Progettazione geotecnica

Secondo l'Eurocodice 7 e le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018

Renato Lancellotta, Andrea Ciancimino, Andrea Costanzo, Sebastiano Foti

• Editore: Hoepli
• Anno: 2020
• ISBN:
  9788820393014
• Argomento: Technology & Engineering
• Categoria: Construction & Architectural Engineering

Il volume vuole essere una guida pratica all'interpretazione e all'uso dell'Eurocodice 7 (EC7) e delle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC2018), rivolta agli allievi dei corsi universitari e ai professionisti. Ampio rilievo è stato dato agli esempi svolti per rendere chiara la comprensione della norma e per far acquisire familiarità con le nuove procedure di verifica. Sono stati trattati tutti i casi più ricorrenti della progettazione geotecnica, partendo comunque dal presupposto che il lettore abbia le conoscenze dei principi di Geotecnica impartite nei corsi universitari di base. Per questo motivo, gli argomenti sono stati trattati seguendo un criterio di comodità espositiva, senza preoccuparsi dell'ordine con il quale gli stessi argomenti sono presentati nelle NTC2018 o nell'EC7. Rispetto alla precedente edizione, la trattazione risulta arricchita dall'esposizione dei concetti di base della progettazione geotecnica in zona sismica, con i relativi esempi applicativi.

1 Questioni introduttive

1.1 Stati limite e valori caratteristici dei parametri

Le norme tecniche sono lo strumento attraverso il quale le aspettative della società in materia di costruzioni (sicurezza, funzionalità, durabilità e sostenibilità) vengono tradotte in principi e regole, o, se si preferisce, in requisiti di progetto.

Il formato che le norme tecniche hanno acquisito negli anni più recenti a livello internazionale (EC7, 2004; Japanese Code 21, 2006; AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 2008) è quello degli “stati limite”, intendendosi con un’accezione ampia di tale terminologia il verificarsi di uno scenario che non consente più il soddisfacimento dei suddetti requisiti di progetto.

Gli errori del passato, anche se a volte privi di rilevanti ricadute, e gli eventi di collasso, talora caratterizzati da tragiche conseguenze, sono fonte primaria di insegnamento e costituiscono emblematici esempi di stati limite. Per questo motivo le norme richiamano, nell’ambito dei vari capitoli, i meccanismi che possono dar vita ad uno scenario di stato limite ultimo (SLU) e raccomandano procedure di verifica che, tenendo conto delle diverse fonti di incertezza attraverso coefficienti di sicurezza parziali, assicurano che la probabilità di occorrenza dello stato limite sia estremamente ridotta.

I coefficienti di sicurezza parziali possono comunque avere scarso significato, soprattutto in campo geotecnico, se non viene chiarito come dev’essere scelto il valore caratteristico dei parametri.

In campo geotecnico questo aspetto del problema, non disgiunto dalla definizione del modello geotecnico del sito, risulta particolarmente rilevante e giova qui richiamare, sia pure brevemente, quanto raccomandato dall’EC7 e dalle NTC18 (in particolare nell’ambito della Circolare Applicativa delle NTC18, C.S.LL.PP., 2019) in materia di programmazione delle indagini e scelta dei parametri.

L’EC7 e le NTC18 definiscono il valore caratteristico come una stima ragionata e cautelativa del valore del parametro che risulta pertinente allo stato limite considerato.

Si noti come questa definizione ponga innanzitutto l’enfasi sul giudizio del progettista nella scelta di un valore rappresentativo, che non si riferisce solo al parametro in quanto tale, ma allo stato limite considerato.

Il passaggio successivo dal valore rappresentativo al valore caratteristico rimanda necessariamente alla qualità e alla quantità delle indagini geotecniche ed è questo certamente l’aspetto più rilevante, giacché esso condiziona tutto il processo. Vanno infatti tenuti ben presenti nella programmazione delle indagini quanto influenti possano essere fattori quali:

a) la dipendenza della risposta meccanica dei terreni dalla storia pregressa e dai percorsi di carico che caratterizzano il problema in esame;

b) il carattere non lineare del legame costitutivo, anche a piccole deformazioni;

c) il comportamento instabile dei materiali consistenti;

d) le differenze tra la risposta dell’elemento di volume e quella dell’ammasso alla scala dell’opera;

e) la variabilità spaziale dei depositi naturali.

1.2 Gli approcci di progetto

Una volta operata la scelta del valore caratteristico, i coefficienti di sicurezza parziali in campo geotecnico possono essere applicati ai parametri di resistenza al taglio o alla resistenza (capacità) del sistema struttura-terreno. Con riferimento per esempio al calcolo del carico limite di una fondazione diretta, i coefficienti di sicurezza possono essere applicati all’angolo di resistenza al taglio e alla coesione, oppure possono essere applicati alla fine del processo al valore del carico limite.

Questi possibili e tra loro diversi modi di procedere vengono configurati nell’ambito dell’EC7 sotto forma di Approcci di Progetto (anche se forse andrebbero ridefiniti più propriamente come approcci di verifica), sovente presentati in alternativa.

E’ chiaramente possibile addurre motivazioni a favore dell’uno o dell’altro approccio, basate sia su argomentazioni scientifiche, sia sulla tradizione radicata nella cultura tecnica, che fonda le proprie radici nell’esperienza che nel tempo ha consentito di validare e consolidare un determinato approccio.

La nuova versione delle nostre norme tecniche ha eliminato la possibilità degli approcci alternativi alla progettazione, conseguendo una sostanziale semplificazione delle procedure resa possibile dall’esperienza progressivamente accumulata nell’applicazione delle precedenti norme tecniche (NTC08).

In particolare, l’Approccio 1 viene oggi riservato alle paratie, alle opere in sotterraneo e a tutte le categorie di opere e interventi non previste esplicitamente nella Norma. L’Approccio 2 è invece riservato alle fondazioni e ai muri di sostegno.

Va inoltre osservato come per tutte le opere e gli interventi la progettazione debba rispettare le prescrizioni contenute sia nel Capitolo 6, esplicitamente dedicato alla progettazione geotecnica, sia nel Capitolo 7, in particolare nel paragrafo 7.11, per quanto riguarda gli aspetti sismici.

1.3 Gli approcci DA1 e DA2 e i relativi coefficienti parziali stabiliti dai documenti di applicazione nazionali (NAD)

L’Eurocodice 7 e le NTC18 prevedono diverse categorie di Stati Limite Ultimi (SLU) per ognuna delle quali sono prescritti specifici gruppi di coefficienti parziali:

– stato limite ultimo per raggiungimento della resistenza degli elementi strutturali (compresi gli elementi delle fondazioni);

– stato limite ultimo per raggiungimento della resistenza del terreno interagente con la struttura, con sviluppo di meccanismi di collasso dell’insieme terreno-struttura;

– stato limite ultimo per perdita di equilibrio della struttura o del terreno dovuta alla sottospinta dell’acqua (verifica a sollevamento);

– stato limite ultimo causato dall’erosione e dal sifonamento del terreno per elevati gradienti idraulici di filtrazione.

Per ogni stato limite ultimo i requisiti di sicurezza sono soddisfatti se viene rispettata la condizione:

dove E_d è il valore di progetto dell’azione (o dell’effetto dell’azione) e R_d è il valore di progetto della resistenza ...