INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA

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QUADERNI PER LA PROGETTAZIONE
INGEGNERIA
GEOTECNICA
E GEOLOGIA
APPLICATA
Nel Cd-Rom allegato:
96 fogli excel, articolati in 133 schede
per calcoli e verifiche secondo
le nuove Norme Tecniche e gli Eurocodici
II edizione
di
FAUSTINO CETRARO
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QUADERNI
per la progettazione
INDICE GENERALE
Prefazione ............................................................................ 15
CAPITOLO 1
PROGRAMMA DELLE INDAGINI ................................................. 17
1.1
Introduzione ......................................................................... 17
1.2
Indagini e studi preliminari alla progettazione .......................... 18
1.3
Volume significativo di terreno da indagare
per le diverse tipologie di opere.............................................. 18
1.4
Pianificazione degli studi da compiere
sui terreni di fondazione ........................................................ 19
• a) Indagini preliminari ........................................................ 20
• b) Indagini geotecniche ...................................................... 20
• c) Idrogeologia ................................................................. 23
• d) Interazioni con i terreni di fondazione .............................. 24
• e) Verifiche di stabilità ....................................................... 25
1.5
Rapporto conclusivo di una indagine geotecnica....................... 27
1.6
Bibliografia .......................................................................... 27
CAPITOLO 2
PERFORAZIONI E SONDAGGI....................................................... 33
2.1
Metodi di perforazione .......................................................... 33
2.2
Perforazione a percussione..................................................... 33
3
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2.3
Perforazione a rotazione ........................................................ 35
• Perforazione a distribuzione di nucleo ..................................36
• Perforazioni mediante trivelle ..............................................38
- Tipo elicoidali ................................................................38
- Tipo a disco ..................................................................39
- Tipo a secchio ...............................................................39
• Perforazioni con benna mordente ........................................40
2.4
Scelta del metodo di perforazione ........................................... 40
2.5
Scopo dei sondaggi............................................................... 43
2.6
Bibliografia........................................................................... 43
CAPITOLO 3
PROVE PENETROMETRICHE C.P.T.
(Cone Penetration Test) ................................................................47
3.1
Breve descrizione del metodo ................................................. 47
3.2
Correlazione con le litologie dei terreni.................................... 48
• Metodo di Begemann ........................................................48
• Metodo di Schmertmann ....................................................49
• Metodo di Robertson ..........................................................50
3.3
Metodologie di stima dei parametri geotecnici ......................... 51
• Metodo di Durgunoglu – Mitchell ........................................52
• Metodo di Caquot .............................................................53
• Metodo di Lunne e Eide ......................................................53
• Metodo di Schmertmann ....................................................54
• Metodo di Schmertmann ....................................................55
• Metodo di Robertson e Campanella .....................................56
• Metodo di Mitchell e Gardner .............................................56
4
3.4
Bibliografia........................................................................... 57
3.5
Esempi esplicativi .................................................................. 58
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
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CAPITOLO 4
4.1
QUADERNI
per la progettazione
CAPACITÀ PORTANTE
E CEDIMENTI PER FONDAZIONI SUPERFICIALI
E PROFONDE DA PROVE PENETROMETRICHE C.P.T. ................ 63
Capacità portante ................................................................. 63
• Formula di Terzaghi - fondazioni superficiali ........................ 64
• Formula di Schmertmann - fondazioni superficiali.................. 65
4.2
Capacità portante - fondazioni su pali ..................................... 65
• Calcolo della portanza di un palo - Metodo di Meyerhof ....... 66
4.3
Cedimenti............................................................................. 67
• Metodo semplificato di Terzaghi .......................................... 67
• Metodo di Schmertmann - fondazioni superficiali .................. 68
4.4
Bibliografia .......................................................................... 72
CAPITOLO 5
PROVE PENETROMETRICHE S.P.T. E S.C.P.T. ............................ 73
5.1
Esposizione generale ............................................................. 73
5.2
Correlazioni con le litologie attraverso le SPT e SCPT ................ 75
5.3
Metodologie di stima dei parametri geotecnici.......................... 77
• Metodo diretto - Road Bridge Specification ........................... 78
• Metodo diretto - Owasaki & Iwasaki .................................... 78
• Metodo diretto Peck-Hanson & Thornburn ............................. 78
• Metodo diretto Japanese National Railway .......................... 79
• Metodo diretto - De Mello .................................................. 79
• Metodo indiretto di Schmertmann ........................................ 80
• Metodo indiretto Gibbs & Holtz .......................................... 81
• Metodo indiretto Schultze & Menzenbach ............................ 82
• Metodo indiretto Bazaara .................................................. 82
• Metodo di Schmertmann .................................................... 82
5
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• Metodo D’Apolonia et alii ..................................................83
• Metodo di Schultze e Menzenbach ......................................83
• Metodo di Farrent ..............................................................83
• Metodo di Menzenbach e Malcev .......................................84
• Metodo di Ohsaki & Iwasaki ..............................................84
• Metodo di Crespellani e Vannucchi .....................................84
5.4
Bibliografia........................................................................... 85
5.5
Breve approfondimento .......................................................... 86
CAPITOLO 6
CAPACITÀ PORTANTE E CEDIMENTI
PER FONDAZIONI SUPERFICIALI E PROFONDE
DA PROVE PENETROMETRICHE S.P.T. e S.C.P.T. ........................89
6.1
Capacità portante.................................................................. 89
• Formula degli olandesi - fondazioni superficiali .....................89
• Formula di Parry - fondazioni superficiali ..............................90
• Formula di Meyerhof - fondazioni superficiali ........................90
• Formula di Meyerhof - fondazioni profonde ..........................91
6.2
Cedimenti ............................................................................. 91
• Metodo semplificato di Terzaghi - fondazioni superficiali .......92
• Metodo di Burland e Burbidge - fondazioni superficiali ..........92
6.3
Bibliografia........................................................................... 96
CAPITOLO 7
METODI DI PROSPEZIONI SISMICHE ...........................................97
6
7.1
Introduzione.......................................................................... 97
7.2
Generalità ........................................................................... 97
7.3
Stima delle velocità nei terreni e associazione litologica........... 100
7.4
Densità medie delle litologie ................................................. 101
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
7.5
Indagini - sismica a rifrazione ............................................... 103
7.6
Interpretazioni delle indagini ................................................ 107
7.7
Elaborazione dei risultati
e calcolo dei parametri geotecnici......................................... 111
QUADERNI
per la progettazione
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• Densità media ................................................................ 111
• Modulo di deformazione dinamico o di Young ................... 112
• Modulo di Incompressibilità (K) .......................................... 113
• Modulo di deformazione a taglio dinamico......................... 114
7.8
Microzonazione e macrozonazine sismica
del territorio italiano ............................................................ 114
7.9
Stima del fattore di amplificazione
- microzonazione sismica locale ............................................ 116
• Metodo di Medvedev ...................................................... 117
• Metodo di Midorikawa .................................................... 119
• Metodo di Borcherdt et al. ................................................ 119
• Metodo di Carrara e Rapolla ........................................... 120
7.10 Bibliografia ........................................................................ 121
CAPITOLO 8
LIQUEFAZIONE DEI TERRENI
IN CONDIZIONI SISMICHE ......................................................... 123
8.1
Introduzione ....................................................................... 123
8.2
Fattori che predispongono
alla liquefazione dei terreni .................................................. 123
8.3
Fattori geomorfologici e geomecanici dei terreni ..................... 124
8.4
Metodi di verifica alla liquefazione
da prove penetrometriche...................................................... 125
• Procedura di Sherif & Ishibashi ......................................... 125
• Suscettibilità alla liquefazione ........................................... 127
• Metodo di Seed & Idriss (modificato) ................................. 128
• Metodo di Tokimatsu e Yoshimi ......................................... 130
• Metodo di Iwasaki et al. .................................................. 130
7
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• Criterio di Youd & Perkins ................................................131
8.5
Metodi di verifica alla liquefazione
da indagini di sismica a rifrazione ........................................ 132
• Metodo di Andrus e Stokoe ..............................................132
8.6
Indice di liquefazione........................................................... 133
8.7
Interventi per la mitigazione del rischio .................................. 133
• Drenaggi ........................................................................134
• Compattazione ...............................................................136
• Vibrocompattazione .........................................................137
• Heavy Tamping ...............................................................137
8.8
Bibliografia......................................................................... 138
CAPITOLO 9
CORRELAZIONI TRA INDAGINI SISMICHE
E PROVE PENETROMETRICHE ...................................................141
9.1
Stima della velocità Vs da prove SPT...................................... 141
• Metodo di Ohta & Goto ...................................................141
• Metodo di Yoshida e Motonori ..........................................142
• Confronto per le diverse litologie
– Crespellani e Vannucchi ................................................143
9.2
Relazione tra Vp e modulo di elasticità................................... 143
9.3
Relazione tra Nspt e modulo di taglio .................................... 144
• Imai e Tonouchi ..............................................................144
8
9.4
Relazioni fra moduli e velocità sismiche.................................. 145
9.5
Correlazione empirica per determinare Go
da prove CPT E SCPT ........................................................... 146
9.6
Bibliografia......................................................................... 146
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
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CAPITOLO 10
QUADERNI
per la progettazione
CLASSIFICAZIONE DEL SITO ...................................................... 147
10.1 Premessa............................................................................ 147
10.2 Classificazione del sito ........................................................ 148
• Metodo del Chinese Aseismic Design Code for Structures .... 148
• Metodo secondo l’Eurocodice - EC8 .................................. 149
• Normativa italiana - Ordinanza 3274
e successive integrazioni .................................................. 149
10.3 Breve approfondimento – Spettro di risposta........................... 151
10.4 Bibliografia ........................................................................ 155
CAPITOLO 11
TEORIE DI CALCOLO SULLA CAPACITÀ PORTANTE
DELLE FONDAZIONI SUPERFICIALI
IN TERRENI OMOGENEI O ASSIMILABILI .................................. 157
11.1 Premessa............................................................................ 157
11.2 Definizione di capacità portante ........................................... 159
• Schema di Prandtl ........................................................... 159
• Schema di Terzaghi ......................................................... 160
11.3 Concetto di fattore di sicurezza............................................. 161
11.4 Calcolo della capacità portante ........................................... 161
• Metodo di Terzaghi ......................................................... 162
• Metodo di Meyerhof ........................................................ 163
• Metodo di Hansen .......................................................... 164
• Metodo di Brinch - Hansen ............................................... 167
• Metodo di Vesic .............................................................. 169
• Metodo di calcolo secondo L’Eurocodice – EC7 .................. 171
• Breve considerazione sulle nuove norme tecniche ................ 172
11.5 Influenza dell’azione sismica sulla capacità portante .............. 173
9
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11.6 Capacità portante su terreni stratificati ................................... 173
11.7 Carico ammissibile per fondazioni superficiali ........................ 174
11.8 Calcolo del coefficiente di sottofondazione ............................. 175
• Formula di Bowles ...........................................................176
• Formula di Vesic ..............................................................176
• Formula di Terzaghi .........................................................177
• Valori indicativi della costante di Winkler K [Kg/cm3] .........177
11.9 Bibliografia......................................................................... 177
• Approfondimento sulla nuova normativa sismica .................178
- Verifica della capacità portante
– Metodo di Brinch-Hansen ...........................................178
- Effetti inerziali dovuti al sisma – fattori correttivi: ..............178
CAPITOLO 12
TEORIE DI CALCOLO SUI CEDIMENTI
DELLE FONDAZIONI SUPERFICIALI
IN TERRENI OMOGENEI .............................................................181
12.1 Introduzione........................................................................ 181
12.2 Cedimenti su litologie coesive sature ...................................... 181
12.2.1 Cedimento immediato ...................................................182
12.2.2 Cedimento di consolidazione o secondario .....................184
• Metodo di Terzaghi .........................................................185
• Correzione di Skempton - Bjerrum .....................................187
12.2.3 Cedimento viscoso e indice
di consolidazione secondario ........................................188
12.3 Tempo di consolidazione in litologie coesive........................... 189
12.4 Grado di sovraconsolidazione (OCR) .................................... 190
12.5 Bibliografia......................................................................... 192
• Breve approfondimento – Compressibilità Edometrica ..........192
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INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
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CAPITOLO 13
QUADERNI
per la progettazione
SPINTE ATTIVE E PASSIVE
IN LOTOLOGIE OMOGENEE ....................................................... 197
13.1 Introduzione ....................................................................... 197
13.2 Coefficiente di spinta .......................................................... 197
• Spinta a riposo ............................................................... 197
• Spinta attiva ................................................................... 199
• Spinta passiva ................................................................ 200
13.3 Teoria di Rankine (1857) ..................................................... 202
13.4 Teoria di Coulomb (1776).................................................... 202
13.5 Teoria di Caquot e Kérisel (1948) ......................................... 206
13.6 Teoria di Mononobe e Okabe (1926).................................... 208
13.7 Bibliografia ........................................................................ 211
• Allegati grafici ................................................................ 212
CAPITOLO 14
OPERE DI CONTENIMENTO – MURI A GRAVITÀ ANCORAGGI E PARATIE ............................................................. 215
14.1 Introduzione ....................................................................... 215
14.2 Criteri di progetto................................................................ 217
14.3 Geometrie e caratteristiche dei muri ...................................... 218
• Accorgimenti e precauzioni .............................................. 219
14.4 Verifiche dei muri di sostegno con fondazioni superficiali......... 219
• Verifica allo slittamento .................................................... 220
- Componente delle forze stabilizzanti .............................. 220
- Componente delle forze instabilizzanti ........................... 221
- Coefficiente di sicurezza allo slittamento ........................ 221
• Verifica al ribaltamento .................................................... 221
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- Momenti delle forze stabilizzanti ....................................221
- Momenti delle forze ribaltanti ........................................221
• Verifica della capacità portante – schiacciamento ...............221
• Verifica al sifonamento .....................................................222
14.5 Gabbionate e crib - walls ..................................................... 222
14.6 Paratie ............................................................................... 223
• Le palancole ...................................................................224
• Opere geotecniche attinenti alle palancole in generale ........224
• I diaframmi .....................................................................225
14.7 Metodo di calcolo convenzionale – paratie a sbalzo ............... 226
• Calcolo palancolata a sbalzo in terreni granulari ................228
• Calcolo palancolata a sbalzo in terreni coesivi ...................229
14.8 Tiranti di ancoraggio ........................................................... 230
• Resistenza allo sfilamento secondo Schneebeli ....................232
• Resistenza allo sfilamento secondo Bustamante Doix ............232
14.9 Metodo del supporto libero – paratie e tiranti ......................... 233
14.10 Bibliografia........................................................................ 235
• Breve accenno sulla nuova normativa sismica
(3274 e succ. integr.) ......................................................236
- Requisiti generali .........................................................236
- Criteri di progetto ........................................................236
- Metodi di analisi ..........................................................236
- Metodi pseudo-statico ...................................................236
- Schematizzazione delle forze sismiche ...........................238
- Spinte di progetto ........................................................238
- Spinte attive e passive
secondo Mononobe e Okabe ........................................239
- Sistemi di ancoraggio ...................................................239
- Resistenza della struttura ...............................................239
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INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
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CAPITOLO 15
QUADERNI
per la progettazione
VERIFICHE FRONTI DI SCAVO
E STABILITÀ DEI PENDII ............................................................ 241
15.1 Introduzione ....................................................................... 241
15.2 Concetti generali sui movimenti franosi .................................. 242
15.3 Nomenclatura di un movimento franoso ................................. 243
15.4 Classificazione dei movimenti franosi .................................... 246
• Crolli e ribaltamenti.......................................................... 246
• Espandimenti laterali ........................................................ 247
• Scivolamenti .................................................................... 247
• Colate o flussi .................................................................. 248
• Frane complesse .............................................................. 248
15.5 Rischio frana....................................................................... 248
15.6 Stato di attività.................................................................... 250
15.7 Cinematismi dei dissesti ....................................................... 251
15.8 Analisi e stabilità dei pendii ................................................. 251
15.9 Pendii indefiniti ................................................................... 254
• Terreni incoerente ed asciutti ............................................ 254
• Terreni incoerente totalmente
immersi in acqua in quiete................................................. 255
• Terreno omogeneo con moti di filtrazione parallela ............. 256
15.10 Pendii artificiali - fronti di scavo .......................................... 257
• Metodo di Culmann ........................................................ 258
• Metodo di Taylor e carte di stabilità
in terreni omogenei .......................................................... 259
• Litologie omogenee coesive ............................................... 260
• Litologie omogenee caratterizzate
da coesione e attrito ......................................................... 261
15.11 Pendii naturali.................................................................... 262
• Metodo di Fellenius .......................................................... 262
• Metodo di Bishop semplificato ........................................... 264
• Metodo di Skempton ........................................................ 265
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15.12 Scelta del coefficiente di sicurezza ...................................... 266
15.13 Criteri generali per la mitigazione
del rischio frana ................................................................ 266
15.14 Bibliografia ...................................................................... 268
Appendici ....................................................................................271
• Conversioni .....................................................................273
• Pressioni..........................................................................274
• Pesi.................................................................................275
• Lunghezze .......................................................................277
• Superfici..........................................................................277
• Volumi ............................................................................277
• Angoli.............................................................................277
• Frane ..............................................................................278
• Scala Mercalli..................................................................282
• Scala Richter....................................................................283
14
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
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QUADERNI
per la progettazione
PREFAZIONE
Il presente testo non deve essere inteso come un trattato di geotecnica, ma
come un manuale utile per un primo approccio ai concetti fondamentali della
geotecnica. Si rivolge a tecnici professionisti quali, geologi, ingegneri ecc. che
operano nel settore della geologia applicata o della geotecnica in generale.
Gli aspetti teorici che stanno alla base delle metodologie trattate sono sufficientemente approfonditi; l’attenzione è però puntualizzata sugli aspetti
applicativi in generale, in modo da fornire al lettore un valido strumento capace di: programmare ed eseguire una corretta campagna di indagini, una valida elaborazione ed interpretazione dei dati ottenuti dalle prove di carattere
geofisico; gli elementi di giudizio per decidere la metodologia migliore da
adottare e per valutare la bontà ed i limiti dei risultati acquisiti.
Il volume è suddiviso in maniera schematica, ovvero secondo le fasi e gli
aspetti progettuali che vanno dalla programmazione delle indagini, ai metodi
di perforazione o investigazione del sottosuolo con le relative tecniche, alla
valutazione ed alla elaborazione dei dati secondo le diverse teorie.
Inoltre a corredo del presente volume, sono stati creati 96 file excel per un
totale di 133 schede di elaborazione dati. Le schede sono organizzate per
capitoli secondo le diverse Teorie trattate. L’uso è semplicissimo, basta inserire
i dati necessari all’elaborazione nelle celle di colore giallo o selezionare le
scelte opportune per ottenere i risultati cercati. Il CD-Rom allegato al testo di
geotecnica, presenta una veste grafica ben organizzata per capitoli, il tutto in
modo semplice ed intuitivo.
Poiché il testo nasce come una guida allo studio delle problematiche più
comuni, legate alla geotecnica, si raccomanda vivamente al lettore per maggiori approfondimenti di consultare la bibliografia allegata.
L’Autore
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CAPITOLO 1
QUADERNI
per la progettazione
PROGRAMMA
DELLE INDAGINI
1.1 Introduzione
Lo scopo delle indagini da eseguire in situ è quello di adottare tecniche
opportune, mantenendo i costi entro certi limiti per la determinazione delle
caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni da studiare. Per tanto in base alla
tipologia dell’opera da realizzare è necessario prendere in esame, uno spessore “utile” di terreno per affrontare le problematiche legate all’intervento. Tale
spessore è definito come volume significativo. Esso rappresenta la porzione di
terreno interessata dalle azioni prodotte dai carichi in superficie. Infatti, nella
fase progettuale di un’opera generalmente, le caratteristiche geometriche e le
proprietà fisico-meccaniche della struttura da realizzare sono noti e modificabili con buona approssimazione, mentre al contrario le proprietà litologiche
dei terreni, con le eventuali circolazioni idriche sia superficiali che profonde,
sono quasi sempre immodificabili e sono tutte da determinare. Per tanto nella
programmazione delle indagini in sito, sono di valido aiuto le conoscenze geologiche ma ancora più importanti sono le conoscenze ingegneristiche dell’opera da realizzare.
È quindi proprio nella fase della programmazione delle indagini che l’intervento del geologo è insostituibile in quanto rappresenta l’unica figura professionale in grado di ricostruire in maniera attendibile il quadro litostratigrafico
locale e la prevedibile evoluzione morfogenetica dei luoghi d’intervento.
Le indagini da programmare devono essere sempre commisurate, alle
dimensioni, alle caratteristiche strutturali, all’importanza dell’opera da realizzare ed alla complessità della situazione geomorfo-strutturale dei terreni presenti. La presenza di terreni particolarmente scadenti o di terreni molto
resistenti ne modifica in maniera sostanziale il volume significativo di sottosuolo da prendere in considerazione.
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1.2 Indagini e studi preliminari alla progettazione
La qualità e la quantità delle indagini devono ispirarsi sempre a finalità tali
da permettere la ricostruzione dei rapporti stratigrafici, geotecnici e sismici con
l’area di studio e delle relative aree limitrofe.
Il programma delle indagini inoltre deve tener conto dei caratteri propri del
processo morfoevolutivo (superficie interessata, volumi mobilizzati o mobilizzabili, velocità ecc.) e della specificità del sito (frane storiche, caratteri pluviometrici ed idrologici, incendi boschivi, interventi antropici per le condizioni di
stabilità del versante ecc.).
Per uno studio preliminare è necessario pianificare una serie d’indagini che
permettono di accertare, in un seguente studio definitivo la migliore soluzione
al problema.
Gli studi minimi necessari per una prima e generale idea della problematica
da trattare dal punto geologico riguardano:
- esame cartografico dei luoghi;
- ricerca bibliografica o lavori eseguiti nelle zone circostanti;
- fotografie aeree;
- prove ed indagini eseguite nelle circostanti zone di studio;
- sismicità delle aree d’interesse;
- rilievi geomorfologico locali rilevati o rilevabili;
- correlazioni con eventi storici e le attuali strutture.
1.3 Volume significativo di terreno da indagare
per le diverse tipologie di opere
Nella seguente figura 1.1 sono rappresentati i volumi significativi dei casi più
generali.
Esso rappresenta, come definito nel paragrafo precedente, lo strato di terreno sottoposto a stress per le azioni dei carichi deformativi trasmessi dall’opera.
Importante precisare inoltre che il volume significativo può essere influenzato
in modo più o meno rilevante dalle circostanti opere esistenti, da eventuali
cedimenti in atto o dalla presenza di falde idriche. Infatti le indicazioni illustrate in figura 1.1 sulle dimensioni da prendere in considerazione per le relative
problematiche, possono non essere sufficienti per l’analisi dei fattori. Inoltre
18
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
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QUADERNI
per la progettazione
per le opere di stabilità dei pendii o dei fronti di scavi, il volume significativo
da prendere in considerazione deve estendersi sempre al di sotto dei piani di
scorrimenti più probabili. In questo modo si ha la certezza di prendere in esame anche quei terreni che si trovano nelle condizioni più sfavorevoli.
Figura 1.1
Volume
significativo
per terreni
omogenei
(Da: A.G.I.,
1977)
1.4 Pianificazione degli studi da compiere
sui terreni di fondazione
La pianificazione degli studi da compiere deve svilupparsi sulla base dei problemi prevedibili e sulle ipotetiche caratteristiche dei terreni di fondazione, in
modo che le indagini siano le più opportune e complete possibili.
Di seguito sono elencati in ordine cronologico le indagini da pianificare:
a) INDAGINI PRELIMINARI
b) INDAGINI GEOTECNICHE
c) IDROGEOLOGIA
d) INTERAZIONI CON I TERRENI DI FONDAZIONE
e) VERIFICHE DI STABILITÀ.
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a) INDAGINI PRELIMINARI
Le indagini preliminari sono quelle che permettono di individuare in prima
analisi le possibili soluzioni alle diverse problematiche.
Figura 1.2
b) INDAGINI GEOTECNICHE
Riguardano in genere prove e monitoraggi in ambito delle caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni.
Figura 1.3
Prove in situ sui terreni (casi più comuni):
Tab. 1.1 - Metodi di sondaggi e risultati ottenibili sui terreni
INDAGINE
Gs
DESCRIZIONE
20
ϕ
Gd
C
NC
C
NC
C
cu
NC
C
NC
Penetrometro dinamico std.
SPT
E1
E
E
E
E
E
Penetrometro statico
CPT
E1
E
E
E
SE
SE
SE
SE
Penetrom. Stat. Piezocono
CPTU
E
E
E
E
SE
SE
SE
SE
Dilatometro piatto
DMT
E
E
E
E
SE
SE
E
E
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
UntitledBook1.book Page 21 Tuesday, January 8, 2008 4:01 PM
Tab. 1.1 - (segue) Metodi di sondaggi e risultati ottenibili sui terreni
Gs
DESCRIZIONE
ϕ
Gd
C
NC
cu
C
NC
C
NC
C
NC
Pressione di Menard
PM
Dr
Dr
SE
SE
SE
SE
Piastra di carico
PCP
D
D
SE
SE
SE
SE
Cross-hole
CH
D
D
Down-hole
DH
D
D
Sismica a riflessione
RIFL
D
D
Sismica a rifrazione
RIFR
D
D
QUADERNI
per la progettazione
INDAGINE
LEGENDA:
C Terreni coesivi
NC Terreni non coesivi
Gs Modulo di deformazione a taglio statico
Gd Modulo di deformazione a taglio dinamico
φ Angolo di attrito espresso in termini di Pressioni efficaci
Cu Resistenza a taglio non drenata in traimi di Tensioni totali
D Determinazione diretta
Dr Determinazione diretta con riserva
E Determinazione empirica
E1 Determinazione empirica non affidabile
SE Determinazione semi-empirica
Prove in situ sulle rocce (casi comuni):
Tab. 1.2 - Prove sulle rocce
PROVA
MODALITÀ
DESCRIZIONE
NOTE
Compressione
monoassiale
Si effettua
su provini
cilindrici.
Compressione
graduale sino a
raggiungere il punto
di rottura unitario.
Si possono avere valori
di resistenza a
compressione maggiori
di quelli reali.
Compressione
triassiale
Si effettua
su provini
cilindrici.
Carico verticale
crescente mentre viene
mantenuta costante
la pressione
di sconfinamento.
-
Punzonamento
Determinazione
Viene effettuata sia
dell’indice di resistenza,
in laboratorio che in
utile nella classificazione
situ.
dei materiali rocciosi.
L’esito può essere
influenzato
dalla velocità
di applicazione
del carico.
21
UntitledBook1.book Page 22 Tuesday, January 8, 2008 4:01 PM
Tab. 1.2 - (segue) Prove sulle rocce
PROVA
MODALITÀ
DESCRIZIONE
NOTE
Martello
di Schimdt
In laboratorio viene
effettuata sulle
carote di rocce,
mentre in situ
direttamente
sull’affioramento.
La roccia è percossa da
un pistoncino metallico
il quale fa rimbalzare
una pallina che misura
la resistenza
alla compressione.
-
Trazione
-
Caratteristica della
qualità dell’ammasso
roccioso, viene
determinata sulla carota
di roccia prelevata.
Poco utilizzata per le
molteplici difficoltà
pratiche.
Di Taglio
Eseguita su provini
di forma cilindrica
o prismatica.
Permette la determinazione diretta delle
caratteristiche meccaniche quali coesione ed
angolo di attrito.
Si possono ricavare
i parametri sia
della matrice che
delle discontinuità.
Brasiliana
Si effettua su
provini di diverse
dimensioni
Si ricava la coesione
e l’angolo di attrito.
Può fornire dati
sull’anisotropia
della roccia.
Prove in laboratorio sui terreni:
Tab. 1.3 - Prove di laboratorio sui terreni
22
DIMENSIONE
PROVINI
DESCRIZIONE
Riproduce le condizioni
di consolidazione monodiensionale
Rapporto diametro
e fornisce le informazioni di:
altezza > 2,5
1) Pressione di preconsolidaz.
Diametro > 50 mm
2) Parametri di compressibilità
Altezza > 19 mm
3) Param. permeabilità orizzont.
4) Param. di compress. Second.
Taglio diretto
1) Resistenza a taglio di un campione
di sabbia ricostruito.
2) Resistenza a taglio di un Campione
indisturbato di terreno ricostruito.
3) Deformazioni qualitative.
Generalmente:
60 x 60 x 25 mm
Triassiale
Edometrica
PROVA
2) Resistenza dei terreni in entrambe
le condizioni
Rapporto diametro
2) Deformabilità dei terreni in entrambe
altezza = 2
le condizioni.
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
NOTE
Il disturbo
dei provini può
alterare i risultati.
Non si possono
verificare né le
condizioni di drenaggio né le pressioni interstiziali.
-
UntitledBook1.book Page 23 Tuesday, January 8, 2008 4:01 PM
Prove in laboratorio sulle rocce:
PROVA
Triassiale a
pressione
elevata
Espansione
laterale
libera
DIMENS. PROVINI
Si effettua su campioni
di roccia compatte
da carote.
Si effettua su campioni
di roccia compatte
da carote.
Si estrapola
Indice RQD
dalle carote estratte.
DESCRIZIONE
NOTE
Proprietà elastiche
della roccia
Valori poco attendibili in
determinate condizioni.
Proprietà elastiche
della roccia
Valori poco attendibili in
determinate condizioni.
Misura la qualità
dell’ammasso
roccioso.
Utile per stabilire di
quanto ridurre il modulo
elastico o la resistenza a
compressione in situ.
QUADERNI
per la progettazione
Tab. 1.4 - Prove di laboratorio sulle rocce
Monitoraggi in campagne d’indagini:
Tab. 1.5 - Strumenti per monitoraggi per i casi più generali
STRUMENTAZIONE
Tubi inclinometrici
APPLICAZIONE
Monitoraggi orizzontali dei corpi franosi
TERRENI
ROCCE
x
Inclinometri fissi
Monitoraggi di aree franose
x
Piezometri elettrici
Monitoraggi sulle pressioni neutre
x
x
Fessurimetri
Monitoraggi di fratture in ammassi rocciosi
Celle di carico
Misura del carico d’esercizio (tiranti)
x
x
Misuratori di portata
Verifiche sui sistemi di drenaggio
x
x
Estensimetri o filo
Monitoraggio di fratture in corpi rocciosi
x
x
x
Reti paramassi
Monitoraggio caduta massi
Pluviometri
Monitoraggi delle precipitazioni atmosferiche
x
x
Geofoni
Registratori d’onde di propagazione
x
x
c) IDROGEOLOGIA
Queste indagini sono eseguite al fine di consentirne la ricerca, la quantificazione, la captazione delle acque di circolazione nel sottosuolo. La gestione delle risorse richiede le conoscenze sulle reali condizioni d’infiltrazione, deflusso
ed emergenza delle acque sotterranee.
Figura 1.4
23
UntitledBook1.book Page 24 Tuesday, January 8, 2008 4:01 PM
d) INTERAZIONI CON I TERRENI DI FONDAZIONE
Scelte e verifiche progettuali per la tipologia delle opere da realizzare.
Figura 1.5
Verifiche sulla capacità portante ed il carico limite di esercizio:
Tab. 1.6 - Metodologie di verifica
24
ROCCE
T.ERR
GRANA
FINE
PROFONDA
ROCCE
TERR.
GRANA
GROSSA
TERR.
GRANA
FINE
STRUTTURA
DEL TERRENO
SUPERFICIALE
TERR.
GRANA
GROSSA
TIPOLOGIA DI
FONDAZIONE
Preced.
Tab. 2
Tab. 4
Formule statiche – formula danese
BEREZANTZEF
HILEY
JANBU
Prove di carico
CARICO LIMITE
PER OPERE
PROVVISIONALI
BRINCH-HANSEN
-
-
CARICO
LIMITE DELLA
PALIFICATA
-
COEFFICIENTE DI
SICUREZZA
>=3
CONVERSE
LABARRE
BARLA
TERZAGHI
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
CONVERSE
LABARRE
BERLA
CARICO LIMITE
E PORTANZA
TERZAGHI (1943)
MEYERHOF(1951/63)
HANSEN (1970)
VESIC (1974)
> = 2,5
-
UntitledBook1.book Page 25 Tuesday, January 8, 2008 4:01 PM
Valutazione di eventuali cedimenti:
TIPOLOGIA
DI FONDAZIONE
SUPERFICIALE
STRUTTURA
DEL TERRENO
CEDIMENTI DI
CONSOLIDAZIONE
CEDIMENTI
SECONDARI
CEDIMENTI
DIFFERENZIALI
METODO EDOMETRICO
CEDIMENTI
ELASTO-PLASTICI
PROFONDA
TERRENI A
GRANA GROSSA
TERRENI A GRANA FINE
SCHMERTMANN
TERZAGHI-PECK
BURLAND
e BURBIDGE
SKEMPTON e
BJERRUM
QUADERNI
per la progettazione
Tab. 1.7 - Metodologie di verifica
Funzione del
grado di
consolidazione
SIMILITUDINE
MECCANICA
METODI EMPIRICI
PROVE DI
CARICO
TEORIA
DELL’ELASTICITÀ
-
FONDAZIONE
EQUIVALENTE
-
-
Controllo dell’entità di rotazione e spostamenti relativi
Verifica dell’ammissibilità in funzione dello stato limite
e) VERIFICHE DI STABILITÀ
Questa sezione è molto importante nel campo geotecnico in quanto spesso
le opere che si realizzano sono collocate, per svariate motivazioni, lungo versanti in pendenza. In tali situazioni è necessario prevedere le azioni esercitate
dal terreno contro l’opera.
Tab. 1.8 - Metodologie di verifica
METODO
APPLICAZIONE
IPOTESI VERIFICA
CARATTERISTICHE
ROTTURA A
BLOCCO
In tutti i casi in cui
si riconoscono
le discontinuità
-
-
PENDIO
INDEFINITO
In tutti i casi in cui
si presenta
lo scivolamento di una
porzione di terreno con
spessori ridotti.
-
-
CERCHIO
DI ATTRITO
Superficie di
scivolamento circolare
-
-
25
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Tab. 1.8 - (segue) Metodologie di verifica
METODO
FELLENIUS O
DEI CONCI
BISHOP
Superficie circolare o
di forma qualunque
Superficie
di scivolamento
circolare
IPOTESI VERIFICA
CARATTERISTICHE
Si trascurano le forze
di interstriscia;
È imposto l’equilibrio
alla rotazione
Il metodo da risultati poco affidabili in
pendii modesti e con
valori elevati di pressioni interstiziali
Nel metodo semplificato si trascurano le
forze di taglio
di interstriscia
Metodo accurato
Non considera l’equilibrio alla traslazione
orizzontale del blocco
Superficie
di forma qualunque
Sono trascurate le
forze di taglio
di interstriscia
Il metodo in genere
sottostima i coefficienti di sicurezza
MORGENSTERN
E PRICE
Superficie
di forma qualunque
Considera strisce con
spessori infinitesimo e
formula equazioni di
equilibrio in termini
differenziali
Trattazione
complessa
SPENCER
Superficie
di forma qualunque
Le forze d’interstriscia
Metodo accurato,
hanno la stessa inclinautile nello studio di
zione rispetto all’orizfrane gia in atte
zontale
Superficie
di forma qualunque
Bisogna conoscere la
linea di spinta per la
determinazione
dell’altezza del punto
di applicazione
Problemi d’instabilità numerica
SARMA
Superficie
di forma qualunque
Si riconduce il problema al calcolo
dell’intensità della
forza orizzontale che si
deve applicare
per raggiungere
la condizione
di equilibrio
Il metodo è applicabile in zona sismica
e soddisfa tutte
le condizioni
d’equilibrio
BELL
Superficie
di forma qualunque
Non figurano le forze Applicabilità in zona
di interstriscia nelle
sismica con valori
equazioni di equilibrio iniziali ragionevoli
JANBU
SEMPLIFICATO
JANBU
COMPLETO
26
APPLICAZIONE
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
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1.5 Rapporto conclusivo di una indagine geotecnica
QUADERNI
per la progettazione
Il rapporto finale rappresenta un documento in cui si riassumono le metodologie adottate per le indagini eseguite e da presentare come lavoro svolto. Esso
deve contenere al suo interno, generalmente i seguenti punti:
- generalità dell’appaltatore;
- eventuali sub-appaltatori;
- generalità dell’esecutore;
- descrizione sommaria delle indagini eseguite;
- finalità delle indagini;
- planimetrie ed ubicazione delle prove o campionamenti effettuati;
- inquadramento geologico;
- risultati ed elaborazioni dei dati;
- caratteristiche geotecniche dei terreni di fondazione;
- tipologia d’intervento da realizzare;
- eventuali raccomandazioni con le relative conclusioni.
1.6 Bibliografia
-
Associazione Geotecnica Italiana (1977) - Raccomandazioni sulla programmazione ed esecuzione delle indagini geotecniche, Roma.
-
Associazione Geotecnica Italiana (1963) - Nomenclatura geotecnica e
classificazione delle terre, Geotecnica, 10.
-
ASTM (1964) - Procedures for testing soil, 4th Ed.
-
Linee guida per la programmazione ed esecuzione delle indagini geotecniche (D.M. 11/03/1988).
27
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28
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
QUADERNI
per la progettazione
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30
INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA
QUADERNI
per la progettazione
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31
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INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA