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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: Il Responsabile del Procedimento: COMUNE DI RIMINI Dott. Arch. Federico Pozzi
Il progettista: Il Responsabile della Sicurezza: Dott. Ing. Enrico Petrelli Geom. Giuseppe Savoretti
Data: ______________
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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. 3274 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. 14/01/2008 - 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.
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2. NORMATIVA DI RIFERIMENTO
- Legge n° 64 del 02.02.1974 e successivi D.M. applicativi recanti norme per la
l'edificazione in zone dichiarate sismiche;
- Legge n° 1086 del 05.11.1971 recante norme per la costruzione di opere in c.a.,
c.a.p. e acciaio;
- D.M. 14.01.2008 "Nuove norme tecniche per le costruzioni”;
- Circolare n° 617 del 02.02.2009 "Istruzioni per l’applicazione delle Nuove norme
tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio 2008”.
3. 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.
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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/m3
Coesione non drenata: Cu = 0,6 daN/cm2
STRATO C - Alternanza di argille con componenti organiche e limi sabbiosi
Peso di volume: γ = 1.95 t/m3
Coesione non drenata: Cu = 0,3 daN/cm2
Indagini geofisiche
Dalle indagini geofisiche condotte si ricava la Categoria di Sottosuolo secondo il
punto 3.2.2 delle NTC08. I risultati della MASW hanno fornito un valore delle velocità
delle onde sismiche di taglio pari a Vs = 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".
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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
Strato C
Strato B 7,50 m
4,50 m
- 1,00 m dal p.c. - quota testa palo
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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
(§ 6.2.3.1.2).
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).
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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
Pali
soletta c.a.
ip = interasse pali
is = int. strutt.
Rz
N
T
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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).
Rz = 1422 kN (forza verticale);
T = Rx = 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:
Psol = (5,00*3,80*0,60)*2500 = 28500 daN
Peso del palo:
Pp = (Ab*L)* γcls = (0,503*12)*2500 = 15100 daN
Carichi assiali massimi sul palo in compressione (Ed,c) ed in trazione(Ed,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 Rz avviene mediante l'equilibrio dei momenti
del sistema di fondazione adottato.
N = ((Rz/2)*i s)/ip = ((1422/2)*2,50)/3,60 = 494 kN
Azione assiale di compressione di progetto:
Ed,c = N + Psol /4 = 494 + 285/4 = 565 kN
Azione assiale di trazione di progetto:
Ed,t = -N + Pp + Psol /4 = -494 +151 + 285/4 = -272 kN
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Verifiche di Portanza del palo in compressione Rd,c ed in trazione Rd,t
Il calcolo della portanza Rd del sistema terreno più palo di fondazione avviene
tramite le indicazioni di paragrafi §6.2.3.1.2 e §6.4.3.1 delle NTC 2008.
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).
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CALCOLO PORTANZA IN COMPRESSIONE
Verifica GEO in Compressione: Ed,c = 565 kN < Rd,c = 638 kN
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CALCOLO PORTANZA IN TRAZIONE
Verifica GEO in Trazione: Ed,t = 272 kN < Rd,t = 475 kN
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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)/(Kh*D))^0.25
per Kh = 0,5 Kg/cm3 (valore minimo);
D = 80 cm;
J = π D^4 / 64 = 2010619 cm4;
E = 300000 daN/cm2.
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
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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
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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
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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).
Rz = 1136 kN (forza verticale);
T = Rx = 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:
Psol = (5,00*3,00*0,60)*2500 = 22500 daN
Peso del palo:
Pp = (Ab*L)* γcls = (0,2827*12)*2500 = 8481 daN
Carichi assiali massimi sul palo in compressione (Ed,c) ed in trazione(Ed,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 Rz avviene mediante l'equilibrio dei momenti
del sistema di fondazione adottato.
N = ((Rz/2)*i s)/ip = ((1136/2)*2,50)/3,80 = 374 kN
Azione assiale di compressione di progetto:
Ed,c = N + Psol /4 = 374 + 225/4 = 430 kN
Azione assiale di trazione di progetto:
Ed,t = -N + Pp + Psol /4 = -374 +85 + 225/4 = -233 kN
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Verifiche di Portanza del palo in compressione Rd,c ed in trazione Rd,t
Il calcolo della portanza Rd del sistema terreno più palo di fondazione avviene
tramite le indicazioni di paragrafi §6.2.3.1.2 e §6.4.3.1 delle NTC 2008.
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).
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CALCOLO PORTANZA IN COMPRESSIONE
Verifica GEO in Compressione: Ed,c = 430 kN < Rd,c = 456 kN
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CALCOLO PORTANZA IN TRAZIONE
Verifica GEO in Trazione: Ed,t = 233 kN < Rd,t = 356 kN
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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)/(Kh*D))^0.25
per Kh = 0,5 Kg/cm3 (valore minimo);
D = 60 cm;
J = π D^4 / 64 = 636172 cm4;
E = 300000 daN/cm2.
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. 20/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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. 21/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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. 22/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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).
Rz = 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:
Psol = (5,00*3,00*0,60)*2500 = 22500 daN
Peso del palo:
Pp = (Ab*L)* γcls = (0,2827*8)*2500 = 5654 daN
Carichi assiali massimi sul palo in compressione (Ed,c) ed in trazione(Ed,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 Rz avviene mediante l'equilibrio dei momenti
del sistema di fondazione adottato.
N = ((Rz/2)*i s)/ip = ((778/2)*2,50)/3,80 = 256 kN
Azione assiale di compressione di progetto:
Ed,c = N + Psol /4 = 256 + 225/4 = 313 kN
Azione assiale di trazione di progetto:
Ed,t = -N + Pp + Psol /4 = -374 +57 + 225/4 = -143 kN
Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo – S.E: Rodari pag. 23/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Verifiche di Portanza del palo in compressione Rd,c ed in trazione Rd,t
Il calcolo della portanza Rd del sistema terreno più palo di fondazione avviene
tramite le indicazioni di paragrafi §6.2.3.1.2 e §6.4.3.1 delle NTC 2008.
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. 24/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
CALCOLO PORTANZA IN COMPRESSIONE
Verifica GEO in Compressione: Ed,c = 313 kN < Rd,c = 347 kN
Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo – S.E: Rodari pag. 25/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
CALCOLO PORTANZA IN TRAZIONE
Verifica GEO in Trazione: Ed,t = 143 kN < Rd,t = 266 kN
Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo – S.E: Rodari pag. 26/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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).
Rz = 366 kN (forza verticale);
T = Rx = 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:
Psol = (4,50*2,50*0,60)*2500 = 16875 daN
Peso del palo:
Pp = (Ab*L)* γcls = (0,1963*8)*2500 = 3927 daN
Carichi assiali massimi sul palo in compressione (Ed,c) ed in trazione(Ed,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 Rz avviene mediante l'equilibrio dei momenti
del sistema di fondazione adottato.
N = ((Rz/2)*i s)/ip = ((366/2)*2,50)/3,50 = 131 kN
Azione assiale di compressione di progetto:
Ed,c = N + Psol /4 = 131 + 169/4 = 173 kN
Azione assiale di trazione di progetto:
Ed,t = -N + Pp + Psol /4 = -131 +40 + 169/4 = -49 kN
Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo – S.E: Rodari pag. 27/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Verifiche di Portanza del palo in compressione Rd,c ed in trazione Rd,t
Il calcolo della portanza Rd del sistema terreno più palo di fondazione avviene
tramite le indicazioni di paragrafi §6.2.3.1.2 e §6.4.3.1 delle NTC 2008.
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. 28/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
CALCOLO PORTANZA IN COMPRESSIONE
Verifica GEO in Compressione: Ed,c = 173 kN < Rd,c = 281 kN
Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo – S.E: Rodari pag. 29/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
CALCOLO PORTANZA IN TRAZIONE
Verifica GEO in Trazione: Ed,t = 221 kN < Rd,t = 49 kN
Relazione Geotecnica e sulle Fondazioni - Progetto Esecutivo – S.E: Rodari pag. 30/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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)/(Kh*D))^0.25
per Kh = 0,5 Kg/cm3 (valore minimo);
D = 50 cm;
J = π D^4 / 64 = 306796 cm4;
E = 300000 daN/cm2.
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. 31/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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. 32/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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. 33/34 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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 Rz = 1422 kN.
Per la definizione del perimetro di piastra efficace (§4.1.2.1.3.4 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 m2
Utilizzando un calcestruzzo classe C25/30, la resistenza caratteristica a trazione è
pari a fctk = 17,95 daN/cmq, da cui si ricava la resistenza di calcolo a trazione
introducendo il coefficiente γc = 1,5 (c. parziale di sicurezza).
fctd= fctk / γc = 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:
Rpunz = 0,5 * A * fctd = 0,5*2,40*104*11,97 = 143640 daN = 1436,4 kN.
da cui
Rz = 1422 kN < Rpunz = 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. 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