NORME TECNICHE DELLE COSTRUZIONI 2008

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1 NORME TECNICHE DELLE COSTRUZIONI 2008 Dal 1/07/09 la ricostruzione del modello geotecnico e geologico nonché la progettazione e conseguentemente le indagini geotecniche devono essere realizzate in accordo con le NTC 2008 Norme tecniche per le Costruzioni contenute dal D.M e con la Circolare n. 617 del , Gazzetta Ufficiale n. 47 del 26 febbraio 2009 Suppl. Ordinario n. 27 : Istruzioni per l applicazione delle NTC di cui al D.M. 14 gennaio Gli aspetti che influenzano la caratterizzazione e progettazione geotecnica sono trattati nei seguenti capitoli: Capitolo 2: sicurezza e prestazioni attese; Capitolo 3: azioni sulle costruzioni (azioni sismiche); Capitolo 6: progettazione geotecnica; Capitolo 7: progettazione per azioni sismiche; Capitolo 8: Costruzioni esistenti. Tali norme (di seguito indicate in breve con NTC o NTC 2008): 1. definiscono le regole da seguire per la progettazione, esecuzione, collaudo e manutenzione delle costruzioni, sia in zona sismica che in zona non sismica. 2. definiscono i principi per il progetto, l esecuzione e il collaudo delle costruzioni e le prestazioni richieste in termini di resistenza meccanica e stabilità, anche in caso di incendio, e di durabilità. 3. forniscono i criteri generali di sicurezza. 4. precisano le azioni che devono essere utilizzate nel progetto, cioè i carichi sulle costruzioni. 5. definiscono le caratteristiche dei materiali e dei prodotti e, più in generale, trattano gli aspetti attinenti alla sicurezza strutturale delle opere. Uno dei PRINCIPI FONDAMENTALI stabilite dalle NTC è che le opere e le componenti strutturali devono essere progettate, eseguite, collaudate e soggette a manutenzione in modo tale da consentirne la prevista utilizzazione in forma economicamente sostenibile e con il livello di sicurezza previsto da queste norme. La sicurezza e le prestazioni di un opera o di una parte di essa devono essere valutate in relazione agli Stati limite che si possono verificare durante la Vita nominale (VN) di un opera ovvero del periodo di tempo per cui l opera deve mantenere il ruolo per cui è stata progettata. Lo stato limite è la condizione superata la quale l opera non soddisfa più le esigenze per le quali è stata progettata. Le NTC 2008 stabiliscono che le opere e le varie tipologie strutturali devono possedere i seguenti requisiti: sicurezza nei confronti di stati limite ultimi (SLU): capacità di evitare crolli, perdite di equilibrio e dissesti gravi, totali o parziali, che possano

2 compromettere l incolumità delle persone, o comportare la perdita di beni, o provocare gravi danni ambientali e sociali, oppure mettere fuori servizio l opera; sicurezza nei confronti di stati limite di esercizio (SLE): capacità di garantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio; robustezza nei confronti di azioni eccezionali: capacità di evitare danni sproporzionati rispetto all entità delle cause innescanti quali incendio, esplosioni, urti. La verifica della sicurezza nei confronti degli stati limite ultimi (SLU) di resistenza si ottiene con il Metodo semiprobabilistico dei Coefficienti parziali (definiti di seguito) di sicurezza tramite l equazione Rd > Ed con: Rd = resistenza di progetto, valutata in base ai valori di progetto della resistenza dei materiali e ai valori nominali delle grandezze geometriche interessate (di pertinenza del geotecnico e dello strutturista) Ed = valore di progetto dell effetto delle azioni, valutato in base ai valori di progetto nelle varie combinazioni di carico (di pertinenza dello strutturista). La verifica della sicurezza nei confronti degli stati limite di esercizio (SLE) si esprime controllando aspetti di funzionalità e stato tensionale. Le NTC 2008 introducono anche i concetti di VITA NOMINALE, CLASSI D USO E PERIODO DI RIFERIMENTO per ciascuna opera in progetto. In particolare in presenza di azioni sismiche, con riferimento alle conseguenze di una interruzione di operatività o di un eventuale collasso, le costruzioni sono suddivise in 4 Classi d uso (corrispondenti alle Classi di Importanza di EC8) definite in funzione dell utilizzo e per le quali vengono previsti differenti modalità di verifica della sicurezza dell opera stessa. Nell ambito delle NTC 2008 le azioni sismiche su ciascuna costruzione vengono valutate in relazione ad un periodo di riferimento funzione della classe d uso e di un coefficiente Cu basato sulla vita nominale. Nelle NTC 2008 viene utilizzato il termine AZIONE per definire qualunque causa o insieme di cause che induca stati limite in una struttura (ad esempio i carichi). Tali azioni devono essere divise e considerate in modo differente a seconda che, rispetto alla Vita nominale, siano permanenti (divise fra strutturali e non), variabili, eccezionali o sismiche. In particolare poi viene definito come valore caratteristico Qk di un azione variabile il valore corrispondente ad un frattile pari al 95 % della popolazione dei massimi, in relazione al periodo di riferimento dell azione variabile stessa.

3 Le verifiche di sicurezza ai differenti stati limiti andranno quindi effettuate in funzione delle combinazioni delle differenti azioni, il cui effetto deve essere corretto in funzione di una serie di coefficienti parziali γ definiti di seguito. Le verifiche agli stati limite devono essere eseguite per tutte le più gravose condizioni di carico che possono agire sulla struttura, valutando gli effetti delle combinazioni delle differenti azioni. Nell ambito delle NTC vengono definiti differenti tipologie di Stati Limite Ultimi: ad esempio per il dimensionamento geotecnico delle opere di fondazione devono essere considerati (altri SLU sono EQU, HYD, SYF): - SLU GEO (collasso o eccessiva deformazione irreversibile del terreno), mentre ; - SLU STR (collasso o cedimenti irreversibili della struttura) per il dimensionamento strutturale dell opera devono essere considerati gli considerando però i valori caratteristici del terreno qualora le azioni sulle strutture siano esercitate dal terreno. Nelle verifiche (SLU) nei confronti degli stati limite ultimi strutturali (STR) e geotecnici (GEO) si possono adottare, in alternativa, due diversi approcci progettuali per la verifica dell equazione: Rd > Ed Le Combinazioni sono formate da gruppi di coefficienti parziali γ definiti nelle NTC nel Capitolo 6 con A = Azioni γ F (tab 6.2I delle NTC) M = resistenza dei materiali (terreno) γ M (M = parametri geotecnici)- tab. 6.2II delle NTC R = Resistenza globale del sistema γ R Tab 6.4 e succ. delle NTC valori differenti a seconda della tipologia di opera di fondazione, sostegno ecc In tali approcci vengono definiti:

4 STR: dimensionamento strutturale GEO: dimensionamento geotecnico La resistenza del terreno (= Parametro) Rd è determinata: - Analiticamente: i valori di progetto si ottengono dai valori caratteristici (definiti di seguito) divisi per il coeff. parziale γm - Con misure dirette, utilizzando le Tabelle del T.U. per i coefficienti parziali L azione Ed è determinata dal valore caratteristico(deve essere fornita dallo strutturista) amplificato mediante i coefficienti parziali γf Da cui : Rk/ γ m > Ek. γ f coefficienti parziali valore caratteristico: rappresenta la soglia al di sotto della quale si colloca non piu del 5% dei valori desumibili da una serie teoricamente illimitata di prove ( valori dei parametri geotecnici da utilizzarsi per la progettazione geotecnica). Si ottiene partendo dai valori medi definiti nel modello geologico. In base a quanto contenuto nelle Istruzioni CSLP Circolare n. 617 del 2 febbraio 2009 G.U. n.47 del 26 febbraio S.O. n. 27. In caso di SITI RICADENTI IN Zona 4 - Pericolosità sismica molto bassa le NTC consentono l utilizzo di due diversi metodi semplificati di verifica : - Metodo 1 - Per le costruzioni di tipo 1 e 2 (ovvero opere provvisorie e ordinarie di dimensioni contenute) e di classe d uso I e II, le verifiche di sicurezza possono essere condotte alle tensioni ammissibili, secondo quanto specificato al punto 2.7 delle NTC. (D.M e D.M ) In questo caso si assume: Grado di sismicità S =5. Nell ambito di tale verifica Sono esclusi i ponti ( Metodo Stati Limite; ξ ) - Metodo 2 - Per tutti i tipi di costruzione e le classi d uso (sempre in Zona 4), le verifiche di sicurezza nei confronti dello SLV (Stati limite di salvaguardia della Vita definiti in caso di evento sismico) possono essere condotte per una forza di progetto calcolata assumendo uno spettro di progetto costante e pari a 0,07g, ed ammettendo implicitamente un possibile danneggiamento delle strutture, corrispondente ad un fattore di struttura di valore comunque non superiore a q = 2,15. Il Metodo 2 consente la progettazione della costruzione sotto l azione sismica di cui ai Cap. 4, 5, 6 delle NTC a condizione che soddisfi i tre requisiti seguenti: - ai fini della ripartizione delle sollecitazioni sismiche tra gli elementi strutturali resistenti, gli orizzontamenti debbono essere assimilabili a diaframmi rigidi (1), ossia ad elementi infinitamente rigidi nel loro piano; maggiori indicazioni al riguardo sono riportate nel C i particolari costruttivi sono quelli relativi alla classe di duttilità bassa CDB quale definita nel delle NTC, ossia le azioni sismiche convenzionali

5 sono determinate ammettendo solo un danneggiamento limitato delle strutture. - per le verifiche agli stati limite si utilizza la combinazione delle azioni definita al delle NTC. In caso di progettazione sismica si deve tenere conto delle azioni sismiche di progetto definite a partire dalla pericolosità sismica di base del sito di costruzione, che è descritta dalla probabilità che, in un fissato lasso di tempo ( periodo di riferimento VR espresso in anni), in detto sito si verifichi un evento sismico di entità almeno pari ad un valore prefissato; la probabilità è denominata Probabilità di eccedenza o di superamento nel periodo di riferimento PVR. La pericolosità sismica è definita in termini di : - accelerazione orizzontale massima attesa ag in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido (categoria di sottosuolo A), con superficie topografica orizzontale (categoria T1) come definiti nelle tabelle 3.2.II, 3.2III e 3.2IV delle NTC; - ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad essa corrispondente Se(T), con riferimento a prefissate probabilità di eccedenza PVR nel periodo di riferimento VR. Ai fini delle NTC le forme spettrali sono definite, per ciascuna delle probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR, a partire dai valori dei seguenti parametri su sito di riferimento rigido orizzontale: - -ag accelerazione orizzontale massima al sito; - -Fo valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale. - -T*C periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale. Una delle novità delle NTC è la stima della pericolosità sismica basata su una griglia di punti, ove viene fornita la terna di valori ag, Fo e T*C per nove distinti periodi di ritorno TR. Nei confronti delle azioni sismiche gli stati limite, sia ultimi che di esercizio, sono individuati riferendosi alle prestazioni della costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali e gli impianti. Gli stati limite ultimi (SLU) dinamici sono, in caso di evento sismico: - Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV) per cui la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali - Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC) per cui la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali

6 Gli stati limite di esercizio (SLE) dinamici sono: - Stato Limite di Operatività (SLO) per cui la costruzione non deve subire danni o interruzioni d uso significative - Stato Limite di Danno (SLD) subisce danni tali da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile Le probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR, cui riferirsi per individuare l azione sismica agente in ciascuno degli stati limite considerati, sono riportate nella Tabella Tab.3.2.I delle NTC e sono riepilogati di seguito: Per ciascuno stato limite e relativa probabilità di eccedenza PVR nel periodo di riferimento VR il periodo di ritorno TR del sisma è dato da: Fatta salva la necessità della caratterizzazione geotecnica dei terreni nel volume significativo, ai fini della identificazione della categoria di sottosuolo necessaria per la progettazione per azioni sismiche e in particolare per la valutazione dell effetto sismico locale, la classificazione si effettua in base ai valori della velocità equivalente Vs30 di propagazione delle onde di taglio (definita successivamente) entro i primi 30 m di profondità. Le NTC al capitolo 6 definiscono poi i criteri per la caratterizzazione e modellazione geotecnica. La caratterizzazione e la modellazione geologica del sito consiste nella ricostruzione dei caratteri litologici, stratigrafici, strutturali, idrogeologici, geomorfologici e, più in generale, di pericolosità geologica del territorio.

7 In funzione del tipo di opera o di intervento e della complessità del contesto geologico, si dovranno realizzare specifiche indagini finalizzate alla documentata ricostruzione del modello geologico. Esso deve essere sviluppato in modo da costituire utile elemento di riferimento per il progettista (geotecnico e strutturista) per inquadrare i problemi geotecnici e per definire il programma delle indagini geotecniche. (Queste possono essere realizzate nella fase dell indagine geologica, o rappresentano una integrazione). Metodi e risultati delle indagini devono essere esaurientemente esposti e commentati in una relazione geologica che è un documento progettuale separato da quello geotecnico e che nell ambito delle NTC deve essere specifico del progetto (ovvero deve essere realizzato ad hoc utilizzando i parametri reali progettuali delle varie componenti A, M e R). In tale ottica le finalità e il grado di definizione delle indagini e quindi del modello e delle verifiche di sicurezza sono differenziati a seconda della fase progettuale (con riferimento alla normativa nazionale): la relazione geologica diviene comunque parte integrante del progetto in ciascuna fase progettuale: Nel paragrafo vengono quindi definiti i criteri di indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica. Le indagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipo di opera e/o di intervento e devono riguardare il volume significativo, e devono permettere la definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo necessari alla progettazione. I valori caratteristici delle grandezze fisiche e meccaniche da attribuire ai terreni devono essere ottenuti mediante specifiche prove di laboratorio su campioni indisturbati di terreno e attraverso l interpretazione dei risultati di prove e misure in sito. Per valore caratteristico di un parametro geotecnico deve intendersi una stima ragionata e cautelativa del valore del parametro nello stato limite considerato (95 percentile).

8 Fatto salvo quanto detto in precedenza per la definizione della categoria di sottosuolo (indagine fino a 30 m) per la progettazione sismica, per modello geotecnico si intende uno schema rappresentativo delle condizioni stratigrafiche, del regime delle pressioni interstiziali e della caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce comprese nel volume significativo, finalizzato all analisi quantitativa di uno specifico problema geotecnico È responsabilità del progettista (inteso nel senso più ampio del termine ovvero del team di progettisti costituiti da ingegneri, geologi ecc) la definizione del piano delle indagini, la caratterizzazione e la modellazione geotecnica. CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOTECNICA PRELIMINARE Nel Capitolo 7 delle NTC viene invece affrontata la progettazione antisismica che deve sempre essere effettuata all infuori delle costruzioni di Tipo 1 e 2 in Classe I e II in zona sismica 4. Sotto l effetto delle azioni sismiche deve essere garantito il rispetto degli stati limite ultimi (SLU) e di esercizio (SLE) ed individuati, riferendosi alle prestazioni della costruzione nel suo complesso, includendo il volume significativo di terreno, le strutture di fondazione, gli elementi strutturali, gli elementi non strutturali, gli impianti.

9 Nell ambito della caratterizzazione geotecnica ai fini sismici, le indagini geotecniche devono essere predisposte dal progettista in presenza di un quadro geologico adeguatamente definito, che comprenda i principali caratteri tettonici e litologici, nonché l eventuale preesistenza di fenomeni di instabilità del territorio. Le indagini devono comprendere l accertamento degli elementi che, unitamente agli effetti topografici, influenzano la propagazione delle onde sismiche, quali le condizioni stratigrafiche e la presenza di un substrato rigido o di una formazione ad esso assimilabile. In ogni caso, la caratterizzazione geotecnica dei terreni deve consentire almeno la classificazione del sottosuolo ( NTC). Nell ambito delle NTC, in caso di sisma devono essere valutati la risposta sismica e la stabilità del sito. Il moto generato da un terremoto in un sito dipende dalle particolari condizioni locali, cioè dalle caratteristiche topografiche e stratigrafiche dei depositi di terreno e degli ammassi rocciosi e dalle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali che li costituiscono. Si dovrà quindi tenere conto dell influenza del profilo stratigrafico sulla risposta sismica locale che può essere valutata in prima approssimazione con riferimento alle categorie di sottosuolo ( NTC) mediante un coefficiente di amplificazione Ss dell accelerazione massima su sito (ag) di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (sottosuolo di categoria A ; NTC). Per la progettazione o la verifica di opere e sistemi geotecnici realizzati su versanti e per l analisi delle condizioni di stabilità dei pendii, la valutazione dell amplificazione topografica potrà essere effettuata mediante analisi di risposta sismica locale o utilizzando il coefficiente di amplificazione topografica ST. Oltre a queste verifiche le NTC stabiliscono che debba essere effettuata anche una verifica di stabilità rispetto alla possibilità di liquefazione dei terreni in caso di sisma.

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