F.1.0.2 Relazione geotecnica sulle fondazioni IV Lotto/allegati/128 E... · Circolare 02.02.2009 n....

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INDICE

1 INTRODUZIONE 3

2 NORMATIVA DI RIFERIMENTO 3

3 PARAMETRI DEL TERRENO 3

4 PALI: LUNGHEZZA D’ONDA 4

5 SPINTA DELLE TERRE 4 5.1 SPINTA STATICA DEL TERRENO 4 5.2 SPINTA DEL TERRENO DOVUTA A SOVRACCARICHI 5 5.3 INCREMENTO DI SPINTA PER EFFETTO DEL SISMA 6

6 CALCOLO REAZIONE ORIZZONTALE TERRENO 7

7 CALCOLO PORTATA VERTICALE PALO SINGOLO 9 7.1 PORTANZA PER ATTRITO LATERALE 9 7.2 CAPACITÀ PORTANTE ALLA BASE 10 7.3 VALUTAZIONE DELLA CAPACITÀ PORTANTE VERTICALE 11

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1 INTRODUZIONE

Nella presente relazione geotecnica sulle fondazioni, relativa al viadotto

Gessopalena previsto fra il km 0+485 e il km 0+585 circa del 4° lotto dei lavori di

sistemazione della strada provinciale n°107 Peligna Casoli - Gessopalena, sono descritti i

parametri geotecnici e le ipotesi utilizzati nel calcolo del viadotto.

Viste le caratteristiche geotecniche dell’area di intervento, si è optato per fondazioni

di tipo indiretto (pali trivellati di grande diametro).

Inoltre, la relazione sintetizza i risultati dei sondaggi eseguiti nell’area interessata

dalla costruzione del viadotto (S2 e S4); per ulteriori dettagli si rimanda alla relazione

geologica del Dott. Geol. Domenico Pellicciotta.

2 NORMATIVA DI RIFERIMENTO

D.M. 14/01/2008 “Norme tecniche per le costruzioni”.

Circolare 02.02.2009 n. 617/C.S.LL.PP. “Circolare Esplicativa delle NTC 2008”.

3 PARAMETRI DEL TERRENO

I sondaggi e le relative correlazioni hanno condotto alla definizione dei seguenti

parametri geotecnici: Tabella 1 – Parametri geotecnici sondaggio S2

Strato Profondità [m] γ [kN/m3] Coesione non drenata [kPa] ϕ' [°] 1 0-3.00 18 - - 2 3.00-6.50 19 0.65 - 3 6.50-14.50 19 0.75 21 4 14.50 19.70 1.95 23.50

La falda è stata rilevata alla profondità di 8.40 m. Tabella 2 – Parametri geotecnici sondaggio S4

Strato Profondità [m] γ [kN/m3] Coesione non drenata [kPa] ϕ' [°] 1 0-8.20 19 - 26.50 2 8.20-11.50 19 0.65 20.50 3 11.50-14.50 19 0.75 21 4 14.50 19.70 1.95 23.50

La falda è stata rilevata alla profondità di 9.80 m.

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4 PALI: LUNGHEZZA D’ONDA

La lunghezza del palo λ è:

cmDk

JE 6601206.01017876033643044

44 =⋅⋅⋅

=⋅

⋅⋅=λ

dove:

E = modulo elastico del calcestruzzo [kg/cm2];

J = momento d’inerzia del palo [cm4];

D = diametro del palo [cm];

k = modulo di reazione orizzontale del palo [kg/cm3], pari a:

k = Cu x Cf /D = 0.60 x 120/120 = 0.60 kg/cm3

dove Cu è la coesione non drenata del primo spessore e Cf è un coefficiente (uguale a 120 in accordo con Skempton).

In favore di sicurezza, s assume una lunghezza d’onda di 8 m.

5 SPINTA DELLE TERRE

5.1 SPINTA STATICA DEL TERRENO La spinta statica dovuta al terreno presente a tergo dell’opera è stata calcolata mediante

l’espressione:

att KhF ⋅⋅⋅= 22/1 γ

dove h rappresenta la profondità alla quale viene calcolata la spinta, γt è il peso specifico

del terreno e Ka è dato dalla teoria di Coulomb:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

−⋅+−⋅+

+⋅+⋅

−=

)cos()cos()()(1)cos(cos

)(cos

2

2

ββδϕδϕβδβ

βϕ

iisensen

Ka

con:

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β: angolo che l’intradosso del muro forma con la verticale;

i: inclinazione del terreno a tergo del muro (=0).

Tale spinta è applicata a 1/3 dell’altezza di riferimento h, ed è inclinata rispetto alla

perpendicolare al paramento dell’angolo δ, assunto pari a 0°.

Si ottiene quindi : Ka (φ=35°) = 0.271.

Nelle combinazioni di carico non sismiche si è applicata, a favore di sicurezza, la spinta a

riposo, il cui coefficiente di spinta è il seguente:

Ko = 1 – sin φ = 0.426.

5.2 SPINTA DEL TERRENO DOVUTA A SOVRACCARICHI La spinta per effetto dei sovraccarichi presenti è stata calcolata mediante l’espressione:

aq KhqF ⋅⋅=

dove q rappresenta il valore del sovraccarico agente in superficie (kN/m2), h la profondità

alla quale viene calcolata la spinta (m) ed il coefficiente Ka è calcolato come sopra.

Tale spinta è applicata ad ½ dell’altezza di riferimento h, ed è inclinata rispetto alla

perpendicolare al paramento dell’angolo δ, assunto pari a 0°.

Il valore del sovraccarico q è stato assunto cautelativamente pari a 20 kN/m2 .

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5.3 INCREMENTO DI SPINTA PER EFFETTO DEL SISMA

La zona in cui ricade l’opera progettata è classificata sismica, pertanto è stato calcolato

l’incremento di spinta con l’analisi pseudo statica.

Essendo le opere da progettare (nel caso specifico le spalle) soggette alla spinta del terreno

assimilabili a muri (così come definite al punto 6.5 del D.M. 14/01/2008), si considerano

dei coefficienti sismici orizzontale e verticale pari a (punto 7.11.6.2.1 D.M. 14/01/2008):

kh = βm x S x ag

kv = ± 0.5 kh

dove:

βm = coefficiente di riduzione dell’accelerazione massima attesa al sito (Tab.

7.11.II) (= 0.24 per suolo tipo C, con ag = 0.195);

amax = accelerazione di picco = S x ag = 1.408 x 0.195.

per cui si ha:

kh = 0.24 x 1.408 x 0.195 = 0.066 g

kv = ± 0.033

L’incremento sismico è stato poi incrementato del 30 % (par. 7.9.5.6.1).

Operando a favore di sicurezza, si considera l’incremento di spinta dovuta al sisma

applicato a metà altezza del muro.

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6 CALCOLO REAZIONE ORIZZONTALE TERRENO

L’effetto di contenimento operato dal terreno in cui si trovano immersi i pali,

indispensabile nella progettazione di pali sottoposti a sforzi orizzontali, è stato valutato

attraverso il calcolo del coefficiente di reazione orizzontale del terreno (Kh).

Il valore di Kh può essere ottenuto rapidamente attraverso le diverse correlazioni

empiriche esistenti in letteratura.

Per terreni coesivi sovraconsolidati (Cu>0.5 Kg/cmq) il valore di Kh viene ricavato dalla

formula di Skempton (1951) con la seguente equazione:

dCuCfcmcKgKh /)/( ⋅=

dove:

Cu (Kg/cmc) = coesione non drenata;

d (cm) = diametro o larghezza del palo.

Cf = coefficiente variabile da 80 a 320 (valore consigliato 120).

Nella modellazione della spalla i pali sono stati discretizzati in elementi trave a passo

costante di 1 m.

L’interazione terreno-palo è stata generata inserendo elementi tipo “asta-compressa” di

sezione pari a 10x10 cm in corrispondenza di ogni estremo degli elementi trave.

Tali elementi sono in grado di trasmettere solo azioni di compressione e non danno alcun

contributo resistente a trazione, quindi riproducono fedelmente l’interazione terreno-palo

all’interfaccia.

La lunghezza delle aste compresse è stata calcolata in modo da riprodurre la rigidezza

orizzontale del terreno alle varie profondità degli estremi degli elementi trave nel seguente

modo:

L = E x A / (Kh x Ai)

Dove:

L = lunghezza asta compressa

E = modulo elastico asta compressa

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A = area della sezione dell’asta compressa = 100 cm2

Kh = coefficiente di reazione orizzontale del terreno alla profondità considerata

Ai = D x Ltrave con D = diametro palo, Ltrave = lunghezza elemento trave.

Nella tabella sottostante si riporta il calcolo della rigidezza del terreno al variare della

profondità per le lunghezze delle aste compresse.

nh Z testa palo

[m] Terreno D palo

[cm] E molla [kg/cm2]

A molla [cm2]

kh [kg/cm3]

L [cm]

0 0,5 coesivo 120 0 0 0,000 0,00 0,351 1,5 coesivo 120 5000 100 0,439 94,97 0,351 2,5 coesivo 120 5000 100 0,731 56,98 0,351 3,5 coesivo 120 5000 100 1,024 40,70 0,351 4,5 coesivo 120 5000 100 1,316 31,66 0,351 5,5 coesivo 120 5000 100 1,609 25,90 0,351 6,5 coesivo 120 5000 100 1,901 21,92 0,351 7,5 coesivo 120 5000 100 2,194 18,99 0,351 8,5 coesivo 120 5000 100 2,486 16,76 0,351 9,5 coesivo 120 5000 100 2,779 14,99 0,351 10,5 coesivo 120 5000 100 3,071 13,57 0,351 11,5 coesivo 120 5000 100 3,364 12,39 0,351 12,5 coesivo 120 5000 100 3,656 11,40 0,351 13,5 coesivo 120 5000 100 3,949 10,55 0,351 14,5 coesivo 120 5000 100 4,241 9,82 0,351 15,5 coesivo 120 5000 100 4,534 9,19 0,351 16,5 coesivo 120 5000 100 4,826 8,63 0,351 17,5 coesivo 120 5000 100 5,119 8,14 0,351 18,5 coesivo 120 5000 100 5,411 7,70 0,351 19,5 coesivo 120 5000 100 5,704 7,31 0,351 20,5 coesivo 120 5000 100 5,996 6,95 0,351 21,5 coesivo 120 5000 100 6,289 6,63 0,351 22,5 coesivo 120 5000 100 6,581 6,33 0,351 23,5 coesivo 120 5000 100 6,874 6,06 0,351 24,5 coesivo 120 5000 100 7,166 5,81 0,351 25,5 coesivo 120 5000 100 7,459 5,59 0,351 26,5 coesivo 120 5000 100 7,751 5,38 0,351 27,5 coesivo 120 5000 100 8,044 5,18 0,351 28,5 coesivo 120 5000 100 8,336 5,00 0,351 29,5 coesivo 120 5000 100 8,629 4,83 0,351 30,5 coesivo 120 5000 100 8,921 4,67 0,351 31,5 coesivo 120 5000 100 9,214 4,52

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7 CALCOLO PORTATA VERTICALE PALO SINGOLO

La capacità portante di progetto Qd dei pali trivellati è pari a:

st

sm

bt

bmd

QQQγ⋅γ

+γ⋅γ

=

dove

Qbm : carico limite di punta;

Qsm : carico limite per attrito laterale.

Per i coefficienti di sicurezza parziali si adottano, in accordo col punto 6.4.3.1 del D.M.

14/01/08, i seguenti valori (approccio 2, set R3):

γb = coefficiente di sicurezza sulla portata di punta = 1.35; γs = coefficiente di sicurezza sulla portata laterale = 1.15 (in compressione); γs = coefficiente di sicurezza sulla portata laterale = 1.25 (in trazione); γt = coefficiente di sicurezza sulla portata totale = 1.70.

7.1 PORTANZA PER ATTRITO LATERALE Il valore del carico limite per attrito laterale viene ricavato attraverso il seguente calcolo:

∫ ⋅⋅π⋅τ= dzDQsm dove τ è la tensione tangenziale per attrito fra terreno e palo.

Discretizzando l'integrale in forma di sommatoria dei contributi relativi a ciascuno strato

di terreno si ottiene:

∑ ⋅⋅π⋅τ= ism hDQ

dove hi è lo spessore dell’i strato di terreno.

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Valutando la capacità portante del palo in termini di tensioni efficaci (a lungo termine) e

trascurando a titolo precauzionale il termine di coesione, la tensione tangenziale per attrito

palo-terreno viene calcolata secondo la seguente metodologia:

i0vii tgk' δ⋅⋅σ=τ dove:

σ’vi = pressione litostatica efficace in corrispondenza della mezzeria dello strato i-esimo;

k0 = 1 – sinΦ’

δi = angolo di attrito palo - terreno = ϕ’.

Valutando la capacità portante del palo in termini di tensioni totali (a breve termine) la

tensione tangenziale per attrito palo-terreno viene calcolata secondo la seguente

metodologia:

uii C⋅α=τ dove α è un coefficiente riduttivo di origine sperimentale.

7.2 CAPACITÀ PORTANTE ALLA BASE In termini di tensioni efficaci (a lungo termine) la portanza alla base Qbm vale:

qcritvbbbm N'AQ ⋅σ⋅= dove:

Ab = area della sezione orizzontale del palo [m2];

σ’vb = pressione litostatica efficace alla base del palo [kPa];

Nqcrit = coefficiente di portanza critico fornito da Berezantzev in funzione dell'angolo di

attrito del terreno e del rapporto lunghezza /diametro del palo.

Valutando la capacità portante del palo in termini di tensioni totali (a breve termine), la

portanza alla base vale:

pg. 11 di 30

( )ucbbm CNHAQ ⋅+⋅γ⋅= dove:

H = profondità a cui si attesta la base del palo;

Nc = coefficiente di portanza per coesione;

Cu = coesione non drenata alla base del palo.

7.3 VALUTAZIONE DELLA CAPACITÀ PORTANTE VERTICALE I risultati dei calcoli di capacità portante del singolo palo, in termini di tensioni totali ed

efficaci, sono riportati nelle seguenti tabelle; i valori della lunghezza dei pali riportati sono

quelli effettivi (a partire dalla quota di imposta dei plinti delle pile e della platea delle

spalle).

Tabella 3 – Portata pali L=29 m e L=40 m – sondaggi S2 e S4

Sondaggio Tensioni D [mm] L [m] Qbm [kN] Qsm [kN] Qd [kN] S2 Totali 1200 29 2395 5620 3802 S2 Efficaci 1200 29 3278 5094 3918 S4 Totali 1200 29 2397 5144 3560 S4 Efficaci 1200 29 3299 5103 3932 S2 Totali 1200 40 2515 8451 5259 S2 Efficaci 1200 40 4243 8841 6211 S4 Totali 1200 40 2518 7974 5016 S4 Efficaci 1200 40 4265 8872 6237

Tabella 4 – Calcolo portata (in compressione) pali L=29 m (tensioni totali) – sondaggio S2

PALO STRATO N1 QUOTA IMPOSTA (cm) 0

diametro palo d 120 cm lunghezza strato L strato 300 cm

angolo attrito interno terreno φ 0 gradi peso specifico terreno γ 1800 daN/m3

c 0 daN/cm2 Cu 0 daN/cm3 Nq 0,00 σvL 0,54 daN/cm2 Nc 9,00 Nγ 0,00

condizioni

2

pg. 12 di 30

tipo di terreno

1

tipo di palo

5 k 0,50 µ 0,00 α 0,70

S. 0 daN

STRATO N2 quota 300lunghezza strato L strato 350 cm


c 0 daN/cm2 Cu 0,65 daN/cm3 Nq 8,00 σvL 1,21 daN/cm2 Nc 9,00 Nγ 6,55

k 0,50 µ 0,36 α 0,38 S. 32591 daN STRATO N3 quota 650

lunghezza strato L strato 800 cm angolo attrito interno terreno φ 21 gradi

peso specifico terreno γ 900 daN/m3 c 0 daN/cm2 Cu 0,75 daN/cm3 Nq 8,00 σvL 1,93 daN/cm2 Nc 9,00 Nγ 6,91


lunghezza strato L strato 1750 cm angolo attrito interno terreno φ 23,5 gradi

pg. 13 di 30


k 0,50 µ 0,43 α 0,35 S. 450269 daN

PROFONDITA'

PUNTA 3200 L TOT 2900 cm P.PALO 19679 daN

1,35 P. 239455 daN 1,15 S. 562028 daN

Qlim 646415 daN coeff sicurezza 1,7 Qammissibile 380244 daN

Tabella 5 – Calcolo portata (in compressione) pali L=29 m (tensioni efficaci) – sondaggio S2





condizioni

1

tipo di terreno

1

tipo di palo

5

pg. 14 di 30

k 0,50 µ 0,00 α 0,70

S. 0 daN










pg. 15 di 30

k 0,50 µ 0,43 α 0,35 S. 397840 daN

PROFONDITA'


1,35 P. 327756 daN 1,15 S. 509381 daN







condizioni

2

tipo di terreno

1

tipo di palo

5 k 0,50 µ 0,00 α 0,70

S. 0 daN


pg. 16 di 30









k 0,50 µ 0,43 α 0,35 S. 733295 daN

pg. 17 di 30

PROFONDITA'


1,35 P. 251523 daN 1,15 S. 845054 daN







condizioni

1

tipo di terreno

1

tipo di palo

5 k 0,50 µ 0,00 α 0,70

S. 0 daN



c 0 daN/cm2 Cu 0,65 daN/cm3 Nq 8,00 σvL 1,21 daN/cm2 Nc 9,00

pg. 18 di 30

Nγ 6,55 k 0,50 µ 0,36 α 0,38 S. 20951 daN STRATO N3 quota 650






k 0,50 µ 0,43 α 0,35 S. 772529 daN

PROFONDITA'


1,35 P. 424296 daN 1,15 S. 884071 daN

Qlim 1055907 daN

pg. 19 di 30

coeff sicurezza 1,7 Qammissibile 621122 daN






condizioni

2

tipo di terreno

1

tipo di palo

5 k 0,50 µ 0,00 α 0,70

S. 0 daN


angolo attrito interno terreno φ 26,5 gradi peso specifico terreno γ 1900 daN/m3


k 0,50 µ 0,50 α 0,70 S. 62908 daN

pg. 20 di 30

STRATO N3 quota 850









k 0,50 µ 0,43 α 0,35

pg. 21 di 30

S. 391091 daN

PROFONDITA'


1,35 P. 239726 daN 1,15 S. 514415 daN







condizioni

1

tipo di terreno

1

tipo di palo

5 k 0,50 µ 0,00 α 0,70

S. 0 daN



c 0 daN/cm2 Cu 0 daN/cm3

pg. 22 di 30

Nq 8,00 σvL 1,61 daN/cm2 Nc 9,00 Nγ 8,97









peso specifico terreno γ 970 daN/m3

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k 0,50 µ 0,43 α 0,35 S. 362427 daN

PROFONDITA'


1,35 P. 329918 daN 1,15 S. 510333 daN







condizioni

2

tipo di terreno

1

tipo di palo

5 k 0,50

pg. 24 di 30

µ 0,00 α 0,70

S. 0 daN










pg. 25 di 30




k 0,50 µ 0,43 α 0,35 S. 674117 daN

PROFONDITA'


1,35 P. 251793 daN 1,15 S. 797441 daN







pg. 26 di 30

condizioni

1

tipo di terreno

1

tipo di palo

5 k 0,50 µ 0,00 α 0,70

S. 0 daN








pg. 27 di 30






k 0,50 µ 0,43 α 0,35 S. 739271 daN

PROFONDITA'


1,35 P. 426458 daN 1,15 S. 887177 daN


Le azioni assiali massime in corrispondenza delle testi dei pali sono le seguenti:

- Pali spalle: Nmax SLU (compressione) = 3468 kN (L=29 m)

pg. 28 di 30

- Pali spalle: Nmax SLU (trazione) = -203.50 kN

- Pali spalle: Nmax SLE (compressione) = 2432 kN

- Pali pile: Nmax SLU (compressione) = 4968 kN (L=40 m)

- Pali pile: Nmax SLU (trazione) = -1293 kN

- Pali pile: Nmax SLE (compressione) = 3112 kN

Essendo la massima forza di trazione del palo delle spalle minore del peso proprio del

palo (1.13x29x25 = 819.25 kN) si omette la verifica della capacità portante a trazione.

Per le pile si riporta invece la verifica a trazione nelle condizioni più gravose (sondaggio

S4, tensioni totali):

Tabella 12 – Calcolo portata (in trazione) pali L=40 m (tensioni totali) – sondaggio S4





condizioni

2

tipo di terreno

1

tipo di palo

5 k 0,50 µ 0,00 α 0,70

S. 0 daN



pg. 29 di 30










peso specifico terreno γ 970 daN/m3

pg. 30 di 30


k 0,50 µ 0,43 α 0,35 S. 674117 daN PROFONDITA' PUNTA 4100 L TOT 4000 cm P.PALO 27143 daN

1,25 S. 797441 daN coeff sicurezza 1,7 Qlim a Trazione 665096 daN Qammissibile a Trazione 391233 daN

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