI (R1, R2, R3) Nelle verifiche di sicurezza devono essere presi in considerazione tutti i meccanismi di stato limite ultimo, sia a breve sia a lungo termine. Gli stati limite ultimi delle fondazioni superficiali si riferiscono 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 stessa. Le verifiche devono essere effettuate almeno nei confronti dei seguenti stati limite: SLU di tipo geotecnico (GEO): - collasso per carico limite dell insieme fondazione-terreno - collasso per scorrimento sul piano di posa - stabilità globale SLU di tipo strutturale (STR): - raggiungimento della resistenza negli elementi strutturali La verifica di stabilità globale deve essere effettuata secondo l Approccio 1: - Combinazione 2 (A2 + M2 +R2) tenendo conto dei seguenti coefficienti parziali per le resistenze globali, con γr= 1,1. Le rimanenti verifiche devono essere effettuate seguendo almeno uno dei due approcci: Approccio 1: - Combinazione 1: (A1 + M1 + R1) - Combinazione 2: (A2 + M2 + R2) Approccio 2: - (A1 + M1 + R3) tenendo conto dei seguenti coefficienti parziali per le resistenze: 6

8 COEFFICIENTI DA APPLICARE ALLE RESISTENZE CARATTERISTICHE DELLA FONDAZIONE SU PALI (R1,R2,R3) Nell ambito dello stesso sistema di fondazione, il numero di verticali d indagine da considerare per la scelta dei coefficienti deve corrispondere al numero di verticali lungo le quali la singola indagine (sondaggio con prelievo di campioni indisturbati, prove penetrometriche, ecc.) sia stata spinta ad una profondità superiore alla lunghezza dei pali, in grado di consentire una completa identificazione del modello geotecnica di sottosuolo. 7

9 Le verifiche delle fondazioni su pali devono essere effettuate seguendo almeno uno dei due approcci: APPROCCIO1: Combinazione1 (A1+M1+R1) Combinazione2 (A2+M2+R2) APPROCCIO2: (A1+M1+R3) 8

10 Calcolo della portanza degli elementi di fondazione Nel calcolo della capacità portante dei diversi elementi di fondazione si fa riferimento alla portanza dello strato di base costituito da detrito di versante formato da brecce. Il piano di posa della fondazione, infatti, è posto a 1,30m in modo da raggiungere tale livello. Laddove, a causa della variabilità dello spessore dello strato di riporto, tale livello non si dovesse raggiungere, sarà necessario arrivare con lo scavo al terreno di base e riempire il dislivello tra questo e il piano di posa della fondazione con uno spessore opportuno di magrone. Il problema viene trattato in condizioni di deformazione piana per cui si può considerare ai fini del calcolo il seguente schema di fondazione in pianta di striscia indefinita: Si ricorda, che, l assunzione di problema piano è giustificata quando la larghezza B della fondazione sia non maggiore di un quinto della lunghezza L, il piano di posa della fondazione e la superficie del terreno siano orizzontali. Il terreno compreso tra il piano di posa della fondazione e la superficie del terreno, (tra le profondità 0 e D), viene considerato come un vero sovraccarico pari a gr * D, e pertanto interessa solo conoscere il peso dell unità di volume gr, mentre se ne trascura la resistenza. Il terreno sotto il piano di posa della fondazione, è caratterizzato, oltre che da un peso dell unità di volume g, da una coesione c e da un angolo di attrito f. La formula adottata per il calcolo del carico limite, è la seguente: q lim = g r * D * Nq * s q * d q * i q + c' * Nc * s c * d c * i c + 0,5 * B * g * N g * s g * d g * i g I parametri che compaiono nella suddetta formula sono: gr = peso dell unità di volume del terreno di riporto; D = approfondimento della fondazione; 9

11 Nq Nc Ng = coefficienti di fondazione calcolati con il metodo di Meyerhof; Sq Sc Sg = fattori di forma (Meyerhof); dq dc dg = fattori di profondità (Meyerhof); iq ic ig = fattori di inclinazione del carico (Meyerhof). Si ricorda che la soluzione presentata si riferisce a condizione di sottosuolo omogeneo. Tale situazione si presenta assai di rado nella realtà; tuttavia spesso è possibile ricondursi ad essa, semplificando la situazione reale con criteri cautelativi ed eventualmente analizzando in alternativa diverse possibili schematizzazioni ed adottando i risultati meno favorevoli. La formula sopradescritta calcola la capacità portante del substrato di fondazione considerando il terreno omogeneo ed isotropo nell ipotesi di rottura generale, assumendo un comportamento del terreno di tipo rigido plastico a lungo termine (condizioni drenate). Tutto quanto specificato sopra, è valido come principio di calcolo, non solo per le fondazioni nastriformi, ma anche per il calcolo dei plinti e delle platee. Calcolo del carico limite con il metodo di Meyerhof in presenza di falda acquifera La formula (1) per il calcolo del carico limite esprime l equilibrio tra il carico applicato alla fondazione e la resistenza limite del terreno. Come sempre, in meccanica dei terreni occorre però tenere conto della natura multifase del mezzo e quindi imporre l equilibrio in termini di tensioni totali oppure in termini di tensioni effettive. In pratica, l approccio in termini di tensioni effettive è il più razionale, e risulta anche il più conveniente quando la rottura avviene in condizioni drenate, essendo note le pressioni neutre. Se invece la rottura avviene in condizioni non drenate, risulta più conveniente calcolare il carico limite in termini di tensioni totali. In particolare, si consideri il seguente schema: 10

12 Il temine gr D, che moltiplica Nq nella (1), va inteso come il valore della tensione effettiva verticale litostatica agente alla profondità del piano di posa. A) Se il pelo libero della falda si trova quindi nella posizione della precedente figura, l espressione del carico limite diviene: qlim= Nq [gr*(d - a)+g r*a] * sq * dq * iq + c' * Nc * sc * dc * ic + 0,5 * B * g * Ng * sg * dg * ig + gw * a La presenza della falda, oltre che nel primo termine a secondo membro, si fa risentire nel terzo termine con l uso del peso dell unità di volume del terreno immerso, e nella considerazione della sottospinta (ultimo termine a secondo membro). B) Se il pelo libero della falda si trova proprio alla profondità D, nel primo termine a secondo membro si assume il valore gr, mentre nel terzo termine si assume il valore g. Ciò si ottiene peraltro dall espressione sopra riportata ponendo a = 0. C) Se il pelo libero della falda si trova ad una profondità compresa tra D e D+B, il valore di g introdotto nei calcoli è ottenuto per interpolazione lineare tra i due casi precedenti. Cioè: qlim= Nq * gr * D * sq * dq * iq + c' * Nc * sc * dc * ic + * Ng [g + (g g ) * d/b] * 0,5 * B * sg * dg * ig con d = distanza tra il piano di posa della fondazione e il pelo libero della falda. D) Se il pelo libero della falda si trova ad una profondità maggiore di D+B, la presenza della falda potrà essere trascurata. Si riporta di seguito il calcolo della portanza della fondazione nastriforme per la stratigrafia di riferimento dedotta dal sondaggio n 1: poiché la falda si trova a circa 2m dal piano campagna, ma può subire oscillazioni durante il corso dell anno, si considera a vantaggio di sicurezza che la profondità della falda coincida con quella del piano campagna, per cui si ricade nel caso B). 11

13 - PLINTI DI FONDAZIONE: Plinti Tipo 1 e 2: Si ottiene una capacità portante della fondazione di 57 t/mq. Tale valore, secondo l approccio 2 di verifica agli SLU, deve essere ridotto mediante il coefficiente parziale R 3 per il calcolo della capacità portante che nel caso di fondazioni superficiali è γ R =2,3. La capacità portante di progetto del plinto è pari a 57/2.3 = 25 t/m 2 = 2.5 kg/cm 2. La verifica è soddisfatta in quanto le massime pressioni registrate sono di 2.4 kg/cm 2, come si osserva dai diagrammi di inviluppo delle pressioni riportati di seguito. 12

14 Pressione sul terreno espressa in Kg/cmq per l inviluppo agli SLU-SLV sui plinti di fondazione 13

15 Plinto Tipo 3: Si ottiene una capacità portante della fondazione di 54 t/mq. Tale valore, secondo l approccio 2 di verifica agli SLU, deve essere ridotto mediante il coefficiente parziale R 3 per il calcolo della capacità portante che nel caso di fondazioni superficiali è γ R =2,3. La capacità portante di progetto del plinto è pari a 54/2.3 = 23 t/m 2 = 2.3 kg/cm 2. La verifica è soddisfatta in quanto le massime pressioni registrate sono di 0.85 kg/cm 2. 14

16 Plinto Tipo 4: Si ottiene una capacità portante della fondazione di 51 t/mq. Tale valore, secondo l approccio 2 di verifica agli SLU, deve essere ridotto mediante il coefficiente parziale R 3 per il calcolo della capacità portante che nel caso di fondazioni superficiali è γ R =2,3. La capacità portante di progetto del plinto è pari a 51/2.3 = 22 t/m 2 = 2.2 kg/cm 2. La verifica è soddisfatta in quanto le massime pressioni registrate sono di 1.6 kg/cm 2. 15

17 - TRAVE DI FONDAZIONE: Si ottiene una capacità portante della fondazione di 47.3 t/mq. Tale valore, secondo l approccio 2 di verifica agli SLU, deve essere ridotto mediante il coefficiente parziale R 3 per il calcolo della capacità portante che nel caso di fondazioni superficiali è γ R =2,3. 16

18 La capacità portante di progetto del plinto è pari a 47.3/2.3 = 21 t/m 2 = 2.1 kg/cm 2. La verifica è soddisfatta in quanto le massime pressioni registrate sono di 2.0 kg/cm 2, come si osserva dal diagramma di inviluppo delle pressioni riportato di seguito. Pressione sul terreno espressa in Kg/cmq per l inviluppo agli SLU-SLV sulle travi di fondazione 17

19 Per completezza si riportano le massime e le minime pressioni sul terreno per le diverse combinazioni agli SLU e agli SLV, per i diversi modelli: PLINTI Combinazioni agli Stati Limite Ultimi Combinazione P [kg/cm²] Min Plinto Sez. 1 Nodi: Max Plinto Sez. 1 Nodi: Combinazioni agli Stati Limite di Salvaguardia della Vita Combinazione P [kg/cm²] Min Plinto Sez. 1 Nodi: Max Plinto Sez. 1 Nodi: Combinazioni RARE Stati Limite di Esercizio Combinazione P [kg/cm²] Min Plinto Sez. 1 Nodi: Max Plinto Sez. 1 Nodi: Combinazioni FREQUENTI Stati Limite di Esercizio Combinazione P [kg/cm²] Min Plinto Sez. 1 Nodi: Max Plinto Sez. 1 Nodi: Combinazioni QUASI PERMANENTI Stati Limite di Esercizio Combinazione P [kg/cm²] Min Plinto Sez. 1 Nodi: Max Plinto Sez. 1 Nodi: Combinazioni agli Stati Limite di Danno Combinazione P kg/cm²] Min Plinto Sez. 1 Nodi: Max Plinto Sez. 1 Nodi: Combinazioni agli Stati Limite di Operativita' Combinazione P [kg/cm²] Min Plinto Sez. 1 Nodi: Max Plinto Sez. 1 Nodi:

20 TRAVI DI FONDAZIONE Combinazioni agli Stati Limite Ultimi Combinazione P [kg/cm²] Min Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Max Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Combinazioni agli Stati Limite di Salvaguardia della Vita Combinazione P [kg/cm²] Min Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Max Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Combinazioni RARE Stati Limite di Esercizio Combinazione P [kg/cm²] Min Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Max Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Combinazioni FREQUENTI Stati Limite di Esercizio Combinazione P [kg/cm²] Min Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Max Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Combinazioni QUASI PERMANENTI Stati Limite di Esercizio Combinazione P [kg/cm²] Min Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Max Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Combinazioni agli Stati Limite di Danno Combinazione P [kg/cm²] Min Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Max Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Combinazioni agli Stati Limite di Operativita' Combinazione P [kg/cm²] Min Trave di fondazione Sez. 1 Nodi: Max Trave di fondazione Sez. 1 Nodi:

21 Calcolo dei cedimenti della fondazione La stima dei cedimenti subiti dalla fondazione risulta imprescindibile per valutare la loro compatibilità con i requisiti prestazionali della struttura in elevazione. Nel caso in esame, in cui il terreno di posa della fondazione è di natura incoerente, i cedimenti attesi sono esclusivamente di natura elastica e per questo motivo si svilupperanno in gran parte al momento della realizzazione della struttura. Come prescrive il D.M (par ), i cedimenti devono essere verificati per ciascun stato limite di esercizio. Il metodo di calcolo scelto per la stima dei cedimenti è quello proposto da Burland e Burbidge (1985). 20

22 - Cedimenti dei plinti 21

23 Pressione sul terreno espressa in Kg/cmq per l inviluppo agli SLE sui plinti di fondazione 22

24 - Cedimenti delle travi di fondazione 23

25 Pressione sul terreno espressa in Kg/cmq per l inviluppo agli SLE sulle travi di fondazione Cedimento differenziale Il cedimento differenziale tra il plinto e la trave rovescia è pari a 3mm ed è compatibile con la struttura in elevazione e non induce sulla struttura stessa distorsioni significative. 24

26 Verifica dei plinti e delle travi di fondazione Per le verifiche degli elementi strutturali si rimanda al fascicolo di calcolo allegato ai calcoli esecutivi della struttura 25