Calcolo agli stati limite
Normative di riferimento
Requisiti generali
Sollecitazioni di calcolo
Normative di riferimento
• OPCM 3274: Progetto Fondazioni e Opere di
Sostegno dei terreni (N.B.: incompatibilità con
DM LL.PP.11 marzo 1988)
• EC7: Geotechnical Design (ancora in fase di
approvazione: norma ENV 1997)
– ENV 1997-1 (Part 1): criteri generali
– ENV 1997-2 (Part 2): caratterizzazione geotecnica
• EC8-part5: Foundations, retaining structures
and geotechnical aspects
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EC7 - Stati Limite da considerare
• EQU: perdita di equilibrio (corpo rigido)
• STR: rottura o deformazioni eccessive
elementi strutturali
• GEO: rottura o eccessivi cedimenti terreno
• UPL: sollevamento (sovrappressioni)
• HYD: sifonamento (gradienti idraulici)
EC7 - Stati Limite GEO e STR
•
•
Ed <= Rd
Tre possibili approcci con coefficienti
opportunamente definiti (Design Approaches):
1. Fattori parziali applicati alle azioni e ai parametri di
resistenza del terreno
2. Fattori parziali applicati alle azioni o agli effetti delle
azioni e alla resistenza del terreno
3. Fattori parziali applicati alle azioni o agli effetti delle
azioni dalla struttura e ai parametri di resistenza del
terreno
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EC8 – Part 5
Fattori parziali applicati alle azioni o agli effetti
delle azioni dalla struttura e ai parametri di
resistenza del terreno (approccio 3 – EC7)
Categorie del suolo di fondazione
• A - Formazioni litoidi o suoli omogenei molto rigidi caratterizzati da
valori VS,30 superiori a 800 m/s, comprendenti eventuali strati di
alterazione superficiale di spessore massimo pari a 5 m.
• B - Depositi di sabbie o ghiaie molto addensate o argille molto
consistenti con spessori di diverse decine di metri, caratterizzati da
un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la
profondità e da VS,30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT >
50, o cu > 250 kPa)
• C - Depositi di sabbie e ghiaie mediamente addensate, o di argille di
media consistenza, con spessori variabili da diverse decine fino a
centinaia di metri, caratterizzati da valori VS,30 compresi tra 180 m/s
e 360 m/s (ovvero 15<NSPT<50, oppure 70<cu<250 kPa)
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Categorie del suolo di fondazione
• D - Depositi di terreni granulari da sciolti a poco addensati oppure
coesivi da poco a mediamente consistenti, caratterizzati da valori
VS,30 < 180 m/s (NSPT < 15, oppure cu < 70 kPa).
• E - Profili di terreno costituiti da strati superficiali alluvionali, con
valori di VS,30 simili a quelli dei tipi C o D e spessore compreso tra 5
e 20 m, giacenti su di un substrato di materiale più rigido con VS,30 >
800 m/s.
• S1- Depositi costituiti da, o che includono, uno strato spesso almeno
10 m di argille/limi di bassa consistenza, con elevato indice di
plasticità (PI > 40) e contenuto d’acqua, caratterizzati da VS,30<100
m/s (10<cu<20 kPa)
• S2- Depositi di terreni soggetti a liquefazione, di argille sensitive, o
qualsiasi altra categoria di terreno non classificabile nei tipi
precedenti
Misura diretta di Vs,30
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Misura empirica di Vs,30
Calcolo di Vs,30
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Effetti sismici di sito
Influenza delle caratteristiche locali
sullo spettro di risposta
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Requisiti generali
• Rottura di faglia in
superficie
• Problemi di
liquefazione
• Stabilità dei Pendii
Requisiti generali – instabilità dei
pendii
• Si ammette la verifica con metodi semplificati di tipo pseudo-statico
a meno di:
– marcate irregolarità topografiche e/o stratigrafiche
– pressioni interstiziali elevate o rilevanti perdite di rigidezza sotto carico
ciclico
•
Per pendii con inclinazioni > 15° e dislivello > 30 m, si raccomanda
di incrementare l’azione sismica con un coefficiente di
amplificazione topografica ST
• Per la resistenza a taglio si raccomanda l’uso di coesione non
drenata per terreni coesivi e di resistenza a taglio ciclica non
drenata per terreni non coesivi
• Per S ag > 0.15 g l’incremento di pressione interstiziale e la perdita
di rigidezza sotto carico ciclico vanno considerate anche nelle
verifiche pseudo-statiche (utilizzando prove sperimentali o
correlazioni empiriche)
• Quando l’analisi pseudo-statica non e’ applicabile si raccomanda la
verifica in campo dinamico
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Liquefazione
• Si richiedono le verifiche quando la falda freatica è superficiale ed il
terreno comprende strati estesi o lenti spesse di sabbie sciolte sotto
falda
• La verifica può essere omessa se:
– il terreno sabbioso saturo è a profondità > 15 m
– Sag < 0.15 g e il terreno soddisfa almeno una delle condizioni seguenti:
• contenuto in argilla > 20% con indice di plasticità > 10
• contenuto di limo > 35% con N1(60)* > 20
• frazione fine trascurabile e N1(60)* > 25
• Si accettano metodi di verifica propri dell’ingegneria geotecnica, con
un fattore si sicurezza minimo rispetto alla liquefazione pari a 1.25
• Per terreni risultati suscettibili, con conseguenze su capacità
portante e stabilità di fondazioni,
• occorre procedere con interventi di consolidamento e/o trasferendo
il carico a strati più profondi
Liquefazione
• In un terreno saturo, per il principio degli sforzi efficaci, la
tensione che agisce ullo scheletro solido è pari a σ’ = σ –
u
• Secondo il criterio di resistenza Mohr – Coulomb (in
termini di tensioni efficaci), la massima sollecitazione a
taglio mobilitabile su un piano soggetto alla tensione
normale σn è pari a τn = (σn – u) tan ϕ
• Se si annulla la tensione efficace per un aumento delle
pressioni neutre si annulla anche la resistenza a taglio.
• La liquefazione è un processo di accumulo della
pressione dell’acqua interstiziale in un terreno non
coesivo saturo.
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Liquefazione
•
•
•
•
•
Si sottopongono una sabbia
sciolta ed una sabbia densa a
prove di carico ciclico.
Fino ad un certo n° di cicli le
deformazioni restano piccole
mentre si accumula la pressione
interstiziale.
Si raggiunge un istante in cui la
pressione interstiziale eguaglia la
tensione di confinamento.
Da questo istante le deformazioni
crescono di cilco in ciclo (più
rapidamente nel caso di sabbie
sciolte).
Nel caso di sabbie dense sono
necessari decine o centinaia di
cicli di carico per giungere al
collasso (condizione non
raggiungibile durante un sisma)
Suscettibilità alla liquefazione
• La resistenza alla liquefazione aumenta con l’età geologica dei
materiali.
• I sedimenti depositatisi nelle ultime centinaia di anni sono molto più
suscettibili di quelli risalenti a 10000 anni fa.
• Nei materiali più antichi lo scheletro solido è più stabile, con
maggiore superficie di contatto fra grani.
• La quasi totalità dei cai di liquefazione si verificano in siti con falda
molto superficiale.
• La suscettibilità alla liquefazione decresce rapidamente con la
profondità della falda.
• Le sabbie fini e medio-fini sciolte sono maggiormente suscettibili di
quelle a grana più grossolana.
• I limi e le ghiaie non sono immuni dal pericolo della liquefazione, al
contrario delle argille.
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Stima empirica della resistenza alla
liquefazione
• Correlazioni empiriche
– con NSPT
– con CPT
– con la velocità di propagazione delle onde S (VS).
• In tutti i casi la correlazione consiste in una
curva limite tracciata mediante criteri empirici
• Si confronta la resistenza limite “cliclica” τl,
rapportata alla tensione efficace iniziale di
confinamento con una misura sintetica della
tensione ciclica agente τs, anch’essa rapportata
alla tensione efficace iniziale di confinamento.
Calcolo della sollecitazione ciclica
(EC8)
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Correlazione con NSPT
• Correlazione con la resistenza
penetrometrica corretta per la
tensione di confinamento e il
rendimento energetico.
• La curva non è definita per
N>30.
• La curva non parte dall’origine:
sabbie sciolte con indice di
resistenza molto basso si
comportano elasticamente
senza accumulo di pressioni
interstiziali.
Correlazione con CPT
• Verifica analoga alla SPT, cambiano le
curve.
• Metodo più recente.
• Minor consenso rispetto ai risultati delle
prove SPT.
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Correlazione con VS
• Il valore di VS è influenzato dallo stato di
addensamento e dall’evoluzione geologica del
terreno, come l’indice di resistenza critica.
• VS può essere misurata accuratamente con
diversi metodi in situ.
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