Norme Tecniche sulle Costruzioni

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1 Seminario su Norme Tecniche sulle Costruzioni Aspetti riguaranti le Opere Geotecniche Ing. Emilio Bilotta

2 Normativa i riferimento DM 14/01/ Norme Tecniche sulle Costruzioni Cap. 6 Progettazione geotecnica Cap. 7 - Progettazione per azioni sismiche 7.11 Opere e sistemi geotecnici DM 02/02/09 Istruzioni per l applicazione elle Nuove Norme Tecniche per le costruzioni

3 Inice el capitolo 6 elle NTC 2008 CAP. 6 PROGETTAZIONE GEOTECNICA Disposizioni generali (6.1) Articolazione el progetto (6.2) Stabilità ei penii naturali (6.3) Opere i fonazione (6.4) Opere i sostegno (6.5) Tiranti i ancoraggio (6.6) Opere in sotterraneo (6.7) Opere i materiali sciolti e fronti i scavo (6.8) Miglioramento e rinforzo ei terreni e elle rocce (6.9) Consoliamento geotecnico i opere esistenti (6.10) Discariche controllate i rifiuti e epositi i inerti (6.11) Fattibilità i opere su grani aree (6.12)

4 Alcune consierazioni su DM 11/03/88 Trattate in ettaglio solo poche tipologie i opere e situazioni geotecniche: Fonazioni superficiali e profone Muri i sostegno Rilevati e scarpate Poco o niente su opere i sostegno flessibili Prevalenza i inicazioni su stato limite ultimo Verifiche con coefficienti i sicurezza globali

5 Verifica SLU secono NT 2008 sotto azioni statiche FONDAZIONI

6 Verifica SLU secono NT 2008 sotto azioni statiche Carichi caratteristici (F k ) Det. carichi rappresentativi (ψ F k ) Det. carichi i progetto (F = γ F ψ F k ) Determinazione scarichi i progetto in fonazione, E Verifica in fonazione Determinazione carichi limite i progetto, R (forze orizzontali e verticali) Verifica: E R

7 Verifica SLU Per ogni SLU si eve verificare che l Effetto elle azioni i progetto (E ) sia non superiore alle Resistenze i progetto (R ): E R X k E γ EE γ F Frep; ; a γ M = 1 X k R R γ F Frep; ; a γ R γ M =

8 Verifica SLU EQU: stato limite i equilibrio come corpo rigio STR: stato limite i resistenza ella struttura GEO: stato limite i resistenza el terreno (FONDAZIONI) UPL: stato limite i sollevamento HYD: stato limite i sifonamento

9 Verifica SLE Le opere e i sistemi geotecnici evono essere verificati nei confronti egli stati limite i esercizio. Per ogni SLE si eve verificare che l Effetto elle azioni i progetto (E ) sia non superiore al Valore limite prescritto (C ): E C Il valore limite ell effetto elle azioni C va stabilito al progettista in relazione alle prestazioni attese all opera geotecnica e al comportamento ella struttura in elevazione.

10 Verifica SLU Gli effetti elle azioni nelle verifiche: E R saranno concretizzati in Sforzi Normali, N, Momenti flettenti, M, e Tagli, T in fonazione

11 Verifica SLU Due approcci progettuali Approccio 1 o Combinazione 1 (A1+M1+R1): con coefficienti parziali solo su azioni o Combinazione 2 (A2+M2+R2): con coefficienti parziali essenzialmente su caratteristiche i resistenza Approccio 2 (solo per fonazioni e muri i sostegno) (A1+M1+R3): coefficienti parziali irettamente sugli Effetti elle azioni e sulle Resistenze

12 Verifica SLU Approccio 1 Approccio 2 Combinazioni i azioni Combinazione 1 Combinazione 2 Statica 1 N s11,t s11,m s11 N s12,t s12,m s12 N s11,t s11,m s11 Statica 2 N s21,t s21,m s21 N s22,t s22,m s22 N s21,t s21,m s21 Sismica 1 N e11,t e11,m e11 N e12,t e12,m e12 N e11,t e11,m e11 Sismica 2 N e21,t e21,m e21 N e22,t e22,m e22 N e21,t e21,m e21 calcoli a hoc per geotecnica Derivano agli stessi calcoli già fatti per le verifiche SLU ella struttura

13 Coefficienti sulle azioni per verifiche SLU a NT 2008 Azioni sfavorevoli Approccio Permanenti Variabili strutturali non strutturali Approccio Approccio Approccio Le azioni el terreno sono comprese tra quelle strutturali

14 Coefficienti sulle azioni per verifiche SLU a NT 2008 Azioni favorevoli Approccio Permanenti Variabili Approccio 1-1 Approccio 1-2 Approccio 2 strutturali non strutturali

15 Gli effetti elle azioni per per le verifiche SLU T N M Gli effetti elle azioni (M, N, T ) per le verifiche allo SLU elle fonazioni erivano all analisi ella struttura in elevazione sotto le iverse combinazioni i progetto e nei iversi approcci progettuali B Contengono già la loro parte i coefficienti parziali

16 Verifica SLU Nella verifica: E R le Resistenze i Progetto ipenono agli stati limite consierati

17 Verifica SLU per fonazioni superficiali Stati limite ultimi: Collasso per scorrimento sul piano i posa (GEO) Collasso per carico limite el complesso terreno fonazione (GEO) Stabilità globale (GEO) Rottura strutturale ovuta a spostamenti eccessivi ella fonazione (STR)

18 Verifica SLU per fonazioni superficiali Stati limite ultimi: Collasso per scorrimento sul piano i posa (GEO) Collasso per carico limite el complesso terreno fonazione (GEO) Stabilità globale (GEO) Rottura strutturale ovuta a spostamenti eccessivi ella fonazione (STR)

19 Verifica SLU per carico limite La verifica consiste in: R γ F F rep 1 X k N N lim = Nlim N ; T ; M ; ; a γ R γ M N T M B

20 Verifica SLU per carico limite La verifica in conizioni renate consiste in: N T B M = k c k R a c M T N N N N ; ) ' tan( ; ' ; ; ; ' 1 ' ' lim lim γ ϕ ϕ γ γ In conizioni non renate: cu u k R a c M T N N N ; ; ; ; 1 lim γ γ

21 Verifica SLU per carico limite 1 X k N N lim = Nlim N ; T ; M ; ; a γ R γ M N Il margine i sicurezza è ato a: T M azioni i progetto (maggiorate) parametri i resistenza i progetto (riotti); coefficiente γ R ; B quota el livello i fala, per le verifiche renate

22 Coefficienti parziali i sicurezza per verifiche SLU Approccio 1 Approccio 2 Parametro Combinazione 1 Combinazione 2 c k γ M tan(φ k ) c uk γ R, carico limite I coefficienti γ M valgono per tutte le opere con l eccezione ei pali e egli ancoraggi per i quali sono tutti unitari

23 Verifica SLU per carico limite ESEMPI Calcolo ella resistenza i progetto i un plinto quarato allo stato limite i rottura per carico limite el complesso terreno fonazione sotto carichi verticali e centrati A. in conizioni non renate B. in conizioni renate

24 Verifica SLU per carico limite Esempio A Plinto quarato, conizioni non renate N lim = q lim *B 2 N lim = [ζ q N q γ D + ζ c N c c u ]*B 2 N = G + Q N q = 1 N c = 2+π B D Quarato (B/L=1) ζ q = 1 ζ c = 1.2

25 Verifica SLU per carico limite Esempio A Plinto quarato, conizioni non renate Struttura: Plinto quarato, B = 1.50 m Profonità, D = 0.75 m N = G + Q Carichi: Carichi permanenti strutturali, G k = 200 kn Carichi variabili, Q k = 50 kn D Terreno omogeneo equivalente: B Peso unità i volume, γ sat =17 kn/m 3 Resistenza non renata, c uk =60 kpa

26 Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 1-1 Coefficiente Valore N = G + Q γ G γ G2 e γ Q 1.50 D γ cu 1.00 γ R 1.00 B

27 Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 1-1 Sforzo Normale i progetto N = 1.3*G k + 1.5*Q k = = 335 kn N = G + Q Resistenza i progetto: 2 = B ( γ + ζ cuk N D N ) γ = lim c c γr cu = ( ) = 1 1 = 871kN D Verifica i sicurezza 871 > 335 OK! B

28 Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 1-2 Coefficiente Valore N = G + Q γ G γ G2 e γ Q 1.30 D γ cu 1.40 γ R 1.80 B

29 Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 1-2 Sforzo Normale i progetto N = 1.0*G k + 1.3*Q k = = 265 kn N = G + Q Resistenza i progetto: 2 = B ( γ + ζ cuk N D N ) γ = lim c c γr 2 cu = ( ) = = 352 kn D Verifica i sicurezza 352 >265 OK! B

30 Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 1 La sicurezza è garantita sia alla combinazione 1 (A1+M1+R1) che alla combinazione 2 (A2+M2+R2) N = G + Q La verifica con l Approccio 1 èsoisfatta! D B

31 Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 2 Coefficiente Valore N = G + Q γ G γ G2 e γ Q 1.50 D γ cu 1.00 γ R 2.30 B

32 Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 2 Sforzo Normale i progetto N = 1.3*G k + 1.5*Q k = = 335 kn N = G + Q Resistenza i progetto: 2 = B ( γ + ζ cuk N D N ) γ = lim c c γr 2 cu = ( ) = = 379kN D Verifica i sicurezza 379 > 335 OK! B

33 Verifica SLU per carico limite Esempio B Plinto quarato, conizioni renate N,lim =q,lim *B 2 = 1/γ R *[ζ q N q γ D + ζ γ N γ γ B/2 ]*B 2 N = G + Q D N = k e N ζ ζ q γ q γ p π tan ϕ ' ( N ) q = 2 1 tan ϕ ' = 1+ tan ϕ ' = 0.6 quarato B

34 Verifica SLU per carico limite Esempio B Plinto quarato, conizioni renate Struttura: Plinto quarato, B = 2.00 m Profonità, D = 0.75 m N = G + Q Carichi: Carichi permanenti strutturali, G k = 200 kn Carichi variabili, Q k = 50 kn D Terreno: B Peso unità i volume, γ sat = 16.5 kn/m 3 Angolo i attrito, φ k = 32

35 Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 1-1 Coefficiente Valore γ G N = G + Q γ G2 e γ Q 1.50 γ ϕ 1.00 D γ c 1.00 B γ R 1.00

36 Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 1-1 Sforzo Normale i progetto N = G + Q U= 1.3* * = kn N = G + Q Resistenza i progetto: 1 N' = B ( N γ ' D+ 2 lim ζq q γ R + ζ N γ ' B/2) = γ 2 γ = 2 ( / 2) = 1204kN D Verifica i sicurezza < 1204 Ok! B

37 Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 1-2 Coefficiente Valore γ G N = G + Q γ G2 e γ Q 1.30 γ ϕ 1.25 D γ c 1.25 B γ R 1.80

38 Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 1-2 Sforzo Normale i progetto N = G + Q U= 1.0* * = kn N = G + Q Carico limite i progetto: 1 N' = B ( N γ ' D+ 2 lim ζq q γ R + ζ N γ ' B/2) = γ γ 4 = ( / 2) = 322kN D Verifica i sicurezza < 322 Ok! B

39 Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 1 La sicurezza è garantita sia alla combinazione 1 (A1+M1+R1) che alla combinazione 2 (A2+M2+R2) N = G + Q La verifica con l Approccio 1 èsoisfatta! D B

40 Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 2 Coefficiente Valore γ G N = G + Q γ G2 e γ Q 1.50 γ ϕ 1.00 D γ c 1.00 B γ R 2.30

41 Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 2 Sforzo Normale i progetto N = G + Q U= 1.3* * = kn N = G + Q Resistenza i progetto: 1 N' = B ( N γ ' D+ 2 lim ζq q γ R + ζ N γ ' B/2) = γ γ 4 = ( / 2) = 523 kn D Verifica i sicurezza < 523 Ok! B

42 Verifica SLU per carico limite Esempio A Plinto quarato conizioni non renate Esempio B Plinto quarato conizioni renate Approccio > > Approccio > > Approccio > > (valori in kn)

43 Verifica SLU per fonazioni su pali Stati limite ultimi: Collasso per carico limite ella palificata nei riguari ei carichi assiali (GEO) Collasso per carico limite ella palificata nei riguari ei carichi trasversali (GEO) Collasso per carico limite i sfilamento nei riguari ei carichi assiali i trazione (GEO) Stabilità globale (GEO) Rottura strutturale ei pali (STR) Rottura ella struttura i collegamento tra i pali (STR)

44 Verifica SLU per fonazioni su pali Stati limite ultimi: Collasso per carico limite ella palificata nei riguari ei carichi assiali (GEO) Collasso per carico limite ella palificata nei riguari ei carichi trasversali (GEO) Collasso per carico limite i sfilamento nei riguari ei carichi assiali i trazione (GEO) Stabilità globale (GEO) Rottura strutturale ei pali (STR) Rottura ella struttura i collegamento tra i pali (STR)

45 Verifica SLU per carico limite Fonazioni su pali Approccio 1: - Combinazione 1: (A1+M1+R1) - Combinazione 2: (A2+M1+R2) Approccio 2: (A1+M1+R3) I coefficienti parziali per i parametri geotecnici i tipo M2 per i pali non vengono mai usati!!

46 Verifica SLU per carico limite Resistenze caratteristiche i pali soggetti a carichi assiali La resistenza caratteristica R k el palo singolo può essere eotta a: a)risultati i prove i carico statico i progetto su pali pilota; b) metoi i calcolo analitici, ove R k è calcolata a partire ai valori caratteristici ei parametri geotecnici, oppure con l impiego i relazioni empiriche che utilizzino irettamente i risultati i prove in sito (prove penetrometriche, pressiometriche, ecc.); c) risultati i prove inamiche i progetto, a alto livello i eformazione, eseguite su pali pilota

47 Verifica SLU per carico limite Resistenze i pali soggetti a carichi assiali Il valore i progetto R ella resistenza si ottiene a partire al valore caratteristico R k applicano i coefficienti parziali γ R ella Tabella. Resistenza simbolo Pali infissi Pali trivellati Pali a elica continua γ R R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 Base γ b Laterale in compressione R 1 = R γ R γ s Totale γ t Laterale in trazione γ st k

48 Verifica SLU per carico limite Resistenze eotte a prove i carico Il valore caratteristico ella resistenza a compressione el palo, R c,k, o a trazione, R t,k, è eotto ai corrisponenti valori mei R c,m o R t,m, ottenuti elaborano i risultati i una o più prove i carico i progetto Il valore caratteristico ella resistenza a compressione e a trazione è pari al minore ei valori ottenuti applicano i fattori i correlazione ξ, in funzione el numero n i prove i carico su pali pilota: R R ck, tk, ( Rcm, ) meia ( Rcm, ) min = min ; ξ1 ξ2 ( Rtm, ) meia ( Rtm, ) min = min ; ξ1 ξ2

49 Verifica SLU per carico limite Resistenze eotte a prove i carico Fattori i correlazione ξ per la eterminazione ella resistenza caratteristica a partire ai risultati i prove i carico statico su pali pilota. Numero i prove i carico ξ ξ R R ck, tk, ( Rcm, ) meia ( Rcm, ) min = min ; ξ1 ξ2 ( Rtm, ) meia ( Rtm, ) min = min ; ξ1 ξ2

50 Verifica SLU per carico limite Resistenze eotte a metoi analitici Il valore caratteristico ella resistenza R c,k (o R t,k ) è ato al minore ei valori ottenuti applicano alle resistenze calcolate R c,cal (R t,cal ) con proceure analitiche i fattori i correlazione ξ, in funzione el numero n i verticali i inagine: R R ck, tk, Numero i verticali inagate ( Rccal, ) meia ( Rccal, ) min = min ; ξ3 ξ4 ( Rtcal, ) meia ( Rtcal, ) min = min ; ξ3 ξ ξ ξ

51 Verifica SLU secono NT 2008 sotto azioni statiche OPERE DI SOSTEGNO

52 Verifica SLU per muri i sostegno Stati limite ultimi: Stabilità globale el complesso opera i sostegnoterreno (GEO) Collasso per scorrimento sul piano i posa (GEO) Collasso per carico limite el complesso terreno fonazione (GEO) Ribaltamento (EQU) Rottura egli elementi strutturali (STR)

53 Verifica SLU per muri i sostegno Stati limite ultimi: Stabilità globale el complesso opera i sostegnoterreno (GEO) Collasso per scorrimento sul piano i posa (GEO) Collasso per carico limite el complesso terreno fonazione (GEO) Ribaltamento (EQU) Rottura egli elementi strutturali (STR)

54 Verifica SLU per scorrimento sul piano i posa e per carico limite (GEO) Muri i sostegno Approccio 1: - Combinazione 1: (A1+M1+R1) - Combinazione 2: (A2+M2+R2) Approccio 2: (A1+M1+R3) E R Verifica R1 R2 R3 Carico limite Scorrimento

55 Verifica SLU per ribaltamento (EQU) Muri i sostegno Lo stato limite i ribaltamento NON prevee la mobilitazione ella resistenza (R) el terreno i fonazione: (A) azioni: γ F a EQU (M) parametri geotecnici per le spinte: γ M a M2 Verifica: G inst, + Qinst, Gstb, Carichi Permanenti Permanenti non strutturali Effetto Favorevole [Sfavorevole] Coefficiente EQU parziale γ F γ G1 0.9 [1.1] γ G2 0 [1.5] Variabili γ Qi 0 [1.5]

56 Verifica SLU per paratie Stati limite ultimi: Stabilità globale el complesso opera i sostegno-terreno (GEO) Collasso per rotazione intorno a un punto ell opera (atto i moto rigio) (GEO) Collasso per carico limite verticale (GEO) Sfilamento i uno o più ancoraggi (GEO) Instabilità el fono scavo in terreni a grana fine in conizioni non renate (GEO) Instabilità el fono scavo per sollevamento (UPL) Sifonamento el fono scavo (HYD) Rottura strutturale i uno o più ancoraggi (STR) Rottura strutturale i uno o più puntoni o contrasti (STR) Rottura strutturale ella paratia (STR)

57 Verifica SLU per paratie Stati limite ultimi: Stabilità globale el complesso opera i sostegno-terreno (GEO) Collasso per rotazione intorno a un punto ell opera (atto i moto rigio) (GEO) Collasso per carico limite verticale (GEO) Sfilamento i uno o più ancoraggi (GEO) Instabilità el fono scavo in terreni a grana fine in conizioni non renate (GEO) Instabilità el fono scavo per sollevamento (UPL) Sifonamento el fono scavo (HYD) Rottura strutturale i uno o più ancoraggi (STR) Rottura strutturale i uno o più puntoni o contrasti (STR) Rottura strutturale ella paratia (STR)

58 Verifica SLU i collasso per atto i moto rigio (GEO) Paratia Approccio 1: - Combinazione 1: (A1+M1+R1) - Combinazione 2: (A2+M2+R2) Approccio 2 : per le paratie NON PUO ESSERE ADOTTATO E R Coefficiente parziale su R1 R2 Resistenza el terreno a valle

59 Verifica SLU i collasso per atto i moto rigio (GEO) Verifica: Esempio Paratia puntonata in testa M p M a γ = γ F γ k Combinazione 1 (A1+M1+R1) tg ϕ ) = tg( ϕ ) ( k γ = γ F γ tg ϕ ) = tg( ϕ ) k ( k k p = k pk k a = k ak Combinazione generalmente irrilevante per la verifica geotecnica

60 Verifica SLU i collasso per atto i moto rigio (GEO) Verifica: Esempio Paratia puntonata in testa M p M a Combinazione 2 (A2+M2+R2) γ = γ k tg( ϕk) tg( ϕ ) = γ M γ = γ k tg( ϕ ) = k p < k pk tg( ϕk) γ M k a > k ak Combinazione generalmente imensionante per la verifica geotecnica

61 Verifica SLU per sollevamento (UPL) Verifica: G + inst, + Qinst, Gstb, R (A) azioni: γ F a UPL (M) parametri geotecnici: γ M a M2 Carichi Permanenti Permanenti non strutturali Effetto Favorevole [Sfavorevole] Coefficiente UPL parziale γ F γ G1 0.9 [1.1] γ G2 0 [1.5] Variabili γ Qi 0 [1.5]

62 Verifica SLU per sifonamento (HYD) Verifica: u inst, σ stb, (A) azioni: γ F a HYD Si fa riferimento, come minimo, ai coefficienti parziali HYD; valori superiori si ovranno utilizzare in caso i incertezze Si evono inoltre consierare le conizioni più sfavorevoli anche teneno conto elle conizioni stratigrafiche Carichi Effetto Coefficiente parziale γ F HYD Permanenti Permanenti non strutturali Favorevole [Sfavorevole] γ G1 0.9 [1.3] γ G2 0 [1.5] Variabili γ Qi 0 [1.5]