GEOLOGIA APPLICATA E GEOTECNICA

Transcript

1 GEOLOGIA APPLICATA E GEOTECNICA 5

2 Direttore Luigi ESPOSITO Università degli Studi di Napoli Federico II Comitato scientifico Nicola SCIARRA Università degli Studi di Chieti Antonio PASCULLI Università degli Studi di Chieti Luciano ROSATI Università degli Studi di Napoli Federico II

3 GEOLOGIA APPLICATA E GEOTECNICA Questa collana si occupa di analisi dei problemi di geologia applicata e geotecnica attraverso i risultati di indagini in sito, indagini di laboratorio e modellazione numerica. I volumi pubblicati sono stati valutati secondo il sistema di revisione tra pari (peer review).

4

5 Luigi Esposito Amedeo Wolfango Esposito Antonio Pasculli Introduzione all Eurocodice 7 Parte I con esempi svolti

6 Copyright MMXVII Aracne editrice int.le S.r.l. via Quarto Negroni, Ariccia (RM) (06) ISBN I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: maggio 2017

7 Questo libro è dedicato alla memoria dei miei cari genitori, Giuseppe e Angela, del mio nipotino Francesco e della mia amata sorella Adelia

8

9 Indice 15 Introduzione 17 Capitolo I Basi per la progettazione 1.1. Requisiti per la progettazione, Azioni e situazioni di progetto, Stati limite, Supervisione, monitoraggio e manutenzione, Sommario dei punti importanti, Capitolo II Fondazioni superficiali 2.1. Finalità, Situazioni di progetto agli stati limiti, Introduzione, Diseguaglianze di Progetto, Stabilità globale delle fondazioni superficiali, Verifica dello stato limite ultimo con il metodo diretto, Portanza, Resistenza allo scorrimento, Stato Limite di Servizio (S.L.S.) controllo delle prestazioni della fondazione, Alcune utili definizioni, Metodi per la verifica dello S.L.S., Metodi indiretti per il controllo dello stato limite di servizio (si veda la tabella 2.6), Sommario dei punti principali, Capitolo III Opere di sostegno 3.1. Situazioni di progetto e stati limite, Basi di calcolo per i muri a gravità, Verifica dello Stato Limite Ultimo GEO, Muri in conglomerato di cemento armato, Muri a gravità, Strutture di sostegno in tera rinforzata, Verifica dello stato limite di servizio, Supervisione, monitoraggio e manutenzione, Sommario dei punti principali, 60. 9

10 10 Indice 61 Capitolo IV Indagini in sito, prove di laboratorio e determinazione dei parametri caratteristici 4.1. Premessa, Definizioni, Pianificazione dell indagine sul sottosuolo, Prove in sito, Prove di laboratorio, Valori caratteristici dei parametri geotecnici, Valori caratteristici per quanto riguarda l analisi delle tendenze, Raccomandazioni, Sommario dei punti principali, Capitolo V Stabilità dei pendii, rilevati e rottura idraulica 5.1. Panoramica, Stabilità dei pendii, Scopi e contenuti, Progetto dei pendii alla stato limite ultimo, Analisi di stabilità dei pendii, Stato limite di servizio nella progettazione dei pendii, Rilevati, Scopi e contenuti, Analisi dello stato limite, Monitoraggio e manutenzione, Rottura idraulica, Generalità e definizioni, Verifica della resistenza alla sottospinta, Verifica della resistenza al sifonamento, Erosione interna, Verifica per sgrottamento, Sommario dei punti principali, Pendii e rilevati, Rottura idraulica, Capitolo VI Strutture di sostegno II 6.1. Finalità, Situazioni di progetto e stati limite, Basi per la progettazione dei muri incastrati, Verifica allo stato limite ultimo GEO, Equilibrio limite, Verifica per le condizioni di esercizio, Supervisione, monitoraggio e conservazione, Sommario dei punti principali, Capitolo VII Fondazioni profonde 7.1. Scopi, Situazioni di progetto e stati limite, Approcci alla progettazione dei pali di fondazione e prove di carico statiche, Progetto allo stato limite ultimo dei pali di fondazione, Equazioni di equilibrio, Carico assiale di progetto, Resistenza caratteristica del palo, Resistenza a compressione di progetto, Gruppo di pali, Sommario dei punti principali, 121.

11 123 Capitolo VIII Esempi svolti relativi al capitolo primo Indice Situazioni di progetto, Geometria, Azioni caratteristiche permanenti, Azioni caratteristiche variabili (si vedano le tabelle 8.1, 8.2, 8.3 e 8.4)., Combinazioni delle azioni per situazioni di progetto persistenti e transitorie Verifica allo ULS, Combinazione 2 vento come azione variabile principale, azioni verticali favorevoli, fattori parziali dalla Serie B (Tab. 8.3), Combinazione 3 Carichi imposti come azione variabile principale, azioni verticali sfavorevoli, fattori parziali dalla Serie B (Tab. 8.3), Combinazione 4 - vento come azione variabile principale, azioni verticali, fattori parziali sfavorevoli dalla serie C (Tab. 8.4), Combinazione 5 vento come azione variabile principale, azioni verticali favorevoli, fattori parziali dalla serie C (Tab. 8.4), Combinazione 6 carichi imposti come azione variabile principale, azioni verticali sfavorevoli, fattori parziali dalla serie C. (Tab. 8.4), Combinazioni delle azioni per la progettazione quasi permanente situazioni verifiche s.l.s., Combinazione 7 - vento come azione variabile principale, azioni verticali, fattori parziali sfavorevoli per SLS., Combinazione 8 - carichi imposti come azione variabile principale, azioni verticali sfavorevoli, fattori parziali per SLS., Carichi imposti come azione variabile principale, azioni verticali sfavorevoli, fattori parziali per SLS, Capitolo IX Esempi svolti relativi al capitolo secondo 9.1. Situazione di progetto, Assegnazione: la fondazione deve avere una larghezza B tale da soddisfare sia SLU sia lo SLS, Determinazione della portanza limite di una fondazione a forma di striscia, Progetto di una fondazione a forma di striscia: controllo della funzionalità, Calcolo del cedimento di consolidazione, Capitolo X Esempi svolti relativi al capitolo terzo Situazione di progetto, Geometria, Muro di sostegno a forma di T: Verifica della resistenza drenata (Stato Limite GEO) Approccio di progettazione 1, Proprietà dei materiali, Azioni, Momento intorno allo spigolo di valle portanza situazione di progetto, Portanza, Verifiche, Verifica della portanza, Verifica al ribaltamento, 159.

12 12 Indice 161 Capitolo XI Esempi svolti relativi al capitolo quarto Applicazione dei metodi statistici da utilizzare per la determinazione dei parametri caratteristici del sottosuolo, Valori caratteristici per la resistenza di punta e laterale di un palo in sabbia, Valori caratteristici per la resistenza di punta e laterale di un palo in argille dure, Valori caratteristici per l argilla di Francoforte, Capitolo XII Esempi svolti relativi al capitolo quinto Verifica della rottura per sottospinta idraulica, Peso proprio della soletta, Peso proprio delle palancolate, Peso totale caratteristico della struttura, Verifica al sifonamento, Capitolo XIII Esempi svolti relativi al capitolo sesto Situazione di progetto, Geometria, Paratia ancorata: verifica della resistenza drenata (stato limite GEO) Approccio progettuale 1, Proprietà dei materiali, Azioni, Verifiche, Verifica al ribaltamento, Verifica a momento flettente, Verifica a taglio, Verifica allo sfilamento del tirante, Paratia ancorata: verifica della resistenza drenata (stato limite GEO) Approccio progettuale 2, Proprietà dei materiali, Azioni, Verifiche, Verifica al ribaltamento, Verifica a momento flettente, Verifica a taglio, Verifica allo sfilamento del tirante, Capitolo XIV Esempi svolti relativi al capitolo settimo Pali progettati in base ai risultati di prove di carico, Situazione di progetto, Geometria, Portanza dei pali misurata, Resistenza caratteristica, Approccio progettuale 1, Approccio di progettazione 2, Approccio progettuale 3, Conclusioni per l esempio1, Progetto dei pali di fondazione per mezzo dei risultati di prove in sito, Situazione di progetto, Geometria, Caratteristiche dei materiali, Approccio progettuale 1, Approccio progettuale 2, Approccio progettuale 3, Conclusioni dell esempio 2, Progetto dei pali di fondazione attraverso i valori dei parametri del terreno, Approccio progettuale 1, 198

13 Indice Approccio progettuale 2, Approccio progettuale 3, Conclusioni per l esempio 3, Bibliografia

14

15 Introduzione Questo secondo volume sull Eurocodice 7 è dedicato alla parte prima nella quale sono riportati i Principi (affermazioni di carattere generale, modelli analitici e requisiti) che non hanno alternative e su Norme di Applicazione, che sono norme riconosciute conformi ai principi e che soddisfano i loro requisiti, per la progettazione geotecnica. Con questo secondo volume si chiude il discorso dedicato all Eurocodice 7, il primo volume, infatti, ha trattato la parte seconda ed è dedicata agli specialisti dell indagine e delle prove in sito e di laboratorio. Questo secondo volume è invece dedicato al progettista, infatti, come detto in precedenza sono discussi i principi e le norme di applicazione della progettazione geotecnica. I primi sette capitoli sono riportati singoli argomenti quali: i requisiti per la progettazione, le fondazioni superficiali, le opere di sostegno, indagini in sito e prove di laboratorio e determinazione dei parametri caratteristici, stabilità dei pendii, rilevati e rottura idraulica, strutture di sostegno II, fondazioni profonde. Gli altri sette capitoli riportano degli esempi numerici svolti, ciascuno dedicato agli argomenti dei primi sette capitoli, questi hanno il compito di chiarire al lettore le procedure da seguire per una corretta progettazione. Ci si augura che questo nuovo volume dedicato all Eurocodice 7 sia veramente utile al tecnico che ne leggerà il contenuto. 15

16

17 Capitolo I Basi per la progettazione 1.1. Requisiti per la progettazione La progettazione secondo gli Eurocodici si basa su principi (affermazioni di carattere generale, modelli analitici e requisiti) che non hanno alternative e su Norme di Applicazione, che sono norme riconosciute conformi ai principi e che soddisfano i loro requisiti. Un progetto è ritenuto conforme ai requisiti della Direttiva Prodotti da Costruzione (e direttive successive) se sono soddisfatte le ipotesi su cui si basano gli Eurocodici. Le ipotesi sono che le strutture siano adeguatamente mantenute e utilizzate in combinazione con le ipotesi progettuali; i materiali da costruzione e i prodotti siano come specificato nelle Norme EN ; la scelta dei sistemi strutturali deve essere fatta da personale che abbia adeguate qualifiche ed esperienze, e l esecuzione sia condotta da personale competente che abbia la necessaria abilità e sia adeguatamente sorvegliato, e la qualità sia controllata. L Eurocodice 7 include diversi requisiti in materia di gestione della complessità: a) al fine di stabilire i requisiti minimi per l estensione e il contenuto dell indagine geotecnica, i calcoli e i controlli della costruzione, la complessità di ciascuna progettazione geotecnica deve essere identificata unitamente ai relativi rischi (EN (8) P); b) una distinzione deve essere fatta tra le strutture leggere e semplici e le piccole opere in terra per cui... i requisiti minimi saranno soddisfatti dall esperienza e da indagini geotecniche qualitative, con rischio trascurabile; [e] da altre strutture geotecniche (IT (8) P continua); c) per le strutture e le opere in terra di bassa complessità geotecnica e rischio, così come sopra definite, possono essere applicate le procedure di progettazione semplificate (EN (9)). 17

18 18 Introduzione all Eurocodice 7 Tabella 1.1. Categorie geotecniche. Categoria Geotecnica Requisiti di progettazione Procedure di progetto 1. Piccole e relativamente semplici strutture con rischi trascurabili 2. Tipi di strutture e di fondazioni convenzionali senza rischi eccessivi o condizioni di carico e di sottosuolo difficili 3. Strutture o parti di strutture non ripotate sopra Rischi trascurabili di instabilità o movimenti del sottosuolo. Condizioni del terreno ben note, nessuno scavo al disotto del livello della falda acquifera (o tale scavo è semplice) Dati quantitativi e analisi geotecnica tali da garantire che i requisiti fondamentali siano soddisfatti Metodi di progettazione e di costruzione di routine Prove in sito e in laboratorio di routine e tecniche di progettazione e di esecuzione di routine Includono disposizioni e norme alternative a quelle contenute nell Eurocodice 7 Per agevolare l applicazione di tali principi, l Eurocodice 7 introduce le categorie geotecniche riportate nella tabella 1.1 Esempi di strutture che rientrano nella categoria Geotecnica 2 sono: le fondazioni superficiali, le platee, e le fondazioni su pali; i muri e le altre strutture di sostegno o di supporto del terreno o delle acque, gli scavi, le pile dei ponti e le spalle, gli argini e i terrapieni; gli ancoraggi del terreno e altri sistemi tie back e le gallerie in roccia lapidea, non fratturata e non sottoposta a speciale tenuta all acqua o ad altri requisiti. Esempi di strutture della categoria Geotecnica 3 sono: strutture molto grandi o inusuali; strutture che comportano rischi eccessivi o condizioni del terreno o di carico inusuali o particolarmente difficili; strutture in zone altamente sismiche e le strutture in aree con instabilità probabile, o movimenti del sottosuolo persistenti che richiedono indagini separate o misure speciali Azioni e situazioni di progetto Le Azioni e le Situazioni di progetto sono «insiemi di condizioni fisiche che rappresentano le reali condizioni che si potranno verificare durante un certo intervallo di tempo, durante il quale il progetto dovrà dimostrare che non siano superati importanti stati limite» (EN ). Esse sono classificate come segue:

19 I. Basi per la progettazione 19 Tabella 1.2. Classificazione delle azioni. Azioni Durata Variazioni nel tempo Esempi G Permanenti Q variabili Probabilmente agiscono per tutto il periodo di riferimento Trascurabili o monotone Né trascurabile né monotona Peso proprio delle strutture, attrezzature fisse e pavimentazioni stradali, azioni indirette causate da ritiro o da cedimenti irregolari Carichi imposti sui piani della costruzione, sulle travi e tetti; vento*; neve* A Accidentali Normalmente breve Significative in grandezza Esplosioni, impatto di veicolo*, sismico* (AE, dovuto al moto del terreno durante il sisma) * possono essere variabili o accidentali in dipendenza della loro distribuzione statistica possono essere permanenti o variabili persistenti (condizioni di uso normale), periodo: dello stesso ordine della vita utile di progetto della struttura (DWL); transitorie (condizioni temporanee, ad esempio l esecuzione o la riparazione), periodo «DWL» ed elevata probabilità di verificarsi; accidentali (condizioni eccezionali), ad esempio: incendio, esplosione, impatto, rottura locale; sismiche (condizioni eccezionali durante il terremoto) Panoramica. I valori meno elevati dei fattori parziali raccomandati nell allegato A della EN possono essere utilizzati per strutture temporanee o situazioni progettuali transitorie quando le probabili conseguenze lo giustificano [EN (5)]. La tabella?? riassume la classificazione delle azioni secondo EN Stati limite L Eurocodice 7 prevede che «per ogni situazione di progettazione geotecnica si deve verificare che nessun stato limite relativo... venga superato» (EN (1) P). Stati limite (che includono stato limite

20 20 Introduzione all Eurocodice 7 ultimo GEO, STR, EQU, Upland HYD e gli stati limite di esercizio) devono essere verificati da uno oppure da una combinazione di: utilizzo di calcoli; adozione di misure prescrittive; modelli sperimentali e prove di carico; un metodo osservazionale. La progettazione per mezzo dei calcoli è illustrata nella figura 1.1 (dopo Bond & Harris, 2008). La verifica dello stato limite ultimo della resistenza è espresso nell Eurocodice 7 da: E d R d (1.1) dove nella (1.1) E d = effetti delle azioni di progetto; R d = le corrispondenti resistenze di progetto. Questa espressione si applica ai seguenti stati limite: GEO: Rottura o eccessiva deformazione del sottosuolo, in cui la resistenza del terreno o della roccia è importante nel fornire la resistenza ; STR: Rottura interna o eccessiva deformazione della struttura o di elementi strutturali... nei quali la resistenza dei materiali strutturali è importante nel fornire la resistenza. Bond e Harris (2008) consigliano di utilizzare il rapporto tra gli effetti delle azioni di progetto e la corrispondente resistenza per verificare GEO: Λ = E d 100% (1.2) R d dove Λ prende il nome di grado di utilizzazione. Frank ed Ali (2004) hanno definito il rapporto tra la resistenza di progetto e i corrispondenti effetti delle azioni di progetto: ODF = R d E d 1 (1.3) dove ODF è detto fattore di sovraprogettazione = 1/Λ

21 I. Basi per la progettazione 21 Figura 1.1. Progettazione per mezzo di calcoli (dopo Bond & Harris, 2008).