AUTONOMIA IDRICA ISOLA D ELBA LOTTO I: IMPIANTO DI DISSALAZIONE IN LOC. MOLA DA 80 L/S E OPERE ACCESSORIE A TERRA E A MARE

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1 AUTONOMIA IDRICA ISOLA D ELBA LOTTO I: IMPIANTO DI DISSALAZIONE IN LOC. MOLA DA 80 L/S E OPERE ACCESSORIE A TERRA E A MARE PROGETTO DEFINITIVO Relazione tecnica specialistica opere edili strutturali A10 Data 29/05/2017 Codice Budget G G G Codice Commessa AII0116 ARI0075 ARI0076 Centro di Costo AI5318 AR5004 AI5001 L Assistente Progettazione e DL Il Responsabile Operativo Progettazione e DL Il Project Manager Il Responsabile del Progetto Geom. Gabriele Bertoni Ing. Antiniska Marchini Ing. Camillo Palermo Ing. Fabrizio Pacini Il Progettista esterno Dott.Ing. Nicola Croce Il collaboratore esterno Ing. Alessandra Galli Il Dirigente Programmazione e Gestione Investimenti Ing. Fabrizio Pacini

2 Contenuto del documento: 1 RELAZIONE TECNICA ILLUSTRATIVA 2 2 NORMATIVA DI RIFERIMENTO 4 3 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA 5 4 RELAZIONE ILLUSTRATIVA DEI MATERIALI IMPIEGATI 6 5 ANALISI DEI CARICHI 8 6 MODELLO DI CALCOLO 11 7 VERIFICHE DELLE MEMBRATURE CAPANNONE Verifiche di deformabilità Verifiche membrature in acciaio struttura in elevazione Verifiche membrature in c.a Verifiche membrature in calcestruzzo armato (platea serbatoi)

3 1 RELAZIONE TECNICA ILLUSTRATIVA La presente relazione di calcolo riguarda le opere strutturali necessarie per la realizzazione del nuovo dissalatore a servizio dell Isola d Elba. Il fabbricato oggetto dell ampliamento risulta ubicato nel Comune di Capoliveri (LI) (vedi figura 1). Figura 1: vista dell area d intervento L intervento prevede la realizzazione di un fabbricato con struttura a telaio in acciaio e fondazioni a travi rovesce in calcestruzzo armato. In particolare, l edificio è caratterizzato da una pianta rettangolare di dimensioni pari a circa 28 x 58 m. La struttura in elevazione è costituita da colonne in profili HEA340, da travi principali in profili IPE600 e da travi secondarie in profili IPE 500. La suddetta fondazione, sulla quale poggia il nuovo fabbricato in acciaio, è realizzata mediante fondazioni a trave rovescia. La struttura di fondazione si completa con la realizzazione di 5 serbatoi interrati per la raccolta dell acqua, anch essi con struttura in calcestruzzo armato. Il solaio di piano terra è costituito da una soletta in calcestruzzo armato di spessore 20 cm. 2

4 Il manto di copertura è composto da lamiera grecata sandwich, mentre i tamponamenti di facciata sono realizzati mediante pareti in cartongesso con finitura tipo Knauf AQUAPANEL. Il lavoro si completa con la realizzazione di un pozzetto completamente interrato di raccolta delle acque mare ubicato in prossimità della viabilità esistente, a margine della spiaggia di Lido di Capoliveri. Il pozzetto risulta collegato a mare tramite due tubazioni DN500 poste a circa 5,5 metri al di sotto del livello medio mare. La struttura di quest ultimo manufatto è anch essa in c.a. gettato in opera. 3

5 2 NORMATIVA DI RIFERIMENTO Per la valutazione dei carichi si è operato in accordo con il Testo Unico Norme Tecniche per le Costruzioni - D.M. Infrastrutture 14 gennaio Per quanto concerne la verifica delle membrature sono state seguite le prescrizioni del Testo Unico Norme Tecniche per le Costruzioni - D.M. Infrastrutture 14 gennaio 2008 e della Circolare , n.617: "Istruzioni per l'applicazione delle "Nuove norme tecniche per le costruzioni" di cui al D.M Le valutazione della sicurezza a fronte degli eventi sismici è stata condotta in accordo a quanto disposto dal Testo Unico Norme Tecniche per le Costruzioni - D.M. Infrastrutture 14 gennaio 2008 e dalla Circolare , n.617: "Istruzioni per l'applicazione delle "Nuove norme tecniche per le costruzioni" di cui al D.M

6 3 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA E stato adottato come criterio per la misura della sicurezza il metodo agli Stati Limite nel rispetto delle indicazioni previste dalla normativa. 5

7 4 RELAZIONE ILLUSTRATIVA DEI MATERIALI IMPIEGATI Peso proprio calcestruzzo = 2400 dan /m 3 Peso proprio calcestruzzo armato = 2500 dan /m 3 Acciaio per armatura B450C Tensione caratteristica di snervamento f yk = 4500 dan/cm 2 Coefficiente parziale di sicurezza per l acciaio s = 1.15 Tensione di snervamento di calcolo f yd = 3913 dan/cm 2 Deformazione limite a trazione su = 0.01 Deformazione di incipiente snervamento di calcolo syd = Modulo elastico E s = dan/cm 2 Calcestruzzo per c.a. C35/45 Resistenza caratteristica a compressione cubica R ck = 450 dan/cm 2 Resistenza caratteristica a compressione cilindrica f ck = 350 dan/cm 2 Coefficiente parziale di sicurezza per il calcestruzzo c = 1.5 Valor medio della resistenza a trazione f ctm = 32.1 dan/cm 2 Resistenza caratteristica a trazione f ctk = 22.5 dan/cm 2 Modulo elastico istantaneo tangente all origine E c = dan/cm 2 Valor medio della resistenza a trazione per flessione f cfm = 38.5 dan/cm 2 Resistenza caratteristica a trazione per flessione f cfk = 27.0 dan/cm 2 Resistenza di calcolo a trazione f ctd = 15.0 dan/cm 2 Resistenza di calcolo cilindrica f cd = dan/cm 2 Massima tensione di compressione di calcolo cd = dan/cm 2 Deformazione limite in compressione cu = Deformazione di incipiente plasticizzazione in compressione co =

8 Acciaio da carpenteria S275JOH Resistenza di snervamento caratteristica f yk = 2750 dan/cm 2 Peso specifico acciaio = 7850 dan/m 3 Coefficiente di sicurezza per la resistenza delle sezioni M0 = 1.05 Coefficiente di sicurezza all instabilità delle membrature M1 = 1.05 Bulloni classe 8.8 Tensione di rottura bullone f tb = 8000 dan/cm 2 Tensione di snervamento bullone f yb = 6490 dan/cm 2 Coefficiente di sicurezza per la resistenza dei bulloni M2 = 1.25 Acciaio per palancole S270GP Resistenza di snervamento caratteristica f yk = 2700 dan/cm 2 Peso specifico acciaio = 7850 dan/m 3 Coefficiente di sicurezza per la resistenza delle sezioni M0 = 1.05 Coefficiente di sicurezza all instabilità delle membrature M1 =

9 5 ANALISI DEI CARICHI Carichi permanenti strutturali, carichi permanenti non strutturali e sovraccarichi Solaio di copertura in lamiera grecata sandwich Peso proprio lamiera grecata sandwich (G2) = 20 dan/m 2 Controsoffitto (G2) = 30 dan/m 2 Totale = 50 dan/m 2 Carico Neve = 48 dan/m 2 Soppalco con lamiera grecata e soletta collaborante Peso proprio lamiera grecata e soletta in c.a. (G2) = 250 dan/m 2 Pavimentazione e divisori (G2) = 200 dan/m 2 Totale = 450 dan/m 2 Sovraccarico di esercizio = 300 dan/m 2 Solaio di piano terra Pavimentazione (G2) = 100 dan/m 2 Totale = 100 dan/m 2 Sovraccarico di esercizio = 600 dan/m 2 Nota: i carichi permanenti strutturali sono stati considerati mediante il modello agli elemnti finiti impiegato per il calcolo. Azione della neve Zona III, Livorno, a s < 200m slm m = 0.8 Coefficiente di forma q sk = 60 dan/m 2 Carico neve al suolo Q neve = q sk *m= 48 dan/m 2 8

10 Azione del vento Zona 3, Toscana (isole) a s < a 0 = 500 m s.l.m. v b = v b0 = 31 m/s k a = /s p = q b c e c p c d (pressione del vento) q b = 0.5 v 2 b = = N/m 2 = dan/m 2 c t = 1 (coefficiente di topografia) classe di rugosità D, categoria di esposizione I k r = 0.17 z 0 = 0.01 m z min = 2 m c e (z=8.00m) = k 2 r c t ln (z/z 0 ) [7 + c t ln (z/z 0 )] = 2.64 (coefficiente di esposizione) c d = 1 (coefficiente dinamico) c pe = (pareti sopravento), c pe = (pareti sottovento), c pe = (copertura) Parametri per la definizione dell azione sismica Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei diversi stati limite considerati, si definiscono a partire dalla pericolosità sismica di base del sito di costruzione. Essa costituisce l elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche. La pericolosità sismica è definita in termini di accelerazione orizzontale massima attesa a g in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (cat. A), nonché di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad essa corrispondente S e (T), con riferimento a prefissate probabilità di eccedenza P VR, nel periodo di riferimento V R. Ai fini della presente normativa le forme spettrali sono definite, per ciascuna delle probabilità di superamento nel periodo di riferimento P VR, a partire dai valori dei seguenti parametri su sito di riferimento rigido orizzontale: a g = accelerazione orizzontale massima al sito; F 0 = valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale; T * C = periodo di inzio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale. 9

11 Di seguito sono riportati i valori di a g, F 0, T * C, necessari per la determinazione delle azioni sismiche (considerando che il sito dove sorgerà la struttura è nel Comune di Capoliveri (Isola d Elba) e considerando un Tr di 475 anni): a g = 0.05 g, F 0 = 2.88, T * C = s Azione della temperatura Per quanto riguarda l azione termica si è considerata una variazione di temperatura uniforme pari a 15 C su tutti gli elementi strutturali in acciaio. 10

12 6 MODELLO DI CALCOLO Il calcolo delle sollecitazioni è stato effettuato con gli usuali metodi della Scienza delle Costruzioni basati sulla elasticità lineare dei materiali; le verifiche delle sezioni sono state condotte con il metodo agli stati limite. Lo studio della struttura è stato effettuato mediante un modello agli elementi finiti tridimensionale composto da elementi monodimensionali di tipo frame ed elementi bidimensionali tipo shell. La struttura portante è costituita da telaio tridimensionale monopiano con travi e colonne in acciaio. In particolare, le colonne saranno costituite da profili HEA340, le travi principali da profili IPE500 e IPE600 e le travi secondarie da profili IPE 500. Lo schema statico è quello riportato di seguito nelle figure 3 e 4, dove i plinti di fondazione risultano appoggiati su di un letto di molle elastiche con rigidezza tale da simulare il comportamento del terreno. Allo stesso modo, i micropali posti al di sotto dei plinti stessi sono modellati come vincoli cedevoli elasticamente con rigidezza alla traslazione verticale opportuna. Figura 3: modello di calcolo agli elementi finiti 11

13 Figura 4: modello di calcolo agli elementi finiti Figura 5: modello di calcolo agli elementi finiti (vista estrusa) 12

14 I modelli sono stati realizzati con il programma di calcolo Sap 2000 NonLinear Plus v prodotto da Computers and Structures, Inc University Ave, Berkeley, CA 94704, distribuito da Brunetta e Brunetta Engineering s.r.l. Galleria San Marco Pordenone. 13

15 7 VERIFICHE DELLE MEMBRATURE CAPANNONE Per il calcolo delle sollecitazioni sono state considerate le seguenti condizioni di carico elementari: G1 = carichi permanenti strutturali G2 = carichi permanenti non strutturali Q = sovraccarico di esercizio Qn = carico neve Qt = spinta della terra Qvx+ = azione del vento in direzione + X Qvx- = azione del vento in direzione - X Qvy+ = azione del vento in direzione + Y Qvy- = azione del vento in direzione Y T+15 = variazione termica uniforme pari a + 15 C T-15 = variazione termica uniforme pari a - 15 C Ex = sisma in direzione X + 30% sisma in direzione Y Ey = sisma in direzione Y + 30% sisma in direzione X Riportiamo di seguito le immagini relative alle distribuzioni di alcuni dei carichi agenti sulla struttura. Figura 6: distribuzione dei carichi permanenti non strutturali (G2) 14

16 Figura 7: distribuzione dei carichi di esercizio (Q) Figura 8: distribuzione del carico neve (Qn) 15

17 Figura 9: distribuzione della spinta del terreno (Qt) Figura 10: distribuzione del carico vento in direzione +X (Qvx+) 16

18 Figura 11: distribuzione del carico vento in direzione -X (Qvx-) Figura 12: distribuzione del carico vento in direzione +Y (Qvy+) 17

19 Figura 13: distribuzione del carico vento in direzione -Y (Qvy-) Figura 14: distribuzione della variazione termica uniforme positiva (T+15) 18

20 Figura 15: distribuzione della variazione termica uniforme negativa (T-15) Le condizioni di carico elementari sono state combinate secondo le combinazioni previste dalla normativa. Combinazioni impiegate: (1) SLU_fondamentale_Q_T+ => 1.3 G G Q Qn Qt T+ (2) SLU_fondamentale_Q_T- => 1.3 G G Q Qn Qt T- (3) SLU_fondamentale_Qvx+ => 1.0 G Qvx+ (4) SLU_fondamentale_ Qvx- => 1.0 G Qvx- (5) SLU_fondamentale_ Qvy+ => 1.0 G Qvy+ (6) SLU_fondamentale_ Qvy- => 1.0 G Qvy- (7) SLV_sismax => 1.0 G G Ex Qt Q (8) SLV_sismay => 1.0 G G Ey Qt Q (9) SLU_geo => 1.0 G G Q +1.3 Qn Qt (10) SLE_rara_Q => 1.0 G G Q Qn Qt (11) SLE_frequente => 1.0 G G Q Qn Qt (12) SLE_quasi permanente => 1.0 G G Q Qt 19

21 7.1 Verifiche di deformabilità Spostamenti verticali (frecce) Il calcolo degli spostamenti verticali delle membrature è stato eseguito considerando gli elementi come semplici profili in acciaio. In altre parole, la presenza della lamiera grecata è stata considerata come un semplice carico permanente strutturale ed è stato trascurato il suo contributo alla rigidezza flessionale. Quanto sopra asserito risulta valido per tutte le membrature (travi principali IPE600 e travi secondarie IPE500). Figura 16: deformata amplificata del modello di calcolo per combinazione 10 (SLE_rara_Q) Verifica travi secondarie (IPE500) max = 0.63 cm (combinazione SLE_rara_Q) L = cm (luce) 20

22 maxlim = L/250 = 4.46 cm max 2 = 0.22 cm (carichi variabili) L = cm (luce) 2lim = L/300 = 3.72 cm 2 Verifica travi principali (IPE600) max = 0.40 cm (combinazione SLE_rara_Q) L = cm (luce) maxlim = L/400 = 2.31 cm max 2 = 0.12 cm (carichi variabili) L = cm (luce) 2lim = L/500 = 1.85 cm 2 Spostamenti orizzontali Secondo il p.to delle NTC 2008 negli edifici lo spostamento laterale alla sommità delle colonne per le combinazioni caratteristiche delle azioni devono generalmente limitarsi ad una frazione dell altezza della colonna e dell altezza complessiva dell edificio da valutarsi in funzione degli effetti sugli elementi portanti, della qualità del comfort richiesto alla costruzione, delle eventuali implicazioni di una eccessiva deformabilità sul valore dei carichi agenti. In assenza di più precise indicazioni si possono adottare i limiti per gli spostamenti orizzontali indicati nella Tabella 4.2.XI (vedi NTC 2008). Nel caso in oggetto, trattandosi di edificio monopiano, la suddetta Tabella 4.2.XI prescrive uno spostamento orizzontale massimo h/300. Riportiamo di seguito le verifiche: 21

23 Spostamento solaio copertura limite = h/300 = 745/300 = 2.48 cm Spostamento solaio di copertura massimo = 0.43 cm 2.48 cm 7.2 Verifiche membrature in acciaio struttura in elevazione Le verifiche relative agli elementi in acciaio sono state eseguite considerando gli elementi come semplici profili in acciaio. In altre parole, la presenza della lamiera grecata è stata considerata come un semplice carico permanente strutturale ed è stato trascurato il suo contributo alla resistenza. Riportiamo di seguito i diagrammi delle caratteristiche della sollecitazione relativi alle combinazioni di carico più significative. Figura 17: diagramma dello sforzo normale per combinazione 1 (SLU_fondamentale_Q_T+) 22

24 Figura 18: diagramma del momento flettente per combinazione 1 (SLU_fondamentale_Q_T+) Figura 19: diagramma del momento flettente per combinazione 2 (SLU_fondamentale_Q_T-) 23

25 Figura 20: diagramma del momento flettente per combinazione 7 (SLV_sismax) Figura 21: diagramma del momento flettente per combinazione 8 (SLV_sismay) 24

26 Verifiche elementi Riportiamo per esteso le verifiche degli elementi maggiormente impegnati, mentre i risultati globali delle verifiche su tutti gli elementi in acciaio sono riassunti più in seguito mediante tabelle. I risultati delle verifiche condotte per esteso (non per via automatica dal programma) possono fornire risultati più cautelativi in virtù delle ipotesi semplificative fatte. In particolare, nelle verifiche di stabilità, può esser stata cautelativamente considerata una lunghezza di libera inflessione maggiore. 25

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28 27

29 28

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31 N M1 min f yk A LT f yk M eqx M1 W plx 1 N N crx M eqy M N f yk W ply 1 N cry 30

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34 Riportiamo di seguito la tabella riassuntiva delle verifiche di resistenza e stabilità relative alle membrature in acciaio. Verifica soddisfatta quando Ratio 1. 33

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41 Verifiche collegamenti Riportiamo per esteso le verifiche dei collegamenti tra le membrature in acciaio e tra le membrature in acciaio e calcestruzzo armato. 40

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53 7.3 Verifiche membrature in c.a. Riportiamo di seguito la distribuzione delle caratteristiche della sollecitazione negli elementi in c.a. relative alle combinazioni di carico più significative. Figura 22: distribuzione del momento flettente longitudinale (M11) per combinazione 2 (SLU_fondamentale_Q_T-) Figura 23: distribuzione del momento flettente trasversale (M22) per combinazione 2 (SLU_fondamentale_Q_T-) 52

54 Figura 24: distribuzione del momento flettente nelle travi rovesce per combinazione 2 (SLU_fondamentale_Q_T-) Verifiche elementi Riportiamo per esteso le verifiche degli elementi in calcestruzzo armato maggiormente sollecitati. 7.3 Verifiche membrature in calcestruzzo armato (platea serbatoi) Platea in c.a. spessore 30 cm Armatura superiore: 16/20cm in entrambe le direzioni Armatura inferiore: 16/20cm in entrambe le direzioni Verifica a flessione SLU M= dancm/m (momento flettente massimo per combinazione SLU_fondamentale_Q_T-) 53

55 Verifiche a flessione (Stato limite delle tensioni di esercizio) La tensione limite del calcestruzzo per combinazione rara è 0.60 f ck =210 dan/cm 2 La tensione limite dell acciaio per combinazione rara è 0.80 f yk = 3600 dan/cm 2 M= dancm/m (momento flettente massimo per combinazione SLE_rara_Q) 54

56 Verifiche allo Stato limite di apertura delle fessure (SLE) Combinazione quasi permanente Sollecitazioni di calcolo: M slequasi permanente = knm/m per combinazione (SLE_quasi permanente) Momento di prima fessurazione: M f = knm/m > M slequasipermanente = knm/m => quindi non si ha la formazione di fessure. Combinazione frequente Sollecitazioni di calcolo: M slefrequente = knm/m per combinazione (SLE_frequente) Momento di prima fessurazione: M f = knm/m > M slefrequente = knm/m => quindi non si ha la formazione di fessure. 55

57 Setti in c.a. spessore 30 cm Armatura interna: 12/20cm in entrambe le direzioni Armatura esterna: 12/20cm in entrambe le direzioni Verifica a presso-flessione SLU N=3600 dan/m (sforzo normale massimo per combinazione SLU_fondamentale_Q_T-) M= dancm/m (momento flettente massimo per combinazione SLU_fondamentale_Q_T-) Verifiche a presso-flessione (Stato limite delle tensioni di esercizio) La tensione limite del calcestruzzo per combinazione rara è 0.60 f ck =210 dan/cm 2 La tensione limite dell acciaio per combinazione rara è 0.80 f yk = 3600 dan/cm 2 M= dancm/m (momento flettente massimo per combinazione SLE_rara_Q) 56

58 Verifiche allo Stato limite di apertura delle fessure (SLE) Combinazione quasi permanente Sollecitazioni di calcolo: M slequasi permanente = knm/m per combinazione (SLE_quasi permanente) Momento di prima fessurazione: M f = knm/m > M slequasipermanente = knm/m => quindi non si ha la formazione di fessure. Combinazione frequente Sollecitazioni di calcolo: M slefrequente = knm/m per combinazione (SLE_frequente) Momento di prima fessurazione: M f = knm/m > M slefrequente = knm/m => quindi non si ha la formazione di fessure. 57

59 Travi rovesce Armatura superiore: 6 16 Armatura inferiore: 6 16 Staffe 8/20 cm agli appoggi, staffe 8/30 cm in campata Verifica a flessione SLU M= dancm (momento flettente massimo positivo per combinazione SLU_fondamentale_Q_T-) M= dancm (momento flettente massimo negativo per combinazione SLU_fondamentale_Q_T-) 58

60 Verifica a taglio Verifiche a flessione (Stato limite delle tensioni di esercizio) La tensione limite del calcestruzzo per combinazione rara è 0.60 f ck =210 dan/cm 2 La tensione limite dell acciaio per combinazione rara è 0.80 f yk = 3600 dan/cm 2 M= dancm (momento flettente massimo positivo per combinazione SLE_rara_Q) 59

61 M= dancm (momento flettente massimo negativo per combinazione SLE_rara_Q) 60

62 Il Progettista Ing. Nicola Croce 61