PROVINCIA DI PISTOIA COMUNE DI QUARRATA

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2 PROVINCIA DI PISTOIA COMUNE DI QUARRATA Realizzazione nuova passerella ciclo pedonale sul fosso quadrelli in corrispondenza del ponte sulla S.P. N. 6 Quarrata/Ponte alla trave. SOMMARIO RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE Relazione generale illustrativa dell opera Normativa di riferimento Descrizione dei modelli strutturali 1) Impalcato passerella ciclo-pedonale 2) Spalle di appoggio passerella ciclo-pedonale 3) Struttura in alveo Valutazione della sicurezza e delle prestazioni della struttura RELAZIONE SUI MATERIALI PIANO DI MANUTENZIONE DELLE STRUTTURE Pag. 1

3 RELAZIONE GENERALE ILLUSTRATIVA DELL OPERA Il progetto consiste nella realizzazione di una nuova passerella ciclo-pedonale in affiancamento alla viabilità provinciale S.P. n.6 Quarrata-Ponte alla Trave in corrispondenza del ponte sul fosso Quadrelli (località Olmi). L inserimento di tale struttura oltre a permettere l attraversamento del fosso quadrelli in sicurezza di cicli e pedoni (togliendoli dalla viabilità ordinaria), consente un lieve allargamento della sede stradale esistente (circa 1 ml), ospitandone zanella laterale e porzione della banchina. La struttura portante della passerella è costituita dalle due spalle di appoggio realizzate in c.a. con fondazioni profonde (micropali) in corrispondenza dei rilevati arginali e dall impalcato con tre travi prefabbricate in c.a.p (cm 40 x cm 70) collegate e rese solidali da una soletta in c.a. di sp. 25 cm. La struttura appena descritta risulterà completamente indipendente (rispetto alle azioni sismiche) dalla struttura del ponte stradale esistente. Di seguito sono indicate nel dettaglio le principali dimensioni della passerella ciclopedonale ed i pesi specifici dei materiali utilizzati. Dati Tecnici: Dimensioni travi in c.a.p. = 40 cm x 70cm Spessore soletta ripartizione = 25 cm Interasse longitudinale appoggi (Luce di calcolo passerella) = m Lunghezza retro trave = 20 cm Larghezza totale soletta = 3.15 m Interasse trasversale appoggi (Luce max di calcolo soletta) = 1.05 m Peso specifico calcestruzzo armato = kg/mc Peso specifico terreno = kg/mc Foto stato attuale Pag. 2

4 Sezione trasversale passerella ciclo-pedonale Pag. 3

5 Il progetto prevede inoltre la realizzazione di una struttura in c.a. che è costituita da un elemento scatolare, con funzioni di rinforzo e contenimento del rilevato arginale in corrispondenza delle nuove rampe di accesso a valle della passerella. In sostanza per un tratto di circa ml 5 (a valle della nuova passerella ciclo-pedonale) si realizzano due setti in c.a., per il contenimento delle due sponde del fosso, collegati tra loro a livello delle fondazioni con una platea continua che attraversa trasversalmente il fosso al di sotto della quota di fondo alveo. Di seguito sono indicate nel dettaglio le principali dimensioni della passerella ciclopedonale ed i pesi specifici dei materiali utilizzati. Dati Tecnici: Altezza setti murari in c.a. = 4.0 m Spessore setti murari in c.a. = 35 cm Larghezza elemento scatolare = 5.0 m Spessore platea di fondazione = 40 cm Sezione trasversale scatolare a sostegno sponde arginali NORMATIVA DI RIFERIMENTO La normativa di riferimento è la seguente: - Legge n. 64 del 2/2/ Provvedimenti per le costruzioni con particolari prescrizioni per le zone sismiche. - Legge n del 5/11/ Norme per la disciplina delle opere di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso ed a struttura metallica. - D.M. del 14/1/ Norme tecniche per le costruzioni. Le verifiche degli elementi di fondazione sono eseguite utilizzando l'approccio 2. - Circolare delle Norme Tecniche per le costruzioni, Circolare esplicativa n. 617 del 02/02/2009. Pag. 4

6 DESCRIZIONE DEI MODELLI STRUTTURALI 1. IMPALCATO PASSERELLA CICLO-PEDONALE La struttura in oggetto è assimilabile ad un ponte in classe d uso II, costituita da n. 3 travi prefabbricate (0.40x0.70) sormontate e rese solidali da una soletta in c.a. di spessore 25 cm. Lo schema strutturale si presenta, quindi, come una lastra appoggiata sui lati opposti, con una forte ortotropia. La funzione del ponte è prevalentemente quella di passerella ciclo-pedonale, tuttavia con una striscia longitudinale di larghezza 1.0 ml, tale struttura consente (previa realizzazione di idoneo giunto strutturale di spessore cm 5) l allargamento della strada provinciale e pertanto, la struttura è stata considerata (nell analisi dei carichi) come ponte di prima categoria con il carico relativo alla metà di una corsia di carico mobile. Il collegamento tra la struttura dell impalcato e le spalle di fondazione avviene tramite idonei apparecchi di appoggio, ciò consente di disaccoppiare il comportamento delle due strutture e di studiare separatamente l impalcato (schema appoggio-appoggio) e le spalle (schema di muro di sostegno su fondazioni profonde). Nel fascicolo dei calcoli allegato (Elaborato n. 3.1) si riportano i risultati dell analisi del dimensionamento delle travi prefabbricate e della soletta d impalcato. Si sottolinea però, come, trattandosi (soprattutto le travi) di manufatti prefabbricati di carattere commerciale; prima dell esecuzione sarà comunque richiesta alla ditta esecutrice la specifica relazione di calcolo prodotta dal prefabbricatore. Gli apparecchi di appoggio strutturali sono previsti in elastomero armato e dotati superiormente ed inferiormente di ancoraggi di tipo meccanico. Essi sono costituiti essenzialmente da un nucleo in elastomero in cui vengono inseriti lamierini in acciaio, uniti alla gomma mediante vulcanizzazione a caldo. La presenza dei lamierini determina un effetto di Pag. 5

7 irrigidimento verticale (assiale) e contemporanea riduzione del rigonfiamento della gomma. La vulcanizzazione ha il duplice scopo di trasmettere le azioni tangenziali dalla gomma al lamierino e di garantire la protezione dell acciaio dalla corrosione. Tale tipologia di apparecchio di appoggio consente deformazioni in qualunque direzione del piano orizzontale, ma nel contempo generano reazioni elastiche di intensità proporzionale alle deformazioni stesse. Spaccato assonometrico apparecchio di appoggio strutturale per travi in c.a.p. Spaccato assonometrico del giunto longitudinale all impalcato Spaccato assonometrico del giunto trasversale all impalcato impalcato Pag. 6

8 Unita' correnti : lunghezza= cm forza= Kg AZIONI VERTICALI Luce di calcolo Numero travi 3 Interasse travi lunghezza trave larghezza fuori tutto impalcato eccentricita' travi - soletta spessore soletta REAZIONI MASSIME AGLI APPOGGI VALORI CARATTERISTICI sezione di appoggio - Taglio carichi permanenti: Taglio peso proprio trave = 1136cm x 40cm x 70cm x Kg/cm 3 / 2= 3976 Kg TRAVE N. 1 - Taglio soletta (Kg) =97.5cm x 25cm x Kg/cm 3 x 1136cm /2=3461 Kg TRAVE N. 2 - Taglio soletta (Kg) = 105cm x 25cm x Kg/cm 3 x 1136cm /2=3727 Kg TRAVE N. 3 - Taglio soletta (Kg) = 97.5cm x 25cm x Kg/cm 3 x 1136cm /2=3461 Kg Taglio peso proprio traversi = 0.00 Taglio pavimentazione = Kg Taglio folla = Kg dati del Massonnet: Radice alfa = Theta = Posizione delle travi: TRAVE N. 1 - Y (cm) = TRAVE N. 2 - Y (cm) = 0.00 TRAVE N. 3 - Y (cm) = CARICHI MOBILI - REAZIONI MASSIME : Categoria ponte 1 (par NTC 2088) Coefficiente di incremento dinamico = TRAVE N. 1 intensita' Larg. ecc. Kmass Reazione corsia 1 Qk=50% qk=50% Reazione totale = Kg - TRAVE N. 2 intensita' Larg. ecc. Kmass Reazione corsia 1 Qk=50% qk=50% Reazione totale = Kg - TRAVE N. 3 intensita' Larg. ecc. Kmass Reazione corsia 1 Qk=50% qk=50% Reazione totale = Kg Pag. 7

9 CARICHI LINEARI AGGIUNTIVI - REAZIONI : - TRAVE N. 1 intensita' ecc. Kmass Reazione muretto parapetto Reazione totale = Kg - TRAVE N. 2 intensita' ecc. Kmass Reazione muretto parapetto Reazione totale = Kg - TRAVE N. 3 intensita' ecc. Kmass Reazione muretto parapetto Reazione totale = Kg VALORI FINALI CARATTERISTICI DELLE REAZIONI VERTICALI : - TRAVE N. 1 Rtotale permanenti Rtotale accidentali - TRAVE N. 2 Rtotale permanenti Rtotale accidentali = (muretto+pavimentazione+parapetto) = (carichi mobili+folla) = (muretto+pavimentazione+parapetto) = (carichi mobili+folla) - TRAVE N. 3 Rtotale permanenti Rtotale accidentali = (muretto+pavimentazione+parapetto) = (carichi mobili+folla) AZIONI ORIZZONTALI AZIONE LONGITUDINALE DI FRENAMENTO O DI ACCELERAZIONE La forza di frenamento o di accelerazione vale: q 3 = ± 0,6 x(2 x 150)+ 0,1 x 4,50 x 3 x Ltot = ± KN q 3 = ± Kg Tale forza agisce sulla spalla ad una quota di 0.80 m sopra l intradosso delle travi. Pag. 8

10 AZIONE DEL VENTO A impalcato scarico: q5,wind = ±2,50x(0,40+0,25+1,25)x = ± KN = ± 5396 Kg su ciascuna spalla agiscono: q5,wind = ±5396/2 = 2698 Kg/spalla agenti all altezza di 0,95 m sopra l intradosso delle travi. A impalcato carico: q5,wind = ±2,50x(0.40+0,25+0,15+3,00)x = ± kn = ± Kg su ciascuna spalla agiscono: q5,wind = ±10792/2 = 5396 Kg/spalla agenti all altezza di 1.15 m sopra l intradosso delle travi. RESISTENZE PASSIVE DEI VINCOLI Si assume che i cuscinetti d appoggio esercitino una forza orizzontale, dovuta alla deformazione tangenziale, pari al 6% del relativo carico verticale permanente strutturale e non. Carico permanente G = Kg F = ± [63481 x 0,06]/2 = ± 3809/2 = 1904 Kg/spalla. CARICO TERMICO Con riferimento ad un gradiente termico uniforme pari a ±30 C, la variazione dimensionale dell impalcato può essere stimata come: DL = ± a L DT =± 1x10-5 x 30 x 11.36m = ± 0,3408 cm. AZIONI SISMICHE Secondo le nuove Norme Tecniche l azione sismica è valutata a partire dalla pericolosità sismica di base del sito di costruzione, definita in termini di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione Se(T), con riferimento a prefissate probabilità di superamento PR nel periodo di riferimento VR, definito come: VR = VN cu Per la struttura in oggetto è lecito assumere VN = 50 anni, classe d uso II e pertanto cu = 1,0, per cui VR = 50x1,00 = 50 anni. Pag. 9

11 La normativa precisa che l azione sismica è caratterizzata da tre componenti traslazionali, due orizzontali e una verticale, da considerare tra loro indipendenti. Le due componenti ortogonali indipendenti che descrivono il moto orizzontale sono caratterizzate dallo stesso spettro di risposta. Ai fini della definizione completa dell azione sismica, pertanto, sono necessari due spettri di risposta, uno per le componenti orizzontali e uno per la componente verticale. I dati relativi al sito necessari alla definizione degli spettri di risposta sono i seguenti: Comune: Quarrata (PT) Zona sismica: 3 Categoria di sottosuolo: C Categoria topografica: T1 Da cui si ricava: STATO T R a g F o * T c LIMITE [anni] [g] [-] [s] SLO 30 0,049 2,528 0,248 SLD 50 0,059 2,561 0,264 SLV 475 0,140 2,425 0,297 SLC 975 0,180 2,379 0,308 Si ipotizzano spalle e pile tozze, per le sollecitazioni longitudinali e trasversali di origine sismica, quindi, è applicabile un approccio statico ad un grado di libertà, in cui l accelerazione del terreno è calcolata per T = 0 s. S d =a g x S, con S = St x Ss T S S.L. d [s] [g] SLO SLD SLV SLC Sollecitazione sismica longitudinale e trasversale complessiva: Peso sismico: - permanenti strutturali: G1 = Kg - permanenti non strutturali: G2 = Kg - peso sismico complessivo: Gtot = Kg - Forza sismica longitudinale e trasversale complessiva: - SLO Fs = 0,074 x = 4698 Kg - SLD Fs = 0,089 x = 5650 Kg - SLV Fs = 0,210 x = Kg - SLC Fs = 0,270 x = 17139Kg NOTA: L analisi dei carichi e le relative reazioni vincolari derivanti dall impalcato della passerella sono state riprese come azioni sollecitanti da applicare alle spalle di appoggio del ponte stesso. Pag. 10

12 2. SPALLE DI APPOGGIO PASSERELLA CICLO-PEDONALE Le strutture in oggetto sono costituite da due manufatti in c.a. (a forma di L) posizionati sulle due sponde opposte dell argine e dotate di fondazioni profonde di lunghezza ml 22 (n. 8 micropali per parte con diametro del foro esterno 220mm ed armatura interna con tubolari in acciaio tipo S355H di diametro cm mm e sp. 12.5mm). Tali manufatti rappresentano la sede per l appoggio delle tre travi prefabbricate del ponte. Nei sei punti di appoggio delle tre travi, tra l intradosso delle travi stesse e l estradosso delle spalle, vengono posizionati gli apparecchi di appoggio sopra menzionati. Da notare che le due spalle presentano entrambe un rialzamento locale al centro dell intradosso per fare posto allo sbocco in alveo di due condotte fognarie esistenti, che sboccano nel fosso Quadrelli con n. 2 portelle vinciane ben evidenziate negli elaborati grafici. L analisi strutturale condotta sulle spalle ha preso in esame la spalla-tipo a metro lineare, metro lineare che, dalla geometria del manufatto, risulta essere proprio la dimensione che individua l area d influenza al disotto delle trave più caricata. Pertanto la schematizzazione fatta risulta a favore della sicurezza e di carattere conservativo. Di seguito si riportano gli schemi grafici di input e di output dell analisi strutturale eseguita, mentre nel fascicolo dei calcoli allegato (Elaborato n. 3.2) si riportano tutti i dati e tutti i risultati numerici dell analisi stessa. Geometria spalle SEZIONE Pag. 11

13 Geometria spalle PIANTA Inviluppo sollecitazioni fondazione stabilità globale Pag. 12

14 Profilo stratigrafia terreno Pag. 13

15 Armature micropali: inviluppo M, T ed impegno Pag. 14

16 3. STRUTTURA IN ALVEO La struttura prevista in alveo è costituita da due setti in c.a. (sp. cm 35 ed altezza m. 4.0) collegati, tra loro, da una platea di fondazione (sp. cm 40). Tale tipologia strutturale di conformazione tipo scatolare, si configura come un elemento piuttosto rigido, che ha la sola funzione di sostenere e proteggere le sponde del corso d acqua a valle della nuova passerella ciclo-pedonale. Di seguito si riportano gli schemi grafici di input e di output dell analisi strutturale eseguita, mentre nel fascicolo dei calcoli allegato (Elaborato n. 3.3) si riportano l analisi dei carichi, il calcolo delle sollecitazioni e l esecuzione delle verifiche delle sezioni della suddetta struttura. Profilo stratigrafia terreno Geometria struttura in alveo - Sezione Pag. 15

17 Struttura in alveo Deformata Inviluppo pressioni in fondazione SLU Inviluppo pressioni struttura SLU Pag. 16

18 Inviluppo momento flettente SLU Inviluppo sforzo normale SLU Inviluppo taglio SLU Pag. 17

19 VALUTAZIONE DI SICUREZZA E PRESTAZIONI DELLA STRUTTURA In ognuno dei tre fascicoli di calcolo di cui si compone il presente progetto è stata riportata una valutazione sull attendibilità dei risultati ottenuti. Tuttavia in questa sede, a carattere generale, preme evidenziare come l opera nel suo complesso rientri appieno nelle prestazioni attese, sia per la sua conformazione, sia per i materiali impiegati, sia per tipologia costruttiva. Possiamo inoltre affermare che i risultati forniti dai modelli strutturali sono congruenti con le attese e le aspettative previste in base all esperienza. Pertanto il progetto risulta valido sotto il profilo della verifica della sicurezza e delle prestazioni attese. RELAZIONE SUI MATERIALI riferimenti specifici al cap ed 11.3 del D.M. 14/01/2008 CALCESTRUZZO: C25/30 Rck => 300 Kg/cmq, classe di esposizione XF3 (per scatolare in alveo, manufatti spalle) C28/35 Rck => 350 Kg/cmq, classe di esposizione XC3 (per soletta ponte) C28/35 Rck => 350 Kg/cmq, classe di esposizione XC3 (malta cementizia fluida per micropali spalle) C45/55 Rck => 550 Kg/cmq, classe di esposizione XC3 (per travi in c.a.p. ponte) ACCIAIO: in barre ad aderenza migliorata tipo B450C controllato per carpenteria da c.a. ACCIAIO: tubolari (sezione cava) S355H per anima d armatura micropali Pag. 18

20 PIANO DI MANUTENZIONE DELLA STRUTTURA Le strutture in oggetto risulteranno, ad opera ultimata, ispezionabili e visibili, eccezion fatta per i pali di fondazione delle spalle e la struttura scatolare in alveo che risulterà in parte interrata ed in parte rivestita in pietra. Per la preservazione della parte esterna (visibile), che risulta esposta agli agenti atmosferici, se ne è tenuto conto, dal punto di vista progettuale, utilizzando materiali (cls) ad alte prestazioni per ambienti moderatamente aggressivi ed imponendo un copriferro adeguato. Tuttavia si ritiene necessario in fase di gestione dell opera, prevedere ispezioni a vista al fine di controllare lo stato di conservazione del cls e l efficienza dei dispositivi di ancoraggio strutturale. Durante le periodiche visite d ispezione, al fine di controllare visivamente lo stato di conservazione del manufatto, si dovrà controllare che non siano presenti rotture singole, ramificate, ortogonali o parallele all armatura, che non siano presenti inoltre fessurazioni e crepe causate da ritiro plastico per essiccamento rapido, corrosione delle armature per carbonatazione, macchie per flusso di sali ecc. La prima ispezione deve avvenire non oltre un anno dopo la visita di collaudo e dopo ogni visita d ispezione deve essere programmata la data della visita d ispezione successiva, da fissare comunque non oltre i cinque anni (intervallo massimo tra due ispezioni successive). Nel caso durante una visita d ispezione si verifichi la presenza di rotture, fessurazioni o crepe, esposizione dei ferri di armatura, la struttura deve essere sottoposta a controllo da parte di tecnico abilitato, che ha il compito di individuare le cause dei danni e deve indicare gli interventi di manutenzione necessari a ripristinare le condizioni iniziali, oltre ad evitare il ripetersi di tali eventi. Pag. 19