1 INTRODUZIONE DESCRIZIONE DELL OPERA

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2 INDICE 1 INTRODUZIONE DESCRIZIONE DELL OPERA... RIFERIMENTI NORMATIVI MATERIALI Calcestruzzo tombino scatolare Acciaio in barre, reti e tralicci elettrosaldati per c.a ANALISI DEI CARICHI Peso proprio delle strutture Carichi permanenti Sovraccarichi accidentali Spinta del terreno Spinta del sovraccarico Variazioni termiche Azioni sismiche Azione sismica e forza d inerzia Spinte del terreno in condizioni sismiche ANALISI STRUTTURALE Coefficienti di combinazione Risultati analisi strutturale diagrammi delle sollecitazioni Valori di calcolo condizioni elementari e combinazioni VERIFICHE Mezzeria soletta Estremità soletta Base piedritto Mezzeria piedritto Abbassamenti e pressioni nel terreno

3 1 INTRODUZIONE DESCRIZIONE DELL OPERA Il tombino in oggetto è costituito da un manufatto monolitico di forma scatolare, destinato alla deviazione del canale esistente nella zona di costruzione del nuovo sovrappasso all autostrada A, (SVP.37 Loner ).. La posizione geografica del sito può essere individuata dalle coordinate geografiche LAT NORD e LON EST. Lo spessore di pareti e solette è pari a,5m, con dimensioni strutturali nette interne dello scatolare pari a B x H =, x,m. Il ricoprimento di calcolo al di sopra del tombino è considerato pari a 9,m. Il calcolo ed il dimensionamento svolto nella presente relazione avviene mediante una schematizzazione piana (telaio chiuso), che considera una fascia di profondità unitaria avente la sezione trasversale retta dello scatolare. La modellazione è stata svolta mediante l ausilio del programma di calcolo STRAUSS commercializzato in Italia dalla ditta HSH di Padova. L interazione struttura-terreno è stata considerato modellando il terreno mediante un suolo elastico alla Winkler. Il piano di fondazione dello scatolare verrà a trovarsi ad una quota pari all incirca a 1,m al di sotto dell attuale piano campagna. Si considerano i seguenti valori: Peso specifico terr = 19 dan/m 3 ; Angolo di attrito minimo = 3 Costante di Winkler (modulo di sottofondo) k = dan/cm 3 ; Categoria di sottosuolo per la definizione dell azione sismica = C Per quanto riguarda le azioni sismiche, poiché il sito oggetto della costruzione non ricade in zona sismica 1 o, si vedrà che è possibile trascurare la componente verticale dello stesso. Il sisma avrà pertanto effetto unicamente in direzione trasversale, attraverso la spinta esercitata dal rilevato sui piedritti della struttura. In condizioni sismiche, oltre ai carichi permanenti, si considererà la presenza contemporanea del % dei massimi carichi accidentali verticali.

4 RIFERIMENTI NORMATIVI Legge n. 186 del 5 novembre 1971 Norme per la disciplina delle opere in conglomerato cementizio armato, normale e precompresso ed a struttura metallica Legge n. 64 del febbraio 1974 Provvedimenti per costruzioni con particolari prescrizioni per zone sismiche. CNR Travi composte di acciaio e calcestruzzo. Istruzioni per l impiego nelle costruzioni. Decreto Ministero dei Lavori Pubblici del 11 Marzo Norme Tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione, l'esecuzione ed il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione. CNR-UNI 111 del Giugno 1988 Costruzioni di acciaio. Istruzioni per il calcolo, l esecuzione, il collaudo e la manutenzione. Decreto Ministero dei Lavori Pubblici del 14 febbraio 199 Norme Tecniche per l'esecuzione delle opere in cemento armato normale e precompresso e per le strutture metalliche. UNI EN 15 del Gennaio 1995 Prodotti laminati a caldo di acciai non legati per impieghi strutturali. Condizioni tecniche di fornitura. Decreto Ministero dei Lavori Pubblici del 9 gennaio 1996 Norme Tecniche per il calcolo, l'esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture metalliche. Decreto Ministero dei Lavori Pubblici del 16 gennaio 1996 Norme Tecniche relative ai "Criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi". Decreto Ministero dei Lavori Pubblici del 16 gennaio1996 Norme Tecniche per le costruzioni in zone sismiche. Circolare Ministeriale del 4 giugno 1996 n. 3746/STC Istruzioni relative alle norme tecniche per l esecuzione delle opere in cemento armato normale e precompresso e per le strutture metalliche di cui al D.M. 14 febbraio

5 Circolare Ministeriale del 4 luglio 1996 n. 156 AA.GG./STC. Istruzioni per l'applicazione delle "Norme tecniche relative ai criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi" di cui al Decreto Ministeriale Circolare Ministeriale del , n. 3483/STC. Circolare Ministeriale del 15 ottobre 1996 N 5. Istruzioni per l'applicazione delle "Norme Tecniche per il calcolo, l'esecuzione ed il collaudo delle opere in cemento armato normale e precompresso e per le strutture metalliche" di cui al D.M Circolare Ministeriale del 1 aprile 1997 N 65/AA.GG. Istruzioni per l'applicazione delle "Norme Tecniche per le costruzioni in zone sismiche" di cui al D.M Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri N 374 del marzo 3. Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica. Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri N 3431 del 3 maggio 5. Gazzetta Ufficiale n.17 del 1/5/5 - Suppl. Ordinario n.85 ORDINANZA DEL PRESIDENTE DEL CONSIGLIO DEI MINISTRI 3 maggio 5 Ulteriori modifiche ed integrazioni all'ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 374 del marzo 3, recante "Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica". Norme Tecniche per le Costruzioni (Testo Unico) DM 14/9/5 "Testo Unitario per la Normativa Tecnica sulle Costruzioni" (Testo Unico) pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale del 3 settembre 5. Norme Tecniche per le Costruzioni DM 14/1/8 "Approvazione delle Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni" pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale del 4 febbraio 8. Circolare ministeriale n. 617 del..9 Istruzioni per l'applicazione delle "Nuove norme tecniche per le costruzioni 4

6 3 MATERIALI 3.1 Calcestruzzo tombino scatolare Classe di resistenza C 8/35 Modulo elastico 57*(Rck),5 = 3371 MPa Cemento tipo: 3.5 Classe di esposizione ambientale: XC3 Rapporto massimo acqua/cemento:.45 Massimo diametro degli inerti 3 mm Classe di consistenza (slump test): S3 Resistenza a trazione semplice: fctm =.7*(Rck)1/3 =.83 MPa Resistenza a trazione caratteristica: fctk =.7 fctm = 1.98 MPa Resistenza a compressione caratteristica: fck =.83 Rck = 9.5 MPa 3. Acciaio in barre, reti e tralicci elettrosaldati per c.a. Classe B45C (aderenza migliorata, controllato in stabilimento, saldabile) Tensione caratteristica di rottura ftk > 54 MPa Tensione caratteristica di snervamento fyk > 45 MPa Allungamento percentuale A5 > 7,5% Rapporti di duttilità 1,15 < (ft / fy)k < 1,35 Analisi chimica di colata in accordo con D.M per acciaio saldabile. 4 ANALISI DEI CARICHI 4.1 Peso proprio delle strutture Peso specifico cls = 5 dan/m 3 ; Solette e piedritti di spessore costante pari ad,5m. p =,5 x 5 = 15 dan/m /m Complessivamente risulta M = (,5 +, +,5 +,) x,5 x 1, x 5 = 115 dan /m 4. Carichi permanenti Peso specifico terreno = 19 dan/m 3 ; Rilevato di altezza massima pari ad 9,m; p1 = 9, x 19 = 171 dan/m /m 4.3 Sovraccarichi accidentali Assunto il transito sul rilevato del treno di carico massimo corrispondente allo Schema1, con la diffusione di questo alla quota della soletta superiore dello scatolare, si considera prudentemente un sovraccarico verticale pari a dan/m. 5

7 4.4 Spinta del terreno Per il terreno a lato del tombino si assumono i seguenti parametri: Peso specifico rilevato = 19 dan/m 3 ; Angolo di attrito = 36 Nel modello di calcolo, la spinta è considerata applicata ad entrambe le pareti del monolito, in condizioni di spostamenti impediti, pertanto il coefficiente di spinta cui si farà riferimento è quello a riposo. zio k = 1 sin (36 ) =,41 Si calcola la spinta alle varie quote significative per il manufatto: Soletta superiore z = 9, +,5 / = 9,5 m; q sup =,41 x 19 x 9,5 = 76 dan/m /m; Soletta inferiore z = 9,5 +,5 / +, +,5 / = 11,75 m; q inf =,41 x 19 x 11,75 = 9153 dan/m /m; Si ipotizza che la falda possa raggiungere la quota superiore del tombino, e si somma il suo contributo alla spinta delle terre q falda.inf = 1 x,5 = 5 dan/m /m; Si considera pertanto q' inf = = dan/m /m; 4.5 Spinta del sovraccarico In base al sovraccarico accidentale ed al coefficiente di spinta ipotizzato, sui piedritti si ottiene la seguente spinta: q =,41 x = 8 dan/m /m. 4.6 Variazioni termiche Si considereranno i seguenti casi: a) variazione termica uniforme t = +/- 15 C b) variazione termica differenziale t = +/- 5 C 4.7 Azioni sismiche Nelle tabelle seguenti, il calcolo dei parametri sismici per l opera in oggetto. 6

8 Parametri della sismicità del sito LONG. 11,981 LATIT. 46,163 TR a g F o T C * a g /g,48,48,19,5 3,34,49,4,31 5,343,51,9,35 7,38,57,56,39 11,4,5,8,43 14,47,57,37,48 475,599,675,341,61 975,77,761,364,74 475,93,87,391,94 Caratteristiche della costruzione Vita nominale Vn (anni) = 1 Classe d'uso IV Vita di Riferimento (anni) = Cu = Stati limite e parametri spettrali Caratteristiche del sito P VR TR a g F o * T C F v SLE-O,81 1,4,447,519,95,73 SLE-D,63 1,,495,537,313,77 SLU-V,1 1898,,847,81,381 1,11 SLU-C,5 3899,1,93,87,391 1,17 Tipo di terreno = C Coefficiente di amplificazione topografica = 1, 1, Definizione spettro di progetto SLE-O SLE-D SLU-V SLU-C Terreno Ss Cc Ss Cc Ss Cc Ss Cc C 1,5 1,57 1,5 1,541 1,5 1,444 1,5 1,431 Accelerazione ORIZZONTALE ag S e % h Fo TB TC TD dg vg SLE-O,447 1,5 1,,816,519,155,464 1,78,139,498 SLE-D,495 1,5 1,,816,537,161,48 1,8,161,573 SLU-V,847 1,5 1,,816,81,183,55 1,946,34,1118 SLU-C,93 1,5 1,,816,87,187,56 1,976,383,141 Se (m/secq) Spettri di progetto in Periodo/Accelerazione - componente orizzontale 3,1 3,,9,8,7,6,5,4,3, Spettro H SLE_D,1, 1,9 Spettro H SLU_V 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1, 1,1 1,,9,8,7,6,5,4,3,,1,,,1,,3,4,5,6,7,8,9 1, 1,1 1, 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9,,1,,3,4,5,6,7,8,9 3, T (sec) 7

9 Se (m/secq) 3,1 3,,9,8,7,6,5,4,3,,1, 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1, 1,1 1,,9,8,7,6,5,4,3,,1, Spettri di progetto in Spostamento/Accelerazione - componente orizzontale Spettro H SLE_D Spettro H SLU_V,,5,1,15,,5,3,35,4,45,5,55,6,65,7,75,8,85,9,95,1 D (m) Accelerazione VERTICALE ag S Fv TB TC TD SLE-O,447 1,,76,5,15 1, SLE-D,495 1,,769,5,15 1, SLU-V,847 1, 1,111,5,15 1, SLU-C,93 1, 1,17,5,15 1, Se (m/secq),9,8,7,6,5,4,3,,1 Spettri di progetto - componente verticale Spettro V SLE_D Spettro V SLU_V,,,5,5,75 1, 1,5 1,5 T (sec) 1,75,,5,5,75 3, Dati per calcolo muri di sostegno ag/g amax bm kh kv SLE-O,46,671 1,684,34 SLE-D,5,74 1,757,378 SLU-V,86 1,71 1,196,648 SLU-C,94 1,385 1,1411,76 Ammette spostamenti no Si fa riferimento alla condizione SLU-V, in cui i coefficienti che interessano le masse, nelle ipotesi di spostamenti impediti valgono rispettivamente kh =,196 e kv =, Azione sismica e forza d inerzia Direzione orizzontale La massa complessiva interessata all azione sismica è data dal peso del tombino, dal peso del ricoprimento e dal % dell azione accidentale. M = , x = 875 dan /m Utilizzando il valore massimo dello spettro di risposta di progetto, la forza sismica vale 8

10 F =,91 x 875 / 9,81 = 859 dan /m Per semplicità viene applicata in maniera uniforme sull altezza di calcolo del piedritto, e si ottiene f = 859 /,5 = 3411 dan/m /m Per quanto riguarda la forza d inerzia, alla massa del tombino si applica ancora un coefficiente di inerzia pari a quello calcolato, Kh =,196. Direzione verticale In questo caso si trascura sia la forza d inerzia che l azione sismica, in quanto la combinazione da considerare porta all estradosso della soletta un carico inferiore rispetto alla combinazione statica. Risulta infatti: In Cb. Statica: q(slu.statica) = 1,35 x ,35 x = 5785 dan/m /m In Cb. Sismica: M = 171 +, x = 175 dan /m q(slu.statica) = 175 x (1 +, / 9,81) = 6 < 5785 dan/m /m 4.7. Spinte del terreno in condizioni sismiche La spinta in condizioni sismiche sarà considerata pari a quella in condizioni statiche. Infatti si calcola il coefficiente di spinta in condizioni sismiche e si osserva che è inferiore a quello considerato in condizioni statiche. Coefficiente di spinta attivo (Mononobe-Okabe) kas =,34 Coefficiente di spinta effettivo in condizioni sismiche kas* = kas x (1 + kv) =,34 x (1 +,648) =,37 <,41 9

11 5 ANALISI STRUTTURALE In figura il modello utilizzato per il calcolo. Le aste (elementi beam) che rappresentano piedritti e solette hanno dimensione unitaria (1x5H) e sono posizionate in asse agli elementi che rappresentano. Si utilizzano in totale 36 elementi di lunghezza massima pari a 4cm. In corrispondenza dei nodi, per modellare la maggiore rigidezza dovuta alla compenetrazione degli elementi, si incrementa arbitrariamente il modulo elastico del calcestruzzo. La struttura è vincolata a terra in corrispondenza del solettone di base, appoggiato al suolo alla Winkler. Le condizioni elementari di carico sono le seguenti: A B C D E F G H peso proprio strutturale sovraccarico permanente spinta delle terre in condizioni statiche sovraccarico accidentale spinta laterale del sovraccarico accidentale T +/- 15 uniforme T +/- 5 differenziale azione sismica 5.1 Coefficienti di combinazione Allo stato limite di esercizio si considera g = q = t = 1, Allo stato limite ultimo si considera g = 1,35; q = t = 1,35 In combinazione sismica si considera g = 1,; q =,; t = 1

12 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO 5. Risultati analisi strutturale diagrammi delle sollecitazioni Si riportano, per le varie condizioni elementari, il diagramma del momento flettente e del taglio. Condizione A Condizione B Condizione C 11

13 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO Condizione D Condizione E Condizione F 1

14 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO Condizione G Condizione H 5.3 Valori di calcolo condizioni elementari e combinazioni In tabella il riepilogo delle sollecitazioni. [danm /m] Peso Perm. Spinta p Accid q Spinta q D Tunif D Tdiff Sisma SLE SLU SLV M Solette in mezzeria Sup. Inf [danm /m] Peso Perm. Spinta p Accid q Spinta q D Tunif D Tdiff Sisma SLE SLU SLV M Solette all'incastro Sup. Inf

15 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO [danm /m] Peso Perm. Spinta p Accid q Spinta q D Tunif D Tdiff Sisma SLE SLU SLV M Piedritti Base Mezzeria [dan /m] Peso Perm. Spinta p Accid q Spinta q D Tunif D Tdiff Sisma SLE SLU SLV Sol.sup Taglio Sol.inf. Base pied VERIFICHE Mezzeria soletta Sez.1x5H; As = 1 16/ /; A s = 1 16/; d = 4mm Stato limite ultimo per flessione Md = ,5 x 1468 = 978 danm /m Risulta Mrd = 3338 > 978 danm; verifica soddisfatta. Stato limite di esercizio per flessione (cb. rara) Md = ,5 x 1835 = 171 danm /m c = 56, <,45 fck = 13,7 dan/cm ; verifica ok; s = 84 <,8 fyk = 36 dan/cm ; verifica ok; wf =, mm; verifica ok; 6. Estremità soletta Sez.1x5H; As = 1 16/; A s = 1 16/; d = 4mm Stato limite ultimo per flessione Md =,75 x 1468 = 1971 danm /m Risulta Mrd = 1785 > 1971 danm; verifica soddisfatta. Stato limite di esercizio per flessione (cb. rara) Md =,75 x 1835 = 816 danm /m c = 34,9 <,45 fck = 13,7 dan/cm ; verifica ok; s = 1936 <,8 fyk = 36 dan/cm ; verifica ok; wf =,7 mm; verifica ok; Stato limite ultimo per taglio Vd = 314 danm /m 14

16 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO Con la sola resistenza del calcestruzzo a trazione risulta Vrd.cls = 1188 < 314 dan /m Si considerano allora i ferri piegati presenti nella sezione d estremità Afp = 5 16 /m = 1,5 cm /m. Si calcola lo scorrimento totale su metà soletta: Sc = (L / ) x (Vd / ) / d = 1 x 314 / / 46 = dan /m Afp.nec = Sc / fyd = / 3913 = 8,6 cm /m; Afp = 1,5 > 8,6 danm cm /m; verifica soddisfatta. 6.3 Base piedritto Sez.1x5H; As = 1 18/; A s = 1 16/; d = 4mm Stato limite ultimo per flessione Md = 1617 danm /m Risulta Mrd = 145 > 1617 danm; verifica soddisfatta. Stato limite di esercizio per flessione (cb. rara) Md = danm /m (si trascura l azione assiale) c = 46,7 <,45 fck = 13,7 dan/cm ; verifica ok; s = 63 <,8 fyk = 36 dan/cm ; verifica ok; wf =,9 mm; verifica ok; Stato limite ultimo per taglio Vd = 1899 danm /m Considerando la sola resistenza del calcestruzzo a trazione risulta Vrd.cls = 94 > 1899 dan /m Non è necessario prevedere ulteriori armature 6.4 Mezzeria piedritto Sez.1x5H; As = 1 16/; A s = 1 16/; d = 4mm Stato limite ultimo per flessione Md = 875 danm /m Risulta Mrd = 1785 > 875 danm; verifica soddisfatta. Stato limite di esercizio per flessione (cb. rara) Md = 6448 danm /m (si trascura l azione assiale) c = 7,7 <,45 fck = 13,7 dan/cm ; verifica ok; s = 1535 <,8 fyk = 36 dan/cm ; verifica ok; wf =,1 mm; verifica ok; 15

17 RIFACIMENTO DI DUE SOVRAPPASSI AUTOSTRADALI IN PROVINCIA DI TRENTO 6.5 Abbassamenti e pressioni nel terreno In base allo schema di calcolo utilizzato, con la soletta inferiore appoggiata al suolo alla Winkler, si ottiene un abbassamento massimo totale, somma di tutte le condizioni elementari di carico, pari all incirca a 1,35cm. Ciò corrisponde ad una pressione massima totale di 1,35 x =,7 dan/cm. Prima della costruzione dello scatolare, per effetto del peso del rilevato, è soggetto ad una pressione pari a 19 x (9,+3,) / 1 =,8 dan/cm. L incremento di pressione è pari a,7,8 =,4 dan/cm. Tale incremento si ritiene compatibile con il tipo di terreno sul piano di fondazione. 7-5-_Relazione_di_calcolo_scatolare_37.doc 16