BRIANZACQUE S.r.l. Sede Legale Viale Enrico Fermi 105-20900 MONZA (MB) Telefono 039262301 - Fax 0392130074 www.brianzacque.it - brianzacque@legalmail.it PROGETTO DEFINITIVO ESECUTIVO COMUNE DI MEDA (MB) FMD0213 REALIZZAZIONE DI NUOVA FOGNATURA NERA AL SERVIZIO DELLE VIE ADDA, TICINO E GOITO COMMITTENTE VERIFICA STATICA TUBAZIONI PROGETTAZIONE: Dott. Ing. M Ferazzini c/o Brianzacque s.r.l. RES. UNICO DEL PROCEDIMANTO: Dott. Ing. L.comi c/o Brianzacque s.r.l. Documento informatico firmato digitalmente ai sensi del T.U. 445/2000 e del D.Lgs 82/2005 e rispettive norme collegate 3 LUGLIO 2014 APPROVAZIONE TECNICA 2 GIUGNO 2014 DEFINITIVO - ESECUTIVO 1 GENNAIO 2014 APPROVAZIONE TECNICA 0 DICEMBRE 2013 PRELIMINARE REVISIONE DATA MOTIVO DELLE MODIFICHE data: giugno 2014 commessa: FMD0213 redatto: LF approvato resp. commessa: AM approvato resp. sett. progettazione: MFe
Sommario 1 Verifica statica tubazioni rigide... 3 1.1 Premessa... 3 1.2 Calcolo del carico al rinterro... 3 1.3 Calcolo del carico dovuto ai sovraccarichi verticali mobili... 5 1.4 Calcolo del carico dovuto alla massa dell acqua contenuta nel tubo... 6 1.5 Eventuale carico dovuto alla pressione idrostatica esterna... 7 1.6 Verifica della tubazione rigida allo stato limite ultimo di resistenza... 7 1.7 RISULTATI DELLE VERIFICHE TUBI RIGIDI... 7 2/11
1 Verifica statica tubazioni rigide 1.1 Premessa La verifica di una tubazione rigida viene effettuata garantendo il funzionamento di essa sotto la soglia del carico di rottura definito come stato limite ultimo di rottura senza deformazione significativa della sezione. Per la verifica statica di tali tubazioni si seguono le indicazioni riportate nella normativa UNI 7517/76 e nella norma AWWA (American Water Works Association) C950/88. Le verifiche vengono effettuate considerando le caratteristiche di resistenza dei materiali utilizzati (fornite dai costruttori e normate dalla Per tubi in gres). Le operazioni da effettuarsi nell ambito della verifica statica delle tubazioni rigide sono le seguenti: - valutazione dei carichi che gravano sulla condotta detti carichi ovalizzanti: a) carico dovuto al rinterro b) carico dovuto ai sovraccarichi mobili c) carico dovuto alla massa dell acqua contenuta nel tubo d) carico dovuto alla pressione idrostatica esterna - verifica allo stato limite ultimo di resistenza Per poter effettuare queste verifiche, si scelgono i punti di maggior criticità lungo la condotta da verificare. In questo caso essendo per gran parte interrata sotto terreno libero si sceglie di verificare il tratto iniziale posto sotto il manto stradale dove oltre a gravare il carico dovuto al rinterro, pesano sulla tubazione anche i sovraccarichi mobili, dovuti al passaggio delle autovetture ponendoci per tutta la lunghezza della tubazione considerata a favore di sicurezza. 1.2 Calcolo del carico al rinterro Le disposizioni per il carico dovuto al rinterro fornite dalla norma UNI 7517/76 rispecchiano le ipotesi di Spangler. Tale carico viene calcolato in maniera differente a seconda che la posa sia in trincea stretta o in trincea larga. Per indicare la trincea stretta occorre che almeno una delle due condizioni seguenti siano verificate: Dove B è la larghezza della trincea a livello della generatrice superiore del tubo, H è l altezza del rinterro al di sopra di questa generatrice e D è il diametro esterno della tubatura. 3/11
TRINCEA STRETTA Il carico del rinterro viene calcolato con la formula dove: Q st è il carico verticale sul tubo in N/m γ t è il peso specifico del rinterro in N/m 3 B è la larghezza effettiva della trincea a livello della generatrice superiore del tubo, in m C t è il coefficiente di carico del terreno nella posa in trincea stretta C t viene calcolato in funzione di H/B, dell angolo d attrito interno del rinterro ρ e dell angolo d attrito ρ tra il rinterro e il terreno naturale: Dove: Normalmente si pone ρ=ρ data l estrema difficoltà di attribuire a ρ un valore diverso giustificabile. Nella seguente tabella si specificano i valori di ρ tipici e di peso specifico dei terreni maggiormente utilizzati: Descrizione del terreno ANGOLO D ATTRITO INTERNO ρ [gradi] PESO SPECIFICO γ t [kg sf /m 3 ] [kn/m 3 ] 1 Argilla umida comune 12 2000 19.613 2 Terreno paludoso, torboso (terreno organico) 12 1700 16.671 3 Argilla, plastica, argilla sabbiosa 14 1800 17.652 4 Sabbia argillosa 15 1800 17.652 5 Loess, loess argilloso 18 2100 20.594 6 Argilla fangosa 20 2000 19.613 7 Marna, argilla povera 22 2100 20.594 8 Fango, polvere di roccia 25 1800 17.652 9 Sabbia non compressa (terreno sabbioso non stabilizzato) 31 1700 16.671 10 Misto di cava di sabbia e ghiaia 33 2000 19.613 11 Misto di cava di ghiaia e ciottoli 37 1900 18.633 Tabella 1 caratteristiche dei terreni per il calcolo dei carichi (dalla norma UNI 7517) Nel caso in cui il valore di Q st risultasse più basso del peso stesso del prisma sovrastante si utilizza il peso di quest ultimo come carico gravante sulla condotta calcolato come Q st =DHγ t. 4/11
TRINCEA LARGA Il carico totale dovuto al rinterro in trincea larga è definito come: Dove: Q ewt è il carico verticale sul tubo in N/m γ t è il peso specifico del rinterro in N/m 3 D è il diametro esterno del tubo in m è il coefficiente di carico del terreno nella posa in trincea larga C e Il coefficiente C e è funzione del rapporto H/D, delle caratteristiche del terreno e delle modalità di posa. Cautelativamente viene calcolato con le formule: 1.3 Calcolo del carico dovuto ai sovraccarichi verticali mobili La valutazione del carico sulla generatrice superiore del tubo, dovuto al transito di un messo di circolazione ad altezza H sopra la generatrice del tubo, qualora si tratti, come in questo caso, di un sovraccarico verticale concentrato dovuto a veicoli su ruote si calcola con riferimento alla norma UNI 7517 con la seguente espressione Dove: P vc è il carico verticale sulla generatrice superiore del tubo, dovuto ai sovraccarichi mobili concentrati di convogli tipo, in N/m p v è la pressione verticale al livello della generatrice superiore del tubo, dovuta ai sovraccarichi mobili concentrati, in N/m 2 D è il diametro esterno del tubo, in m φ è il fattore dinamico Il fattore dinamico può essere calcolato come per strade e autostrade per ferrovie dove H è l altezza del rinterro in m sulla generatrice del tubo. Per la scelta della pressione p v dovuta ai sovraccarichi mobili la legge n. 313 del 5 maggio 1976 prevede come carico più oneroso quello derivato da HT45 con carico per ruota pari a 75 KN (come da tabella sottostante) 5/11
Classe HT Carico per ruota P [KN] Classe LT Carico per ruota Anateriore Pa [KN] Posteriore Pp [KN] 60 100 12 20 40 45 75 6 10 20 38 62.5 3 5 10 30 50 26 - - Tabella 2 classi e carichi per i convogli tipo secondo norma DIN 1072 In questa sede si fa riferimento alla DIN 1072 utilizzando per la verifica la classe HT60, condizione peggiorativa rispetto alla legge n.313 con HT45. Per calcolare p v si fa riferimento al grafico sottostante: 1.4 Calcolo del carico dovuto alla massa dell acqua contenuta nel tubo Il carico verticale sulla generatrice del tubo, dovuto alla massa dell acqua contenuta nel tubo riempito per tre quarti, si calcola in base alla norma UNI 7517, con la formula: 6/11
Dove: P a è il carico in N/m d è il diametro interno del tubo in m 1.5 Eventuale carico dovuto alla pressione idrostatica esterna Nel caso in cui la canalizzazione sia posta sotto il livello della falda freatica, essa è soggetta ad una pressione idrostatica esterna che può essere calcolata come riportato nel fascicolo n. 70 Ouvrages d assainissement attraverso: Dove γ w è il peso specifico dell acqua in N/m 3. In questo caso la condotta non si trova sotto il livello di falda. Inoltre tale procedura di verifica non è contemplata dalla norma UNI 7517. 1.6 Verifica della tubazione rigida allo stato limite ultimo di resistenza La verifica deve dimostrare che sotto l effetto delle azioni agenti sulla condotta, le sollecitazioni che ne derivano devono essere minori rispetto alle resistenze meccaniche di riferimento. La verifica statica è valida se Dove Q t è la sommatoria di tutti i carichi calcolati nei paragrafi precedenti: Es. trincea larga: e K è un coefficiente che aumenta la capacità di resistenza della tubazione. Esso è funzione del tipo di posa utilizzata e varia tra 1,1 e 3,5. µ è un fattore di sicurezza posto almeno a 1,3 come indicato dalla normativa UNI 7517. In favore di sicurezza si preferisce utilizzare come soglia minima non superabile il valore 1,5 come indicato in letteratura. 1.7 RISULTATI DELLE VERIFICHE TUBI RIGIDI Si verifica in base a quanto descritto nei paragrafi precedenti la tubazione in Gres DN300mm UNI EN 1916 classe di rottura maggiore o uguale a 48 kn/mt, la tubazione in Gres DN400mm UNI EN1916 classe di rottura maggiore o uguale a 64 kn/mt, la tubazione in Gres DN500mm UNI EN1916 classe di rottura maggiore o uguale a 60 kn/mt, 7/11
Il peso specifico del terreno è stato calcolato mediando lungo la stratigrafia del rinterro i pesi specifici di ciascun materiale moltiplicato per ciascun peso specifico. Nel caso in cui non sia certa la presenza o meno di un certo tipo di terreno, si sceglie il valore di 20 KN/m 3 come peso specifico del terreno di rinterro. I diametri, il limite a rottura e le caratteristiche tecniche geometriche della condotta sono ricavate dalla classe normata dalla UNI EN 1916. La verifica della tubazione descritta sopra ha dato esito positivo come evidenziato da tabelle riassuntive in seguito. Si sceglie di effettuare la verifica su due sezioni: - la sezione con la minima profondità dal sopratubo al piano stradale (dove i carichi mobili sono i maggiori responsabili di eventuali rotture o deformazioni) - massima profondità dal sopratubo (dove è il carico del terreno il principale agente di rischio). 8/11
GRES DN 300mm UNI EN 295 classe di rottura > 48 kn/mt Parametri Note Diametro [mm] 300 γ t [KN/m 3 ] 20 Valore del peso specifico totale del prisma al di sopra della tubazione ρ [gradi] 33 Angolo di attrito terreno laterale rispetto al rinterro Hw 0 Falda - Non è presente falda conosciuta Coef. Di posa K 1,59 Pv [N/m 2 ] 63,7/24,5 Da tabella, secondo la profondità del terreno Limite a rottura Q [KN/m 2 ] 160 Limite a rottura da normativa UNI EN295 H 0,69/1,58 B 1,10 Appoggio su letto di materiale granulare fine e rinterro con materiale granulare fine o con materiale proveniente dagli scavi leggermente costipato Variazione dell altezza dal sopratubo alla quota stradale. Verifica effettuata per i casi peggiorativi. Tipo di trincea Trincea larga Tratto H [ m ] B Hw Carico dovuto a sovraccarichi dovuti al rinterro Ct Ce Qst φ Carico dovuto a sovraccarichi mobili p v [N/m 2 ] P vc Pa Qw Qtot [kn/m] u Qr VERIFICA DN300 classe 160 0,69 1,1 0 trincea larga 0,557629633 1,404434415 3559,848 1,434782609 63743,225 32558,9 520,92 0 36,639698 1,5 76,32 POSITIVA DN300 classe 160 1,58 1,1 0 trincea larga 1,104839362 7,556179775 19152,8 1,189873418 24516,625 10385,1 520,92 0 30,05884 1,5 76,32 POSITIVA 9/11
GRES DN 400mm UNI EN 295 classe di rottura > 64 kn/mt Parametri Note Diametro [mm] 400 γ t [KN/m 3 ] 20 Valore del peso specifico totale del prisma al di sopra della tubazione ρ [gradi] 33 Angolo di attrito terreno laterale rispetto al rinterro Hw 0 Falda - Non è presente falda conosciuta Coef. Di posa K 1,59 Pv [N/m 2 ] 52,4/24,5 Da tabella, secondo la profondità del terreno Limite a rottura Q 160 Limite a rottura da normativa UNI EN295 [KN/m 2 ] H 1,02/1,87 B 1,20 Tipo di trincea Trincea larga Appoggio su letto di materiale granulare fine e rinterro con materiale granulare fine o con materiale proveniente dagli scavi leggermente costipato Variazione dell altezza dal sopratubo alla quota stradale. Verifica effettuata per i casi peggiorativi. Tratto H [ m ] B Hw Carico dovuto a sovraccarichi dovuti al rinterro Ct Ce Qst φ Carico dovuto a sovraccarichi mobili p v [N/m 2 ] P vc Pa Qw Qtot [kn/m] u Qr VERIFICA DN400 classe 120 1,87 1,2 0 trincea larga 1,173593776 6,989473684 29067,264 1,160427807 24516,625 12973,1 926,08 0 42,966444 1,5 76,32 POSITIVA DN400 classe 120 1,02 1,2 0 trincea larga 0,725540483 1,841274238 7657,344 1,294117647 52465,5775 30960,9 926,08 0 39,544284 1,5 76,32 POSITIVA 10/11
GRES DN 500mm UNI EN 295 classe di rottura > 60 kn/mt Parametri Note Diametro [mm] 500 γ t [KN/m 3 ] 20 Valore del peso specifico totale del prisma al di sopra della tubazione ρ [gradi] 33 Angolo di attrito terreno laterale rispetto al rinterro Hw 0 Falda - Non è presente falda conosciuta Coef. Di posa K 1,59 Pv [N/m 2 ] 49,0/21,5 Da tabella, secondo la profondità del terreno Limite a rottura Q [KN/m 2 ] 120 Limite a rottura da normativa UNI EN295 H 1,04/2,29 B 1,30 Appoggio su letto di materiale granulare fine e rinterro con materiale granulare fine o con materiale proveniente dagli scavi leggermente costipato Variazione dell altezza dal sopratubo alla quota stradale. Verifica effettuata per i casi peggiorativi. Tipo di trincea Trincea larga Tratto H [ m ] B Hw Carico dovuto a sovraccarichi dovuti al rinterro Ct Ce Qst φ Carico dovuto a sovraccarichi mobili p v [N/m 2 ] P vc Pa Qw Qtot [kn/m] u Qr VERIFICA DN500 classe 120 1,04 1,3 0 trincea larga 0,68908279 1,194074074 8172,84 1,288461538 49033,25 36958,8 1447 0 46,57865 1,5 95,4 POSITIVA DN500 classe 120 2,29 1,3 0 trincea larga 1,281244528 6,676410256 45696,69 1,131004367 21574,63 14274,6 1447 0 61,41828 1,5 95,4 POSITIVA 11/11