completamento impianto idrovoro di bonifica idraulica

CONSORZIO
M - PRG.
18.01
Rev. 1
del
08.02.2011
BONIFICA DELL’EMILIA CENTRALE
DI
CORSO GARIBALDI N. 42 42121 REGGIO EMILIA - WWW.EMILIACENTRALE.IT - [email protected]
TEL. 0522443211 FAX 0522443254
CF 91149320359
PROGETTO:
INTERVENTI DI RIPRISTINO DELLA FUNZIONALITA' DEL NODO IDRAULICO DI MONDINE IN COMUNE DI
MOGLIA (MN) GRAVEMENTE DANNEGGIATO DAGLI EVENTI SISMICI DEL MAGGIO 2012:
-COMPLETAMENTO IMPIANTO IDROVORO DI BONIFICA IDRAULICAImporto:
Ente finanziatore:
Regione Emilia Romagna – Commissario Delegato
emergenza sisma
€ 6.000.000,00
Tipologia Progetto
Fattibilità
Preliminare
Definitivo
Esecutivo
X
Riferimento legislativo
Comune
Ordinanza n°47 del 24.02.2014 –
intervento opere pubbliche n.7.000
Moglia (MN)
Titolo:
ELENCO ELABORATI PRIMO STRALCIO: Camera di aspirazione
Importo:
€ 575.000,00
Progettazione generale:
Ing. Matteo Giovanardi
ALLEGATI:
Allegato n°:
Titolo:
Progettazione paesaggistica:
Dott. Aronne Ruffini
22
Tavola n°:
RELAZIONE
Progettazione idraulica:
Ing. Alessandro Di Leo
GEOTECNICA
Coordinatore per la sicurezza:
Geom. Enrico Gabbi
Oggetto:
Consulenza architettonica:
Arch. Stefano Gorni Silvestrini
Consulenza paesaggistica:
Arch. Chiara Visentin
Scala:
Collaboratori:
Geom. Riccardo Nicolini
Dott. Fabrizio Gozzi
Il Responsabile del Procedimento:
Ing. Paola Zanetti
Area progettazione:
Codice Progetto:
Codice CUP:
EC/ 171-12- 03
Codice CIG:
G24B13000220002
Revisione progetto - elaborati
Data Rev.
Rev.
Data Progetto: 10/07/2014
UNI EN ISO 9001:2008
Descrizione
Redatto
Aggiornamento:
UNI EN ISO 14001:2004
OHSAS 18001:2007
Verificato
1) Premessa
Con riferimento:
 alla relazione geologica allegata al progetto preliminare redatta dallo studio Geo-Log a firma del Dott.
Mario Mambrini redatta in Novembre 2012, che per l’analisi diretta del sottosuolo ha collaborato con la ditta
Geoprogetti Srl con sede in Medolla (MO), titolare della concessione n.54420 del Ministero delle
Infrastrutture e Trasporti per le prove geotecniche in situ, mentre per l’indagine sismica lo studio C.G.A. di
San Giovanni in Persiceto (BO),
 alla relazione geologica o quadro geomeccanico redatta dallo studio Geo-Log a firma del Dott. Mario
Mambrini redatta in Luglio 2013, che per l’analisi diretta del sottosuolo ha collaborato con la ditta Prove
Penetrometriche Srl con sede in Castelnuovo Rangone (MO), titolare della concessione n.54953 del Ministero
delle Infrastrutture e Trasporti per le prove geotecniche in situ, mentre per le prove di laboratorio con lo
studio C.G.G. di Montale (PC),
 all’opera prevista in questo stralcio esecutivo ovvero l’impianto idrovoro o camera di aspirazione
realizzato in c.a. per la parte civile localizzato in destra idraulica immediatamente a monte dell’impianto
esistente e di quello realizzato nel primo lotto,
la presente relazione geotecnica si propone di:
 descrivere le indagini e le prove geotecniche in sito,
 caratterizzare e modellare il terreno dal punto di vista geotecnico e sismico,
 verificare esecutivamente la sicurezza e le prestazioni delle opere da realizzare sopra descritte,
Essendo il sito classificato come zona sismica 3 ai sensi dell'ordinanza P.C.M. n. 3274 del 20 marzo 2003,
le precedenti strutture saranno verificate ai sensi del capitolo 7.11 delle NTC.
2)
Normativa di riferimento
La normativa di riferimento per la progettazione geotecnica dell’opera è la seguente:
 D.M. LL.PP. del 11/03/1988 - Norme tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce, la
stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione, l'esecuzione
e il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione,
 Ordinanza P.C.M. n. 3274 del 20 marzo 2003 – Norme tecniche per il progetto sismico di opere di
fondazione e di sostegno dei terreni,
 D.M. 14/01/2008 - Norme Tecniche sulle Costruzioni
 Circolare esplicativa n.617 del 2 Febbraio 2009.
3) Riferimenti bibliografici

J. Bowles – Fondazioni, progetto e analisi - (1982 e 1988)

M. Casadio e C. Elmi – Il manuale del geologo - (2006)

P.Colombo e F. Coleselli – Elementi di geotecnica - (1996)

Consiglio nazionale dei Geologi – Progetto Qualità 2010 – (2010)

L. Da Deppo, C.Datei e P.Salandin – Sistemazione dei corsi d’acqua - (2000)
1
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale

G. Ricceri – Elementi di Tecnica delle fondazioni - (1983)

G. Riga – Esercizi risolti di ingegneria geotecnica e geologia applicata volumi I e II - (2011)
4) Indagini geognostiche e sismiche effettuate
tipo di opera
Impianto idrovoro
Sondaggi
 CPT3 – sulla banca destra prima dell’impianto
fino alla profondità di -11 m.s.l.m.
 CPT4 – sotto l’argine in destra all’impianto
esistente fino alla profondità di -5 m.s.l.m.
 Carotaggio continuo n.1 – fino alla profondità di –
5 m.s.l.m.
Indagine sismica
Tipo MASW
– linea sismica L2
I volumi significativi da indagare in termini di profondità delle indagini CPT sono stati rispettati.
S1
Fig. 1- campagna penetrometrica con ubicazione dei siti – nel riquadro rosso tratteggiato la posizione del
manufatto di aspirazione
2
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
Le indagini penetrometriche (in particolare la CPT3 ed il carotaggio S1) ha messo in evidenza
la presenza di litologie di diverse granulometrie ovvero sabbie sepolte dai sedimenti limo-argillosi a
due quote.
L’unità A e B, paleoalvei sabbiosi, hanno il tetto posto a circa 10 mslm; al di sopra di essi vi è
il pacco di alluvioni (unità D) costituiti da argilla e limo che nella colonna stratigrafica:
3
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
5) Successione stratigrafica, parametri geotecnici caratteristici e classificazione sismica
del suolo
Si elenca per ciascuna opera il modello geotecnico derivato dalla relazione geologica preliminare:
A) Impianto idrovoro di scolo delle acque
Profondità
dello strato
Litologia dello
strato
Angolo di
attrito
interno k
[°]
Resistenza
Coesione
al taglio non efficace - c’k
drenata -
Peso
specifico -
[kPA]

[kN/mc]
Cuk
[kPA]
da 19,50 a 10
m.s.l.m.
da 10,00 m.s.l.m.
in profondità
D- argilla parz. satura
normalconsolidata
A-B-sabbia satura
normalconsolidata
20
58
0-20
18,50
35
-
-
18,50
Il livello della falda è pari 16,50 m.s.l.m..
Dal punto di vista sismico il terreno è inserito nella categoria C (tabella 3.2.II delle NTC 2008).
6)
Verifica preliminare della sicurezza e delle prestazioni delle opere da realizzare
Verranno eseguite le seguenti verifiche:
GEO - SLU e SLV di tipo geotecnico per quanto riguarda il collasso per carico limite dell’insieme
fondazione terreno, lo scorrimento ed il ribaltamento e SLE per i cedimenti,
UPL - SLU di tipo idraulico per quanto riguarda il sollevamento dell’impianto.
Si anticipa l’esito delle verifiche:





SLU per quanto riguarda il collasso per carico limite dell’insieme fondazione terreno: verificato
SLU e SLV relativo allo scorrimento: verificato,
SLU e SLV per il ribaltamento: verificato,
SLE: cedimenti compatibili con la struttura,
SLU di tipo idraulico (UPL): verificato.
4
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
IMPIANTO IDROVORO PER LO SCOLO DELLE ACQUE
CARICHI PERMANENTI
CALCOLO DEL PESO DEL MANUFATTO
G1 - elementi in cemento armato in sezione A-A (in azzurro la simbologia nel disegno)
elemento
lungh.
[m.]
numero
p.s.
peso
altezza [m.] [kN/mc] [kN]/ml
peso [kN]
P1
1
0.45
1.45
25 16.31
815.63
P2
1
5.5
0.86
25 59.13
2,956.25
P3
1
15.5
0.6
25 232.50
11,625.00
P4
1
0.5
6.5
25 81.25
4,062.50
P5
1
0.5
6.5
25 81.25
4,062.50
P6
1
2
0.1
25 5.00
250.00
P7
1
0.8
0.2
25 4.00
200.00
P8
1 sagoma varia
25 85.00
4,250.00
564.44
lunghezza manufatto
m.
peso totale da P1 a P8
50
28,222
kN
G1 - setti trasversali in c.a. non sezionati in sez. A-A
elemento
P9
P10
area [mq]
p.s.
spess. [m] numero
[kN/mc]
66
0.5
12
25
6
0.5
12
25
peso [kN]
9900
900
10,800
G2 - carico pseudostatico dell'acqua nella pompa
carico dinamico da ciascuna pompa
numero pompe
kN
300 kN
12
P11
G3 - peso idrostatico dell'acqua nel manufatto
lunghezza manufatto
spessore dei setti
numero dei setti
area trasversale
p.s. acqua torbida
3,600
Pw
21,780
kN
50
0.5
12
45
11
m.
m.
m.
mq
kN/mc
kN
5
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
G4 - spinta della terra
Terreno - argilla limo
t
angolo di resistenza taglio 'k
angolo di attrito interno parete-terreno  k
coesione
altezza terra a tergo muro
Ka (Rankine)
Spinta attiva/ml - Pa
P12 - Spinta attiva totale
18.5
20
19
0
7.1
0.490
228.62
11,430.94
G5 - spinta della falda (16.50 mslm)
altezza falda rispetto a O
p.s. acqua torbida
Spinta da falda a ml
P13 - Spinta da falda totale
2.3
11
12.65
632.5
KN/mc
°
°
KN/mc
m.
pari aa
KN/m
kN
m.
kN/mc
kN/ml
kN
CARICHI VARIABILI
1) carico dovute al carico variabile di II° categoria
si considerano 10 veicoli a due assi posti lungo l'impianto
peso assi
numero di veicoli
Q1 concentrato - peso totale
considero anche il carico distribuito
applicato su una
lunghezza larghezza
area
50
3.5
175
Q1 distribuito
Q1 totale
480 kN
10
4800 kN
7.2 kN/mq
1260 kN
6,060
2) carico della neve
Q2 - carico della neve
zona II
qsk
coeff. forma

CE
coeff. esposizione
Ct
coeff. termico
Q2 - qs
carico neve
Q2 totale
kN
1 kN/mq
0.8
1
1
0.8 kN/mq
40.00
kN
6
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
BRACCI - CARICHI PERMANENTI
rispetto ad O
elemento braccio
P1
0.22 m.
P2
2.28 m.
P3
7.97 m.
P4
13.2 m.
P5
15.7 m.
P6
14.45 m.
P7
12.55 m.
P8
6.66 m.
P9
7.34 m.
P10
14.45 m.
P11
11.2 m.
Pw
6.66 m.
P12 spinta
P13 - falda
2.37 m.
0.76 m.
BRACCI - CARICHI VARIABILI
rispetto ad O
elemento braccio
Q1
7.98 m.
Q2
7.98 m.
7
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
SLU - VERIFICHE GEO
EQU - Verifica al ribaltamento
combinazione EQU + M2 per il calcolo delle spinte
da tabella 6.2.II
M = 
Tang dell'angolo di attrito/coefficiente
parziale
Angolo di attrito di progetto d
Coefficiente di spinta attiva Kad
Spinta attiva/ml
applicata a
Spinta attiva totale
1.25
0.291
16.24 °
0.56
262.46 KN/m
2.37 m.
13,122.90 KN
Effetto delle azioni E e resistenza R
339,656
Rd
Rd / ml
KN*m
6,793.12
G
KN*m/ml
0.9 da tabella 6.2.1
n.b. non ci sono i carichi variabili in quanto il loro coefficiente parziale è nullo se sono favorevoli (tabella 6.2.1)
a favore di sicurezza non ho inserito il peso dell'acqua nella vasca anche se considerato permanente
Ed
20,633
KN*m
Ed / ml
412.66
KN*m/ml
Q
1.5 da tabella 6.2.1
verificato in quanto Rd>Ed
Verifica a scorrimento - approccio 2 - (A1-M1-R3)
Scelta dei coefficienti parziali:
tabella 6.2.II - parametri geotecnici
tabella 6.5.1
tabella 6.2.I - A1
tabella 6.2.I - A1
M
R
1
1.1
G1
1
Q
0
quindi
d=k
1.3 Fav./Sfav.
1.5 Fav./Sfav.
è nullo l'apporto stabilizzante/favorevole del carico variabile in quanto  Q1=0
Rd1
Ed
KN
15,682 KN
20,159
verificato in quanto Rd>Ed
8
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
Verifica di capacità portante della fondazione - approccio 2 - (A1-M1-R3)
in condizioni non drenate
Dimensioni della piastra di fondazione
Base
Lunghezza
q - sovraccarico laterale: si considera a favore di sicurezza una altezza di terra
quindi:
Parametri geotecnici
P.S. terreno - argilla limo
t
angolo di resistenza taglio 'k
coesione non drenata Cu,k
16
50
1.5
27.75
m.
m.
m.
kPA
18.5 KN/mc
20 °
58 kPA
BRACCI - CARICHI PERMANENTI
rispetto ad G platea
elemento braccio
P1
7.75 m.
P2
5.69 m.
P3
0 m.
P4
-5.22 m.
P5
-7.72 m.
P6
-6.47 m.
P7
-4.57 m.
P8
1.32 m.
P9
0.63 m.
P10
-6.47 m.
P11
-3.22 m.
P12spinta
2.37 m.
Pw
1.32 m.
P13 - falda
0.76 m.
BRACCI - CARICHI VARIABILI
rispetto ad G platea
elemento braccio
Q1
0 m.
Q2
0 m.
Azioni di calcolo
Per quanto riguarda i pesi verticali si considerano tutte le forze G e Q combinate nello SLU
NdG*(G1+G2+G3)+Q1*Q1+Q2*Q2
92,842
Md = i precedenti carichi amplificati moltiplicati per i bracci rispetto a G
ex = Md/Nd
B' corretta
sc 0
Nc
q lim
24,434
Q lim, d o Rd
verificato in quanto Rd>Ed
115,824
KN
KN*m
0.26 m
15.47 m
1.06
5.14
344 KPA
KN
9
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
SLE - verifica GEO per cedimenti
Metodo di Terzaghi per il calcolo del cedimento di consolidazione
Peso di volume del terreno
Base fondazione
Lunghezza fondazione
Spessore terreno sopra falda (16.50 mslm)
Strato di volume significativo (tutto in argilla e saturo) Ho
Pressione efficace alla prof. dello strato significativo
Carico Q da SLE - combinazione quasi permanente
Pressione q da SLE
Aumento di pressione efficace
Cc - indice di compressione - da letteratura
eo - indice dei vuoti - da letteratura
Sc - cedimento per consolidazione
grafico di Skempton e Bjerrum, 1967
Sc - cedimento per consolidazione corretto
cedimento accettabile
18.5
15.47
50
4.9
4.5
130
66219.9
85.59
60.83
0.25
1
0.17
0.09
0.8
0.08
kN/mc
m.
m.
m.
KPA
kN
KPA
KPA
m.
m.
10
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
SLU - UPL - Verifica al galleggiamento
Si considerano le seguenti quote idrometriche:
_ quota lato Po di massima piena
_quota lato impianto
Vinst,d - spinta idrodinamica
B - larghezza manufatto
altezza d'acqua sullo spigolo di destra
altezza d'acqua sullo spigolo di sinistra
area
p.s. acqua torbida
v inst cal - spinta di UPL/ml

27.52 mslm
15.65 mslm
15.5
6.5
0
50.375
11
554.125
m.
m.
m.
mq
kN/mc
KN/ml
V inst,cal - spinta di UPL
coefficiente parziale Qi (tabella 6.2.III)
(considero l'acqua come azione permanente sfavorevole)
27,706
KN
Vinst,d
30,477
KN
G1 -azioni permanenti favorevoli date dal peso proprio del manufatto
R - resistenza per attrito non considerata
coefficiente parziale G (tabella 6.2.IV)
39,022
KN
0 KN
0.9
Gst,d
35,120
KN
1.1
Gst,d - carico stabilizzante
Verifica soddisfatta in quanto Gst,d > Vinst,d
11
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
SLV - VERIFICHE GEO in presenza di sisma
Calcolo dei parametri e delle forze sismiche
ag/g
0.189
categoria sismica del suolo
C
tabella
3.2.VI
ST
SS
amax
1
1.414
0.267
0.31
100 anni
1.5
1462.5 anni
150 anni
9.75%
tabella 3.2.V

tabella 7.11.II
Vn
Cu
TR
VR
PVR
SLV tabella 3.2.I
Parametri geotecnici (A1+M1+R3)
angolo di resistenza taglio 'k
da tabella 6.2.II
angolo di resistenza taglio 'd
angolo attrito terra - muro
M = 

peso di volume del terreno
inclinazione paramento interno (°)
inclinazione terrapieno i (°)
(Tang dell'angolo di attritok/coefficiente parziale)
H - altezza muro
Kh
0.083
Kv
0.041
20 °
1.25
16.24 °
19.00 °
18.5 KN/mc
0
0
0.291
7.1 m.
metodo di Mononobe - Okabe
inclinazione risultante forza peso e forze di inerzia 
tan 
tan 

0.080
0.086

4.55°
4.94°
comp. verticale verso il BASSO
componente verticale diretta verso l'ALTO
Coefficiente di spinta attiva in condizioni dinamiche KAE
0.9589336
0.9992435
0.913817249 0.5770388 0.20264836 0.916707
0.910558223 0.5770388 0.19595372 0.913956
KAE
0.57
KAE
0.60
1 1.68313642
1 1.66376265
componente verticale verso il basso
componente verticale verso l'alto
12
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
Spinta statica e dinamica insieme
SAE
276.67 KN/m
SAE
254.66 KN/m
componente verticale verso il basso
componente verticale verso l'alto
Gli effetti dell'azione sismica (3.2.4 NTC) sono valutati tenendo conto delle masse associate
ai seguenti carichi gravitazionali
G1 + G2 + 2i Qkj
I valori dei predetti carichi sono:
G1+G2+G3
64,402
KN
Q1k
6,060
KN
Q2k
40.00
KN
combinazione sismica
G1 + G2 + P + E + 2i Qkj
EQU - Verifica al ribaltamento
Effetto delle azioni E e resistenza R
Rd - momento stabilizzante con sisma rivolto verso l'alto
(1-kv)
Rd - momento stabilizzante con sisma rivolto verso il basso
(1+kv)
361,763
0.95857687
KN*m
393,029
1.04142313
KN*m
n.b. non ci sono i carichi variabili in quanto il loro coefficiente parziale è nullo se sono favorevoli (tabella 6.2.1)
a favore di sicurezza non ho inserito il peso dell'acqua nella vasca anche se considerato permanente
Ed - momento instabilizzante per sisma verso l'alto
SAE
SAE
254.66 KN/m
12,733
2i
dw - posizione baricentro sezione c.a.
Ed
verificato in quanto Rd > di Ed
componente verticale verso l'alto
KN
0
3.25 m.
47,475
stimato
KN*m
Ed - momento instabilizzante per sisma verso il basso
SAE
SAE
276.67 KN/m
13,833
2i
dw - posizione baricentro sezione c.a.
Ed
verificato in quanto Rd > di Ed
KN
0
3.25 m.
50,079
componente verticale verso il basso
stimato
KN*m
13
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
Verifica a scorrimento
Scelta dei coefficienti parziali:
parametri geotecnici
M
R

1.25
1
sisma verso l'alto
Rd
Ed
KN
18,068 KN
21,257
è nullo l'apporto del carico variabile in quanto  2=0 (per i ponti)
verificato in quanto Rd>Ed
sisma verso il basso
Rd
23,094
KN
Ed
19,169
KN
è nullo l'apporto del carico variabile in quanto  2=0 (per i ponti)
verificato in quanto Rd>Ed
14
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale
15
Ing. Matteo Giovanardi – Consorzio di Bonifica dell’Emilia Centrale

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