COMUNE DI ISCA SULLO IONIO

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1 C:\Laboratorio\Vulnerabilita scuole Badolato\Progetto scuola media Badolato\badolato.gif REV DATA CAUSALE DESCRIZIONE MODIFICA REDATTORE VISTO COMUNE DI ISCA SULLO IONIO AVVISO PUBBLICO PER L'ACCESSO AI FINANZIAMENTI IN MATERIA DI EDILIZIA SCOLASTICA Decreto Legge nr. 104 del convertito con modificazioni dalla Legge nr. 128 del OPERE DI MESSA IN SICUREZZA STRUTTURALE ED EFFICIENTAMENTO ENERGETICO DELLA SCUOLA MEDIA SITA IN VIA CIRCONVALLAZIONE PAPARO NEL COMUNE DI ISCA SULLO IONIO COMUNE DI ISCA SULLO IONIO PROVINCIA DI CATANZARO REGIONE CALABRIA Tavola: Elaborato: Relazione sulle fondazioni Corpo A Livello prog.: ESECUTIVO Il RUP Ing. Giuseppe Sestito Il Progettista e DL Ing. Luca Circosta Il Geologo Visti e approvazioni data: Agosto 2018 codice progetto: LP02/COIS/15

2 RELAZIONE SULLE FONDAZIONI (NTC 2008 CAP. 6 e CIRCOLARE 617/2009 punto C ) OGGETTO: Lavori di adeguamento sismico della scuola media statale del Comune di Isca Sullo Ionio REGIONE: Calabria PROVINCIA: Catanzaro COMUNE: Isca Sullo Ionio TIPOLOGIA STRUTTURALE ELEVAZIONE: telaio in c.a. TIPOLOGIA FONDAZIONI: fondazioni: travi in c.a. NORMATIVA: D.M. 14 gennaio 201 Noe Teihe per le Costuzioi e elativa Ciolae applicativa. COMMITTENTE: AMMINISTRAZIONE COMUNALE DI ISCA SULLO IONIO Generalità. Oggetto della presente relazione è la modellazione geotecnica inerente i lavori di adeguamento sismico della scuola media statale del Comune di Isca Sullo Ionio, in particolare la seguente si riferisce alle struttura di fondazione della sede municipale. Normativa di riferimento. Decreto Ministero delle Infrastrutture e dei trasporti 14 gennaio 2018: Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni. Ciolae espliativa: Istuzioi pe l appliazioe delle Noe Teihe pe le Costuzioi di cui al D.M. 14 gennaio 2018 Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. Caratteristiche generali del sito. Il sito in esame è ubicato nella frazione marina del Comune di Isca sullo Jonio (CZ), ad una quota di circa 17 eti s.l.. L aea di studio ha come riferimento geografico le seguenti coordinate: Coordinate Geograf iche WGS84: Lat. 38, N; Lon 16, E. L aea in esame ricade nel Foglio sez. II oveato della Cata IGM in scala 1: L aea i esae iade el Foglio IV NO at Andrea Apostolo dello Joio della Cata Geologica della Calabria (CasMez in scala 1:25.000).

3 Comune Località Isca Sullo Ionio (CZ) Isca Marina Via Strada V (Edificio Scuola Media) Latitudine 38, Longitudine 16, Nodi Reticolo Cat. Stratigrafica C Stati Prob. Tr Cat. Topografica T1 limite superamento anni Classe d'uso III SLO 81% 45 Coefficiente d'uso (cu) 1,50 SLD 63% 75 Vita nominale (Vn) 50 anni SLV 10% 712 Periodo di rif. (Vr) 75 anni SLC 5% 1462

4 Modello geotecnico del sottosuolo Il odello geoteio del sottosuolo dell aea è stato defiito sulla ase delle idagii eseguite i sito e meglio descritte nella relazione geologica allegata. Nei calcoli è stato assunto il seguente modello geotecnico: STRATIGRAFIA NATURALE MEDIA AL PIANO CAMPAGNA Strato Spess. (m) Gamma (t/m³) Gamma Saturo (t/m³) Fi ( ) cu/c (Kg/cm²) Ed (Kg/cm²) Ey (Kg/cm²) G0 (Mpa) Modulo Poisson Nspt Vs (m/s) L1a L1b L2a L2b > L2c Rif 600 L3a > > >400 > Rif. 950 Fi = angolo di attrito;c = coesione; cu = coesione non drenata; Ed = Modulo edometrico; Ey Modulo elastico; G0 = modulo di taglio; Nspt = numero di colpi prova SPT; Vs = velocità delle onde S. Complesso strutturale fondazione-terreno Opere di fondazione Dall aalisi dei isultati delle idagii geogostihe, i osideazioe della statigafia del teeo, delle caratteristiche geomeccaniche del terreno e dei carichi trasmessi sul terreno dalle strutture, si assume quanto segue: non occorre procedere ad interventi di consolidamento del terreno, ne tantomeno ad opere di adeguamento pesanti delle fondazioni esistenti. Le fondazioni esistenti trovano sedime a circa

5 1.20 m dal piano di campagna. Esse sono costituite da un graticcio di travi rovesce in c.a. aventi sezione 40x120. Le travi di fondazione sono basate su uno zoccolo di calcestruzzo non armato dello spessore pari a 30 cm, molto probabilmente realizzato per migliorare le caratteristiche portanti del terreno sottostante. Si è deciso in fase progettuale di inserire delle piastre di fondazione in corrispondenza dei setti in c.a. in modo da distribuire in maniera più efficace il carico trasmesso da tali strutture in elevazione. Maggiori dettagli sono riportati negli elaborati grafici esecutivi allegati. Modellazione di calcolo: La odellazioe è eseguita o le teoie dell elastiità, ioè le stuttue fondali saranno elementi elastii i suolo elastio. L iteazioe suolo-struttura è considerata schematizzando il terreno come un letto di molle elastiche indipendenti (modello alla Winkler); molle verticali, orizzontali e rotazionali. Le azioni (statiche e sismiche) saranno quelle provenienti dalla sovrastruttura, mettendo in conto sia l azioe ieziale he la sovastuttua fa sulla fodazioe he uella ieatia dovuta alla deformazione del terreno durante il sisma. Il calcolo della portanza si può effettuare con uno qualsiasi dei metodi consolidati in letteratura. Nel nostro caso: - il meccanismo di rottura per una fondazione superficiale fornito da Brinch-Hansen in condizioni drenate e non drenate.

6 Combinazione delle azioni per i vari tipi di verifica Le azioni (statiche e sismiche) saranno quelle provenienti dalla sovrastruttura. Le azioni saranno combinate per individuare la situazione più gravosa ed effettuare le conseguenti verifiche. stati limite ultimi (SLU): Combinazione fondamentale statica γg G+γG G+γP P+γQ Qk+γQ ψ Qk+γQ ψ Qk+ =Ed (per qlim statica; confronto!!tra Ed e Rd) stati limite di esercizio (SLE) irreversibili -verifiche alle tensioni ammissibili: Combinazione caratteristica G1+G+P+Qk+ψ Qk+ψ Qk+.. stati limite di esercizio statici (SLE) reversibili (cedimenti immediati): Combinazione frequente G+G+P+ψ Qk+ψ Qk+ψ Qk+ stati limite di esercizio statici(sle) (cedimenti a lungo termine) Combinazione quasi permanente G1+G2+P+ψ Qk+ψ Qk+ψ Qk+ stati limite ultimi (qlim sismica) SLV e di esercizio (cedimenti sismici)sld E+G+G+P+ψ Qk+ψ Qk+ Combinazione sismica Identificazione degli stati limite di progetto in condizioni statiche e in condizioni sismiche. Le verifiche sia in condizioni statiche che in condizioni sismiche fanno riferimento agli SL riportati nella tabella seguente, precisando che in presenza di azione sismica si considerano verificati per le NTC 2008 gli SLU utilizzando lo stato limite SLV (qlim sismica) e gli SLE utilizzando SLD (cedimenti sismici).

7 EQU - pedita di euiliio della stuttua, del teeo o dell isiee teeo-struttura, considerati come corpi rigidi; STR - raggiungimento della resistenza degli elementi strutturali, compresi gli elementi di fondazione; GEO raggiungimento della resistenza del terreno interagente con la struttura con sviluppo di eaisi di ollasso dell isiee teeo-struttura; ULP perdita di equilibrio della struttura o del terreno, dovuta alla sottospita dell aua (galleggiamento); HYD - erosione e sifonamento del terreno dovuta a gradienti idraulici. Nel nostro caso si ha: Verifiche SLU Le verifiche devono essere effettuate almeno nei confronti dei seguenti stati limite ultimi: SLU di tipo geotecnico (GEO) scorrimento sul piano di posa; ollasso pe aio liite dell isiee fodazioe-terreno; in caso di opera su pendio, verifica di stabilità del pendio ante e post operam SLU di tipo strutturale (STRU) raggiungimento della resistenza negli elementi strutturali di fondazione e di elevazione Verifiche UPL e HYD : non si prevedono fenomeni di galleggiamento o di sifonamento. Per ciascun tipo di verifica SLU (EQU, STRU E GEO) si deve verificare che Rd > Ed con: Rd: grandezza resistente Ed: grandezza sollecitante

8 Dai tabulati di calcolo si evince che tutte le verifiche sono soddisfatte. Verifiche SLE Gli stati limite di esercizio si riferiscono al raggiungimento di valori critici dei cedimenti che possono compromettere la funzioalità dell opea. I parametri geotecnici di deformabilità saranno quelli del modello geotecnico. Bisogeà veifiae he l etità di uesti edieti è opatiile o la fuzioalità dell opea. Approcci progettuali Le verifiche devono essere effettuate almeno nei confronti dei seguenti stati limite, accertando che la condizione [6.2.1] sia soddisfatta per ogni stato limite considerato: - SLU di tipo geotecnico (GEO) - ollasso pe aio liite dell isiee fodazioe-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, analogamente a quanto previsto nel 6.8, secondo la Combinazione 2 A+M+R dell Appoio, teedo oto dei oeffiieti paziali riportati nelle Tabelle 6.2.I e 6.2.II per le azioni e i parametri geotecnici e nella Tab. 6.8.I per le resistenze globali. Le rimanenti verifiche devono essere effettuate applicando la combinazione (A1+M1+R3) di coefficienti parziali prevista dall Appoio, teedo oto dei valoi dei oeffiieti paziali riportati nelle Tabelle 6.2.I, 6.2.II e 6.4.I. Nelle verifiche nei confronti di SLU di tipo strutturale (STR), il coefficiente ɣr non deve essere portato in conto. Analisi L aalisi seodo la oiazioe uia, si traduce nella seguente combinazione dei coefficienti da utilizzare per passare dai valori caratteristici ai valori di progetto delle varie grandezze:

9 DATI GENERALI C O E F F I C I E N T I P A R Z I A L I G E O T E C N I C A T A B E L L A M1 T A B E L L A M2 Tangente Resist. Taglio 1,00 Peso Specifico 1,00 Coesione Efficace (c'k) 1,00 Resist. a taglio NON drenata (cuk) 1,00 Tipo Approccio Combinazione Unica: (A1+M1+R3) Tipo di fondazione Superficiale COEFFICIENTE R1 COEFFICIENTE R2 COEFFICIENTE R3 Capacita' Portante 2,30 Scorrimento 1,10 Resist. alla Base 1,15 Resist. Lat. a Compr. 1,15 Resist. Lat. a Traz. 1,25 Carichi Trasversali 1,30 Fattore di correlazione CSI per il calcolo di Rk pali 1,00 A1 e A2 sono i coefficienti parziali da applicare alle azioni caratteristiche (eventualmente già combinate), M1 ed M2 sono i coefficienti parziali da applicare ai parametri geotecnici del terreno e R1, R2 ed R3 sono i coefficienti parziali da applicare alle resistenze caratteristiche; secondo le seguenti tabelle estratte da NTC 2018:

10 Capacità portante di fondazioni superficiali Nel caso di fondazione diretta, si assume quale carico limite che provoca la rottura del terreno di fondazione quello espresso dalla formula di Brinch-Hansen. Tale formula fornisce il valore della pressione media limite sulla superficie d'impronta della fondazione, eventualmente parzializzata in base all'eccentricità. Esiste un tipo di pressione limite a lungo termine, in condizioni drenate, e un altro a breve termine in eventuali condizioni non drenate. Le espressioni complete utilizzate sono le seguenti: 1 q lim = q Nq Yq iq dq bq gq sq + c Nc Yc ic dc bc gc sc + G Ng Yg ig bg sg 2 dove Caratteristiche geometriche della fondazione: q = carico sul piano di fondazione B = lato minore della fondazione L = lato maggiore della fondazione D = profondità della fondazione = inclinazione base della fondazione G = peso specifico del terreno = larghezza di fondazione ridotta = B - 2 eb L' = lunghezza di fondazione ridotta = L - 2 el Caratteristiche di carico sulla fondazione: H = risultante delle forze orizzontali N = risultante delle forze verticali eb = eccentricità del carico verticale lungo B el = eccentricità del carico verticale lungo L FhB = forza orizzontale lungo B FhL = forza orizzontale lungo L Caratteristiche del terreno di fondazione:

11 = inclinazione terreno a valle c = cu = coesione non drenata (condizioni U) = = coesione drenata (condizioni D) = peso specifico apparente (condizioni U) = = peso specifico sommerso (condizioni D) = 0 = angolo di attrito interno (condizioni U) = = angolo di attrito interno (condizioni D) Fattori di capacità portante: tan 2 Nq ( )exp( tan) (Prandtl-Caquot-Meyerhof) 4 2 Ng 2( Nq1)tan (Vesic) Nc Nq1 in condizioni D (Reissner-Meyerhof) tan Nc 5,14 in condizioni U Indici di rigidezza (condizioni D): G Ir = indice di rigidezza c' q'tan q ' = pressione litostatica efficace alla profondità E G = modulo elastico tangenziale 2(1 ) B D 2 E = modulo elastico normale =coefficiente di Poisson B 3,3 0,45 1 Icr exp 2 L = indice di rigidezza critico ' tan(45 ) 2 Coefficienti di punzonamento (Vesic): B 3,07sin 'log(2 Ir) Yq Yg exp 0,6 4,4 tan' in condizioni drenate, per Ir Icr L 1 sin'

12 1Yq Yc Yq Nqtan' Coefficienti di inclinazione del carico (Vesic): 1 H ig N B Lc' cotang ' m1 essendo: 1 H iq N BLc' cot ' 1iq ic iq Nctan' in condizioni D mh ic 1 BLcuNc in condizioni U m 2 m mbcos mlsin L' 2 ' B L 2 mb ml ' ' L B ' 1 1 L' 2 tan 1 FhB FhL Coefficienti di affondamento del piano di posa (Brinch-Hansen): 2 D dq 12tan(1 sin ) arctg pe D > B dq D 2 12 tan(1 sin ) per D B 1dq dc dq Nctan in condizioni D D dc 10,4arc tan pe D > B i odizioi U D dc 10,4 per D B i odizioi U Coefficienti di inclinazione del piano di posa: bg exp( 2,7 tan) bc bqexp( 2 tan) in condizioni D bc 1 in condizioni U 147

13 bq 1 in condizioni U) Coefficienti di inclinazione del terreno di fondazione: gc gq 10,5tan in condizioni D gc 1 in condizioni U 147 gq 1 in condizioni U Coefficienti di forma (De Beer): sg 10,4 L' sq 1 tan L ' sc 1 L' Nq Nc L azioe del sisa si tadue i aeleazioi el sottosuolo effetto ieatio e ella fodazioe, pe l azioe delle foze d iezia geeate ella stuttua i elevazioe effetto ieziale. Tali effetti possoo essee potati i oto ediate l itroduzione di coefficienti sismici rispettivamente denominati Khi e Igk, il primo definito dal rapporto tra le componenti orizzontale e vetiale dei aihi tasessi i fodazioe ed il seodo fuzioe dell aeleazioe assia attesa al sito. L effetto inerziale produce variazioni di tutti i coefficienti di capacità portante del carico limite in funzione del coefficiente sismico Khi e viene portato in conto impiegando le formule comunemente adottate per calcolare i coefficienti correttivi del carico limite in funzione dell iliazioe, ispetto alla vetiale, del aio agete sul piao di posa. Nel aso i ui sia stato attivato il flag per tener conto degli effetti cinematici il valore Igk modifica invece il solo coefficiente Ng; il fattore Ng viene ifatti oltipliato sia pe il oeffiiete oettivo dell effetto ieziale, sia pe il oeffiiete oettivo pe l effetto ieatio. Verifiche allo stato limite di danno delle fondazioni superficiali La verifica consiste nel controllare che la componente permanente degli spostamenti indotti dal sisma sia compatibile con la prestazione SLD della sovrastruttura.

14 Per determinare gli spostamenti permanenti post-sisma nel terreno si effettua una analisi non lineare del sistema fondazione-terreno modellando il terreno con un sistema di molle con legame costitutivo P-Y di tipo iperbolico, mediante le seguenti formule: essendo: u p( u) 1 E u s p u - p(u) : pressione di contatto - u: cedimento non lineare - Es: rigidezza tangente all'origine del terreno valutato come ue/p ovvero come rapporto del cedimento elastico istantaneo e la pressione di contatto che lo provoca - pu: pressione ultima del terreno valutato per i valori caratteristici del terreno Lo spostamento permanente sarà quindi lo spostamento complessivo depurato della parte reversibile elastica: u r u( p) Tali spostamenti permanenti si determinano quindi come segue: p E s - si implementa il sistema fondazione + terreno non lineare secondo il modello sopra descritto; - si esegue il calcolo non lineare del sistema fondazione-terreno imponendo i carichi dello SLD; - si portano a zero i carichi esterni e si valutano gli spostamenti residui (che sono appunto i cedimenti permanenti SLD cercati). La verifica di compatibilità degli spostamenti viene quindi effettuata dal progettista in funzione delle caratteristiche della struttura e delle prestazioni assegnate ovvero utilizzando un riferimento tecnico riconosciuto dalla NTC 2018 quali UNI EN 2007, FEMA 27X, Circolari applicative, linee guida, et

15 Capacità portante di platee Per potere valutare la portanza delle platee si è implementato un tipo di verifica in cui la fondazione viene modellata per intero (potendo essere costituita, nella forma più generale, da travi rovesce, plinti, pali e platee). In particolare, gli elementi strutturali vengono modellati in campo elastico lineare, mentre il terreno viene modellato come un letto di molle: a) lineari elastiche e non reagenti a trazione per le platee; b) molle non lineari elasto-plastiche non reagenti a trazione per le travi Winkler ed i plinti diretti. Per le molle elastiche delle platee viene calcolato anche il limite elastico, al fine di bloccare il calcolo del moltiplicatore dei carichi qualora venga raggiunto tale limite. Il legame di tipo elastico reagente a sola compressione è ottenuto utilizzando oe igidezza all oigie la ostate di Winkler del terreno. Il modello così ottenuto è in grado di teee i oto dell eteogeeità del teeo i aiea putuale. u tale odello viee uidi odotta u aalisi o lieae a controllo di forza immettendo le forze agenti sulla fondazione. Il calcolo viene interrotto quando le molle delle platee attingono al loro limite elastico o qualora venga raggiunto uno stato di incipiente formazione di cerniere plastiche nelle travi Winkler. In corrispondenza a tali eventi viene calcolato il moltiplicatore dei carichi. I risultati delle verifiche esposte sono riportati nella relazione geotecnica facente parte del progetto esecutivo.