regione autonoma friuli venezia giulia · oggetto della presente relazione sono le verifiche...
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REGIONE AUTONOMA FRIULI VENEZIA GIULIA
PROVINCIA DI UDINE
COMUNE DI PRATO CARNICO
IMPIANTO IDROELETTRICO LIANA
OPERE DI PRESA
SUL RIO LIANA E SUL RIO PICCOLAZ
ED EDIFICIO CENTRALE
PROGETTO DEFINITIVO
RELAZIONE GEOTECNICA
Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia – Provincia di Udine Impianto Idroelettrico Liana – Opere di presa ed edificio centrale
Comune di Prato Carnico Progetto Definitivo
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REGIONE AUTONOMA FRIULI VENEZIA GIULIA PROVINCIA DI UDINE
COMUNE DI PRATO CARNICO ------------------------------------------------------------------------------------------------------
Impianto Idroelettrico Liana – Opere di presa sul Rio Liana a sul Rio Piccolaz ed edificio centrale
------------------------------------------------------------------------------------------------------Progetto Definitivo
------------------------------------------------------------------------------------------------------ Relazione geotecnica
------------------------------------------------------------------------------------------------------
INDICE:
1 PREMESSE ............................................................................................................................................. 6
2 RELAZIONE TECNICA ........................................................................................................................... 7
2.1 Inquadramento generale ...................................................................................................................................... 7
2.2 Presa sul Rio Liana .............................................................................................................................................. 8
2.3 Presa sul Rio Piccolaz ....................................................................................................................................... 11
2.4 Edificio centrale .................................................................................................................................................. 14
3 NORMATIVA ......................................................................................................................................... 21
4 RIFERIMENTI E LETTERATURA ......................................................................................................... 21
5 RELAZIONE ILLUSTRATIVA SUI MATERIALI ................................................................................... 22
6 PROGRAMMA DELLE INDAGINI E DELLE PROVE GEOTECNICHE ............................................... 23
7 SICUREZZA E PRESTAZIONI ATTESE .............................................................................................. 26
7.1 Generalità .......................................................................................................................................................... 26
7.1.1 Verifiche SLU ............................................................................................................................................................. 26 7.1.2 Verifiche SLE ............................................................................................................................................................. 27
8 CARATTERIZZAZIONE DEI TERRENI ................................................................................................ 28
8.1 Caratterizzazione geologica e litostratigrafica .................................................................................................... 28
8.2 Caratterizzazione fisico-meccanica .................................................................................................................... 28
8.3 Falda .................................................................................................................................................................. 28
9 APPROCCI PROGETTUALI E VALORI CARATTERISTICI DEI PARAMETRI GEOTECNICI ........... 29
9.1 Approcci progettuali ........................................................................................................................................... 29
9.2 Valori di progetto dei parametri geotecnici ......................................................................................................... 29
10 MODELLI GEOTECNICI DI SOTTOSUOLO E METODI DI ANALISI .................................................. 32
11 CARATTERIZZAZIONE SISMICA DEL SUOLO DI FONDAZIONE .................................................... 33
12 RELAZIONE DI CARATTERIZZAZIONE SISMICA .............................................................................. 34
12.1 Opere di presa ................................................................................................................................................... 34
12.1.1 Spettri di risposta elastici ............................................................................................................................................ 34 12.1.2 Tipologia strutturale [ NTC’08 § 7.4.3.1 ] .................................................................................................................... 37 12.1.3 Metodo di analisi sismica [ NTC’08 § 7.4.3.1 ] ............................................................................................................ 37 12.1.4 Coefficiente di struttura .............................................................................................................................................. 37
12.1.4.1 SLV ................................................................................................................................................................. 37 12.1.4.2 SLD................................................................................................................................................................. 37
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Comune di Prato Carnico
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12.1.5 Parametri sismici ........................................................................................................................................................ 37
12.1.6 Coefficienti sismici kh kv [NTC’08 § 7.11.6.2.1] ......................................................................................................... 38 12.1.6.1 SLV ................................................................................................................................................................. 38 12.1.6.2 SLD................................................................................................................................................................. 38
12.2 Edificio cnetrale .................................................................................................................................................. 39
12.2.1 Spettri di risposta elastici ............................................................................................................................................ 39 12.2.2 Tipologia strutturale [ NTC’08 § 7.4.3.1 ] .................................................................................................................... 42 12.2.3 Metodo di analisi sismica [ NTC’08 § 7.4.3.1 ] ............................................................................................................ 42 12.2.4 Coefficiente di struttura .............................................................................................................................................. 42
12.2.4.1 SLV ................................................................................................................................................................. 42
12.2.4.2 SLD................................................................................................................................................................. 42 12.2.5 Parametri sismici ........................................................................................................................................................ 42 12.2.6 Coefficienti sismici kh kv [NTC’08 § 7.11.6.2.1] ......................................................................................................... 43
12.2.6.1 SLV ................................................................................................................................................................. 43 12.2.6.2 SLD................................................................................................................................................................. 43
13 METODI DI CALCOLO E VERIFICA .................................................................................................... 44
13.1 Metodi di calcolo ................................................................................................................................................ 44
13.2 Codici di calcolo utilizzati ................................................................................................................................... 44
13.2.1 Dolmen Win ............................................................................................................................................................... 44 13.2.1.1 Grado di affidabilità del codice ........................................................................................................................ 44
13.2.1.2 Motivazione della scelta del codice ................................................................................................................. 45 13.2.1.3 Tipo di schematizzazione ................................................................................................................................ 45 13.2.1.4 Tipo di analisi .................................................................................................................................................. 45
13.2.2 Trave ad una campata ............................................................................................................................................... 45 13.2.3 VCA SLU ................................................................................................................................................................... 45
14 VERIFICHE SLU E SLE ........................................................................................................................ 46
14.1 SLU STR ............................................................................................................................................................ 46
14.2 SLU GEO ed EQU ............................................................................................................................................. 46
14.2.1 Verifica a capacità portante ........................................................................................................................................ 46 14.2.2 Verifica a scorrimento ................................................................................................................................................ 47 14.2.3 Verifica a ribaltamento ............................................................................................................................................... 47 14.2.4 Verifica a stabilità globale ........................................................................................................................................... 47
14.3 SLU UPL ............................................................................................................................................................ 47
14.4 SLU HYD ........................................................................................................................................................... 48
15 OPERE DI PRESA ................................................................................................................................ 49
15.1 Presa sul Rio Liana ............................................................................................................................................ 50
15.1.1.1 Verifica a capacità portante ............................................................................................................................. 50 15.1.1.2 Verifica a scorrimento ..................................................................................................................................... 52 15.1.1.3 Verifica a ribaltamento .................................................................................................................................... 52
15.1.1.4 Verifica a stabilità globale ................................................................................................................................ 53
15.1.1.5 Verifica a sollevamento ................................................................................................................................... 53
15.1.1.6 Verifica a sifonamento ..................................................................................................................................... 53
15.2 Presa sul Rio Piccolaz ....................................................................................................................................... 54
15.2.1.1 Verifica a capacità portante ............................................................................................................................. 54 15.2.1.2 Verifica a scorrimento ..................................................................................................................................... 56
15.2.1.3 Verifica a ribaltamento .................................................................................................................................... 56 15.2.1.4 Verifica a stabilità globale ................................................................................................................................ 57 15.2.1.5 Verifica a sollevamento ................................................................................................................................... 57
15.2.1.6 Verifica a sifonamento ..................................................................................................................................... 57
Impianto Idroelettrico Liana – Opere di presa ed edificio centrale
Progetto Definitivo
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16 EDIFICIO CENTRALE ........................................................................................................................... 58
16.1.1.1 Verifica a capacità portante ............................................................................................................................. 58 16.1.1.2 Verifica a scorrimento ..................................................................................................................................... 60 16.1.1.3 Verifica a ribaltamento .................................................................................................................................... 60
16.1.1.4 Verifica a stabilità globale ................................................................................................................................ 60 16.1.1.5 Verifica a sollevamento ................................................................................................................................... 60 16.1.1.6 Verifica a sifonamento ..................................................................................................................................... 60
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1 PREMESSE
Oggetto della presente relazione sono le verifiche geotecniche della opere di presa, opera di presa sul Rio Liana e opera di presa sul
Rio Piccolaz, e dell’edificio centrale previsti nell’ambito dei lavori necessari alla realizzazione dell’impianto idroelettrico “Liana”, ubicato
alla confluenza tra il Rio Liana e il Torrente Pesarina, nel comune di Prato Carnico (UD).
Impianto Idroelettrico Liana – Opere di presa ed edificio centrale
Progetto Definitivo
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2 RELAZIONE TECNICA
2.1 INQUADRAMENTO GENERALE
L’impianto idroelettrico che verrà realizzato sarà del tipo ad acqua fluente con prese dal Rio Liana e dal Rio Piccolaz e restituzione al
torrente Pesarina.
L’ubicazione dell’impianto è riportata di seguito.
Figura 1: Inquadramento territoriale
Le condotte captate dal Piccolaz verranno trasferite alla presa del Liana e quindi, mediante la condotta forzata saranno addotte
all’edificio centrale e quindi scaricate al torrente Pesarina subito a valle della confluenza con il Liana.
Figura 2: schema dell’impianto
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2.2 PRESA SUL RIO LIANA
L’opera di presa dal Rio Liana verrà realizzata in sinistra idrografica mediante la costruzione di una bocca di presa laterale. A partire
dalla bocca di presa, con andamento curvilineo verrà creato un canale di adduzione, a cui seguirà dissabbiatore e la vasca di carico.
All’interno della vasca di carico si innesterà la condotta di adduzione delle acque captate dal Piccolaz; dalla medesima vasca si
dipartirà quindi la condotta forzata. Per consentire la derivazione ed il rilascio della portata di rispetto verrà creata una soglia di
sbarramento sulla quale troveranno ubicazione sghiaiatore, luce di rilascio e di alimentazione della scala di risalita della fauna ittica.
Di seguito si riportano piante e sezioni dell’opera di derivazione completa.
Figura 3: Opera di presa: pianta
Figura 4: Opera di presa: sezione longitudinale
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Lo sbarramento, di lunghezza complessiva pari a 9,15 m, è costituito da una briglia in c.a. di altezza 3 m e larghezza 1,50 m, affiorante
per circa 1,5 m dall’attuale fondo alveo (quota ciglio sfiorante 797 m s.l.m.m.).
Di seguito si riporta uno schema dello sbarramento, del dispositivo per il rilascio del DMV e della scala di risalita della fauna ittica.
Figura 5: Sbarramento: sezione longitudinale
Figura 6: Sbarramento: sezione trasversale dispositivo rilascio DMV e scala di risalita fauna ittica
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A monte dello sbarramento verrà realizzata la bocca di presa costituita da una soglia posizionata a quota 796.66 m slm, presidiata da
una griglia grossa che impedirà l’ingresso ai manufatti di sedimentazione al materiale galleggiante di grandi dimensioni (tronchi e rami)
trasportato dal torrente Liana.
A valle della soglia si prevede uno scivolo per la sedimentazione della ghiaia eventualmente entrante nella bocca di presa che potrà
essere restituita all’alveo, a valle dello sbarramento, mediante l’apertura della apposita paratoia sghiaiatrice piana.
Le ghiaie in ingresso alla presa verranno bloccate ed indirizzate verso la luce sghiaiatrice mediante la realizzazione di una soglia curva
con ciglio a 796.55 m slm; al di sopra di tale soglia verrà installata la paratoia di intercettazione dell’impianto.
A valle della paratoia di intercettazione vi è il blocco principale dell’opera di derivazione costituito dal dissabbiatore e dalla vasca di
carico.
Il dissabbiatore sarà costituisco da una vasca di sedimentazione, sagomata a tramoggia, di lunghezza 5,40 m e larghezza 2,00 m, al
termine della quale si prevede la realizzazione di un setto di sostegno delle quote idriche.
Figura 7: sezione trasversale dissabbiatore
A valle del dissabbiatore verrà realizzata la vasca di carico avente lunghezza 5,60 m e larghezza 2,00 m, all’interno della quale si
prevede di mantenere una quota idrica costante pari a 796.56 m s.l.m..
Figura 8: sezione trasversale vasca di carico
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2.3 PRESA SUL RIO PICCOLAZ
L’opera di presa dal Rio Piccolaz verrà realizzata in destra idrografica mediante la costruzione di una bocca di presa laterale. A partire
dalla bocca di presa, con andamento curvilineo verrà creato un canale di adduzione, a cui seguirà dissabbiatore e la vasca di carico.
Dalla vasca di carico si dipartirà la condotta di adduzione in pressone verso la presa dal rio Liana. Per consentire la derivazione ed il
rilascio della portata di rispetto verrà creata una soglia di sbarramento sulla quale troveranno ubicazione sghiaiatore, luce di rilascio e
di alimentazione della scala di risalita della fauna ittica.
Di seguito si riportano piante e sezioni dell’opera di derivazione completa.
Figura 9: Opera di presa: pianta
Figura 10: Opera di presa: sezione longitudinale
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Lo sbarramento, di lunghezza complessiva pari a 8,70 m, è costituito da una briglia in c.a. di altezza 3,30 m e larghezza 1,50 m,
affiorante per circa 1,8 m dall’attuale fondo alveo (quota ciglio sfiorante 804,50 m s.l.m.m.).
Di seguito si riporta uno schema dello sbarramento, del dispositivo per il rilascio del DMV e della scala di risalita della fauna ittica.
Figura 11: Sbarramento: sezione longitudinale
Figura 12: Sbarramento: sezione trasversale dispositivo rilascio DMV e scala di risalita fauna ittica
Impianto Idroelettrico Liana – Opere di presa ed edificio centrale
Progetto Definitivo
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A monte dello sbarramento verrà realizzata la bocca di presa costituita da una soglia posizionata a quota 804,17 m slm, presidiata da
una griglia grossa che impedirà l’ingresso ai manufatti di sedimentazione al materiale galleggiante di grandi dimensioni (tronchi e rami)
trasportato dal torrente Piccolaz.
A valle della soglia si prevede uno scivolo per la sedimentazione della ghiaia eventualmente entrante nella bocca di presa che potrà
essere restituita all’alveo, a valle dello sbarramento, mediante l’apertura della apposita paratoia sghiaiatrice piana.
Le ghiaie in ingresso alla presa verranno bloccate ed indirizzate verso la luce sghiaiatrice mediante la realizzazione di una soglia curva
con ciglio a 803 m slm; al di sopra di tale soglia verrà installata la paratoia di intercettazione dell’impianto.
A valle della paratoia di intercettazione vi è il blocco principale dell’opera di derivazione costituito dal dissabbiatore e dalla vasca di
carico.
Il dissabbiatore sarà costituisco da una vasca di sedimentazione, sagomata a tramoggia, di lunghezza 4,40 m e larghezza 2,00 m, al
termine della quale si prevede la realizzazione di un setto di sostegno delle quote idriche.
Figura 13: sezione trasversale dissabbiatore
A valle del dissabbiatore verrà realizzata la vasca di carico avente lunghezza 3 m e larghezza 2,00 m, all’interno della quale si prevede
di mantenere una quota idrica costante pari a 804.20 m s.l.m..
Figura 14: sezione trasversale vasca di carico
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2.4 EDIFICIO CENTRALE
L’edificio centrale sarà posto in destra orografica del T. Pesarina, subito a valle della confluenza con il Liana, al disotto della zona
produttiva in località Chiampeas.
L’edificio sarà raggiungibile dalla viabilità pubblica a mezzo di una strada appositamente creata a mezza costa e sostenuta da muri in
sasso.
L’edificio sarà costituito da una struttura in calcestruzzo armato a due piani:
- Piano terra, seminterrato, con accesso a quota 630,60 m slm, dove sarà installato il gruppo turbina-generatore
- Piano primo, fuori terra, con accesso a quota 636.30 m slm, dove saranno ubicati i quadri MT e BT, il trasformatore, il sevizio
igienico e i locali di interfaccia Enel.
Il nuovo edificio centrale risulterà ubicato a quota superiore alla massima piena del Pesarina con tempo di ritorno di duecento anni;
ovvero posto in condizioni di sicurezza idraulica.
La struttura è costituita da platea di fondazione in c.a. gettata in opera di spessore 50 cm, setti verticali del vano seminterrato di
spessore 40 cm e setti verticali del locale fuori terra di spessore 30 cm.
La soletta a quota 636.00 ha spessore 30 cm, mentre i setti interni di ripartizione dei localo Enel al primo piano hanno spessore 25 cm.
La copertura è realizzata con capriata metallica e pannelli coibentati.
Il collegamento tra i due piani è realizzato mediante una scala metallica su due rampe costituita da profili portanti in acciaio e gradini e
pianerottoli in grigliato elettrosaldato.
Nel locale seminterrato, per il posizionamento e la manutenzione delle apparecchiature elettromeccaniche si prevede l’installazione di
un carroponte manuale da 6000 kg di portata.
Di seguito si riportano alcune immagini della struttura.
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Progetto Definitivo
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Figura 15: pianta edificio centrale piano seminterrato
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Figura 16: pianta edificio centrale piano fuori terra
Impianto Idroelettrico Liana – Opere di presa ed edificio centrale
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Figura 17: sezione in asse scala
Figura 18: sezione in asse turbina
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Figura 19: sezione trasversale
Figura 20: sezione trasversale asse generatore
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Dal punto di vista architettonico, per un corretto inserimento dell’opera nell’ambiente montano, in analogia a quanto già sviluppato nel
progetto del 2014 approvato dal comune di Prato Carnico si prevede:
- L’utilizzo di massi naturali per il sostegno delle scarpate della strada di accesso; gli interstizi tra i sassi verranno intasati in terra
vegetale e lì verranno messe in opera talee per il rinverdimento dell’opera
- Il seminterremento della struttura
- Il rivestimento in sasso delle pareti a vista nel piano seminterrato e nel piano fuori terra fino all’imposta della copertura
- La realizzazione di tamponamento dei timpani in tavolato di larice
- La posa di serramenti verniciati in alluminio
- La realizzazione del tetto a doppia falda con manto di copertura in pannelli di alluminio verniciati in analogia agli edifici presenti
nelle vicinanze
- Il mascheramento in legno degli sporti delle travi in acciaio della struttura del tetto
- La ricomposizione morfologica del sito con riporti di terreno vegetale ed inerbimenti delle aree interessate dalle lavorazioni
- La posa di staccionate in legno anziché parapetti in acciaio
- La realizzazione della strada di accesso con finitura in misto cementato.
Figura 21: prospetto nord-est
Figura 22: prospetto sud-est
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Figura 23: prospetto nord-ovest
Figura 24: prospetto sud-ovest
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3 NORMATIVA
D.M. Infrastrutture 14/01/2008 “Norme Tecniche per le Costruzioni”
CIRC.M. n°617 del 02/02/2009 “Istruzioni per l’applicazione delle «Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni» di cui al D.M.
14/01/2008”
Legge n. 1086 del 05/11/1971 “Norme per la disciplina delle opere di conglomerato cementizio armato, normale e
precompresso ed a struttura metallica”
D.M. LL. PP. 09/01/1996 “Norme tecniche per il calcolo, l’esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale
e precompresso e delle strutture metalliche”
UNI EN 1990 “EC0 – Criteri generali di progettazione strutturale”
UNI EN 1991 “EC1 – Azioni sulle strutture”
UNI EN 1992 “EC2 – Progettazione delle strutture in calcestruzzo”
UNI EN 1993 “EC3 – Progettazione delle strutture in acciaio”
UNI EN 1997 “EC7 – Progettazione geotecnica”
UNI EN 1998 “EC8 – Progettazione delle strutture per la resistenza sismica”
UNI EN 206:2014 “Calcestruzzo: Specificazione, prestazione, produzione e conformità”
ISO 11104:2004 “Calcestruzzo – Specificazione, prestazione, produzione e conformità – Istruzioni complementari per
l’applicazione della EN 206-1”
UNI 11417: “Durabilità delle opere di calcestruzzo e degli elementi prefabbricati di calcestruzzo”
4 RIFERIMENTI E LETTERATURA
Impianto Idroelettrico Liana, progetto definitivo: elaborati grafici di progetto;
Impianto Idroelettrico Liana, progetto definitivo: 15031RE001D0 “Relazione generale illustrativa”;
Impianto Idroelettrico Liana, progetto definitivo: 15031RE003D0 “Relazione idraulica”;
Impianto Idroelettrico Liana, progetto definitivo: 15031RE004D0 “Relazione geologica”;
Impianto Idroelettrico Liana, progetto definitivo: 15031RE009D0 “Relazione di calcolo delle strutture – opere di presa”;
Impianto Idroelettrico Liana, progetto definitivo: 15031RE010D0 “Relazione di calcolo delle strutture – edificio centrale”.
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5 RELAZIONE ILLUSTRATIVA SUI MATERIALI
Per l’esecuzione dell’opera saranno utilizzati i materiali come previsto dal Regolamento Italiano per la progettazione con il metodo
semiprobabilistico agli stati limite, secondo D.M. 14/01/2008.
Per la relazione illustrativa sui materiali si rimanda alle rispettive relazioni calcolo delle strutture.
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6 PROGRAMMA DELLE INDAGINI E DELLE PROVE GEOTECNICHE
Per più approfondite valutazioni di carattere geologico si rimanda alla “Relazione geologica” redatta dal Dott. Geol. Andrea Mocchiuti
facente parte integrante del presente progetto definitivo.
Sono state eseguite le seguenti indagini in sito:
sopralluoghi per la rilevamento geologico e caratterizzazione terreni;
n. 3 indagini sismiche a rifrazione in onde P;
n. 4 indagini di sismica passiva secondo la tecnica HVSR.
Piano indagini geognostiche Presa sul Rio Piccolaz
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Piano indagini geognostiche Presa sul Rio Liana
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Piano indagini geognostiche Presa Edificio centrale
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Comune di Prato Carnico
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7 SICUREZZA E PRESTAZIONI ATTESE
7.1 GENERALITÀ
Secondo le vigenti NTC’08 il rispetto dei vari stati limite viene considerato conseguito quando:
nei confronti di tutti gli stati limite ultimi (SLU) siano soddisfatte le verifiche relative al solo stato limite di salvaguardia della vita
(SLV);
nei confronti di tutti gli stati limite di esercizio (SLE) siano soddisfatte le verifiche relative al solo stato limite di danno (SLD).
7.1.1 VERIFICHE SLU
Le verifiche agli SLU previste dalle vigenti NTC’08 sono (Cap. 6.2):
EQU perdita di equilibrio della struttura, del terreno o dell’insieme terreno-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 meccanismi di
collasso dell’insieme terreno-struttura;
UPL perdita di equilibrio della struttura o del terreno, dovuta alla sottospinta dell’acqua (galleggiamento);
HYD erosione e sifonamento del terreno dovuto a gradienti idraulici.
Per ciascun stato limite deve essere rispettata la condizione (§ 6.2.3.1 NTC’08):
Ed Rd
dove:
d
M
kkFd a;
X;FEE = valore di progetto dell’azione o dell’effetto dell’azione;
d
M
kkF
Rd a;
X;FR
1R = valore di progetto della resistenza del sistema geotecnico;
Fk = azioni caratteristiche agenti sul sistema;
F*Fk = azioni di progetto agenti sul sistema;
F = coefficienti parziali per le azioni o per l’effetto delle azioni (NTC’08 Tab.6.2.I § 6.2.3.1.1, Tab.6.2.III § 6.2.3.2, Tab.6.2.IV §
6.2.3.3);
Xk = parametri geotecnici caratteristici del terreno;
Xk/M = parametri geotecnici di progetto del terreno;
M = coefficienti parziali per i parametri geotecnici del terreno (NTC’08 Tab.6.2.II § 6.2.3.1.2);
ad = geometria di progetto del sistema;
R = coefficienti parziali sulla resistenza del sistema.
Tab.6.2.I § 6.2.3.1.1 NTC’08 / Tab.6.2.III § 6.2.3.2 NTC’08 / Tab.6.2.IV § 6.2.3.3 NTC’08: Coefficienti parziali per le azioni o per l’effetto delle azioni
Carichi Effetto
Coeff. parziale
F o E
EQU
Tab.6.2.I
STR
A1
Tab.6.2.I
GEO
A2
Tab.6.2.I
UPL
Sollevamento
Tab.6.2.III
HYD
Sifonamento
Tab.6.2.IV
Permanenti
Favorevole
G1
0,9 1,0 1,0 0,9 0,9
Sfavorevole 1,1 1,3 1,0 1,1 1,3
Permanenti non strutturali
Favorevole
G2
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Sfavorevole 1,5 1,5 1,3 1,5 1,5
Variabili
Favorevole
Qi
0,0 0,0, 0,0 0,0 0,0
Sfavorevole 1,5 1,5 1,3 1,5 1,5
Impianto Idroelettrico Liana – Opere di presa ed edificio centrale
Progetto Definitivo
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Tab. 6.2.II § 6.2.3.1.2 NTC’08 – Coefficienti parziali per i parametri geotecnici del terreno
Parametro Grandezza alla quale applicare il
coeffi. parziale Coeff. parziale M M1 M2
Tangente all’angolo di resistenza al taglio tan ’k ’ 1,0 1,25
Coesione efficace c’k c’ 1,0 1,25
Resistenza non drenata cuk cu 1,0 1,4
Peso dell’unità di volume 1,0 1,0
La verifica della condizione Ed Rd deve essere effettuata impiegando diverse combinazioni di gruppi di coefficienti parziali,
rispettivamente definiti per le azioni (gruppo A1 e gruppo A2), per i parametri geotecnici (gruppo M1 e gruppo M2) e per le resistenze
(gruppo R1, gruppo R2 e gruppo R3).
L’applicazione di uno o dell’altro gruppo di coefficienti parziali è funzione dello stato limite da verificare (EQU, STR, GEO…), della
tipologia di opera in oggetto (fondazioni superficiali, fondazioni su pali, muri di sostegno, paratie, tiranti…) e del tipo di Approccio
progettuale scelto dal progettista.
Le NTC’08 infatti permettono al progettista libera scelta tra due approcci progettuali distinti ed alternativi:
Approccio 1: sono previste due diverse combinazioni di gruppi di coefficienti. La combinazione 1 è generalmente più severa nei
confronti del dimensionamento strutturale delle opere a contatto con il terreno, la Combinazione 2 è generalmente
più severa nei riguardi del dimensionamento geotecnico.
Approccio 2: è prevista un’unica combinazione di gruppi di coefficienti, da adottarsi sia nelle verifiche strutturali che
geotecniche.
7.1.2 VERIFICHE SLE
Le vigenti NTC’08 (§ 6.2.3.3) impongono di verificare che per le opere ed i sistemi geotecnici non vengano raggiunti valori critici di
spostamenti e rotazioni tali da comprometterne la funzionalità.
E’ pertanto necessario valutare per ciascun stato limite di esercizio che gli spostamenti e le rotazioni ricavati utilizzando i valori
caratteristici delle azioni e delle resistenze dei materiali siano inferiori ai valori critici stabiliti, cioè che:
Ed Cd
dove:
Ed = valore di progetto dell’effetto delle azioni;
Cd = prescritto valore limite dell’effetto delle azioni.
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8 CARATTERIZZAZIONE DEI TERRENI
8.1 CARATTERIZZAZIONE GEOLOGICA E LITOSTRATIGRAFICA
La “Relazione Geologica” indica che stratigraficamente il sito è costituito da una litologia prevalente:
Depositi glaciali costituiti da blocchi e ciottoli, prevalentemente calcareo dolomitici, di dimensioni variabili, immersi in una matrice
abbastanza omogenea, classificabile coma una ghiaia con blocchi in matrice sabbioso limosa;
Depositi alluvionali più recenti costituiti di ciottoli, ghiaie, sabbie e limi.
Sono inoltre presenti rocce affioranti delle seguenti formazioni:
- formazione a Bellerophon, costituita da litotipi gessosi, marnosi e calcareo dolomitici, e suddivisa in due orizzonti: uno inferiore
costituito da rocce gessose dolomitiche e uno superiore costituito prevalentemente da dolomie cariate, dolomie gessose e
calcari grigi e grigio scuri con frequenti intercalazioni di calcari marnosi;
- formazione di Werfen, costituita da marne, marne argillose grigio-rossastre, arenarie finissime, siliti prevalentemente rosso-
violacee e calcari marnosi compatti.
8.2 CARATTERIZZAZIONE FISICO-MECCANICA
Di seguito la caratterizzazione fisico meccanica di riferimento per il terreno.
STRATIGRAFIA
Depositi alluvionali sciolti: ghiaie sabbiose e limose
con ciottoli e massi
t= 35°
v=2000 daN/m3
c = 0,00 daN/cm2
cu = 0,00 daN/cm2
Depositi morenici: ghiaie, sabbie e ciottoli in matrice
limosa
t= 35°
v=2100 daN/m3
c = 0,40 daN/cm2
cu = 0,00 daN/cm2
Roccia
t= 32-35°
v=2500 daN/m3
c = 1,00 daN/cm2
E = 13260 daN/cm2
ν = 0,20
σc = 26 daN/cm2
8.3 FALDA
L’idrografia della zona è dominata dal torrente Pesarina. Nell’area non è presente una vera e propria falda freatica, l’acqua nel terreno
è legata alle fluttuazioni dei corsi d’acqua principali.
Le permeabilità dei depositi quaternari sono in genere elevate.
Si assume pertanto assenza di falda.
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Progetto Definitivo
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9 APPROCCI PROGETTUALI E VALORI CARATTERISTICI DEI PARAMETRI GEOTECNICI
9.1 APPROCCI PROGETTUALI
Si applica il seguente approccio progettuale secondo le NTC’08 di cui al DM 14/01/2008:
Approccio Progettuale 2 (A1-M1-R3).
Per la verifica a Stabilità Globale la normativa impone ad ogni modo di applicare il seguente approccio progettuale:
Approccio Progettuale 1, Combinazione 2 (A2-M2-R2).
9.2 VALORI DI PROGETTO DEI PARAMETRI GEOTECNICI
Di seguito si riportano i valori caratteristici dei parametri meccanici del terreno assunti per i differenti manufatti.
Presa Rio Piccolaz
L’opera di presa sul Rio Piccolaz è situata in corrispondenza di un tratto rettilineo del torrente caratterizzato da elevata pendenza, il
rilevamento geologico indica la presenza di depositi sciolti costituiti da ghiaie e sabbie con presenza di grossi massi sul fondo in destra
orografica, mentre in sinistra orografica affiora il deposito morenico addensato. In prossimità dell’opera non è presente roccia
affiorante.
Le indagini sismiche indicano la presenza del deposito morenico addensato anche sul fondo del torrente a qualche metro di profondità
al di sotto delle alluvioni.
Data l’eterogeneità verticale e orizzontale dei depositi, a favore di sicurezza, si assume per le verifiche un terreno omogeneo avente le
seguenti caratteristiche:
STRATIGRAFIA
Terreno omogeneo granulare
t= 35°
v=2100 daN/m3
c = 0,00 daN/cm2
cu = 0,00 daN/cm2
FALDA
assente
COEFFICIENTE Kw VERTICALE DI WINKLER
5,00 daN/cm2
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Presa Rio Liana
L’opera di presa sul Rio Liana è situata sulla curva del torrente in un tratto caratterizzato da elevata pendenza, il rilevamento geologico
indica la presenza di depositi sciolti costituiti da ghiaie e sabbie con presenza di grossi massi su tutto il tratto interessato dall’opera.
In sinistra verso valle si osservano pareti rocciose costituite da affioramenti di dolomia cariata a costituire pareti subverticali a tratti
aggettanti.
Il fondovalle è sovralluvionato con abbondante presenza di depositi grossolani, costituiti per lo più da ghiaie e ciottoli con sabbie e
massi.
Le indagini sismiche evidenziano la presenza di una coltre detritica, cui sottostanno depositi quaternari addensati e roccia fratturata.
Data l’eterogeneità verticale e orizzontale dei depositi, a favore di sicurezza, si assume per le verifiche un terreno omogeneo avente le
seguenti caratteristiche:
STRATIGRAFIA
Terreno omogeneo granulare
t= 35°
v=2100 daN/m3
c = 0,00 daN/cm2
cu = 0,00 daN/cm2
FALDA
assente
COEFFICIENTE Kw VERTICALE DI WINKLER
5,00 daN/cm2
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Progetto Definitivo
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Edificio Centrale
Le indagini geofisiche hanno evidenziato la presenza nel sottosuolo di formazioni ghiaiose quaternarie con massi, ben addensate e
sovrastanti un substrato roccioso posto a circa 5-7 m di profondità.
A favore di sicurezza si assume per le verifiche un terreno omogeneo avente le seguenti caratteristiche:
STRATIGRAFIA
Terreno omogeneo granulare
t= 35°
v=2100 daN/m3
c = 0,00 daN/cm2
cu = 0,00 daN/cm2
FALDA
assente
COEFFICIENTE Kw VERTICALE DI WINKLER
5,00 daN/cm2
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10 MODELLI GEOTECNICI DI SOTTOSUOLO E METODI DI ANALISI
Il terreno viene assimilato ad un letto di molle elastiche indipendenti (modello alla Winkler) con costante verticale elastica di sottofondo
Kw (coefficiente di Winkler verticale) definita al precedente capitolo della presente relazione.
Nel modello strutturale di calcolo agli elementi finiti tale schematizzazione viene applicata tramite elementi finiti specifici costituiti da
travi (elementi monodimensionali) o platee (elementi bidimensionali) aventi intrinsecamente una resistenza elastica alle azioni verticali.
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11 CARATTERIZZAZIONE SISMICA DEL SUOLO DI FONDAZIONE
Secondo quanto riportato nella Relazione Geologica citata in letteratura, la classificazione, secondo le NTC’08, del suolo di fondazione
delle strutture risulta:
Categoria sottosuolo: compresa tra A e B;
Categoria topografica: T1.
I terreni di fondazione ghiaiosi ricadono nella categoria di sottosuolo B, mentre il substrato roccioso nella categoria A. A favore di
sicurezza si assume come categoria di sottosuolo la categoria B.
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12 RELAZIONE DI CARATTERIZZAZIONE SISMICA
12.1 OPERE DI PRESA
12.1.1 SPETTRI DI RISPOSTA ELASTICI
Secondo quanto previsto dalle NTC’08, si definiscono di seguito i parametri di pericolosità sismica del sito a partire dall’accelerazione
sismica massima attesa. Viene utilizzato il foglio di calcolo “Spettri di risposta” ver.1.03 messo a disposizione dal C.S.LL.PP.
Gli stessi parametri ricalcolati nelle fasi successive in automatico dai programmi di calcolo FEM utilizzati potranno risultare leggermente
diversi a causa delle approssimazioni utilizzate per determinare tali parametri per punti non appartenenti al reticolo di riferimento. Tali
differenze risultano comunque minime e trascurabili.
Comune: Prato Carnico
Provincia: Udine (UD)
Zona Sismica: 3
Coordinate: latitudine 46.5212°
longitudine 12.8035°
Altitudine: 780 m s.l.m.m
Con i dati di cui sopra si ricavano i valori dei parametri ag,F0 e Tc* per i periodi di ritorno TR di riferimento:
TR [anni] Ag [g] F0 [-] Tc* [s]
30 0.045 2.481 0.233
50 0.058 2.472 0.258
72 0.070 2.444 0.274
101 0.082 2.435 0.286
140 0.095 2.445 0.296
201 0.113 2.433 0.316
475 0.161 2.472 0.336
975 0.214 2.512 0.348
2475 0.305 2.523 0.366
Per una vita nominale della costruzione VN e un coefficiente d’uso Cu come di seguito impostati si ottengono i valori degli stessi
parametri ag,F0 e Tc* per i periodi di ritorno TR associati a ciascun SL:
STRUTTURA VITA NOMINALE VN
(Tab. 2.4.I § 2.4.1 NTC’08) CLASSE D’USO
(Tab. 2.4.II § 2.4.3 NTC’08) COEFFICIENTE D’USO CU (Tab. 2.4.II § 2.4.3 NTC’08)
Opera di derivazione 100 anni II 1,0
STATO LIMITE
TR [anni] Ag [g] F0 [-] Tc* [s]
SLO 60 0.064 2.458 0.266
SLD 101 0.082 2.435 0.286
SLV 949 0.212 2.511 0.348
SLC 1950 0.278 2.520 0.361
A seguire si riporta la versione grafica degli spettri di risposta elastici per i diversi SL.
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Figura 25: Spettri di risposta elastici per i periodi di ritorno TR di riferimento
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Figura 26: Variabilità dei parametri ag, F0, TC in funzione dei periodi di ritorno TR di riferimento
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12.1.2 TIPOLOGIA STRUTTURALE [ NTC’08 § 7.4.3.1 ]
L’opera è di fatto una struttura interrata le cui pareti verticali risultano vincolate alla traslazione orizzontale sia al piede che in testa.
Non risulta necessaria effettuare alcuna analisi pseudo statica o dinamica della struttura in quanto l’effetto dell’azione del sisma verrà
debitamente tenuto in conto tramite la dinamizzazione dei pesi sismici associati ai carichi verticali (peso proprio della struttura e carichi
permanenti ed accidentali agenti principalmente sulla soletta di copertura) e l’applicazione delle sovra spinte dinamiche delle terre
agenti orizzontalmente sulle pareti verticali.
La struttura non è regolare in pianta.
La struttura non è regolare in altezza.
La struttura è deformabile torsionalmente.
12.1.3 METODO DI ANALISI SISMICA [ NTC’08 § 7.4.3.1 ]
Si esegue un’analisi statica lineare, imponendo lo zero sismico la quota del terreno di riporto, e valutando le spinte delle terre e
dell’acqua come azioni pseudo-statiche.
12.1.4 COEFFICIENTE DI STRUTTURA
12.1.4.1 SLV
Per le verifiche agli SLV il coefficiente di struttura q è definito come:
q = q0*KR*KW
dove:
q0 = valore massimo del fattore di struttura (NTC’08 § 7.4.3.2 per costruzioni in ca);
KR = fattore riduttivo dipendente dalla regolarità in altezza della struttura [NTC’08 § 7.3.1];
KW = fattore riduttivo a prevenzione del collasso per rottura delle pareti [NTC’08 § 7.4.3.2].
Nel caso in oggetto, tuttavia, si è deciso di progettare la struttura come non duttile: pertanto il valore del fattore di struttura da
considerare per la determinazione dello spettro di risposta di progetto (spettro inelastico) è pari a 1 (struttura non dissipativa).
Tale assunzione di riflesso permette di progettare e verificare le opere di fondazione direttamente secondo le combinazioni di carico
definite per le strutture in elevazione (§ 7.2.5 NTC’08).
12.1.4.2 SLD
Per le verifiche agli SLD la normativa impone di considerare lo spettro elastico di esercizio q=1 (§ 3.2.3.4 NTC’08).
Per costruzioni di Classe III e IV tale spettro elastico viene modificato attraverso il coefficiente di smorzamento viscoso posto pari a:
=17,5%.
In tal caso si ottiene =2/3; che equivale a ridurre lo spettro elastico attraverso un fattore di struttura q=1,50.
12.1.5 PARAMETRI SISMICI
Di seguito gli ulteriori parametri sismici da definire a cura del progettista e i relativi parametri dipendenti.
PARAMETRO VALORE
RIFERIMENTO NORMATIVO
SLV SLD
Categoria sottosuolo B [Tab. 3.2.II §3.2.2 NTC’08]
Coefficiente di amplificazione stratigrafica SS 1,187 1,200 [Tab. 3.2.V §3.2.3.2.1 NTC’08]
Coefficiente della categoria di sottosuolo CC 1,359 1,413 [Tab. 3.2.V §3.2.3.2.1 NTC’08]
Categoria topografica T1 [Tab. 3.2.IV §3.2.2 NTC’08]
Coefficiente di amplificazione topografica ST 1,000 1,000 [Tab. 3.2.VI §3.2.3.2.1 NTC’08]
S=(SS*ST) 1,187 1,200 [3.2.5 §3.2.3.2.1 NTC’08]
Coeff. di smorzamento viscoso 5% 5%
=[10/(5+)]0,50,55 1,000 1,000 [3.2.6 §3.2.3.2.1 NTC’08]
TB=Tc/3 0,158 s 0,135 s [3.2.7 §3.2.3.2.1 NTC’08]
Tc= Cc Tc* 0,473 s 0,404 s [3.2.8 §3.2.3.2.1 NTC’08]
TD=[4,0*(ag/g)]+1,6 2,448 s 1,928 s [3.2.9 §3.2.3.2.1 NTC’08]
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12.1.6 COEFFICIENTI SISMICI KH KV [NTC’08 § 7.11.6.2.1]
kh = m*amax/g
kv = ± 0.5*kh
dove:
m = coefficiente di riduzione dell’accelerazione massima attesa al sito;
amax = accelerazione orizzontale massima attesa al sito = S*ag = SS*ST*ag;
g = accelerazione di gravità;
S = SS*ST;
ag = accelerazione orizzontale massima attesa su sito di riferimento rigido.
12.1.6.1 SLV
Nel caso in questione si ha:
m = 1 (muri che non siano in grado di subire spostamenti relativi rispetto al terreno).
I restanti parametri sono già stati individuati nei paragrafi precedenti anche in funzione dello stato limite in esame.
SS = 1,187;
ST = 1,000;
ag = 0,212*g = 0,212*9,81 m/s2 = 2,079 m/s2.
Pertanto:
kh = m*amax/g = m*[(SS*ST*ag)/g] = 0,252;
kv = ± 0.5*kh = ± 0,126.
12.1.6.2 SLD
Nel caso in questione si ha:
m = 1 (muri che non siano in grado di subire spostamenti relativi rispetto al terreno).
I restanti parametri sono già stati individuati nei paragrafi precedenti anche in funzione dello stato limite in esame.
SS = 1,20;
ST = 1,00;
ag = 0,082*g = 0,082*9,81 m/s2 = 0,804 m/s2;
Pertanto:
kh = m*amax/g = m*[(SS*ST*ag)/g] = 0,098;
kv = ± 0.5*kh = ± 0,049.
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12.2 EDIFICIO CNETRALE
12.2.1 SPETTRI DI RISPOSTA ELASTICI
Secondo quanto previsto dalle NTC’08, si definiscono di seguito i parametri di pericolosità sismica del sito a partire dall’accelerazione
sismica massima attesa. Viene utilizzato il foglio di calcolo “Spettri di risposta” ver.1.03 messo a disposizione dal C.S.LL.PP.
Gli stessi parametri ricalcolati nelle fasi successive in automatico dai programmi di calcolo FEM utilizzati potranno risultare leggermente
diversi a causa delle approssimazioni utilizzate per determinare tali parametri per punti non appartenenti al reticolo di riferimento. Tali
differenze risultano comunque minime e trascurabili.
Comune: Prato Carnico
Provincia: Udine (UD)
Zona Sismica: 3
Coordinate: latitudine 46.5212°
longitudine 12.8035°
Altitudine: 620 m s.l.m.m
Con i dati di cui sopra si ricavano i valori dei parametri ag,F0 e Tc* per i periodi di ritorno TR di riferimento:
TR [anni] Ag [g] F0 [-] Tc* [s]
30 0.045 2.481 0.233
50 0.058 2.472 0.258
72 0.070 2.444 0.274
101 0.082 2.435 0.286
140 0.095 2.445 0.296
201 0.113 2.433 0.316
475 0.161 2.472 0.336
975 0.214 2.512 0.348
2475 0.305 2.523 0.366
Per una vita nominale della costruzione VN e un coefficiente d’uso Cu come di seguito impostati si ottengono i valori degli stessi
parametri ag,F0 e Tc* per i periodi di ritorno TR associati a ciascun SL:
STRUTTURA VITA NOMINALE VN
(Tab. 2.4.I § 2.4.1 NTC’08) CLASSE D’USO
(Tab. 2.4.II § 2.4.3 NTC’08) COEFFICIENTE D’USO CU (Tab. 2.4.II § 2.4.3 NTC’08)
Edificio centrale 100 anni III 1,5
STATO LIMITE
TR [anni] Ag [g] F0 [-] Tc* [s]
SLO 90 0.078 2.438 0.282
SLD 151 0.099 2.443 0.300
SLV 1424 0.247 2.517 0.355
SLC 2475 0.305 2.523 0.366
A seguire si riporta la versione grafica degli spettri di risposta elastici per i diversi SL.
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Comune di Prato Carnico
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Figura 27: Spettri di risposta elastici per i periodi di ritorno TR di riferimento
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Figura 28: Variabilità dei parametri ag, F0, TC in funzione dei periodi di ritorno TR di riferimento
Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia – Provincia di Udine
Comune di Prato Carnico
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12.2.2 TIPOLOGIA STRUTTURALE [ NTC’08 § 7.4.3.1 ]
L’opera è di fatto una struttura interrata le cui pareti verticali risultano vincolate alla traslazione orizzontale sia al piede che in testa.
La struttura non è regolare in pianta.
La struttura non è regolare in altezza.
La struttura è deformabile torsionalmente.
12.2.3 METODO DI ANALISI SISMICA [ NTC’08 § 7.4.3.1 ]
Si esegue un’analisi statica lineare, imponendo lo zero sismico alla quota del piano di fondazione, e valutando le spinte delle terre e
dell’acqua come azioni pseudo-statiche.
12.2.4 COEFFICIENTE DI STRUTTURA
12.2.4.1 SLV
Per le verifiche agli SLV il coefficiente di struttura q è definito come:
q = q0*KR*KW
dove:
q0 = valore massimo del fattore di struttura (NTC’08 § 7.4.3.2 per costruzioni in ca);
KR = fattore riduttivo dipendente dalla regolarità in altezza della struttura [NTC’08 § 7.3.1];
KW = fattore riduttivo a prevenzione del collasso per rottura delle pareti [NTC’08 § 7.4.3.2].
Nel caso in oggetto, tuttavia, si è deciso di progettare la struttura come non duttile: pertanto il valore del fattore di struttura da
considerare per la determinazione dello spettro di risposta di progetto (spettro inelastico) è pari a 1 (struttura non dissipativa).
Tale assunzione di riflesso permette di progettare e verificare le opere di fondazione direttamente secondo le combinazioni di carico
definite per le strutture in elevazione (§ 7.2.5 NTC’08).
12.2.4.2 SLD
Per le verifiche agli SLD la normativa impone di considerare lo spettro elastico di esercizio q=1 (§ 3.2.3.4 NTC’08).
Per costruzioni di Classe III e IV tale spettro elastico viene modificato attraverso il coefficiente di smorzamento viscoso posto pari a:
=17,5%.
In tal caso si ottiene =2/3; che equivale a ridurre lo spettro elastico attraverso un fattore di struttura q=1,50.
12.2.5 PARAMETRI SISMICI
Di seguito gli ulteriori parametri sismici da definire a cura del progettista e i relativi parametri dipendenti.
PARAMETRO VALORE
RIFERIMENTO NORMATIVO
SLV SLD
Categoria sottosuolo B [Tab. 3.2.II §3.2.2 NTC’08]
Coefficiente di amplificazione stratigrafica SS 1,151 1,200 [Tab. 3.2.V §3.2.3.2.1 NTC’08]
Coefficiente della categoria di sottosuolo CC 1,353 1,399 [Tab. 3.2.V §3.2.3.2.1 NTC’08]
Categoria topografica T1 [Tab. 3.2.IV §3.2.2 NTC’08]
Coefficiente di amplificazione topografica ST 1,000 1,000 [Tab. 3.2.VI §3.2.3.2.1 NTC’08]
S=(SS*ST) 1,151 1,200 [3.2.5 §3.2.3.2.1 NTC’08]
Coeff. di smorzamento viscoso 5% 5%
=[10/(5+)]0,50,55 1,000 1,000 [3.2.6 §3.2.3.2.1 NTC’08]
TB=Tc/3 0,160 s 0,140 s [3.2.7 §3.2.3.2.1 NTC’08]
Tc= Cc Tc* 0,481 s 0,420 s [3.2.8 §3.2.3.2.1 NTC’08]
TD=[4,0*(ag/g)]+1,6 2,589 s 1,995 s [3.2.9 §3.2.3.2.1 NTC’08]
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Progetto Definitivo
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12.2.6 COEFFICIENTI SISMICI KH KV [NTC’08 § 7.11.6.2.1]
kh = m*amax/g
kv = ± 0.5*kh
dove:
m = coefficiente di riduzione dell’accelerazione massima attesa al sito;
amax = accelerazione orizzontale massima attesa al sito = S*ag = SS*ST*ag;
g = accelerazione di gravità;
S = SS*ST;
ag = accelerazione orizzontale massima attesa su sito di riferimento rigido.
12.2.6.1 SLV
Nel caso in questione si ha:
m = 1 (muri che non siano in grado di subire spostamenti relativi rispetto al terreno).
I restanti parametri sono già stati individuati nei paragrafi precedenti anche in funzione dello stato limite in esame.
SS = 1,187;
ST = 1,000;
ag = 0,247*g = 2,423 m/s2.
Pertanto:
kh = m*amax/g = m*[(SS*ST*ag)/g] = 0,284;
kv = ± 0.5*kh = ± 0,142.
12.2.6.2 SLD
Nel caso in questione si ha:
m = 1 (muri che non siano in grado di subire spostamenti relativi rispetto al terreno).
I restanti parametri sono già stati individuati nei paragrafi precedenti anche in funzione dello stato limite in esame.
SS = 1,20;
ST = 1,00;
ag = 0,099*g = 0,971 m/s2;
Pertanto:
kh = m*amax/g = m*[(SS*ST*ag)/g] = 0,119;
kv = ± 0.5*kh = ± 0,059.
Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia – Provincia di Udine
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13 METODI DI CALCOLO E VERIFICA
13.1 METODI DI CALCOLO
L’analisi della struttura è stata compiuta cogli usuali schemi propri della scienza e della tecnica delle costruzioni, nel rispetto del vigente
regolamento italiano.
Si è fatto inoltre uso di codici di calcolo eventualmente agli elementi finiti.
Si riportano di seguito i dati dell’elaboratore utilizzato.
ORIGINE E CARATTERISTICHE DELL’ELABORATORE
Processore Pentium® IV con frequenza di clock di 3.20 GHz
Sistema operativo: Microsoft® Windows XP Professional® Versione 2002 Service Pack 2
Capacità di memoria: 1.49 GB di RAM.
Cifre significative: 14 (floating point a 64 bit)
Unità di memoria di massa: hard disk da 74.5 GB
13.2 CODICI DI CALCOLO UTILIZZATI
Di seguito vengono riportati i programmi di calcolo utilizzati nel progetto e nella verifica delle strutture in oggetto.
- Muri perimetrali: Trave ad una campata, VCA SLU;
- Soletta di copertura: Dolmen Win;
- Edificio centrale: Dolmen Win.
Sono stati inoltre utilizzati fogli di calcolo autoprodotti la cui affidabilità è stata precedentemente debitamente verificata
13.2.1 DOLMEN WIN
ORIGINE E CARATTERISTICHE DEL CODICE DI CALCOLO
Titolo: Dolmen Win®, modulo DW1, Analisi Strutturale
Versione: Release 15
Produttore-Distributore: CDM DOLMEN srl, via Drovetti 9F, Torino
Dati utente finale: Ing. 2P & Associati s.r.l.
Codice Utente: -
Codice Licenza: Y08ILE8VFc6Y
Questa procedura è sviluppata in ambiente Windows, ed è stata scritta utilizzando i linguaggi Fortran e C. DOLMEN WIN permette
l’analisi elastica lineare di strutture tridimensionali con nodi a sei gradi di libertà utilizzando un solutore ad elementi finiti. Gli elementi
considerati sono la trave, con eventuali svincoli interni o rotazione attorno al proprio asse, ed il guscio, sia rettangolare che triangolare,
avente comportamento di membrana e di piastra. I carichi possono essere applicati sia ai nodi, come forze o coppie concentrate, sia
sulle travi, come forze distribuite, trapezie, concentrate, come coppie e come distorsioni termiche. I vincoli sono forniti tramite le sei
costanti di rigidezza elastica.
A supporto del programma è fornito un ampio manuale d’uso contenente fra l’altro una vasta serie di test di validazione sia su esempi
classici di Scienza delle Costruzioni, sia su strutture particolarmente impegnative e reperibili nella bibliografia specializzata.
13.2.1.1 Grado di affidabilità del codice
L’affidabilità del codice di calcolo è garantita dall’esistenza di un ampia documentazione di supporto, come indicato nel paragrafo
precedente. La presenza di un modulo CAD per l’introduzione di dati permette la visualizzazione dettagliata degli elementi introdotti. È
possibile inoltre ottenere rappresentazioni grafiche di deformate e sollecitazioni della struttura. Al termine dell’elaborazione viene inoltre
valutata la qualità della soluzione, in base all’uguaglianza del lavoro esterno e dell’energia di deformazione.
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Progetto Definitivo
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13.2.1.2 Motivazione della scelta del codice
DOLMEN WIN permette in campo elastico lineare un’analisi dettagliata del comportamento dell’intera struttura, tenendo conto del
comportamento irrigidente di setti anche complessi e solai considerati con la loro effettiva rigidezza. È possibile inoltre scegliere il
grado di affinamento dell’analisi di elementi complessi utilizzando mesh via via più dettagliate.
13.2.1.3 Tipo di schematizzazione
Si schematizza la struttura con il metodo degli elementi finiti, applicato a sistemi tridimensionali. Essa è considerata come un insieme di
elementi monodimensionali (trave con eventuali sconnessioni interne) e bidimensionali piani (denominati genericamente gusci nelle
uscite del programma, e così nominati pure in seguito), che verranno studiati dal programma tanto in base alla resistenza membranale,
quanto in base alla resistenza flessionale, essendo le sollecitazioni agenti di entrambi i tipi.
I vincoli sono considerati puntuali ed inseriti tramite le sei costanti di rigidezza elastica; dei gusci si conoscono le sollecitazioni nel
baricentro dell’elemento stesso.
I materiali costituenti la struttura sono considerati elastici e con comportamento lineare. Le loro caratteristiche sono specificate nella
stampa dei dati di input.
Il sistema di riferimento globale ha l’asse Z posto in verticale, l’asse X parallelo al lato lungo e quello Y al alto corto, a costituire una
terna destrorsa.
13.2.1.4 Tipo di analisi
Le analisi strutturali condotte sono statiche in regime lineare. La verifica delle membrature in cemento armato viene eseguita
considerando tutte le caratteristiche di sollecitazione.
13.2.2 TRAVE AD UNA CAMPATA
ORIGINE E CARATTERISTICHE DEL CODICE DI CALCOLO
Titolo: Trave ad 1 campata
Versione: Versione 5.4 del 24/09/2006
Produttore-Distributore: Prof. Ing. Pietro Gelfi
Dati utente finale: Ing. 2P & Associati s.r.l.
Codice Utente: -
Codice Licenza: Licenza free
13.2.3 VCA SLU
ORIGINE E CARATTERISTICHE DEL CODICE DI CALCOLO
Titolo: VCA SLU, Sezione generica in CA e CAP, Verifiche a Presso-flessione
Versione: Versione 7.6 del 25/06/2010
Produttore-Distributore: Prof. Ing. Pietro Gelfi
Dati utente finale: Ing. 2P & Associati s.r.l.
Codice Utente: -
Codice Licenza: Licenza free
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14 VERIFICHE SLU E SLE
14.1 SLU STR
Le verifiche di resistenza degli elementi strutturali sono riportate nelle rispettive “Relazioni di calcolo delle strutture” facente parte
integrante del presente progetto definitivo.
14.2 SLU GEO ED EQU
Le verifiche SLU di tipo geotecnico (GEO) e di equilibrio di corpo rigido (EQU) previste sulle opere di sostegno sono (§ 6.5.3.1
NTC’08):
Verifica a capacità portante del terreno di fondazione (Collasso dell’insieme terreno-fondazioni);
Verifica a scorrimento sul piano di posa;
Verifica a ribaltamento;
Verifica a stabilità globale (in caso di fondazioni posizionate su o nelle vicinanze di pendii naturali o artificiali).
Per le verifiche a capacità portante del terreno di fondazione e a scorrimento sul piano di posa deve essere seguito almeno uno dei
due approcci:
Approccio 1 →Combinazione 1: A1+M1+R1;
→Combinazione 2: A2+M2+R2;
Approccio 2 → A1+M1+R3.
La verifica a stabilità globale deve essere effettuata secondo l’Approccio 1, Combinazione 2:
Approccio 1 →Combinazione 2: A2+M2+R2.
La verifica a ribaltamento non prevede la mobilitazione della resistenza del terreno di fondazione e viene pertanto trattata come uno
stato limite di equilibrio come corpo rigido (EQU), utilizzando come approccio:
Approccio EQU →Combinazione: EQU+M2+R2.
I coefficienti parziali R sulla resistenza del sistema sono così definiti:
Tab. 6.5.I § 6.5.3.1 NTC’08 – Coefficienti parziali R per le verifiche agli stati limite ultimi di muri di sostegno
Verifica Coefficiente parziale R1 Coefficiente parziale R2 Coefficiente parziale R3
Capacità portante R = 1,0 R = 1,0 R = 1,4
Scorrimento R = 1,0 R = 1,0 R = 1,1
Resistenza del terreno a valle
R = 1,0 R = 1,0 R = 1,4
14.2.1 VERIFICA A CAPACITÀ PORTANTE
Per il calcolo della capacità portante del terre è utilizzato il metodo di Terzaghi:
qlim = R
N2
B
L
B*4.01qNDtg*
L
B1cNuc
cN
qN*
L
B1
R
dq
;
avendo tenuto conto della forma della fondazione tramite i coefficienti c, q e , che per fondazioni rettangolari, circolari o quadrate
valgono:
c = cN
qN
L
B1 ;
q = tgL
B1 ;
= L
B4.01 .
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14.2.2 VERIFICA A SCORRIMENTO
La verifica a scorrimento sul piano di posa consiste nell’imporre l’equilibrio alla traslazione orizzontale tra tutte le forze in stabilizzanti e
resistenti che intervengono nel problema.
Il piano su cui scorre l’opera di sostegno è rappresentato dalla base della fondazione.
Le forze resistenti sono rappresentate dalla reazione che, per attrito, si desta all’interfaccia tra la base del muro e il terreno di
fondazione, dalla reazione fornita dal terreno di fondazione e da quella fornita dal terreno antistante il muro, che si oppone alla
traslazione.
La resistenza allo scorrimento è data dalla relazione:
R = ∑ Fstab * tg δ + Fc * A * C
Dove δ è l’angolo di attrito terreno-fondazione e Fc * A * C è il contributo dato dalla coesione del terreno.
Si assume come valore dell’angolo di attrito tra terreno e fondazione () i due terzi dell’angolo di attrito del terreno, come indicato dalla
normativa. A favore di sicurezza si trascura la coesione presente nel terreno.
Le azioni instabilizzanti ai fini delle verifiche sono le azioni orizzontali dovute alle spinte del terreno, che vengono considerati, come
carichi permanenti strutturali (G1) compiutamente definiti e le spinte del terreno dovute ai sovraccarichi valutate carico variabile (Qk).
Sono considerate invece azioni stabilizzanti i pesi propri degli elementi in c.a. e considerati come carichi permanenti strutturali (G1), la
pressione del terreno sulla platea di fondazione, come carico permanente strutturale (G1) compiutamente definito e la spinta passiva
del terreno
Ai fini delle verifiche tutte le azione connesse con la presenza dell’acqua e delle terre vengono valutate come azioni sfavorevoli, così
come le azioni dovute ai sovraccarichi. Le uniche azioni favorevoli sono le azioni gravitazionali dovute ai pesi propri degli elementi.
A favore di sicurezza le spinte in stabilizzanti esercitate dalle terre vengono valutate con il coefficiente di spinta a riposo K0.
Per quanto riguarda il contributo della spinta passiva, la normativa ( § 6.5.3.1.1 NTC’08) prevede di tenerne in considerazione solo
un’aliquota variabile tra il 30% e il 50%.
14.2.3 VERIFICA A RIBALTAMENTO
La verifica a ribaltamento consiste nell’imporre la verifica alla rotazione intorno al punto più a valle dell’opera di sostegno, valutando le
azioni ribaltanti e quelle stabilizzanti. Si ipotizza che un eventuale ribaltamento dell’opera possa avvenire per una rotazione attorno al
punto esterno inferiore della fondazione.
In generale la spinta che il terrapieno esercita sul muro e le spinte indotte dai sovraccarichi sono forze ribaltanti, mentre la forza
stabilizzante è rappresentata dal peso del muro ed eventualmente dal peso del terreno sovrastante la fondazione.
14.2.4 VERIFICA A STABILITÀ GLOBALE
La verifica di stabilità globale è fondamentale nel caso in cui i terreni interessati siano instabili, oppure se il sovraccarico agente sul
terrapieno è molto elevato. Con tale verifica, infatti, si determina il grado di sicurezza sia del manufatto, sia del terreno, nei confronti di
possibili scorrimenti lungo superfici di rottura passanti sotto il piano di posa.
La verifica, effettuata secondo i metodi di stabilità dei pendii, consiste nel ricercare la superficie di rottura tra tutte quelle possibili che
presenta il coefficiente di sicurezza più basso, e di confrontare lungo tale superficie le resistenze e le azione sollecitanti.
I metodi presenti in letteratura che possono essere utilizzati sono vari (Fellenius, Bishop; Bell; Jambu; Morgenstern-Price).
14.3 SLU UPL
La presenza di falda determina l’insorgere di fenomeni di instabilità dovuti alla pressione dell’acqua.
La verifica a sollevamento consiste nel verificare che le azioni stabilizzanti siano maggiori delle azioni instabilizzanti. Tra le azioni che
si oppongono al sollevamento vi sono: il peso proprio della struttura, i carichi permanenti e i carichi verticali dovuti alla presenza di
terreno di riporto o acqua libera. A stabilizzare la struttura contribuisce anche la resistenza di attrito lungo le pareti, che a favore di
sicurezza viene però trascurata.
L’azione instabilizzante dell’acqua è trattata come azione permanente (γG,instab = 1,1), e si calcola
come: HSV winstabinstabGinstab 1,1, , dove H è l’altezza totale dell’acqua che genera la sottospinta.
L’azione stabilizzante data dal peso proprio e dal carico strutturale viene valutata al 90% (γG,stab = 0,9).
L’eventuale resistenza laterale per attrito si calcola come kvk KhR tan2 '
0 ,
dove:
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- σ’v è la tensione verticale efficace;
- K0 è il coefficiente di spinta, valutato a favore di sicurezza in condizioni di riposo;
- δk è l’angolo di attrito relativo parete-terreno, pari a 2/3 dell’angolo di attrito caratteristico del terreno.
14.4 SLU HYD
La presenza di gradienti idraulici determina l’insorgere di fenomeni di instabilità dovuti ad erosione o sifonamento.
I manufatti di progetto sono stati verificati rispetto al rischio di sifonamento; la verifica è stata condotta applicando la metodologia
proposta da Bligh e Lane.
Tale metodologia consiste nel calcolare il gradiente idraulico esistente tra monte e valle dell’opera in esame e confrontarlo con un
coefficiente di sicurezza che dipende dalle caratteristiche del terreno su cui è realizzata l’opera; la condizione limite per la verifica
dell’opera a sifonamento è data dalla relazione
h
LC
dove
C è il coefficiente di sicurezza;
h è il carico d’acqua agente sulla struttura
L è la lunghezza del tragitto più breve che l’acqua dovrebbe percorrere per andare da monte a valle dell’opera.
Figura 29: Schema per l’applicazione del metodo di Bligh-Lane per la verifica al sifonamento
Per tenere conto del fatto che l’acqua incontra una maggiore resistenza lungo i percorsi verticali che lungo quelli orizzonta li, il calcolo
della lunghezza del percorso viene effettuato in modo ponderato, come segue:
vo LLL 3
1
con
Lo lunghezza dei tratti orizzontali del percorso;
Lv lunghezza dei tratti verticali del percorso.
Nella tabella seguente sono riportati i valori assunti dal coefficiente C, per diversi tipi di terreno.
TERRENO C
sabbia molto fine o limo 8.5
sabbia fine 7.0
sabbia media 6.0
sabbia grossa 5.0
ghiaia fine 4.0
ghiaia media 3.5
ghiaia grossa con ciottoli 3.0
massi con ciottoli e ghiaia 2.5
argilla molle 3.0
argilla media 2.0
argilla compatta 1.8
argilla molto compatta 1.6
Valori del coefficiente di Bligh-Lane per la verifica a sifonamento
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15 OPERE DI PRESA
Di seguito si riportano le verifiche geotecniche e sulle fondazioni eseguite per le due opere di presa. Di fatto si evince che le strutture
nel complesso sono massicce e quindi difficilmente si avranno fenomeni di scorrimento o ribaltamento; inoltre l’assenza di falda e
gradienti idraulici significativi esclude instabilità dovute a spinte idrauliche o flussi che si possono innestare nel terreno.
Per le strutture risulta pertanto significativa la sola verifica a capacità portante, anche se la profondità delle fondazioni e le
caratteristiche del terreno assicurano valori di resistenza elevati.
I problemi principali di natura geotecnica si potrebbero avere a livello degli sbarramenti in condizioni di piena, di cui si riporta uno
schema di seguito.
Figura 30: Briglia sul Rio Liana
Figura 31: Briglia sul Rio Piccolaz
Nel proseguo della relazione si vedrà, infatti, come le verifiche risultino soddisfatte anche per questi elementi, ma con fattori di
sicurezza minori rispetto all’intera opera.
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15.1 PRESA SUL RIO LIANA
15.1.1.1 Verifica a capacità portante
Si applica l’Approccio 2, considerando a favore di sicurezza la massima sollecitazione calcolata come agente su un’impronta ridotta
della fondazione, avente un’area pari ad 1m2.
La massima tensione qEd agente sul terreno dovuta ai carichi di progetto (peso proprio elementi in calcestruzzo e peso del battente
idraulico di 1,60 m) è:
qEd = 0,47 daN/cm2.
La tensione ammissibile, ipotizzando a favore di sicurezza il piano di posa della fondazione -50 cm dal piano campagna, e effettuando
la verifica in condizioni drenate, è:
qlim = 3,34 daN/cm2.
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La verifica a capacità portante effettuata su una porzione di fondazione risulta quindi soddisfatta.
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15.1.1.2 Verifica a scorrimento
Essendo la struttura massiccia e completamente interrata non si evidenzia la possibilità del verificarsi di fenomeni di scorrimento
La presenza di un taglione rende superflua la verifica a scorrimento sul piano di posa in quanto lo stesso si oppone al moto.
L’unico elemento che potrebbe presentare problemi in tal senso è la briglia lungo lo sbarramento.
La verifica è stata condotta considerando tra le azioni stabilizzanti il peso della struttura in calcestruzzo, il peso del terreno sul
ringrosso e il peso dell’acqua al di sopra, considerando un’altezza di 1m. Per quanto riguarda la spinta passiva si è considerato un
contributo del 30%.
Di seguito si riportano gli output dei fogli di calcolo.
La verifica risulta soddisfatta.
15.1.1.3 Verifica a ribaltamento
Essendo la struttura massiccia e interrata su tre lati non si evidenzia la possibilità dell’insorgere di fenomeni di perdita dell’equilibrio,
inoltre la presenza di un taglione sull’unico lato non interrato, garantisce stabilità.
L’unico elemento che potrebbe presentare problemi in tal senso è la briglia lungo lo sbarramento.
La verifica è stata condotta considerando tra le azioni stabilizzanti il peso della struttura in calcestruzzo, il peso del terreno sul
ringrosso e il peso dell’acqua al di sopra, considerando un’altezza di 1m. Non è stato considerato il contributo della spinta passiva.
Di seguito si riportano gli output dei fogli di calcolo.
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La verifica risulta soddisfatta.
15.1.1.4 Verifica a stabilità globale
Essendo la struttura massiccia e completamente interrata e l’entità dei sovraccarichi agenti sul terreno circostante di intensità
moderata, non si evidenzia la possibilità di generazione di superfici passanti al di sotto del piano di posa della fondazione che possano
compromettere la stabilità del gruppo struttura – terreno.
15.1.1.5 Verifica a sollevamento
L’assenza di falda elimina la possibilità di fenomeni di sollevamento della struttura causati da sottospinte idrauliche.
15.1.1.6 Verifica a sifonamento
La profondità di posa delle fondazioni, il livello massimo della falda, la forma e le dimensioni delle strutture e la presenza le di gradienti
idraulici ridotti non permettono il generarsi di fenomeni di instabilità dovuti ad erosione o sifonamento.
Inoltre la realizzazione di un taglione in micropali con funzione antisifonamento riduce il rischio del verificarsi di fenomeni di
sifonamento.
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15.2 PRESA SUL RIO PICCOLAZ
15.2.1.1 Verifica a capacità portante
Si applica l’Approccio 2, considerando a favore di sicurezza la massima sollecitazione calcolata come agente su un’impronta ridotta
della fondazione, avente un’area pari ad 1m2.
La massima tensione qEd agente sul terreno dovuta ai carichi di progetto (peso proprio elementi in calcestruzzo e peso del battente
idraulico di 1,50 m) è:
qEd = 0,455 daN/cm2.
La tensione ammissibile, ipotizzando a favore di sicurezza il piano di posa della fondazione -50 cm dal piano campagna, e effettuando
la verifica in condizioni drenate, è:
qlim = 3,34 daN/cm2.
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La verifica a capacità portante effettuata su una porzione di fondazione risulta quindi soddisfatta.
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15.2.1.2 Verifica a scorrimento
Essendo la struttura massiccia e completamente interrata non si evidenzia la possibilità del verificarsi di fenomeni di scorrimento
La presenza di un taglione rende superflua la verifica a scorrimento sul piano di posa in quanto lo stesso si oppone al moto.
L’unico elemento che potrebbe presentare problemi in tal senso è la briglia lungo lo sbarramento.
La verifica è stata condotta considerando tra le azioni stabilizzanti il peso della struttura in calcestruzzo, il peso del terreno sul
ringrosso e il peso dell’acqua al di sopra, considerando un’altezza di 1m. Per quanto riguarda la spinta passiva si è considerato un
contributo del 30%.
Di seguito si riportano gli output dei fogli di calcolo.
La verifica risulta soddisfatta.
15.2.1.3 Verifica a ribaltamento
Essendo la struttura massiccia e interrata su tre lati non si evidenzia la possibilità dell’insorgere di fenomeni di perdita dell’equilibrio,
inoltre la presenza di un taglione sull’unico lato non interrato, garantisce stabilità.
L’unico elemento che potrebbe presentare problemi in tal senso è la briglia lungo lo sbarramento.
La verifica è stata condotta considerando tra le azioni stabilizzanti il peso della struttura in calcestruzzo, il peso del terreno sul
ringrosso e il peso dell’acqua al di sopra, considerando un’altezza di 1m. Non è stato considerato il contributo della spinta passiva.
Di seguito si riportano gli output dei fogli di calcolo.
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La verifica risulta soddisfatta.
15.2.1.4 Verifica a stabilità globale
Essendo la struttura massiccia e completamente interrata e l’entità dei sovraccarichi agenti sul terreno circostante di intensità
moderata, non si evidenzia la possibilità di generazione di superfici passanti al di sotto del piano di posa della fondazione che possano
compromettere la stabilità del gruppo struttura – terreno.
15.2.1.5 Verifica a sollevamento
L’assenza di falda elimina la possibilità di fenomeni di sollevamento della struttura causati da sottospinte idrauliche.
15.2.1.6 Verifica a sifonamento
La profondità di posa delle fondazioni, il livello massimo della falda, la forma e le dimensioni delle strutture e la presenza le di gradienti
idraulici ridotti non permettono il generarsi di fenomeni di instabilità dovuti ad erosione o sifonamento.
Inoltre la realizzazione di un immorsato nella formazione rocciosa verticale laterale riduce il rischio del verificarsi di fenomeni di
sifonamento.
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16 EDIFICIO CENTRALE
16.1.1.1 Verifica a capacità portante
Si applica l’Approccio 2, considerando a favore di sicurezza la massima sollecitazione calcolata come agente su un’impronta ridotta
della fondazione, avente un’area pari ad 1m2.
La massima tensione qEd agente sul terreno dovuta ai carichi di progetto è:
qEd = 3,01 daN/cm2.
La tensione ammissibile, ipotizzando a favore di sicurezza il piano di posa della fondazione -50 cm dal piano campagna, e effettuando
la verifica in condizioni drenate, è:
qlim = 3,34 daN/cm2.
Figura 32: Inviluppo pressioni SLV agenti [daN/cm2]
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La verifica a capacità portante effettuata su una porzione di fondazione risulta quindi soddisfatta.
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16.1.1.2 Verifica a scorrimento
Essendo la struttura massiccia e interrata non si evidenzia la possibilità del verificarsi di fenomeni di scorrimento
16.1.1.3 Verifica a ribaltamento
Essendo la struttura massiccia e interrata su tre lati non si evidenzia la possibilità dell’insorgere di fenomeni di perdita dell’equilibrio.
16.1.1.4 Verifica a stabilità globale
Essendo la struttura massiccia e completamente interrata e l’entità dei sovraccarichi agenti sul terreno circostante di intensità
moderata, non si evidenzia la possibilità di generazione di superfici passanti al di sotto del piano di posa della fondazione che possano
compromettere la stabilità del gruppo struttura – terreno.
16.1.1.5 Verifica a sollevamento
L’assenza di falda elimina la possibilità di fenomeni di sollevamento della struttura causati da sottospinte idrauliche.
16.1.1.6 Verifica a sifonamento
La profondità di posa delle fondazioni, il livello massimo della falda, la forma e le dimensioni delle strutture e l’assenza pressoché totale
di gradienti idraulici non permettono il generarsi di fenomeni di instabilità dovuti ad erosione o sifonamento.