ORDINE DEGLI INGEGNERI DELLA PROVINCIA DI PISTOIA
Corso di aggiornamento professionale
“Progettazione geotecnica
secondo le NTC 2008”
Pistoia, 13 maggio-24 giugno 2011
Aula Polivalente del Seminario Vescovile
Via Puccini, 36 - Pistoia
Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pistoia
Via Panciatichi, 11 – 51100 Pistoia
Tel. 0573 25931 - fax 0573 24383
[email protected]
www.ordineingegneri.pistoia.it
Corso di aggiornamento professionale
Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Corso di aggiornamento professionale
Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Prof. Ing. Giovanni Vannucchi
Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Università di Firenze
La Normativa nelle indagini,
caratterizzazione e modellazione
geotecnica
Pistoia, 13 Maggio 2010
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Norme Tecniche per le Costruzioni – D.M. 14.01.2008
La Geotecnica nelle NTC 2008
Cap. 2:
Sicurezza e prestazioni attese
Stati Limite SLU E SLE
Verifiche con i coefficienti di sicurezza parziali
Cap. 3:
Azioni sulle costruzioni
§ 3.2 Azione sismica
Cap. 6:
Progettazione geotecnica
Cap. 7:
Progettazione in presenza di azioni sismiche
§ 7.11.2 Caratterizzazione geotecnica a fini sismici
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
4/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Norme Tecniche per le Costruzioni – D.M. 14.01.2008
2.2 STATI LIMITE
2.2.1 Stati Limite Ultimi (SLU)
I principali Stati Limite Ultimi, di cui al § 2.1, sono elencati nel seguito:
………
c) raggiungimento della massima capacità di resistenza di parti di strutture,
collegamenti, fondazioni;
………
e) raggiungimento di meccanismi di collasso nei terreni;
………
2.2.2 Stati Limite di Esercizio (SLE)
I principali Stati Limite di Esercizio, di cui al § 2.1, sono elencati nel seguito:
………
b) spostamenti e deformazioni che possano limitare l’uso della costruzione,
la sua efficienza e il suo aspetto;
………
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Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Norme Tecniche per le Costruzioni – D.M. 14.01.2008
Cap. 3: Azioni sulle costruzioni
3.2 Azione sismica
3.2.2. Categorie di sottosuolo e condizioni topografiche
“Ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, si rende
necessario valutare l’effetto della risposta sismica locale mediante
specifiche analisi, come indicato nel § 7.11.3. In assenza di tali
analisi, per la definizione dell’azione sismica si può fare riferimento a
un approccio semplificato, che si basa sull’individuazione di categorie
di sottosuolo di riferimento (Tab. 3.2.II e 3.2.III)”.
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6/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Tabella 3.2.II – Categorie di sottosuolo
Categoria
Descrizione
A
Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di Vs,30 superiori a 800
m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore
massimo pari a 3 m.
B
Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti
con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà
meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT,30
> 50 nei terreni a grana grossa e cu,30 > 250 kPa nei terreni a grana fina).
C
Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti
con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà
meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 <
NSPT,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu,30 < 250 kPa nei terreni a grana fina).
D
Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a grana fina scarsamente
consistenti, con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle
proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT,30 <
15 nei terreni a grana grossa e cu,30 < 70 kPa nei terreni a grana fina).
E
Terreni dei sottosuoli di tipo C o D per spessore non superiore a 20 m, posti sul substrato di
riferimento (con Vs > 800 m/s).
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Tabella 3.2.III – Categorie aggiuntive di sottosuolo
Categoria
Descrizione
S1
Depositi di terreni caratterizzati da valori di Vs,30 inferiori a 100 m/s (ovvero 10 < cu,30 < 20 kPa),
che includono uno strato di almeno 8 m di terreni a grana fina di bassa consistenza, oppure
che includono almeno 3 m di torba o di argille altamente organiche.
S2
Depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive o qualsiasi altra categoria di
sottosuolo non classificabile nei tipi precedenti.
Per identificare la categoria di sottosuolo occorre utilizzare il valore
della velocità equivalente VS,30 di propagazione delle onde di taglio
entro i primi 30 metri di profondità o, in sub-ordine, il valore della
resistenza penetrometrica dinamica equivalente, NSPT,30, nei terreni
prevalentemente a grana grossa, e il valore della resistenza non
drenata equivalente, cu,30, nei terreni prevalentemente a grana fine.
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8/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Tali valori sono calcolati con le seguenti equazioni:
VS ,30 
30
m / s

h
V
i 1 , N S , i
h
N SPT ,30 
i 1 , M
h
c u ,30 
i
i 1 , M
N
(3.2.1)
hi
(3.2.2)
SPT ,i
i
i 1 ,K

hi
c
i 1 , K u , i
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(3.2.3)
9/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
in cui:
hi
è lo spessore (in metri) dell’i-esimo strato compreso nei primi 30
m di profondità;
VS,i è la velocità delle onde di taglio nell’i-esimo strato;
NSPT,i
è il numero di colpi NSPT nell’i-esimo strato;
cu,i
è la resistenza non drenata nell’i-esimo strato;
N
è il numero di strati compresi nei primi 30 m di profondità;
M
è il numero di strati di terreni a grana grossa compresi nei primi
30 m di profondità;
K
è il numero di strati di terreni a grana fina compresi nei primi 30
m di profondità.
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10/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Nel caso di sottosuoli costituiti da stratificazioni di terreni a grana
grossa e a grana fina, distribuite con spessori confrontabili nei primi
30 m di profondità, ricadenti nelle categorie da A ad E, quando non si
disponga di misure dirette della velocità delle onde di taglio si può
procedere come segue:
 determinare NSPT,30 limitatamente agli strati di terreno a grana
grossa compresi entro i primi 30 m di profondità;
 determinare cu,30 limitatamente agli strati di terreno a grana fina
compresi entro i primi 30 m di profondità;
 individuare le categorie corrispondenti singolarmente ai parametri
NSPT,30 e cu,30;
 riferire il sottosuolo alla categoria peggiore tra quelle individuate al
punto precedente.
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11/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Misure in sito della velocità delle onde sismiche
Prove in foro:
 prova Down-Hole (DH)
 prova Up-Hole (UH)
 prova Cross-Hole (CH)
 prova SVLM
Prove sismiche superficiali:
 metodo SASW
 metodo MASW
 metodo f-k
 metodo CSW
 metodo NASW
Prove auto-perforanti:
 Cono sismico (SCPT)
 Dilatometro sismico (SDMT)
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12/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
a)
b)
Ricevitori
eS
On
de
P
Sorgente
eS
Ond
eP
Ricevitori
dire
tt
e
dir
et
te
Sorgente
Schema geometrico della prova down-hole (a) e up-hole (b).
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13/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Sistema di acquisizione
Trigger (t = 0)
t=0
t
Dispositivo di bloccaggio
e orientazione
R
O
S
Esempio di
d1
z
Onde S Onde P
Sorgente
d2
A
SEZIONE
Sistema diz
ricezione
utilizzata per la
A’
B
Rivestimento in
PVC
prova downCementazione
hole
(rappresentata
R1
O
apparecchiatura
R
S
PIANTA
R2
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in sezione e in
pianta)
14/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Prova Down-Hole
Vantaggi
- disponibilità di un sondaggio stratigrafico;
- determinazione diretta del profilo di rigidezza;
- esiste standard internazionale
- disponibilità di molte registrazioni
Svantaggi
- costo elevato;
- profondità di esplorazione limitata;
- difficoltà di rilevazione onde dirette
- difficile campionamento di strati sottili
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15/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Sorgente
SHV
P
Ricevitori
Onde SHV
SHH
Onde SHH
Onde P
Schema geometrico della prova cross-hole
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16/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio di
apparecchiatura
utilizzata per la
prova crosshole
(rappresentato
in sezione e in
pianta).
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17/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Prova Cross-Hole
Vantaggi
- (come prova DH)
- profondità di esplorazione illimitata;
- maggiore facilità di interpretazione dei segnali
- funziona bene per stratigrafie fitte e complesse
Svantaggi
- costo molto elevato;
- necessità di misure inclinometriche
- elevato impatto ambientale
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18/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
On
de
P
Ricevitori
eS
dir
ett
e
Sorgente
Schema geometrico della prova con il cono (o con il dilatometro)
sismico in modalità down-hole
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19/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Sismografo
Velocità di
20 mm/s
Sorgente
4 letture indipendenti
con la profondità:
Resistenza alla punta (q )
c
Attrito laterale (fs )
Pressione interstiziale (u e u )
1
Velocità delle onde S (V S)
2
Ricevitori
Punta conica
Apparecchiatura per prove CPTU modificata per l’esecuzione di
prove down-hole
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20/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Sorgente
Ricevitori
dz
dt
Schema geometrico della prova e dilatometro piatto modificato per
l’esecuzione di prove down-hole
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Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Prove SCPT e SDMT
Vantaggi
- (come prova DH)
- costo basso
- disponibilità di molte altre misure in campo statico
- disturbo nel terreno ridotto
Svantaggi
- profondità di esplorazione limitata;
- difficoltà di rilevazione onde dirette
- difficile campionamento di strati sottili, scarsa applicabilità nei
terreni a grana grossa (ghiaie o sabbie molto addensate)
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22/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Descrizione sommaria
Foro non rivestito e pieno
di acqua. La sonda
contiene una sorgente
meccanica di vibrazioni e
due ricevitori a distanza
1m. L’onda di
compressione nell’acqua,
al contatto con la parete
del foro, generano nuove
onde di pressione che
raggiungono i ricevitori.
Fluido
Ricevitori
Sorgente
Schema geometrico della prova SVLM
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23/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Cavo
Sistema
d’acquisizione
Testa del cavo
Dati
Riduttore
Argano
Geofono superiore
Isolante
Geofono inferiore
Solenoide
Strumentazione utilizzata
nella prova SLVM (da OYO
Corporation, mod.).
Tubo filtro
Sorgente
Guida Molla
Massa
Piatti
Lunghezza sonda  7.6 m
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24/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Prova SVLM
Vantaggi
- disponibilità di un sondaggio stratigrafico;
- determinazione diretta del profilo di rigidezza;
- disponibilità di molte registrazioni
- profondità di esplorazione illimitata;
- maggiore facilità di interpretazione dei segnali
- funziona bene per stratigrafie fitte e complesse
- il foro non necessita di rivestimento
Svantaggi
- non esiste standard internazionale
- non consente di caratterizzare gli strati superficiali
- scarsa diffusione, specie in Europa
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25/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Prove di Riflessione di Rifrazione Sismica
Vantaggi
- scarso impatto ambientale
- basso costo
- facilità di esecuzione
- esiste standard internazionale
Svantaggi
- scarsa applicabilità in contesti urbani
- profondità di esplorazione limitata
- non funzionano bene nel caso di geometrie complesse
- forniscono valori della velocità mediati su ampi volumi di terreno
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26/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Prove SWM
Vantaggi
- (come prova di sismica rifr./rifl.)
- rilevano strati nascosti o inversioni di velocità
- si applicano bene anche su pavimentazioni
- possono arrivare anche a profondità di 30-50 m
Svantaggi
- forniscono il profilo di rigidezza solo in modo indiretto
- la affidabilità decresce con la profondità di esplorazione
- molto sensibili ai disturbi ambientali
- non si possono applicare nel caso di geometrie bidimensionali
- procedure di interpretazione molto complesse e non sempre
controllabili
- non esiste standard internazionale
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27/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Nella programmazione di indagini sismiche occorre tenere conto di alcune
considerazioni generali:
(i) sulle prove sismiche in foro:
 Sono in genere più costose (specie le CH e DH) e dunque, soprattutto su
una vasta area, deve esserne limitato il numero
 Alcune di esse (SCPT, SDMT) non possono essere eseguite su tutti i tipi di
terreno (sabbie dense e ghiaie)
 Alcune di esse (CH, DH, SVLM) forniscono anche un profilo stratigrafico
utile in fase di interpretazione
 Il modello interpretativo è molto semplice e fornisce una misura diretta di
VS e quindi di G0
 La misura di VS è locale e puntuale, variabile con la profondità e, in alcuni
casi (CH, SVLM), può raggiungere profondità superiori a 50m
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28/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
(ii) sulle prove sismiche superficiali:
 Sono in genere più economiche (con costi confrontabili) e possono essere
coperte vaste aree
 Sono di difficile esecuzione nei contesti urbani
 Il modello interpretativo è molto complesso e, specie per le prove SWM,
non fornisce una misura diretta di VS, bensì passa attraverso un modello
numerico 1-D non applicabile in situazioni morfologiche complesse.
ATTENZIONE
Le prove geofisiche sismiche richiedono esperienza e competenza per
l’esecuzione e per l’interpretazione.
È importantissimo affidarle a ditte e a personale tecnico altamente
qualificato.
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29/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio: Stratigrafia, ubicazione del campione indisturbato CI1 e
profilo delle velocità VS, VP e del coefficiente di Poisson, n, con la
profondità, z, da prova Down-Hole
0
Terreno vegetale
(sabbie limose)
Detrito di frana
costituto da strati
millimetrici e
decimetrici di
marne e strati
decimetrici e
centimetrici di
arenarie alterate.
La struttura è
caotica e la matrice
è argillosa.
1200
n
Vs, Vp [m/s]
1600
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0
Vs
2.7 m
C1
Vp
5.2 m 5
5
10
10
15
15
13.2
15.0
20
z [m]
Detrito di frana
costituito da
argille, marne e
livelli arenitici
800
0
z [m]
Detrito di frana
costituito da limi
sabbiosi e sabbie
limose con
frazione sabbiosa
grossolana
crescente verso il
basso.
400
20
25
25
30
30
35
35
40
40
33.0
Marne fittamente
stratificate alternate
a strati di arenaria
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30/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
hi = 1 m
zi
(m)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
VS,i
( m/s )
489
489
546
438
318
363
444
529
581
568
529
548
629
646
606
hi/VS,i
(s)
2,047E-03
2,047E-03
1,832E-03
2,282E-03
3,146E-03
2,751E-03
2,254E-03
1,892E-03
1,720E-03
1,761E-03
1,889E-03
1,824E-03
1,590E-03
1,548E-03
1,651E-03
zi
(m)
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
VS,i
( m/s )
564
612
551
368
436
561
576
492
456
457
425
557
662
622
677
S(hi/VS,i) =
VS,30 =
hi/VS,i
(s)
1,773E-03
1,633E-03
1,815E-03
2,718E-03
2,292E-03
1,783E-03
1,737E-03
2,031E-03
2,195E-03
2,187E-03
2,352E-03
1,794E-03
1,511E-03
1,608E-03
1,477E-03
5,914E-02
507
m/s
Categoria B
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31/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio: Deposito costituito da argilla tenera fino alla profondità di
18 m e da sabbia densa oltre tale profondità
cu (kPa)
0
10
20
30
40
50
60
70
0
Z (m)
5
NSPT ( - )
10
0
20
40
60
80
20
15
25
Z (m)
20
30
35
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32/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
hi = 1,8 m
zi
(m)
1,8
3,6
5,4
7,2
9
10,8
12,6
14,4
16,2
18
Shi =
18
cu,i
( kPa )
59
55
53
48
40
38
47
46
46
30
hi/cu,i
( m/kPa )
3,051E-02
3,273E-02
3,396E-02
3,750E-02
4,500E-02
4,737E-02
3,830E-02
3,913E-02
3,913E-02
6,000E-02
hi = 3 m
zi
(m)
21
24
27
30
Shi =
12
NSPT,i
(-)
64
66
71
58
hi/NSPT,i
4,688E-02
4,545E-02
4,225E-02
5,172E-02
m
S(hi / NSPT,i) = 1,863E-01
Shi / S(hi / NSPT,i) =
64
categoria B
m
S(hi / cu,i) = 4,036E-01 m / kPa
Shi / S(hi / cu,i) =
44,6 kPa
categoria D
Categoria D
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33/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
È possibile, anche se le NTC 2008 non lo prevedono, stimare il
profilo delle VS attraverso correlazioni empiriche con i risultati di
altre prove geotecniche in sito e di laboratorio.
Ne sono state proposte moltissime, fra le più note,
in funzione dei risultati di prove SPT:
VS (m/s) = a NSPTb
Imai (1977)
Tipo di terreno
Argille oloceniche
Sabbie oloceniche
Argille pleistoceniche
Sabbie pleistoceniche
VS (m/s) = 68,8 NSPT0,171 Z0,2 E F
Otha e Goto (1978)
Depositi olocenici
Depositi pleistocenici
E=1
E = 1,3
a
102
81
114
97
Tipo di terreno
Argilla
Sabbia fine
Sabbia media
Sabbia grossa
Sabbia e ghiaia
Ghiaia
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
b
0,29
0,33
0,29
0,32
F
1,000
1,091
1,029
1,073
1,151
1,485
34/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
In funzione dei risultati di prove CPT:
1. Per argille intatte e fessurate
VS (m/s) = 1,75 qc0,627
con qc in (kPa)
Mayne e Rix (1995)
2. Per argille
VS (m/s) = A qc0,28 fs0,11
Depositi olocenici
Depositi pleistocenici
con qc e fs in (MPa) Andrus et al. (2001)
A = 208
A = 246
3. Per tutti i terreni
VS (m/s) = 154 + 0,64qc
con qc in (kg/cm2)
Barrow e Stokoe (1983)
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
35/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio: Confronto di correlazioni con i risultati di prova CPT
z
(m)
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6
3,8
4
4,2
4,4
4,6
4,8
5
5,2
5,4
5,6
5,8
6
6,2
6,4
qc / p a
(-)
33
37
42
47
120
170
100
60
68
40
16
64
65
44
60
46
30
28
19
32
33
22
18
16
10
10
13
14
12
12
15
fs / pa
(-)
2,07
2,2
2,73
2
2
2,67
1,2
2,13
2,13
1,27
0,73
1
2,27
1,6
1,73
2
1,47
1,27
1,33
0,67
1,4
0,87
0,8
0,73
0,6
0,53
0,67
0,73
0,67
0,67
0,73
z
(m)
6,6
6,8
7
7,2
7,4
7,6
7,8
8
8,2
8,4
8,6
8,8
9
9,2
9,4
9,6
9,8
10
10,2
10,4
10,6
10,8
11
11,2
11,4
11,6
11,8
12
12,2
12,4
12,6
qc / p a
(-)
15
14
26
33
31
32
41
38
27
35
33
17
26
17
16
17
17
13
16
28
30
27
18
19
18
28
14
15
25
29
24
fs / pa
(-)
0,93
0,87
1
1,53
1,53
1,53
1,8
2
1,4
1,8
1
0,8
0,87
0,87
0,67
0,67
0,53
0,6
0,93
0,67
0,53
0,87
0,67
0,6
0,47
0,87
0,6
0,8
0,73
1,2
1
z
(m)
12,8
13
13,2
13,4
13,6
13,8
14
14,2
14,4
14,6
14,8
15
15,2
15,4
15,6
15,8
16
16,2
16,4
16,6
16,8
17
17,2
17,4
17,6
17,8
18
18,2
18,4
18,6
18,8
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
qc / p a
(-)
18
12
15
17
26
32
44
50
30
22
17
35
35
54
64
63
65
55
52
52
46
48
54
55
60
26
28
28
58
56
64
fs / pa
(-)
0,73
0,67
1
0,53
0,73
0,73
1
0,93
0,87
1,2
0,6
0,73
0,93
0,8
0,73
0,67
0,6
0,87
0,87
0,8
0,67
0,73
0,67
0,67
0,47
1,13
0,8
0,8
0,93
0,8
0,93
z
(m)
19
19,2
19,4
19,6
19,8
20
20,2
20,4
20,6
20,8
21
21,2
21,4
21,6
21,8
22
22,2
22,4
22,6
22,8
23
23,2
23,4
23,6
23,8
24
24,2
24,4
24,6
24,8
qc / p a
(-)
28
19
17
19
21
23
19
22
25
24
33
38
38
40
47
40
55
46
43
45
50
50
47
44
38
42
46
55
62
44
fs / pa
(-)
1,33
1,2
1
1,07
1,13
1,27
1,2
1,2
1,53
1,4
2,13
2,13
2,4
1,87
2,8
1,93
2,27
2,33
2,8
2,4
2,53
2,53
2,27
1,87
2,13
2,13
1
1,07
2,53
3,07
36/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
qc / pa
0
50
100
fs /pa
150
200
0
1
2
Vs ( m/s )
3
4
0
0
0
0
5
5
5
200
400
600
Corr. (1)
Corr. (2)
Corr. (3)
10
15
Z (m)
10
Z (m)
Z (m)
10
15
15
20
20
20
25
25
25
30
30
30
VS,30 (m/s)
Corr. 1
Corr. 2
Corr. 3
253
258
175
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
Le correlazioni (1) e (2)
sono in buon accordo
37/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Le correlazioni empiriche hanno validità limitata ai materiali indagati
e forte dispersione.
Possono essere utili solo nelle fasi preliminari dello studio geotecnico
e nella progettazione di opere di classe d’uso I e II.
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
38/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Norme Tecniche per le Costruzioni – D.M. 14.01.2008
6
PROGETTAZIONE GEOTECNICA
6.1
DISPOSIZIONI GENERALI
6.2
ARTICOLAZIONE DEL PROGETTO
6.2.1 Caratterizzazione e modellazione geologica del sito
6.2.2 Indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
6.2.3 Verifiche di sicurezza delle prestazioni
6.3
STABILITÀ DEI PENDII NATURALI
6.4
OPERE DI FONDAZIONE
6.5
OPERE DI SOSTEGNO
6.6
TIRANTI DI ANCORAGGIO
6.7
OPERE IN SOTTERRANEO
6.8
OPERE DI MATERIALI SCIOLTI E FRONTI DI SCAVO
6.9
MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI TERRENI E DELLE ROCCE
6.10 CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO DI OPERE ESISTENTI
6.11 DISCARICHE CONTROLLATE DI RIFIUTI E DEPOSITI DI INERTI
6.12 FATTIBILITÀ DI OPERE SU GRANDI AREE
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
39/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
In Italia i progetti di opere di ingegneria civile sono spesso carenti
sotto l’aspetto geotecnico poiché il progettista non se ne occupa
personalmente.
In particolare è frequente che:

le indagini siano svolte senza consultare il progettista,

l’indagine geotecnica sia sostituita o confusa con l’indagine
geologica,

il programma di prove ed i controlli siano non inerenti al
progetto,

le Amministrazioni Pubbliche affidino direttamente le indagini
prima ancora di scegliere il progettista,

le Amministrazioni Pubbliche formulino bandi con costi
dell’indagine inclusi in quelli della progettazione.
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
40/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Per un processo di qualità nella progettazione è necessario che:
 il progettista partecipi alla formulazione del programma di
indagine,
 richieda alle Imprese di indagine solo dati oggettivi (parametri
derivati direttamente o da correlazioni),
 conduca una scelta “autonoma” dei parametri geotecnici,
 individui il(i) modello(i) geotecnico(i) di sottosuolo partendo
dalle caratteristiche generali delle opere in progetto,
 partecipi alla analisi ed alla progettazione dell’opera anche per
gli aspetti geotecnici
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
41/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
6.2.1 Caratterizzazione e modellazione geologica del sito
GEOLOGIA E GEOTECNICA
Vi è una netta differenza tra GEOLOGIA e GEOTECNICA (e tra i
relativi elaborati di progetto)
In estrema sintesi la Geologia deve rispondere ai seguenti quesiti:
 come si sono formati i terreni presenti nel sottosuolo dell’opera
in progetto?
 quando e con quali meccanismi?
 quali fenomeni si sono succeduti nel tempo?
 quale è la successione litostratigrafica locale?
 quale è lo schema della circolazione idrica superficiale e
sotterranea?
 vi sono dissesti in atto o potenziali e quale è la loro tendenza
evolutiva?
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
42/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Dalla risposta a tali quesiti l’ingegnere potrà desumere e
giustificare la variabilità e l’eterogeneità stratigrafica in direzione
verticale ed orizzontale (ad esempio attraverso l’ambiente di
deposizione e l’identificazione dei paleo alvei), lo stato di
sovraconsolidazione, la presenza di livelli torbosi, l’anisotropia
meccanica e idraulica, etc..
La Relazione geologica di progetto dovrà in particolare fare
riferimento a quella porzione di territorio in cui dovrà sorgere
l’opera, inquadrandola nel contesto geologico generale e
sviluppando per essa un modello geologico di maggiore dettaglio,
rappresentato con carte e sezioni geologiche, utile al progettista per
inquadrare i problemi geotecnici e per definire il programma delle
indagini geotecniche.
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
43/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Dalla Relazione Geologica l’ingegnere potrà desumere utili
informazioni. Ad esempio dall’ambiente di deposizione:
Rappresentazione semplificata del ciclo di formazione delle rocce
e dei terreni
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
44/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Depositi marini
In genere sono terreni abbastanza omogenei e uniformi per
composizione e caratteristiche, sovraconsolidati per successive fasi di
sedimentazione e di erosione. Le argille originariamente depositate in
ambiente salmastro e successivamente assoggettate a un flusso di
acqua dolce possono essere metastabili e collassare facilmente in
presenza di azioni meccaniche (argille sensitive).
Depositi alluvionali
Sono terreni sedimentati in acqua dolce, in genere eterogenei per
composizione e caratteristiche sia in direzione verticale che
orizzontale. Frequenti alternanze di materiali a grana fine (limi e
argille) e a grana grossa (sabbie e ghiaie).
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
45/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Depositi lacustri e palustri
Sono terreni a grana media e fine (dalle sabbie fini alle argille)
sedimentati in acqua dolce, in genere eterogenei per composizione e
caratteristiche in direzione verticale e continui ed uniformi in direzione
orizzontale.
Depositi glaciali
Sono terreni molto eterogenei e difficili da caratterizzare dal punto di
vista geotecnico. Hanno curva granulometrica distesa (dai ciottoli alle
argille). Nei depositi morenici (materiali direttamente deposti dai
ghiacciai) vi è grande eterogeneità e variabilità spaziale, mentre nei
depositi fluvio-glaciali (materiali trasportati dai corsi d’acqua
originatisi dai ghiacciai) l’alternanza è più regolare.
Depositi eolici
Sono terreni molto uniformi, sabbie monogranulari e arrotondate,
molto sciolte e collassabili, difficili da campionare indisturbate.
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
46/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Depositi di ambiente misto
Comprendono:
Depositi costieri, costituiti da sabbie fini e limi nei canali di marea,
e da limi e argille con materiali organici nelle lagune e nelle piane
di marea
Depositi di estuario, costituiti da limi e argille
Depositi di delta, con caratteristica forma a ventaglio e spessori che
si riducono verso l’arco periferico, costituiti da continue alternanze
di materiali a grana fine, molto compressibili e con bassa
resistenza a taglio, e materiali a grana grossa.
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
47/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Molto importante è lo schema della circolazione idrica del sottosuolo
(idrogeologia) per la determinazione del regime delle pressioni
interstiziali
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
48/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
6.2.2 Indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
MODELLO GEOTECNICO
“Per modello geotecnico si intende uno schema rappresentativo delle
condizioni stratigrafiche, del regime delle pressioni interstiziali e della
caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce comprese nel
volume significativo, finalizzato all’analisi quantitativa di uno specifico
problema geotecnico.”
Il Modello geotecnico è uno schema semplificato della realtà fisica che concili,
quanto più possibile, variabilità e complessità naturale con procedure e
metodi di calcolo che conducano ad una soluzione quantitativa affidabile,
anche se non esatta, del problema ingegneristico.
È responsabilità del progettista la definizione del piano delle indagini, la
caratterizzazione e la modellazione geotecnica. ” (NTC 2008, § 6.2.2)
“Per volume significativo di terreno si intende la parte di sottosuolo
influenzata, direttamente o indirettamente, dalla costruzione del manufatto e
che influenza il manufatto stesso.” (NTC 2008, § 3.2.2)
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
49/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Indicazioni sul volume
significativo del
sottosuolo a seconda del
tipo e delle dimensioni
del manufatto, nel caso
di terreno omogeneo
(Raccomandazioni AGI,
1977)
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
50/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Per la soluzione quantitativa (e approssimata) di un problema
geotecnico è necessario riferirsi ad un modello geotecnico.
Il modello geotecnico è uno schema semplificato del sottosuolo
nel volume significativo, costituito da strati di terreno omogeneo,
geometricamente ben definiti, a comportamento meccanico
semplice e diverso a seconda del problema e del metodo di calcolo
utilizzato (ad es. elastico lineare o non lineare, visco-elastico,
elasto-plastico, plastico perfetto, etc..).
In realtà il terreno non è mai un corpo omogeneo né un insieme di
corpi omogenei.
È compito e responsabilità del progettista definire il modello
geotecnico appropriato alla complessità del problema
accettandone le implicite approssimazioni.
La programmazione delle indagini e l’interpretazione dei risultati
sono finalizzate alla definizione del modello geotecnico.
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
51/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Piano delle indagini
“Nel caso di costruzioni o di interventi di modesta rilevanza, che
ricadano in zone ben conosciute dal punto di vista geotecnico, la
progettazione può essere basata sull’esperienza e sulle conoscenze
disponibili, ferma restando la responsabilità del progettista su
ipotesi e scelte progettuali.” (NTC 2008, § 6.2.2)
Scelta del livello di
approfondimento dell’indagine
geotecnica su base economica
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
52/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Categorie Geotecniche (CG)
L’Eurocodice 7 per la progettazione geotecnica (EN 1997-1) divide
le opere in 3 categorie di importanza cui corrispondono diversi gradi
di approfondimento dell’indagine geotecnica:
CG1: Strutture semplici caratterizzate da rischi molto limitati.
L’indagine può limitarsi alla raccolta di informazioni esistenti. La
relazione geotecnica può giustificare le scelte progettuali su base
comparativa, per esperienza e similitudine.
CG2: Strutture e fondazioni di tipo corrente che non presentano
particolari rischi né condizioni geotecniche o di carico eccezionali.
L’indagine richiede l’esecuzione delle usuali prove geotecniche in
sito e di laboratorio.
CG3: Strutture di grandi dimensioni o che presentano rischi
elevati, in zone difficili o ad alta sismicità, con particolari condizioni
di carico. Richiedono indagini approfondite e dettagliate, da affidare
a specialisti, estese nel tempo (prima, durante e dopo la
costruzione).
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Pistoia, 13 maggio 2011
53/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Struttura piccola e relativamente
semplice?
NO
SI
Condizioni del sottosuolo note
per esperienza locale e
conoscenze utilizzabili con i
tradizionali metodi di
progettazione geotecnica?
NO
NO
NO
SI
NO
NO
Le condizioni di carico sono
eccezionali o inusuali?
NO
L'area è di alta sismicità?
SI
Il rischio di instabilità generale o
di movimenti del terreno è
trascurabile?
SI
Il livello di rischio associato al
collasso è molto alto?
Le condizioni del sottosuolo sono
molto difficili o inusuali?
SI
Se è previsto uno scavo sotto
falda, l'esperienza locale indica
che in casi analoghi non sono
sorti problemi?
SI
Struttura molto grande o
inusuale?
SI
SI
NO
NO
L'area è a rischio di frana o di
movimenti persistenti del
terreno?
SI
Categoria 1
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Pistoia, 13 maggio 2011
SI
NO
Categoria 2
Categoria 3
54/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Il piano delle indagini (numerosità, disposizione, tipologia delle
prove in sito e di laboratorio) deve essere stabilito caso per caso,
tenendo conto di:
 Natura e variabilità dei terreni nel volume significativo,
 Importanza dell’opera in progetto,
 Fase di sviluppo (fattibilità, definitivo, esecutivo, controlli in
corso d’opera e collaudo, monitoraggio post operam),
 Possibili soluzioni di progetto,
 Dati richiesti dai modelli geotecnici e dai metodi di calcolo che si
intendono adottare per la soluzione dei diversi problemi.
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
55/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Ampiezza orientativa dell’indagine geotecnica
Tipo di opera
Distanza fra i sondaggi
(m)
Stratificazione
Uniforme
Numero minimo di
verticali di esplorazione
Media Caotica
Edificio di 12 piani
60
30
15
3
Edificio a molti piani
45
30
15
4
Pile e spalle di ponti,
torri
-
30
12
12 per ciascuna fondazione
300
150
30
-
progetto di massima
500
300
-
progetto esecutivo
100
50
-
Strade
Gallerie:
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
-
56/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Dalla Circolare esplicativa delle NTC 2008
continua
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
57/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
58/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
I valori dei parametri geotecnici possono essere direttamente
ricavati dalla sperimentazione:
Esempi: peso di volume, capacità portante di un palo da prova di
carico di progetto, etc..
o, più frequentemente sono “derivati” dai risultati sperimentali in
sito e di laboratorio utilizzando modelli di trasformazione teorici,
semi-empirici o empirici:
Esempi:
c’ e f’ da prove Tx utilizzando la teoria di Mohr-Coulomb,
Em dalle curve q-ea di prove Tx,
cu da prove CPT o DMT,
etc..
Nella Relazione geotecnica è importante dichiarare come sono stati
stimati i parametri geotecnici di progetto, poiché i modelli di
trasformazione implicano un diverso grado di incertezza.
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59/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Limite intrinseco delle indagini geotecniche è l’acquisizione di
elementi conoscitivi puntuali (es. da prove di laboratorio, prove SPT,
prove scissometriche, etc..) o lungo linee verticali (ad es. da
sondaggi, prove CPT, DMT, Down Hole, Cross Hole, etc..) poco adatti
a individuare i lineamenti stratigrafici piani e spaziali.
Nella programmazione delle indagini occorre tenere presente che il
comportamento del terreno è influenzato da:
Megastruttura, ovvero struttura alla scala del volume significativo
dell’opera in progetto, che può comprendere giunti, discontinuità,
faglie, etc..
Macrostruttura, ovvero struttura alla scala dei campioni per prove
di laboratorio, che può comprendere fessure, giunti, inclusioni
organiche, sottili intercalazioni eterogenee, etc..
Microstruttura, ovvero struttura a livello particellare, che spiega il
comportamento meccanico dei terreni (ad es. la dilatanza, la
resistenza residua, etc..)
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60/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Ad esempio i terreni a grana fine (argille) sovraconsolidati sono
spesso fessurati. Giunti di deposizione e fessure variamente
orientate possono suddividere l’ammasso in elementi di varie
dimensioni, talvolta di forma quasi prismatica. Ne consegue che:
1. Il comportamento meccanico di un provino di laboratorio integro
può risultare nettamente migliore (e non rappresentativo) del
comportamento dell’ammasso fessurato, per il quale la coesione
efficace è pressoché nulla.
2. Il coefficiente di permeabilità di un provino di laboratorio può
risultare nettamente inferiore (e non rappresentativo) del valore
efficace in sito.
Le indagini geotecniche in sito e di laboratorio hanno vantaggi e
limiti opposti, e non sono pertanto alternative ma complementari.
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61/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Le indagini in sito sono:
 insostituibili per il riconoscimento stratigrafico,
 interessano volumi di terreno molto maggiori,
 molte di esse consentono di determinare profili pressoché continui
con la profondità delle grandezze misurate,
 sono più rapide ed economiche,
 sono quasi l’unico mezzo per caratterizzare dal punto di vista
meccanico i terreni incoerenti, il cui campionamento “indisturbato”
è molto difficile ed economicamente oneroso.
ma:
 le condizioni al contorno sono difficilmente individuabili e incerte,
 la modellazione della prova è spesso incerta e schematica per cui
l’interpretazione è talvolta affidata a relazioni empiriche o semiempiriche.
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62/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
le prove di laboratorio:
 hanno condizioni al contorno (di carico, di vincolo, di drenaggio),
ben definite e controllabili,
 i risultati possono essere interpretati con modelli matematici
appropriati,
ma:
 i campioni possono non essere rappresentativi delle reali
condizioni in sito, sia a causa della variabilità intrinseca del
terreno naturale, sia per l’inevitabile disturbo di campionamento.
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63/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio di indagine geotecnica
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64/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Le indagini sono consistite in:
1. esecuzione di 5 sondaggi a carotaggio continuo spinti alla
profondità massima di 30 m da p.c. attuale con prelievo di n° 9
campioni indisturbati ed 1 disturbato;
2. esecuzione di 14 prove S.P.T. (Standard Penetration Test) in
corrispondenza degli orizzonti clastici;
3. esecuzione di 1 prova penetrometrica statica (CPT) spinta fino
alla profondità di 24.40 m dal p.c.;
4. esecuzione di 5 prove penetrometriche dinamiche (DPSH) spinte
fino alla profondità massima di 15.0 m dal p.c., completate dove
possibile con l'installazione di tubi piezometrici;
5. indagine geofisica in foro (down-hole) con onde P ed SH;
6. analisi geotecniche di laboratorio su 9 dei 10 campioni prelevati
nei fori di sondaggio;
7. ripetute misurazioni dei livelli idrici sotterranei eseguite con
l'ausilio dei tubi piezometrici installati.
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65/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
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66/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio di colonna
stratigrafica
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67/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio di
documentazione
fotografica
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68/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio di sezione geotecnica interpretata
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69/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Valori caratteristici
“Per la sicurezza strutturale, la resistenza dei materiali e le azioni
sono rappresentate dai valori caratteristici, Rki e Fkj definiti,
rispettivamente, come il frattile inferiore delle resistenze e il frattile
(superiore o inferiore) delle azioni che minimizzano la sicurezza. In
genere, i frattili sono assunti pari al 5%.” (NTC 2008, § 2.3)
“Per valore caratteristico di un parametro geotecnico deve intendersi
una stima ragionata e cautelativa del valore del parametro nello
stato limite considerato.” (NTC 2008, § 6.2.2)
Le NTC 2008 non forniscono indicazioni sulla procedura di scelta dei
valori caratteristici dei parametri geotecnici.
La Circolare Esplicativa chiarisce (?) in parte il significato e la
procedura di scelta dei valori caratteristici.
Maggiori indicazioni sono fornite dall’Eurocodice 7 EN 19971:2004(E)
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70/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
La scelta dei valori caratteristici avviene in due fasi:
Prima fase: identificazione dei parametri geotecnici appropriati ai fini
progettuali.
Seconda fase: valutazione dei valori caratteristici degli stessi
parametri.
Prima fase
Identificazione dei parametri geotecnici appropriati ai fini progettuali
Molti parametri geotecnici non sono costanti materiali che possano
essere determinati direttamente e univocamente con la
sperimentazione, ma dipendono dallo stato tensionale e deformativo.
Per l’identificazione dei parametri geotecnici appropriati ai fini
progettuali occorre considerare le possibili differenze fra i valori dei
parametri stimati dai risultati sperimentali ed i valori che governano il
comportamento della struttura geotecnica.
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71/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio: la resistenza al taglio
L’inviluppo a rottura di un terreno sovraconsolidato è curvilineo. La linearizzazione
produce valori di c’ e f’ dipendenti
dall’intervallo di tensione.
L’angolo di resistenza al taglio mobilitato
dipende dal livello deformativo.
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72/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Argilla di Todi: relazioni
tensioni di taglio –
spostamenti relativi
in prove di taglio diretto,
prima e dopo la rottura
[Calabresi, 1980].
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73/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Argilla di S. Barbara. Resistenza al taglio lungo i giunti in rapporto
alla resistenza di picco e a quella residua del materiale non
fessurato
[Calabresi e Manfredini,1973]
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74/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Influenza del rapporto fra dimensioni dei provini e spaziatura delle
fessure sulla resistenza al taglio
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75/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Il valore misurato della resistenza al taglio dipende dal tipo di prova
Argilla di Londra:
confronto tra
valori di
resistenza non
drenata ottenuti
da prove di carico
su piastra
(D = 865 mm) e
valori misurati in
laboratorio su
campioni di (a)
98 mm e (b) 38
mm di diametro
[Marsland, 1974]
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76/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
La Circolare Esplicativa esemplifica:
Per la verifica allo scorrimento della fondazione di un muro di
sostegno di deve utilizzare l’angolo di resistenza al taglio a volume
costante e trascurare il termine della coesione. Invece per il calcolo
della capacità portante si deve utilizzare l’angolo di resistenza al
taglio di picco e tenere conto della coesione efficace.
Altro esempio:
Nel progetto di opere di sostegno, per il calcolo della spinta attiva,
che richiede deformazioni piccole, si può fare riferimento all’angolo di
resistenza al taglio di picco, mentre per il calcolo della spinta passiva,
che richiede deformazioni molto grandi, occorre riferirsi all’angolo di
resistenza al taglio a volume costante.
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77/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Seconda fase
Valutazione dei valori caratteristici dei parametri geotecnici
occorre tenere conto di:
 variabilità del terreno,
 numerosità delle determinazioni sperimentali,
 dispersione dei risultati,
 tipo di verifica e delle condizioni costruttive,
 volume di terreno coinvolto e stato limite considerato,
 rigidezza della struttura e sua capacità di ridistribuire il carico.
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78/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
La Circolare Esplicativa recita:
“Nelle valutazioni che il progettista deve svolgere per pervenire ad
una scelta corretta dei valori caratteristici, appare giustificato il
riferimento a valori prossimi ai valori medi quando nello stato limite
considerato è coinvolto un elevato volume di terreno, con possibile
compensazione delle eterogeneità o quando la struttura a contatto
con il terreno è dotata di rigidezza sufficiente a trasferire le azioni
dalle zone meno resistenti a quelle più resistenti.
Al contrario, valori caratteristici prossimi ai valori minimi dei
parametri geotecnici appaiono più giustificati nel caso in cui siano
coinvolti modesti volumi di terreno, con concentrazione delle
deformazioni fino alla formazione di superfici di rottura nelle porzioni
di terreno meno resistenti del volume significativo, o nel caso in cui la
struttura a contatto con il terreno non sia in grado di trasferire forze
dalle zone meno resistenti a quelle più resistenti a causa della sua
insufficiente rigidezza.” (Istruzioni § C6.2.1).
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79/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Ad esempio:
per la stima con formule analitiche della capacità portante in
condizioni non drenate di un palo di fondazione in un terreno
“omogeneo” a grana fine, il valore caratteristico della resistenza al
taglio cu da utilizzare per il calcolo del termine laterale della capacità
portante può essere poco inferiore al valore medio, poiché il volume
di terreno interessato è grande,
mentre
per il valore caratteristico della resistenza al taglio da utilizzare per il
calcolo del termine di punta è opportuno riferirsi ad un valore
prossimo al minimo, poiché il volume di terreno interessato è
modesto.
La traduzione in termini numerici delle parole “elevato volume di
terreno” o “modesti volumi di terreno”, o anche di “valori prossimi ai
valori medi” e “prossimi ai valori minimi” è comunque lasciata alla
sensibilità e responsabilità del progettista.
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80/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Ove possibile la scelta dei valori caratteristici dovrebbe essere
conseguente ad una analisi statistica.
Esempio
Scelta dei valori caratteristici della resistenza al taglio non drenata in
base a risultati di prove di laboratorio da utilizzare nelle verifiche di
capacità portante a breve termine di un palo trivellato in argilla.
Dati:
Lunghezza del palo
L = 16 m
Diametro
d = 0,6 m
Carico permanente verticale caratteristico:
Gk = 400 kN
Carico variabile verticale caratteristico:
Qk = 200 kN
Resistenza al taglio non drenata determinata con prove TxUU in
laboratorio su campioni estratti a varie profondità da 3 sondaggi
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81/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
1,8
3,6
5,4
7,2
9
10,8
12,6
14,4
16,2
18
45
56
51
70
59
62
70
31
58
33
S2
cu (kPa)
59
55
53
48
40
38
47
46
46
30
cu (kPa)
S3
62
52
60
57
62
51
44
46
36
42
Terreno “omogeneo” senza un
significativo trend di variazione
con la profondità
0
20
40
60
80
0
2
4
S1
S2
S3
6
8
z (m)
z (m)
S1
10
12
14
16
18
20
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82/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Per valore caratteristico di cu da utilizzare per il calcolo della capacità
portante laterale (grande volume di terreno → valore caratteristico
prossimo al valore medio) si stima quel valore che ha il 95% di
probabilità di essere inferiore al valore medio. Si utilizzano i valori
sperimentali di cu relativi ai campioni estratti a profondità comprese
tra 0 m (p.c.) e 16 m (lunghezza del palo).
Per valore caratteristico di cu da utilizzare per il calcolo della capacità
portante di base (piccolo volume di terreno → valore caratteristico
prossimo al valore minimo) si stima il valore corrispondente al frattile
inferiore del 5%. Si utilizzano i valori sperimentali di cu relativi ai
campioni estratti a profondità comprese tra 13,6 m (L – 4d) e 16,6 m
(L + d).
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83/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Si utilizza la relazione:
Xk = Xm (1 – kn COV)
in cui:
Xk
valore caratteristico della
variabile X da stimare,
Xm
media campionaria di X,
COV
coefficiente di variazione di X,
kn
coefficiente statistico
(tabulato) funzione del
numero di determinazioni
sperimentali (n), distanza di
fluttuazione di X (e quindi
volume di terreno grande o
piccolo), livello di confidenza
statistica richiesta
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volume
grande
volume
piccolo
n
3
4
5
6
8
10
20
30
kn
1,69
1,18
0,95
0,82
0,67
0,58
0,39
0,31
kn
3,37
2,63
2,33
2,18
2,00
1,92
1,76
1,73
∞
0,00
1,64
84/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Nel caso in esame:
Per la portata laterale:
Per la portata di base:
n = 27
n=6
Xm = 52,0 kPa
Xm = 43,8 kPa
COV = 18,8%
COV = 21,4%
kn = 0,320
kn = 2,18
cu,k = 48,9 kPa
cu,k = 23,4 kPa
Nei casi in cui la capacità o resistenza del sistema geotecnico non è
indirettamente stimata (come nel caso precedente) ma direttamente
misurata (ad es. capacità portante di pali e ancoraggi da prove di
carico di progetto) le NTC 2008 specificano il metodo statistico da
applicare per ottenere i valori caratteristici.
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85/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
6.2.3
Verifiche della sicurezza e delle prestazioni
6.2.3.1 Verifiche nei confronti degli Stati Limite Ultimi (SLU)
Ed ≤ Rd
in cui Ed è il valore di progetto dell’azione o dell’effetto dell’azione:
ovvero
con gE = gF
Rd è il valore di progetto della resistenza del sistema geotecnico:
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86/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Ed e Rd sono funzione di:
gF Fk
azioni di progetto
Xk / gM parametri geotecnici di progetto
ad
geometria di progetto
N.B. il pedice k significa “caratteristico”, il pedice d significa “di
progetto”, con g si indicano i coefficienti di sicurezza parziali
La verifica della condizione Ed ≤ Rd deve essere effettuata
impiegando diverse combinazioni di gruppi di coefficienti parziali,
rispettivamente definiti per le azioni (A1 e A2), per i parametri
geotecnici (M1 e M2) e per le resistenze (R1, R2 e R3).
I diversi gruppi di coefficienti di sicurezza parziali sono scelti
nell’ambito di due approcci progettuali distinti e alternativi
(Approccio 1 e Approccio 2).
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87/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Nel primo approccio progettuale (Approccio 1) sono previste due
diverse combinazioni di gruppi di coefficienti:
la prima combinazione (A1+M1+R1) è generalmente più severa nei
confronti del dimensionamento strutturale delle opere a contatto con
il terreno, mentre
la seconda combinazione (A2+M2+R2) è generalmente più severa nei
riguardi del dimensionamento geotecnico.
Nel secondo approccio progettuale (Approccio 2) (A1+M1+R3) è
prevista un’unica combinazione di gruppi di coefficienti, da adottare
sia nelle verifiche strutturali sia nelle verifiche geotecniche.
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88/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Si considerano 5 Stati Limite Ultimi:
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 dovuta a gradienti
idraulici.
Gli stati limite STR e GEO prevedono il raggiungimento della
resistenza delle strutture o del terreno, rispettivamente.
Gli stati limite EQU, UPL e HYD non prevedono il raggiungimento
della resistenza degli elementi strutturali. Per il terreno si utilizzano
i coefficienti parziali del gruppo M2.
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89/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
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90/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
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91/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stati Limite UPL (perdita
di equilibrio della
struttura o del terreno,
dovuta alla sottospinta
dell’acqua) di un gruppo
di pali
1. Piano campagna
2. Superficie freatica
3. Superficie del “blocco” su cui si sviluppa l’azione resistente Td
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92/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stati Limite GEO (raggiungimento della resistenza del terreno
interagente con la struttura con sviluppo di meccanismi di collasso
dell’insieme terreno-struttura) per la stabilità globale di strutture di
sostegno
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93/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stati Limite GEO (raggiungimento della resistenza del terreno
interagente con la struttura con sviluppo di meccanismi di collasso
dell’insieme terreno-struttura) per la stabilità della fondazione di
strutture di sostegno
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94/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stati Limite GEO (raggiungimento della resistenza del terreno
interagente con la struttura con sviluppo di meccanismi di collasso
dell’insieme terreno-struttura) per la stabilità alla rotazione di paratie
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95/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stato Limite GEO (raggiungimento della resistenza del terreno
interagente con la struttura con sviluppo di meccanismi di collasso
dell’insieme terreno-struttura) per la stabilità alla traslazione verticale
di paratie
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96/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stati Limite STR (raggiungimento della resistenza degli elementi
strutturali, compresi gli elementi di fondazione) di strutture di
sostegno
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97/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stati Limite GEO (raggiungimento della resistenza del terreno
interagente con la struttura con sviluppo di meccanismi di collasso
dell’insieme terreno-struttura) per lo sfilamento degli ancoraggi
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98/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
a) Sollevamento di una
struttura cava interrata
b) Sollevamento di un rilevato
leggero durante un evento
alluvionale
1. Superficie di falda
1. Superficie di falda
2. Superficie impermeabile
2. Superficie impermeabile
3. Rilevato costituito da materiale leggero
Stati Limite UPL (perdita di equilibrio della struttura o del terreno,
dovuta alla sottospinta dell’acqua)
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99/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
c) Sollevamento del fondo
di uno scavo
4. Superficie originaria del terreno
5. Sabbia
6. Argilla
7. Ghiaia
d) Esecuzione di un
solettone sotto il livello
di falda
1. Livello di falda e del terreno
2. Superficie impermeabile
5. Sabbia
6. Sabbia
8. Sabbia iniettata
Stati Limite UPL (perdita di equilibrio della struttura o del terreno,
dovuta alla sottospinta dell’acqua)
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100/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
e) Struttura ancorata per
resistere al
galleggiamento
1. livello di falda
5. sabbia
9. ancoraggi
Stati Limite UPL (perdita di equilibrio della struttura o del terreno,
dovuta alla sottospinta dell’acqua)
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101/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Livello dell’acqua libera
Livello piezometrico nel sottosuolo permeabile
Terreno a bassa permeabilità
Sottosuolo permeabile
Possibile venuta d’acqua; luogo di inizio del
sifonamento
Possibile percorso di filtrazione
Stati Limite UPL (perdita di equilibrio della struttura o del terreno,
dovuta alla sottospinta dell’acqua)
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Pistoia, 13 maggio 2011
102/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
1.
2.
3.
Piano di scavo (sinistra), livello d’acqua
(destra)
Acqua
Sabbia
Stato Limite HYD (erosione e sifonamento del terreno dovuta a
gradienti idraulici)
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103/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio di verifica UPL
perdita di equilibrio della struttura o del terreno, dovuta alla sottospinta
dell’acqua (galleggiamento)
Dati:
Be x Le
Bi x Li
Be = 5m
Bi = 4m
Le = 10m
Li = 9m
He = 3,5m Hi = 2,8m
Hw
Pw
Hw = 2,5m
Hi
He
T
Pv
U
gc.a.= 25 kN/m3
gw = 10 kN/m3
Valori caratteristici
delle proprietà
geotecniche:
gsat,k = 18 kN/m3
f’k = 32°
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104/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Per la verifica di stabilità al sollevamento si deve verificare la seguente
diseguaglianza (§ 6.2.3.2):
Vinst,d = Ginst,d + Qinst,d ≤ Gstb,d + Rd
con il seguente significato dei simboli:
Vinst,d
valore di progetto dell’azione instabilizzante
Ginst,d
valore di progetto dell’azione permanente instabilizzante
Qinst,d
valore di progetto dell’azione variabile instabilizzante
Gstb,d
valore di progetto dell’azione permanente stabilizzante
Rd
valore di progetto della resistenza
I coefficienti parziali da applicare alle azioni sono indicati in Tab. 6.2.III
I coefficienti parziali da applicare alle proprietà geotecniche sono M2 di
Tab. 6.2.II
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105/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Area di base
Area laterale
Ab = Be x Le = 5 x 10 = 50m2
As = 2 x (Be + Le) x He = 2 x (5+10) x 3,5 = 105m2
Valori di progetto delle proprietà geotecniche (Tabella 6.2.II – Colonna M2):
Peso di volume gsat,d = gsat,k x gg = 18 x 1 = 18 kN/m3
Angolo di resistenza al taglio
f’d = arctan(tanf’k / gf’) = arctan(tan(32°)/1,25) = 26,56°
Azioni:
Peso della vasca (Azione permanente favorevole)
Pv = 25 x (5 x 10 x 3,5 – 4 x 9 x 2,8) = 1855 kN
Peso dell’acqua (Azione variabile favorevole)
Pw = 10 x 4 x 9 x 2,5 = 900 kN
Sottospinta idraulica (Azione permanente sfavorevole)
U = 10 x 3,5 x 5 x 10 = 1750 kN
Azioni di progetto
Ginst,d = U x gG1 = 1750 x 1,1 = 1925 kN
Qinst,d = 0 kN
Vinst,d = Ginst,d + Qinst,d = 1925 + 0 = 1925 kN
Gstb,d = Pv x gG1 + Pw x gQ = 1855 x 0,9 + 900 x 0 = 1669,5 kN
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
tensione verticale efficace media di progetto
s’v,m,d = (gsat,d – gw) x He / 2 = (18 – 10) x 3,5 / 2 = 14 kPa
coefficiente di spinta a riposo di progetto
K0,d = 1 – senf’d = 0,553
coefficiente di attrito parete-terreno di progetto tandd = tan(0,75 f’d) = 0,362
tensione d’attrito media di progetto
tm,d = K0,d x tandd x s’v,m,d = 0,553 x 0,362 x 14 = 2,80 kPa
Resistenza di progetto
Rd = tm,d x As = 2,80 x 105 = 294,5 kN
Gstb,d + Rd = 1669,5 + 294,5 = 1964 kN > 1925 kN = V inst,d
La verifica è soddisfatta
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107/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio di verifica HYD
erosione e sifonamento del terreno dovuta a gradienti idraulici
hw,m
hw,v
Dati:
condizione più sfavorevole
hw,m = 3m
Dm = 8m
hw,v = 2m
Dv = 5m
gw = 10 kN/m3
gsat,k = gsat,d = 18 kN/m3
Acqua
Acqua
Dm
Sabbia
Dv
A
Per la verifica di stabilità al
sifonamento si deve verificare la
seguente diseguaglianza (§ 6.2.3.2):
uinst,d ≤ sstb,d
Con il seguente significato dei simboli
uinst,d
valore di progetto della pressione interstiziale instabilizzante
sstb,d
valore di progetto della tensione totale stabilizzante
I coefficienti di sicurezza parziali sono indicati in Tab. 6.2.IV
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108/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
La verifica è eseguita con riferimento al punto A di figura
Perdita di carico
h = (Dm + hw,m) – (Dv + hw,m) = (8+3) – (5+2) = 4 m
Lunghezza di filtrazione
L = Dm + Dv = 8+5 = 11 m
Gradiente idraulico
i = h / L = 4 / 11 = 0,308
Valore caratteristico della pressione interstiziale instabilizzante
uinst,k = gw x [hw,v + Dv (1 + i)] = 10 x [2 + 5 x (1 + 0,308)] = 85,4 kPa
Valore caratteristico della tensione verticale totale stabilizzante
sstb,k = gw x hw,v + gsat,k x Dv = 10 x 2 + 18 x 5 = 110 kPa
Valore di progetto della pressione interstiziale instabilizzante
uinst,d = uinst,k x gG1 = 85,4 x 1,3 = 111 kPa
Valore di progetto della tensione verticale totale stabilizzante
sstb,d = sstb,k x gG1 = 110 x 0,9 = 99 kPa
uinst,d > sstb,d
la verifica non è soddisfatta
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109/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Cap. 7: Progettazione per azioni sismiche
......
§ 7.11.2 Caratterizzazione geotecnica ai fini sismici
........
“Nella caratterizzazione geotecnica è necessario valutare la dipendenza
della rigidezza e dello smorzamento dal livello deformativo.”
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110/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
In assenza di una sperimentazione diretta, si può fare riferimento a
quanto suggerito dall’Eurocodice 8 Parte 5
Per condizioni locali di terreno di tipo C o D con livello di falda
prossimo alla superficie e senza alcun materiale con indice di
plasticità IP > 40, in assenza di dati specifici, si può fare riferimento
ai coefficienti di riduzione per Vs indicati della tabella seguente. Per
profili di terreno più rigidi e livello di falda più profondo l’entità della
riduzione dovrebbe essere proporzionalmente più piccola.
Vs,max è il valore medio di Vs per piccole deformazioni (< 10-5) non
maggiore di 360 m/s
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111/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
§ 7.11.2 Caratterizzazione geotecnica ai fini sismici
........
“Nelle analisi di stabilità in condizioni post-sismiche si deve tener conto della
riduzione di resistenza al taglio indotta dal decadimento delle caratteristiche di
resistenza per degradazione dei terreni e dall’eventuale accumulo di pressioni
interstiziali che può verificarsi nei terreni saturi.
Nei terreni saturi si assumono generalmente condizioni di drenaggio impedito. In
tal caso, nelle analisi condotte in termini di tensioni efficaci, la resistenza al
taglio è esprimibile mediante la relazione
tf = c’ + (s’n – u) tanf’
(7.11.1)
dove s’n è la tensione efficace iniziale normale alla giacitura di rottura, u è
l’eventuale sovrappressione interstiziale generata dal sisma e i parametri c’ e
tengono conto della degradazione dei terreni per effetto della storia ciclica di
sollecitazione.
f’
Nei terreni a grana fina, le analisi possono essere condotte in termini di tensioni
totali esprimendo la resistenza al taglio mediante la resistenza non drenata,
valutata in condizioni di sollecitazione ciclica
tf = cu,c
(7.11.2)
dove cu,c include gli effetti di degradazione dei terreni.”
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112/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
I parametri efficaci di resistenza al taglio c’ e f’ dei terreni argillosi
sono poco influenzati dall’applicazione di una storia di carico ciclico
(degradazione per fatica). In prima approssimazione è lecito riferirsi ai
valori statici, anche tenendo conto che si trascura l’aumento di c’ con
la velocità di applicazione dei carichi.
La riduzione di resistenza al taglio (efficace e totale) in condizioni
sismiche e post-sismiche è dovuta al possibile incremento delle
pressioni interstiziali, u.
L’incremento della pressione interstiziale nei terreni a grana fine, u,
dipende da:
 grado di sovraconsolidazione, OCR
 indice di plasticità IP
 ampiezza dello sforzo di taglio ciclico, tcyc
 entità della deformazione raggiunta, gc
 numero dei cicli di carico, N
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113/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
ANDAMENTO DEL RAPPORTO DI SOVRAPPRESSIONE INTERSTIZIALE IN PROVE DINAMICHE
CICLICHE A DEFORMAZIONE CONTROLLATA PER DIVERSI VALORI DI OCR
- nei provini normalconsolidati (OCR = 1) le pressioni sono, al crescere dei livelli
deformativi e al crescere del numero dei cicli N, sempre positive e aumentano
progressivamente
- nei provini debolmente sovraconsolidati (OCR = 2) le sovrappressioni, per valori bassi del
numero di cicli, sono sempre negative e decrescenti, mentre per un numero di cicli più
elevato, si passa da sovrappressioni inizialmente negative a valori positivi (per
gc > 1%)
- nei terreni molto sovraconsolidati, anche a livelli deformativi elevati, i valori della
sovrappressione interstiziale possono restare negativi
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114/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
La riduzione di resistenza al taglio e l’incremento di pressione
interstiziale per carichi ciclici possono essere approssimativamente
stimati attraverso l’Indice di degradazione ciclica, d:
GN
d
 N t
G1
in cui:
G1
GN
t
cu(1)
cu(N)
u
s’0

c u ( N) 
u 

  1  ' 
c u (1) 
s0 

modulo di taglio al primo ciclo,
modulo di taglio al ciclo N,
parametro di degradazione,
resistenza al taglio non drenata al primo ciclo,
resistenza al taglio non drenata al ciclo N,
incremento di pressione interstiziale
tensione efficace media iniziale,
esponente funzione di OCR
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115/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stima del numero di cicli equivalenti N per terremoti di diversa
Magnitudo (Seed et al. 1975)
Magnitudo M
Numero di cicli N
6
5
6,5
8
7
12
7,5
15
8
20
Stima del parametro di degradazione, t
t  s  g c  g v r
t=1
per gc < gv
in cui:
gc
deformazione ciclica, funzione di G, amax, sv e z (profondità)
gv
deformazione di soglia volumetrica, funzione del tipo di
terreno,
ser
parametri di adattamento del modello ai valori sperimentali,
correlati con IP e OCR
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116/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stima della deformazione ciclica, gc

a max
1 
g c   0 ,65 
 s v  1  0 ,015 z 
G 
g

Stima della deformazione di soglia volumetrica, gv, e dei
parametri s e r
gv
s
r
IP = 0
0.01
0.069
0.440
OCR=1
IP = 15 IP = 30
0.04
0.07
0.195
0.095
0.600
0.600
OCR=2 OCR=4
IP = 50 IP = 50 IP = 50
0.1
0.1
0.1
0.075
0.054
0.042
0.495
0.480
0.423
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117/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Per l’esponente  le indicazioni di letteratura sono scarse.
Valori orientativi sono:
 = 0,6 per OCR = 1
 = 1 per OCR = 4
Tutto ciò premesso:
-
in Italia,
per opere di ordinaria importanza,
nei terreni a grana fine,
in condizioni sismiche e post-sismiche,
il problema della riduzione di resistenza al taglio e dell’incremento
di pressione interstiziale
è un falso problema
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Pistoia, 13 maggio 2011
118/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Esempio
Si vuole stimare il possibile incremento di pressione interstiziale per
effetto sismico per il calcolo di una fondazione superficiale a Pistoia
Dati
D = 1,5 m (profondità del piano di fondazione)
B = 1,2 m (larghezza della fondazione)
Zw = 5 m (profondità della falda)
Terreno di fondazione: Argilla satura
Valori caratteristici delle proprietà geotecniche:
OCR = 4 (grado di sovraconsolidazione)
cu = 100 kPa (resistenza al taglio non drenata)
c’ = 20 kPa (coesione efficace)
VS,30 = 410 m/s
f’ = 20° (angolo di resistenza
r = g/g = 1,937 kN s2/m4
wL = 60 (limite di liquidità)
wP = 28 (limite di plasticità)
IP = 32 (indice di plasticità)
w = 30 (contenuto naturale in acqua)
G0 =
r VS,302 = 325,68 MPa
Zona pianeggiante
al taglio)
g = 19 kN/m3 peso di volume
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Pistoia, 13 maggio 2011
119/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Pericolosità sismica del Comune di Pistoia
dal sito del Consiglio Superiore LL.PP.:
Periodo di ritorno
TR = 475 anni
Accelerazione orizzontale massima al sito:
ag/g = 0,153
Valore massimo del fattore di amplificazione:
F0 = 2,404
Da “Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica” del Dip. Protezione Civile
Zona sismogenetica per la provincia di Pistoia: 916
Magnitudo attesa:
M = 6,14
Categoria di sottosuolo: B (360 < VS,30 < 800 m/s) (Tab. 3.2.II)
1,40 – 0,40 F0 ag/g = 1,4 – 0,40 x 2,404 x 0,153 = 1,25 > 1,2
Coefficiente di amplificazione stratigrafica:
SS = 1,20 (Tab. 3.2.V)
Coefficiente di amplificazione topografica:
ST = 1
Coefficiente di amplificazione:
S = SS ST = 1,20 x 1 = 1,20
Accelerazione massima attesa al sito: amax/g = S ag/g = 1,20 x 0,153 = 0,184
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120/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stima del numero di cicli equivalente:
In assenza di accelerogramma di progetto, da indicazioni di letteratura (ved.
Tabella precedente) si assume:
N = 5,6
Stima del modulo di taglio operativo:
In assenza di sperimentazione diretta, da indicazioni di letteratura (ved.
Tabella precedente) si assume:
G/G0 = 0,6
G = 0,6 x 325,68 = 195,41 MPa
Stima della deformazione volumetrica di soglia:
In assenza di determinazione sperimentale diretta, da indicazioni di
letteratura (ved. Tabella precedente) si assume:
gv = 0,07%
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Pistoia, 13 maggio 2011
121/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stima della deformazione ciclica:
In assenza di analisi di risposta sismica locale, da indicazioni di letteratura si
assume:

a max
1 
g c   0 ,65 
 s v  1  0 ,015 z 
G 
g

Ipotesi cautelative per la stima di
gc con la precedente equazione:
1.
z = D (la profondità media della superficie di rottura è maggiore di D),
2.
sv = gD (si trascura la pressione
esercitata dalla fondazione)
gc = 10x[0,65x0,184x19x5x(1–0,015x5)] / 195,41 = 0,0017%
Poiché risulta
gc < gv l’indice di degradazione ciclica
è
d=1
Ovvero non vi sarà incremento di pressioni interstiziali né riduzione della
resistenza al taglio.
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122/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Altro esempio
Si ripete l’esempio precedente considerando condizioni del terreno più
sfavorevoli e un sito a massima sismicità per l’Italia, Reggio Calabria
Dati
D = 1,5 m (profondità del piano di fondazione)
B = 1,2 m (larghezza della fondazione)
Zw = 5 m (profondità della falda)
Terreno di fondazione: Argilla limosa satura
Valori caratteristici delle proprietà geotecniche:
OCR = 2 (grado di sovraconsolidazione)
cu = 80 kPa (resistenza al taglio non drenata)
c’ = 10 kPa (coesione efficace)
VS,30 = 185 m/s
f’ = 16° (angolo di resistenza
r = g/g = 1,937 kN s2/m4
wL = 49 (limite di liquidità)
wP = 22 (limite di plasticità)
IP = 27 (indice di plasticità)
w = 28 (contenuto naturale in acqua)
G0 =
r VS,302 = 66,31 MPa
Zona pianeggiante
al taglio)
g = 19 kN/m3 peso di volume
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Pistoia, 13 maggio 2011
123/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Pericolosità sismica del Comune di Reggio Calabria
dal sito del Consiglio Superiore LL.PP.:
Periodo di ritorno
TR = 475 anni
Accelerazione orizzontale massima al sito:
ag/g = 0,270
Valore massimo del fattore di amplificazione:
F0 = 2,414
Da “Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica” del Dip. Protezione Civile
Zona sismogenetica per la provincia di Reggio Calabria: 929
Magnitudo attesa:
M = 7,29
Categoria di sottosuolo: C (180 < VS,30 < 360 m/s) (Tab. 3.2.II)
1,70 – 0,60 F0 ag/g = 1,7 – 0,60 x 2,414 x 0,270 = 1,31 < 1,5
Coefficiente di amplificazione stratigrafica:
SS = 1,31 (Tab. 3.2.V)
Coefficiente di amplificazione topografica:
ST = 1
Coefficiente di amplificazione:
S = SS ST = 1,31 x 1 = 1,31
Accelerazione massima attesa al sito: amax/g = S ag/g = 1,31 x 0,0,270 = 0,353
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
124/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stima del numero di cicli equivalente:
In assenza di accelerogramma di progetto, da indicazioni di letteratura (ved.
Tabella precedente) si assume:
N = 14
Stima del modulo di taglio operativo:
In assenza di sperimentazione diretta, da indicazioni di letteratura (ved.
Tabella precedente) si assume:
G/G0 = 0,22
G = 0,22 x 66,31 = 14,59 MPa
Stima della deformazione volumetrica di soglia:
In assenza di determinazione sperimentale diretta, da indicazioni di
letteratura (ved. Tabella precedente) si assume:
gv = 0,061%
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Pistoia, 13 maggio 2011
125/
Giovanni Vannucchi
La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
Stima della deformazione ciclica:
In assenza di analisi di risposta sismica locale, da indicazioni di letteratura si
assume:

a max
1 
g c   0 ,65 
 s v  1  0 ,015 z 
G 
g

Ipotesi cautelative per la stima di
gc con la precedente equazione:
1.
z = D (la profondità media della superficie di rottura è maggiore di D),
2.
sv = gD (si trascura la pressione
esercitata dalla fondazione)
gc = 10x[0,65x0,353x19x5x(1–0,015x5)] / 14,59 = 0,044%
Poiché risulta
gc < gv l’indice di degradazione ciclica
è
d=1
Ovvero non vi sarà incremento di pressioni interstiziali né riduzione della
resistenza al taglio.
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126/
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La Normativa nelle indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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