COMUNE DI RIMINI - DIREZIONE LAVORI PUBBLICI E MOBILITA URBANA - PROGETTO ESECUTIVO

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1 COMUNE DI RIMINI - DIREZIONE LAVORI PUBBLICI E MOBILITA URBANA - PROGETTO ESECUTIVO PROGETTO DI MIGLIORAMENTO SISMICO DELL EDIFICIO SCOLASTICO DENOMINATO SCUOLA ELEMENTARE GIANNI RODARI (VIA QUAGLIATI N.9 - RIMINI) D.02 - RELAZIONE GEOTECNICA E SULLE FONDAZIONI Il Committente: COMUNE DI RIMINI Il Responsabile del Procedimento: Dott. Arch. Federico Pozzi Il progettista: Dott. Ing. Enrico Petrelli Il Responsabile della Sicurezza: Geom. Giuseppe Savoretti Data: Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 1/34

2 1. PREMESSA La presente "Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni" viene redatta quale documento per il Progetto Esecutivo per verifiche ed interventi finalizzati al miglioramento sismico dell edificio Scuola Elementare "GIANNI RODARI" di Rimini in ottemperanza alle previsioni dell Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri (OPCM) n del 20/03/2003 e successive modifiche ed integrazioni avente per oggetto Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per la costruzione in zona sismica. Il sottoscritto Dott. Ing. Enrico Petrelli in qualità di tecnico incaricato dal Comune di Rimini con D.D. n.1374 del 14/09/2010 per le verifiche ed interventi finalizzati al miglioramento sismico dell'edificio scolastico denominato Scuola Elementare Gianni Rodari, ha provveduto alla redazione del presente Progetto Esecutivo per gli interventi di miglioramento sismico dell edificio scolastico Gianni Rodari sito nel Comune di Rimini in Via Quagliati n.9. Quindi, sulla base delle indicazioni delle Norme Vigenti in materia antisismica (D.M. 14/01/ NTC08), viene descritto e quantificato l INTERVENTO DI PROGETTO (verifiche degli elementi strutturali esistenti e nuovi ed elaborati grafici illustranti l'intervento di progetto esecutivo) finalizzato al miglioramento sismico. Al fine di valutare le caratteristiche morfologiche e stratigrafiche dell'area in oggetto ed acquisire dati geotecnici dei terreni presenti per stabilire la tipologia delle fondazioni da adottare si è preso a riferimento il rapporto dell'indagine geologica e geotecnica redatto dal Dott. Geol. Stefano Ronci con studio in Rimini in Viale Cordevole n 21/a. Si allega alla presente il sopra citato rapporto che ne costituisce parte integrante, in cui è riportata la successione stratigrafica rilevata dalle indagini e l'ubicazione delle stesse all'interno dell'area di pertinenza dell'edificio. Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 2/34

3 2. NORMATIVA DI RIFERIMENTO - Legge n 64 del e successivi D.M. applicativi recanti norme per la l'edificazione in zone dichiarate sismiche; - Legge n 1086 del recante norme per la costruzione di opere in c.a., c.a.p. e acciaio; - D.M "Nuove norme tecniche per le costruzioni ; - Circolare n 617 del "Istruzioni per l applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio CARATTERIZZAZIONE GEOLOGICA Il sito dove è ubicato l'edificio scolastico "G. Rodari" si trova nel centro abitato della città di Rimini, a monte del centro storico ad una quota di 8,50 m s.l.m.m. La zona è perfettamente pianeggiante e densamente urbanizzata. I terreni che compongono i sottosuolo sono costituiti da depositi alluvionali eterometrici costituiti da argille, limi-argillosi e/o sabbiosi, sabbie e ghiaie. Si tratta dei depositi alluvionali del Fiume Marecchia. La zona in esame attorno al fabbricato non risulta interessata da dissesti idrogeologici. 4. INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOTECNICA Al fine di conoscere in dettaglio la situazione stratigrafica dei terreni in sito e delle caratteristiche meccaniche degli stessi è stata progettata e successivamente condotta una campagna di indagini geognostiche costituita dall'esecuzione di n 3 prove penetrometriche statiche spinte fino ad una profondità di 12 m dal piano campagna ed una indagine geofisica costituita da n 1 prova MASW e da una prova HVSR. Le caratteristiche, l ubicazione ed i risultati delle prove sono riportati nell allegata Relazione Geologica. Idrogeologia Nel corso delle indagini condotte, all'interno dei fori eseguiti non è stata riscontrata la presenza di acqua. Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 3/34

4 A poche decine di metri a monte della scuola si sviluppa il corso d'acqua artificiale del deviatore del torrente Ausa che confluisce più a valle nel deviatore del fiume Marecchia. Stratigrafia Dai risultati della campagna geologica si è potuto risalire alla seguente successione stratigrafica nella quale si è assunto come quota di riferimento q = 0,00 m quella relativa alla quota del piano campagna: STRATO A - coltre superficiale di suolo vegetale da quota z = 0,00 m fino a quota z = -1,00 dal piano campagna (p.c.); STRATO B - Argille mediamente consistenti da quota z = -1,00 m a quota z = - 8,00 dal p.c.; STRATO C - Alternanza di livelli argillosi, limo sabbiosi e di argille a componente organica: da quota z = -8,00 m in poi fino a fine sondaggio (-12,00 m dal p.c.). In definitiva per i calcoli si considera la seguente successione stratigrafica con i relativi parametri geotecnici per terreni coesivi: STRATO B Argille mediamente consistenti Peso di volume: γ = 1.95 t/m 3 Coesione non drenata: Cu = 0,6 dan/cm 2 STRATO C - Alternanza di argille con componenti organiche e limi sabbiosi Peso di volume: γ = 1.95 t/m 3 Coesione non drenata: Cu = 0,3 dan/cm 2 Indagini geofisiche Dalle indagini geofisiche condotte si ricava la Categoria di Sottosuolo secondo il punto delle NTC08. I risultati della MASW hanno fornito un valore delle velocità delle onde sismiche di taglio pari a V s = 250 m/sec, da cui si determina la Categoria di Sottosuolo con cui definire l'azione sismica di progetto. Categoria di Sottosuolo C "Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina molto consistenti". Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 4/34

5 5. FONDAZIONI Interventi sulle fondazioni esistenti Non sono previsti interventi sulle fondazioni su plinti esistenti dell'edificio scolastico prefabbricato, in quanto non si prevedono in fase di progetto aumenti di carico significativi sull'edificio esistente, che non presenta attualmente segni di cedimento in atto o pregressi. Nuove fondazioni di progetto Vista la caratterizzazione geologica del sito e vista la successione stratigrafica determinata attraverso le indagini geognostiche ed i risultati della modellazione strutturale, per l'intervento di progetto di miglioramento sismico si prevedono fondazioni profonde costituite da pali trivellati in c.a. Alla base di ciascuno dei 15 telai in acciaio è prevista la realizzazione di una soletta in c.a. dello spessore di 60 cm per la ripartizione degli sforzi sulle fondazioni costituite da n 4 pali. Dallo studio del modello strutturale (rif. - "Relazione di Calcolo" - modello di calcolo 4 - fattore di struttura q = 1,50) si sono ricavate le massime sollecitazioni sulle fondazioni per il loro dimensionamento. SCHEMA PALO TIPO L = 12 m - 1,00 m dal p.c. - quota testa palo 7,50 m Strato B 4,50 m Strato C Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 5/34

6 In particolare per ottimizzare le risorse per la realizzazione dell'opera sono state progettate 4 tipologie differenti di pali trivellati con le seguenti caratteristiche geometriche: 1) palo di diametro Φ80 cm e lunghezza L = 12 m; 2) palo di diametro Φ60 cm e lunghezza L = 12 m; 3) palo di diametro Φ60 cm e lunghezza L = 8 m; 4) palo di diametro Φ50 cm e lunghezza L = 8 m. Di seguito vengono riportati i calcoli per la determinazione del valore massimo della resistenza (portanza) Rd in compressione e trazione di ciascuna tipologia di palo determinato in modo analitico con riferimento ai dei parametri geotecnici sopra indicati ( ). Successivamente si procede alle verifiche di resistenza agli SLU delle sezioni resistenti dei pali soggetti ad azioni ortogonali al proprio asse. Per la determinazione delle azioni agenti sul palo, per la determinazione della resistenza Rd viene utilizzato l Approccio 2 (A1 + M1 + R3). Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 6/34

7 6. VERIFICHE Di seguito si riportano per ciascuna tipologia di palo adottata le azioni massime provenienti dalla modellazione strutturale, le verifiche di resistenza della portanza (GEO) dei pali in termini di compressine e trazione per carichi assiali verticali e le verifiche di resistenza (STRU) allo SLU delle sezioni di testa dei pali maggiormente sollecitati per azioni ortogonali al fusto. Le azioni che producono le massime sollecitazioni sulle nuove fondazioni sono quelle provenienti dalle combinazioni sismiche e vengono ricavate dalle reazioni vincolari del modello di calcolo (modello di calcolo 4). In particolare visto il sistema fondale adottato, le azioni sismiche mandano alternativamente in compressione e trazione ciascuna delle 2 coppie di pali che costituiscono la fondazione di ogni telaio. SCHEMA TIPO i s = int. strutt. R z T soletta c.a. Pali i p = interasse pali N Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 7/34

8 1) Palo di diametro Φ80 cm e lunghezza L =12 m Dal calcolo con elaboratore elettronico si ricavano le massime azioni trasmesse dalle strutture in acciaio sulle fondazioni. Per la tipologia oggetto del presente studio si determinano in corrispondenza dei nodi 217, 228, 236 nella combinazione sismica n 6 (modello di calcolo 4). R z = 1422 kn (forza verticale); T = R x = 590,74 + 8,47 + 8,47 = 608 kn (forza orizzontale). I contributi dei momenti flettenti alla base degli elementi in acciaio sono trascurabili. Si devono inoltre considerare anche i carichi permanenti dati dal peso della soletta di fondazione e dei pali stessi: Peso della soletta di fondazione: P sol = (5,00*3,80*0,60)*2500 = dan Peso del palo: P p = (A b *L)*γ cls = (0,503*12)*2500 = dan Carichi assiali massimi sul palo in compressione (E d,c ) ed in trazione(e d,t ) Dato lo schema strutturale sopra riportato si ricavano le massime azioni di progetto sulla testa dei pali sia in compressione che in trazione. La ripartizione dell'azione verticale R z avviene mediante l'equilibrio dei momenti del sistema di fondazione adottato. N = ((R z /2)*i s )/i p = ((1422/2)*2,50)/3,60 = 494 kn Azione assiale di compressione di progetto: E d,c = N + P sol /4 = /4 = 565 kn Azione assiale di trazione di progetto: E d,t = -N + P p + P sol /4 = /4 = -272 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 8/34

9 Verifiche di Portanza del palo in compressione R d,c ed in trazione R d,t Il calcolo della portanza Rd del sistema terreno più palo di fondazione avviene tramite le indicazioni di paragrafi e delle NTC Il calcolo avviene tramite l'approccio 2. Portata alla base Pb per terreni coesivi in condizioni non drenate Pb = σ v + 9*Cu dove: σ v = tensione litostatica terreno alla base Cu = coesione non drenata Ovviamente tale contributo è nullo in caso di palo in trazione. Portata laterale Pl in terreni coesivi è data da: Pl = α*cu*sl dove: α = coefficiente adimensionale di portanza Cu = coesione non drenata Sl = superficie laterale del palo Si riportano di seguito il calcolo delle portanze e le relative verifiche (GEO). Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 9/34

10 CALCOLO PORTANZA IN COMPRESSIONE Verifica GEO in Compressione: E d,c = 565 kn < R d,c = 638 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 10/34

11 CALCOLO PORTANZA IN TRAZIONE Verifica GEO in Trazione: E d,t = 272 kn < R d,t = 475 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 11/34

12 Verifiche della sezione del palo Φ80 a pressoflessione e tensoflessione Dal calcolo con elaboratore elettronico si ricava per la combinazione sismica il massimo valore di sforzo orizzontale agente sulla testa di ciascuno dei 4 pali da 80 cm di diametro. H = T/4 = 608/4 = 152 kn Come schema di calcolo si adotta un palo completamente infisso in terreno coesivo con la testa incastrata alla soletta di fondazione e quindi impedita di ruotare, soggetta in sommità all'azione orizzontale H che determina lungo il fusto de palo una distribuzione di momento flettente con valore massimo in sommità. Per valutare il momento indotto sul palo dall azione orizzontale si determina la lunghezza elastica λ tramite la seguente relazione (Rif: Micropali Pali di fondazione Eugenio Ceroni Ed. Dario Flaccovio Editore 2005): λ = ((4*E*J)/(K h *D))^0.25 per K h = 0,5 Kg/cm 3 (valore minimo); D = 80 cm; J = π D^4 / 64 = cm 4 ; E = dan/cm 2. λ = 495 cm = 4,95 m Dato lo schema strutturale adottato il massimo valore del momento flettente è dato dalla seguente espressione: M = (H *λ)/2 = (152*4.95)/2 = 376 knm Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 12/34

13 Con il massimo momento flettente calcolato ed i valori massimi di compressione e trazione dei carichi verticali assiali in precedenza determinati si conducono le verifiche di resistenza allo S.L.U. a presso-flessione e tenso-flessione della sezione del palo da 80 cm di diametro. a) Verifica a presso-flessione: Caratteristiche di sollecitazione: M = 376 knm N = 565 kn Caratteristiche della sezione: - diametro: Φ80 cm; - calcestruzzo classe: C25/30; - ferro: B450C; - armatura: 10Φ20 correnti + 4Φ20 monconi; - copriferro: c = 5 cm asse ferro. Valori limiti: Mrd = 745,5 knm Nrd = 1120,2 kn N/Nrd = 0,5044 (Sezione verificata) dominio di resistenza Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 13/34

14 b) Verifica a tenso-flessione: Caratteristiche di sollecitazione: M = 376 knm N = -272 kn Caratteristiche della sezione: - diametro: Φ80 cm; - calcestruzzo classe: C25/30; - ferro: B450C; - armatura: 10Φ20 correnti + 4Φ20 monconi; - copriferro: c = 5 cm asse ferro. Valori limiti: Mrd = 439,7 knm Nrd = -318 kn N/Nrd = 0,8552 (Sezione verificata) dominio di resistenza Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 14/34

15 2) Palo di diametro Φ60 cm e lunghezza L =12 m Dal calcolo con elaboratore elettronico si ricavano le massime azioni trasmesse dalle strutture in acciaio sulle fondazioni. Per la tipologia oggetto del presente studio si determinano in corrispondenza dei nodi 282, 318, 321 nella combinazione sismica n 12 (modello di calcolo 4). R z = 1136 kn (forza verticale); T = R x = 471,21 + 6,73 + 6,91 = 484,85 kn (forza orizzontale). I contributi dei momenti flettenti alla base degli elementi in acciaio sono trascurabili. Si devono inoltre considerare anche i carichi permanenti dati dal peso della soletta di fondazione e dei pali stessi: Peso della soletta di fondazione: P sol = (5,00*3,00*0,60)*2500 = dan Peso del palo: P p = (A b *L)*γ cls = (0,2827*12)*2500 = 8481 dan Carichi assiali massimi sul palo in compressione (E d,c ) ed in trazione(e d,t ) Dato lo schema strutturale sopra riportato si ricavano le massime azioni di progetto sulla testa dei pali sia in compressione che in trazione. La ripartizione dell'azione verticale R z avviene mediante l'equilibrio dei momenti del sistema di fondazione adottato. N = ((R z /2)*i s )/i p = ((1136/2)*2,50)/3,80 = 374 kn Azione assiale di compressione di progetto: E d,c = N + P sol /4 = /4 = 430 kn Azione assiale di trazione di progetto: E d,t = -N + P p + P sol /4 = /4 = -233 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 15/34

16 Verifiche di Portanza del palo in compressione R d,c ed in trazione R d,t Il calcolo della portanza Rd del sistema terreno più palo di fondazione avviene tramite le indicazioni di paragrafi e delle NTC Il calcolo avviene tramite l'approccio 2. Portata alla base Pb per terreni coesivi in condizioni non drenate Pb = σ v + 9*Cu dove: σ v = tensione litostatica terreno alla base Cu = coesione non drenata Ovviamente tale contributo è nullo in caso di palo in trazione. Portata laterale Pl in terreni coesivi è data da: Pl = α*cu*sl dove: α = coefficiente adimensionale di portanza Cu = coesione non drenata Sl = superficie laterale del palo Si riportano di seguito il calcolo delle portanze e le relative verifiche (GEO). Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 16/34

17 CALCOLO PORTANZA IN COMPRESSIONE Verifica GEO in Compressione: E d,c = 430 kn < R d,c = 456 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 17/34

18 CALCOLO PORTANZA IN TRAZIONE Verifica GEO in Trazione: E d,t = 233 kn < R d,t = 356 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 18/34

19 Verifiche della sezione del palo Φ60 a pressoflessione e tensoflessione Dal calcolo con elaboratore elettronico si ricava per la combinazione sismica il massimo valore di sforzo orizzontale agente sulla testa di ciascuno dei 4 pali da 60 cm di diametro. H = T/4 = 484,85/4 = 121,21 kn Come schema di calcolo si adotta un palo completamente infisso in terreno coesivo con la testa incastrata alla soletta di fondazione e quindi impedita di ruotare, soggetta in sommità all'azione orizzontale H che determina lungo il fusto de palo una distribuzione di momento flettente con valore massimo in sommità. Per valutare il momento indotto sul palo dall azione orizzontale si determina la lunghezza elastica λ tramite la seguente relazione (Rif: Micropali Pali di fondazione Eugenio Ceroni Ed. Dario Flaccovio Editore 2005): λ = ((4*E*J)/(K h *D))^0.25 per K h = 0,5 Kg/cm 3 (valore minimo); D = 60 cm; J = π D^4 / 64 = cm 4 ; E = dan/cm 2. λ = 400 cm = 4,00 m Dato lo schema strutturale adottato il massimo valore del momento flettente è dato dalla seguente espressione: M = (H *λ)/2 = (121,21*4.00)/2 = 242 knm Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 19/34

20 Con il massimo momento flettente calcolato ed i valori massimi di compressione e trazione dei carichi verticali assiali in precedenza determinati si conducono le verifiche di resistenza allo S.L.U. a presso-flessione e tenso-flessione della sezione del palo da 60 cm di diametro. a) Verifica a presso-flessione: Caratteristiche di sollecitazione: M = 242 knm N = 430 kn Caratteristiche della sezione: - diametro: Φ60 cm; - calcestruzzo classe: C25/30; - ferro: B450C; - armatura: 8Φ20 correnti + 4Φ20 monconi; - copriferro: c = 5 cm asse ferro. Valori limiti: Mrd = 397,7 knm Nrd = 706,7 kn N/Nrd = 0,6084 (Sezione verificata) dominio di resistenza Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 20/34

21 b) Verifica a tenso-flessione: Caratteristiche di sollecitazione: M = 242 knm N = -233 kn Caratteristiche della sezione: - diametro: Φ60 cm; - calcestruzzo classe: C25/30; - ferro: B450C; - armatura: 8Φ20 correnti + 4Φ20 monconi; - copriferro: c = 5 cm asse ferro. Valori limiti: Mrd = 270,0 knm Nrd = -259,9 kn N/Nrd = 0,8964 (Sezione verificata) dominio di resistenza Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 21/34

22 3) Palo di diametro Φ60 cm e lunghezza L =8 m Dal calcolo con elaboratore elettronico si ricavano le massime azioni trasmesse dalle strutture in acciaio sulle fondazioni. Per la tipologia oggetto del presente studio si determinano in corrispondenza dei nodi 276, 314, 317 nella combinazione sismica n 11 (modello di calcolo 4). R z = 778 kn (forza verticale); Non si riporta il valore massimo dell'azione tagliante sulla testa dei pali in quanto saranno dotati della stessa armatura dei pali Φ60 cm con lunghezza L = 12 m. I contributi dei momenti alla base degli elementi in acciaio sono trascurabili. Si devono inoltre considerare anche i carichi permanenti dati dal peso della soletta di fondazione e dei pali stessi: Peso della soletta di fondazione: P sol = (5,00*3,00*0,60)*2500 = dan Peso del palo: P p = (A b *L)*γ cls = (0,2827*8)*2500 = 5654 dan Carichi assiali massimi sul palo in compressione (E d,c ) ed in trazione(e d,t ) Dato lo schema strutturale sopra riportato si ricavano le massime azioni di progetto sulla testa dei pali sia in compressione che in trazione. La ripartizione dell'azione verticale R z avviene mediante l'equilibrio dei momenti del sistema di fondazione adottato. N = ((R z /2)*i s )/i p = ((778/2)*2,50)/3,80 = 256 kn Azione assiale di compressione di progetto: E d,c = N + P sol /4 = /4 = 313 kn Azione assiale di trazione di progetto: E d,t = -N + P p + P sol /4 = /4 = -143 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 22/34

23 Verifiche di Portanza del palo in compressione R d,c ed in trazione R d,t Il calcolo della portanza Rd del sistema terreno più palo di fondazione avviene tramite le indicazioni di paragrafi e delle NTC Il calcolo avviene tramite l'approccio 2. Portata alla base Pb per terreni coesivi in condizioni non drenate Pb = σ v + 9*Cu dove: σ v = tensione litostatica terreno alla base Cu = coesione non drenata Ovviamente tale contributo è nullo in caso di palo in trazione. Portata laterale Pl in terreni coesivi è data da: Pl = α*cu*sl dove: α = coefficiente adimensionale di portanza Cu = coesione non drenata Sl = superficie laterale del palo Si riportano di seguito il calcolo delle portanze e le relative verifiche (GEO). Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 23/34

24 CALCOLO PORTANZA IN COMPRESSIONE Verifica GEO in Compressione: E d,c = 313 kn < R d,c = 347 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 24/34

25 CALCOLO PORTANZA IN TRAZIONE Verifica GEO in Trazione: E d,t = 143 kn < R d,t = 266 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 25/34

26 4) Palo di diametro Φ50 cm e lunghezza L =8 m Dal calcolo con elaboratore elettronico si ricavano le massime azioni trasmesse dalle strutture in acciaio sulle fondazioni. Per la tipologia oggetto del presente studio si determinano in corrispondenza dei nodi 261, 264, 269 nella combinazione sismica n 6 (modello di calcolo 4). R z = 366 kn (forza verticale); T = R x = 259,07 + 2,92 + 2,92 = 264,91 kn (forza orizzontale). I contributi dei momenti flettenti alla base degli elementi in acciaio sono trascurabili. Si devono inoltre considerare anche i carichi permanenti dati dal peso della soletta di fondazione e dei pali stessi: Peso della soletta di fondazione: P sol = (4,50*2,50*0,60)*2500 = dan Peso del palo: P p = (A b *L)*γ cls = (0,1963*8)*2500 = 3927 dan Carichi assiali massimi sul palo in compressione (E d,c ) ed in trazione(e d,t ) Dato lo schema strutturale sopra riportato si ricavano le massime azioni di progetto sulla testa dei pali sia in compressione che in trazione. La ripartizione dell'azione verticale R z avviene mediante l'equilibrio dei momenti del sistema di fondazione adottato. N = ((R z /2)*i s )/i p = ((366/2)*2,50)/3,50 = 131 kn Azione assiale di compressione di progetto: E d,c = N + P sol /4 = /4 = 173 kn Azione assiale di trazione di progetto: E d,t = -N + P p + P sol /4 = /4 = -49 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 26/34

27 Verifiche di Portanza del palo in compressione R d,c ed in trazione R d,t Il calcolo della portanza Rd del sistema terreno più palo di fondazione avviene tramite le indicazioni di paragrafi e delle NTC Il calcolo avviene tramite l'approccio 2. Portata alla base Pb per terreni coesivi in condizioni non drenate Pb = σ v + 9*Cu dove: σ v = tensione litostatica terreno alla base Cu = coesione non drenata Ovviamente tale contributo è nullo in caso di palo in trazione. Portata laterale Pl in terreni coesivi è data da: Pl = α*cu*sl dove: α = coefficiente adimensionale di portanza Cu = coesione non drenata Sl = superficie laterale del palo Si riportano di seguito il calcolo delle portanze e le relative verifiche (GEO). Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 27/34

28 CALCOLO PORTANZA IN COMPRESSIONE Verifica GEO in Compressione: E d,c = 173 kn < R d,c = 281 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 28/34

29 CALCOLO PORTANZA IN TRAZIONE Verifica GEO in Trazione: E d,t = 221 kn < R d,t = 49 kn Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 29/34

30 Verifiche della sezione del palo Φ50 a pressoflessione e tensoflessione Dal calcolo con elaboratore elettronico si ricava per la combinazione sismica il massimo valore di sforzo orizzontale agente sulla testa di ciascuno dei 4 pali da 50 cm di diametro. H = T/4 = 264,91/4 = 66,23 kn Come schema di calcolo si adotta un palo completamente infisso in terreno coesivo con la testa incastrata alla soletta di fondazione e quindi impedita di ruotare, soggetta in sommità all'azione orizzontale H che determina lungo il fusto de palo una distribuzione di momento flettente con valore massimo in sommità. Per valutare il momento indotto sul palo dall azione orizzontale si determina la lunghezza elastica λ tramite la seguente relazione (Rif: Micropali Pali di fondazione Eugenio Ceroni Ed. Dario Flaccovio Editore 2005): λ = ((4*E*J)/(K h *D))^0.25 per K h = 0,5 Kg/cm 3 (valore minimo); D = 50 cm; J = π D^4 / 64 = cm 4 ; E = dan/cm 2. λ = 348 cm = 3,48 m Dato lo schema strutturale adottato il massimo valore del momento flettente è dato dalla seguente espressione: M = (H *λ)/2 = (66,23*3.48)/2 = 117 knm Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 30/34

31 Con il massimo momento flettente calcolato ed i valori massimi di compressione e trazione dei carichi verticali assiali in precedenza determinati si conducono le verifiche di resistenza allo S.L.U. a presso-flessione e tenso-flessione della sezione del palo da 60 cm di diametro. a) Verifica a presso-flessione: Caratteristiche di sollecitazione: M = 117 knm N = 173 kn Caratteristiche della sezione: - diametro: Φ50 cm; - calcestruzzo classe: C25/30; - ferro: B450C; - armatura: 8Φ16 correnti + 4Φ16 monconi; - copriferro: c = 5 cm asse ferro. Valori limiti: Mrd = 197,5 knm Nrd = 292,1 kn N/Nrd = 0,5923 (Sezione verificata) dominio di resistenza Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 31/34

32 b) Verifica a tenso-flessione: Caratteristiche di sollecitazione: M = 117 knm N = -49 kn Caratteristiche della sezione: - diametro: Φ50 cm; - calcestruzzo classe: C25/30; - ferro: B450C; - armatura: 8Φ16 correnti + 4Φ16 monconi; - copriferro: c = 5 cm asse ferro. Valori limiti: Mrd = 156,1 knm Nrd = -65,4 kn N/Nrd = 0,7494 (Sezione verificata) dominio di resistenza Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 32/34

33 Verifiche a punzonamento della soletta di fondazione Data la presenza di carichi concentrati sulle solette in c.a. di fondazione, si procede ad una verifica a punzonamento della stessa considerando il carico verticale massimo trasmesso dalla piastra in acciaio con lati b = 400x400 mm posta alla base dei tubolari. Il carico verticale massimo si ottiene in condizioni sismiche in corrispondenza del nodo n 228 nella Combinazione n 6 (modello di calcolo 4) con R z = 1422 kn. Per la definizione del perimetro di piastra efficace ( del D.M. 14/01/2008) a vantaggio di sicurezza si assume che sia distante "d" dall'impronta caricata, con "d" altezza utile della sezione. Poichè la piastra in acciaio si trova vicino al bordo (l = 30 cm), il perimetro efficace non è chiuso e sarà calcolato su 3 lati. La soletta in c.a. è alta 60 cm, per cui l'altezza efficace d = 55 cm. L'area resistente è pari a: A = H * ((2*d+l)+2*(d+b+l)) = 0,6*((2*0,55+0,4)+2*(0,55+0,4+0,3) = = 2,40 m 2 Utilizzando un calcestruzzo classe C25/30, la resistenza caratteristica a trazione è pari a f ctk = 17,95 dan/cmq, da cui si ricava la resistenza di calcolo a trazione introducendo il coefficiente γ c = 1,5 (c. parziale di sicurezza). f ctd = f ctk / γ c = 17,95/1,5 = 11,97 dan/cmq La resistenza al punzonamento per sola resistenza a trazione del calcestruzzo va calcolata con la seguente formula: R punz = 0,5 * A * f ctd = 0,5*2,40*10 4 *11,97 = dan = 1436,4 kn. da cui R z = 1422 kn < R punz = 1436,4 kn (punzonamento verificato) Le solette di fondazione non necessitano di armatura aggiuntiva a punzonamento. Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 33/34

34 7. CONCLUSIONI Per i nuovi telai in acciaio progettati per portare gran parte dell'azione sismica di progetto si adottano fondazioni profonde costituite da n 4 pali al di sotto di ciascuna soletta. Si prevedono le seguenti tipologie di pali per un totale di 60 pali: 1) palo di diametro Φ80 cm e lunghezza L = 12 m; 2) palo di diametro Φ60 cm e lunghezza L = 12 m; 3) palo di diametro Φ60 cm e lunghezza L = 8 m; 4) palo di diametro Φ50 cm e lunghezza L = 8 m. I pali sono armati per tutta la loro lunghezza ed adeguatamente ancorati alla soletta in c.a. di testa. Saranno gettati dal fondo mediante l'ausilio del tubogetto. Per l'edificio esistente in cemento armato prefabbricato non sono previsti interventi in fondazione. Fano, li Il progettista Dott. Ing. Enrico Petrelli Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo S.E: Rodari pag. 34/34

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