Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale SOMMARIO

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1 ISO 9001: 2008 ISO 14001:2004

2 SOMMARIO 1 PREMESSA Indagini geognostiche e sismiche effettuate Successione stratigrafica, parametri geotecnici e classificazione sismica del suolo IMPIANTO DI SOLLEVAMENTO IRRIGUO Verifica preliminare della sicurezza e delle prestazioni dell impianto Verifica SLU e SLV Verifica SLE - cedimenti Verifica UPL- sollevamento CANALE DI SCARICO Verifica SLU SLU Verifica al collasso per carico limite della fondazione superficiale Verifica SLE - cedimenti

3 1 PREMESSA Con riferimento: alla relazione geologica allegata al progetto preliminare redatta dallo studio Geo-Log a firma del Dott. Mario Mambrini redatta in Novembre 2012, che per l analisi diretta del sottosuolo ha incaricato la ditta Geoprogetti Srl con sede in Medolla (MO), titolare della concessione n del Ministero delle Infrastrutture e Trasporti per le prove geotecniche in situ, mentre per l indagine sismica lo studio C.G.A. di San Giovanni in Persiceto (BO), alle opere in progetto: 1. impianto di sollevamento irriguo sito immediatamente a monte ed in sinistra idraulica allo scaricatore del Cavo Parmigiana Moglia; 2. canale scatolare di scarico che va dall impianto di sollevamento irriguo al cavo Lama; 3. cabina elettrica posta nell area tra la chiavica Sfioratore e l impianto idrovoro storico; la presente relazione geotecnica si propone di: descrivere le indagini e le prove geotecniche in sito, caratterizzare e modellare il terreno dal punto di vista geotecnico e sismico, verificare la sicurezza e le prestazioni delle opere da realizzare sopra elencate. 1.1 Indagini geognostiche e sismiche effettuate Nell ortofoto sottostante in figura sono evidenziate in azzurro le opere in progetto e in rosso le indagini effettuate. 2

4 TIPO DI OPERA SONDAGGI INDAGINE SISMICA 1. Impianto irriguo 2. Canale di scarico 3. Cabina elettrica n. 1 CPT: CPT8 sull argine Secchia in sinistra idraulica al Cavo Lama fino alla profondità di -13 m.s.l.m. Tipo MASW linea sismica L1 I volumi significativi da indagare in termini di profondità delle indagini CPT sono stati rispettati. 1.2 Successione stratigrafica, parametri geotecnici e classificazione sismica del suolo Si elenca il modello geotecnico inserito nel preliminare e adottato nel presente definitivo derivato dalla relazione geologica: PROFONDITÀ DELLO STRATO da 22,00 a 5,00 m.s.l.m. da 5,00 m.s.l.m. in profondità UNITÀ E LITOLOGIA DELLO STRATO D- argilla parz. satura normalconsolidata A -Sabbia satura normalconsolidata Livello della falda: 16,50 m.s.l.m. ANGOLO DI ATTRITO INTERNO [ ] RESISTENZA AL TAGLIO NON DRENATA [KPA] COESIONE EFFICACE [KPA] PESO SPECIFICO [KN/MC] , ,50 Dal punto di vista sismico il terreno è inserito nella categoria C (tabella 3.2.II delle NTC 2008). Dal punto di vista sismico il terreno è inserito nella categoria C (tabella 3.2.II delle NTC 2008). 3

5 2 IMPIANTO DI SOLLEVAMENTO IRRIGUO 2.1 Verifica preliminare della sicurezza e delle prestazioni dell impianto Verranno eseguite le seguenti verifiche: GEO - SLU e SLV di tipo geotecnico per quanto riguarda il collasso per carico limite dell insieme fondazione terreno e SLE per i cedimenti, UPL - SLU di tipo idraulico per quanto riguarda il sollevamento idraulico del manufatto. Il tipo di fondazione scelta è di tipo superficiale. Seguono i passaggi di verifica che esplicano la scelta progettuale adottata. Azioni di calcolo: i carichi permanenti oltre al peso proprio della struttura sono la presenza dell acqua sopra la fondazione avente altezza pari a 20,35 mslm e della falda posta a quota 16,50 mslm. Per quanto attiene i carichi variabili si sono considerati i carichi stradali di II categoria ed il peso della neve. Sono state eseguite anche le verifiche in presenza di sisma (SLV e SLO). Tipo di approccio SLU: 2 (A1+M1+R3). Si anticipano gli esiti delle verifiche: 1. SLU verifica GEO della capacità portante della fondazione superficiale E stata verificato il collasso del terreno al di sotto della fondazione di progetto in condizioni non drenate che risulta essere più gravoso per i terreni argillosi. A favore di sicurezza non è stato considerato che si tratta di una fondazione in parte compensata. Esito della verifica: soddisfatta. 2. SLU verifica al galleggiamento UPL Si considerano due verifiche fatte con una quota d acqua di falda a tergo del manufatto pari a 16,50 mslm e 18,50 mslm in condizioni di piena. Esito della verifica: soddisfatta. 3. SLE verifica agli stati limite di esercizio mediante il calcolo dei cedimenti della fondazione superficiale Metodo di calcolo: si desumono i cedimenti dalla modellazione combinazione di carico quasi permanente. Esito della verifica: soddisfatta in quanto l entità del cedimento risulta essere compatibile con la struttura soprastante di progetto. 4

6 2.1.1 Verifica SLU e SLV Costante di sottofondo del terreno per SLU e SLV Unità geologica interessata all interno del volume significativo: Unità D (argilla satura) da quota 22,00 m s.l.m. a 5,00 m s.l.m. φk = 25, Cuk = 60 KPA, γ = 18,50 kn/mc La quota della falda è stata assunta pari a 16,50 mslm. Il terreno sottostante la platea di fondazione è stato considerato per le presenti verifiche e quelle GEO, valevoli per il collasso del sistema terreno-fondazione, in condizioni non drenate essendo prevalentemente costituito da argille. La modellazione del suolo è di tipo elastico alla Winkler con la determinazione di ks, il modulo di reazione del terreno. Quest ultimo lega concettualmente la pressione del terreno ai cedimenti. Per la determinazione di ks per le pareti verticali, e la successiva valutazione delle pressioni e degli spostamenti, la formula più generale è: ks = As + BsZ n dove: As costante è pari a: 40 (CuNcsc) per il calcolo di ks verticale, Bs = 40 (γ'nqsq), Z = altezza del terreno sopra alla quota su cui si calcola ks [m] = 6,00 m, γ = peso specifico terreno [kn/mc] = 18,50 γ = peso specifico terreno immerso [kn/mc] = 8,50 Cu = 60 Kpa Nc = 5,14 Nq = 1 sc = sq = 1, n = 1, adottando i coefficienti di Hansen per l angolo di attrito caratteristico del terreno. A s = 40*(60*5,14) = kn/mc B s= 40*(8,5*1*1)= 340 kn/m 4 La quota di intradosso della soletta è posta a circa 6,00 m, al di sotto del p.c. che è a quota 21,35 m.s.l.m. Si ottiene k s verticale = kn/mc Per la determinazione di ks orizzontale: As costante è pari a: 80 (CuNcsc), Bs = 40 (γnqsq), valgono poi gli stessi parametri per il calcolo di ks verticale. A s = 80*(60*5,14) = kn/mc B s= 40*(18,5*1*1)= 740 kn/m 4 Si ottiene k s orizzontale = Z n kn/mc 5

7 In presenza di azioni sismiche si assume un decadimento del 40% ovvero Nce = 5.14*.6 = 3,08. kh = βm amax /g = 0,182 kv= 0,50 βm amax /g = 0,091 tangϑ = kh / (1- kv) = 0,20 Tale valore di decadimento è derivato dal seguente grafico adottando i predetti parametri. SLU Verifica al collasso per carico limite della fondazione superficiale Dall analisi lineare statica eseguita con il programma agli elementi finiti si evince per la combinazione agli SLU_GEO il cedimento massimo in corrispondenza del lembo lato Ovest della platea pari a: w max = 0,010 m. Calcolando la σ v0, pressione esercitata sul terreno, mediante la formula: E d = σ v0 = w max k s = 1,43 kg/cmq essa deve essere inferiore a q limd calcolata in condizioni non drenate ovvero immediatamente dopo l applicazione del carico con l approccio 2 (A1+ M1+R3): q lim cal= Cu Nc s co + q= = 4,80 kg/cmq C u = 60 KPA, Nc = 5,14, s c o = 1+0,2 B/L = 1+0,2x12/14 = 1,20 h media rinfianco= 6,00 m q = sovraccarico laterale = γ*h terreno rinfianco = 18,5*6,00 = 111 kpa. R d = q limd = q lim cal/γ R = 4,80/2,3 = 2,1 kg/cmq La verifica è soddisfatta in quanto R d > E d. 6

8 SLV Verifica al collasso per carico limite della fondazione superficiale Dall analisi lineare statica eseguita con il programma agli elementi finiti si evince per la combinazione agli SLV_X+ il cedimento massimo in corrispondenza del lembo lato Ovest della platea pari a: w max = 0,0065 m. Calcolando la σ v0, pressione esercitata sul terreno, mediante la formula: E d = σ v0 = w max k s = 0,93 kg/cmq essa deve essere inferiore a q limd calcolata in condizioni non drenate ovvero immediatamente dopo l applicazione del carico con l approccio 2 (A1+ M1+R3): q lim cal= Cu N ce s co + q= = 3,27 kg/cmq C u = 60 KPA, N ce = 3,08, s c o = 1+0,2 B/L = 1+0,2x12/14 = 1,20 h media rinfianco= 6,00 m q = sovraccarico laterale = γ*h terreno rinfianco = 18,5*6,00 = 111 kpa. R d = q limd = q lim cal/γ R = 3,27/2,3 = 1,42 kg/cmq La verifica è soddisfatta in quanto R d > E d Verifica SLE - cedimenti Affrontiamo la verifica con i valori dei cedimenti w calcolati a breve termine per una combinazione di carico agli SLE di tipo quasi permanente. Con una analisi in condizione non drenata, il tipo di cedimento che si evince è quello immediato. Il cedimento immediato massimo che si registra in fondazione è in corrispondenza del lato Nord della platea dell aspirazione e vale circa 0,0041 m. mentre il minimo lungo il lato opposto rivolto verso Sud di entità 0,0011 m. In direzione Nord Sud ho pertanto un cedimento massimo di 0,0041m. e differenziale di 0,003 m. A causa del cedimento differenziale tra i due lati sopradetti, la fondazione subisce una rotazione che è di tipo rigido vista la sua notevole rigidezza rispetto al terreno sul quale è appoggiata. Posso quindi calcolare il valore ω detto di rotazione rigida di entità pari a 0,003/11,45 (quest ultimo valore è della larghezza della fondazione) = 0,00026 (=1/3.816). Il cedimento massimo e ω sono inferiori ai valori presenti in letteratura e desunti da BOZOZUK (1962) che fino a 0,05 m. di abbassamento e 1/180 di pendenza non ha rilevato nessun danneggiamento in 574 costruzioni civili di Ottawa in Canada. Si afferma quindi che i cedimenti e le rotazioni della fondazione sono compatibili con la resistenza e la funzionalità dell opera. 7

9 2.1.3 Verifica UPL- sollevamento La prima verifica riguarda il transitorio durante l esecuzione dei lavori e si considera che sia stata eseguita la soletta di fondazione e che possa essere sollecitata dalla falda con quota pari a 16,50 mslm. SLU - UPL - Verifica al galleggiamento transitorio durante l'esecuzione dell'opera Dimensioni della piastra di fondazione Base 12 m. Lunghezza 14 m. _ quota tergo impianto pari alla falda 16,5 mslm _quota piano di scorrimento fondazione 15 mslm Vinst,d - spinta idrodinamica altezza acqua di falda rispetto allo scorrimento della fondazione 1,5 m. p.s. acqua torbida 10 kn/mc coefficiente parziale γqi (tabella 6.2.III) 1,1 v inst cal - spinta di UPL/ml 180 KN/ml V inst,cal - spinta di UPL 2520 KN (considero l'acqua come azione permanente sfavorevole) Vinst,d 2772 KN Gst,d - carico stabilizzante G1-azioni permanenti favorevoli date dal peso proprio della fondazione 4200 KN R - resistenza per attrito non considerata 0 KN coefficiente parziale γg (tabella 6.2.IV) 0,9 Gst,d 3780 KN Verifica soddisfatta in quanto Gst,d > Vinst,d La seconda verifica ad opera eseguita mostra, a fine lavori, come la verifica di UPL sia soddisfatta solo se la quota massima della piena del Canale Scaricatore si mantiene al di sotto di quota 18,50 mslm. Si precisa però che non sono state considerate le forze di attrito tra pareti verticali e terreno che si oppongono al sollevamento dell impianto: 8

10 SLU - UPL - Verifica al galleggiamento piena ad opera eseguita Dimensioni della piastra di fondazione Base 12 m. Lunghezza 14 m. _ quota Canale Scaricatore 18,5 mslm _quota piano di scorrimento fondazione 15 mslm Vinst,d - spinta idrodinamica altezza Canale Scaricatore rispetto allo scorrimento della fondazione 3,5 m. p.s. acqua torbida 10 kn/mc coefficiente parziale γqi (tabella 6.2.III) 1,1 v inst cal - spinta di UPL/ml 420 KN/ml V inst,cal - spinta di UPL 5880 KN (considero l'acqua come azione permanente sfavorevole) Vinst,d 6468 KN Gst,d - carico stabilizzante G1-azioni permanenti favorevoli date dal peso proprio della struttura 7110 KN e acqua sopra alla soletta 588 KN coefficiente parziale γg (tabella 6.2.IV) 0,9 Gst,d 6928 KN Verifica soddisfatta in quanto Gst,d > Vinst,d 9

11 3 CANALE DI SCARICO 3.1 Verifica SLU Costante di sottofondo del terreno per SLU Unità geologica interessata all interno del volume significativo: Unità D (argilla satura) da quota 22,00 m s.l.m. a 5,00 m s.l.m. φk = 25, Cuk = 60 KPA, γ = 18,50 kn/mc La quota della falda è stata assunta pari a 16,50 mslm. Il terreno sottostante la platea di fondazione è stato considerato per le presenti verifiche e quelle GEO, valevoli per il collasso del sistema terreno-fondazione, in condizioni non drenate essendo prevalentemente costituito da argille. La modellazione del suolo è di tipo elastico alla Winkler con la determinazione di ks, il modulo di reazione del terreno. Quest ultimo lega concettualmente la pressione del terreno ai cedimenti. Per la determinazione di ks per le pareti verticali, e la successiva valutazione delle pressioni e degli spostamenti, la formula più generale è: ks = As + BsZ n dove: As costante è pari a: 40 (CuNcsc) per il calcolo di ks verticale, Bs = 40 (γ'nqsq), Z = altezza del terreno sopra alla quota su cui si calcola ks [m] = 6,00 m, γ = peso specifico terreno [kn/mc] = 18,50 γ = peso specifico terreno immerso [kn/mc] = 8,50 Cu = 60 Kpa Nc = 5,14 Nq = 1 sc = sq = 1, n = 1, adottando i coefficienti di Hansen per l angolo di attrito caratteristico del terreno. A s = 40*(60*5,14) = kn/mc B s= 40*(8,5*1*1)= 340 kn/m 4 La quota di intradosso della soletta è posta a circa 5,90 m, al di sotto del p.c. che è a quota 21,35 m.s.l.m. k s verticale = kn/mc pari a 1,43 kg/cmq. 10

12 Il calcolo del valore massimo di tensione di rottura deriva dalla seguente formula per condizioni non drenate: q lim cal= C u Nc s co + q= = 4,88 kg/cmq C u = 60 KPA, Nc = 5,14, o s c = 1+0,2 B/L = 1+0,2x3,55/3,00 = 1,23 h media rinfianco= 5,90 m q = sovraccarico laterale = γ*h terreno rinfianco = 18,5*5,90 = 109 kpa. R d = q limd = q lim cal/γ R = 4,88/2,3 = 2,1 kg/cmq 3.2 SLU Verifica al collasso per carico limite della fondazione superficiale Dalla modellazione utilizzata per il calcolo strutturale sono stati esplicitati i valori di tensione sul piano di appoggio della fondazione, tutti inferiori a R d = qlimd = 2,1 kg/cmq Inviluppo pressioni sul terreno di fondazione X [m] σ tmin [kg/cmq] σ tmax [kg/cmq] 0,20 0,78 1,41 0,60 0,76 1,39 0,89 0,75 1,38 1,28 0,74 1,37 1,58 0,74 1,36 1,97 0,74 1,36 2,27 0,74 1,37 2,66 0,75 1,38 2,95 0,76 1,39 3,35 0,78 1,41 11

13 3.3 Verifica SLE - cedimenti Affrontiamo la verifica con i valori dei cedimenti w calcolati a breve termine considerando l inviluppo di tutte le combinazioni: Inviluppo spostamenti fondazione X [m] u Xmin [cm] u Xmax [cm] u Ymin [cm] u Ymax [cm] 0,20-0,0352 0,0351 0,4656 0,8453 0,60-0,0352 0,0352 0,4563 0,8336 0,89-0,0352 0,0352 0,4503 0,8261 1,28-0,0352 0,0352 0,4445 0,8189 1,58-0,0352 0,0352 0,4422 0,8160 1,97-0,0352 0,0352 0,4422 0,8160 2,27-0,0352 0,0352 0,4445 0,8189 2,66-0,0352 0,0352 0,4503 0,8261 2,95-0,0352 0,0352 0,4563 0,8336 3,28-0,0351 0,0352 0,4656 0,8453 Inviluppo spostamenti traverso X [m] u Xmin [cm] u Xmax [cm] u Ymin [cm] u Ymax [cm] 0,20-0,0356 0,0359 0,4677 0,8480 0,60-0,0356 0,0359 0,4735 0,8584 0,99-0,0357 0,0358 0,4792 0,8677 1,19-0,0357 0,0358 0,4815 0,8714 1,58-0,0357 0,0358 0,4843 0,8758 1,97-0,0358 0,0357 0,4843 0,8758 2,36-0,0358 0,0357 0,4815 0,8714 2,56-0,0358 0,0357 0,4792 0,8677 2,95-0,0359 0,0356 0,4735 0,8584 3,35-0,0359 0,0356 0,4677 0,

14 Inviluppo spostamenti piedritto sinistro Y [m] u Xmin [cm] u Xmax [cm] u Ymin [cm] u Ymax [cm] 0,25-0,0352 0,0351 0,4656 0,8453 0,60-0,0365 0,0333 0,4659 0,8456 0,98-0,0380 0,0313 0,4662 0,8460 1,27-0,0391 0,0300 0,4664 0,8463 1,66-0,0403 0,0288 0,4666 0,8466 2,04-0,0410 0,0282 0,4669 0,8469 2,41-0,0411 0,0285 0,4671 0,8473 2,78-0,0402 0,0299 0,4673 0,8475 3,06-0,0388 0,0318 0,4675 0,8478 3,45-0,0356 0,0359 0,4677 0,8480 Inviluppo spostamenti piedritto destro Y [m] u Xmin [cm] u Xmax [cm] u Ymin [cm] u Ymax [cm] 0,25-0,0351 0,0352 0,4656 0,8453 0,60-0,0333 0,0365 0,4659 0,8456 0,98-0,0313 0,0380 0,4662 0,8460 1,27-0,0300 0,0391 0,4664 0,8463 1,66-0,0288 0,0403 0,4666 0,8466 2,04-0,0282 0,0410 0,4669 0,8469 2,41-0,0285 0,0411 0,4671 0,8473 2,78-0,0299 0,0402 0,4673 0,8475 3,06-0,0318 0,0388 0,4675 0,8478 3,45-0,0359 0,0356 0,4677 0,8480 Il cedimento immediato massimo che si registra in fondazione è in corrispondenza della mezzeria e vale circa 0,0088 m; il minimo presso i nodi alle estremità ed è 0,0084 m.. Esiste pertanto un cedimento differenziale di 0,0004 m. 13

15 Si afferma pertanto che i cedimenti e le rotazioni della fondazione sono compatibili con la resistenza e la funzionalità dell opera. 14

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