Seminario su Norme Tecniche sulle Costruzioni Aspetti riguaranti le Opere Geotecniche Ing. Emilio Bilotta
Normativa i riferimento DM 14/01/2008 - 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
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)
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
Verifica SLU secono NT 2008 sotto azioni statiche FONDAZIONI
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
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 =
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
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.
Verifica SLU Gli effetti elle azioni nelle verifiche: E R saranno concretizzati in Sforzi Normali, N, Momenti flettenti, M, e Tagli, T in fonazione
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
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
Coefficienti sulle azioni per verifiche SLU a NT 2008 Azioni sfavorevoli Approccio Permanenti Variabili strutturali non strutturali Approccio 1-1 1.30 1.50 1.50 Approccio 1-2 1.00 1.30 1.30 Approccio 2 1.30 1.50 1.50 Le azioni el terreno sono comprese tra quelle strutturali
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 1.00 0 0
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
Verifica SLU Nella verifica: E R le Resistenze i Progetto ipenono agli stati limite consierati
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)
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)
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
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
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
Coefficienti parziali i sicurezza per verifiche SLU Approccio 1 Approccio 2 Parametro Combinazione 1 Combinazione 2 c k 1.00 1.25 1.00 γ M tan(φ k ) 1.00 1.25 1.00 c uk 1.00 1.40 1.00 γ R, carico limite 1.00 1.80 2.30 I coefficienti γ M valgono per tutte le opere con l eccezione ei pali e egli ancoraggi per i quali sono tutti unitari
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
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
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
Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 1-1 Coefficiente Valore N = G + Q γ G1 1.30 γ G2 e γ Q 1.50 D γ cu 1.00 γ R 1.00 B
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 = 260 + 75 = 335 kn N = G + Q Resistenza i progetto: 2 = B ( γ + ζ cuk N D N ) γ = lim c c γr 2 1.5 60 cu = (17 1+ 1.2 5.14 ) = 1 1 = 871kN D Verifica i sicurezza 871 > 335 OK! B
Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 1-2 Coefficiente Valore N = G + Q γ G1 1.00 γ G2 e γ Q 1.30 D γ cu 1.40 γ R 1.80 B
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 = 200 + 65 = 265 kn N = G + Q Resistenza i progetto: 2 = B ( γ + ζ cuk N D N ) γ = lim c c γr 2 cu 1.5 60 = (17 1+ 1.2 5.14 ) = 1.8 1.4 = 352 kn D Verifica i sicurezza 352 >265 OK! B
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
Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 2 Coefficiente Valore N = G + Q γ G1 1.30 γ G2 e γ Q 1.50 D γ cu 1.00 γ R 2.30 B
Verifica SLU per carico limite Esempio A Verifica con approccio 2 Sforzo Normale i progetto N = 1.3*G k + 1.5*Q k = 260 + 75 = 335 kn N = G + Q Resistenza i progetto: 2 = B ( γ + ζ cuk N D N ) γ = lim c c γr 2 cu 1.5 60 = (17 1+ 1.2 5.14 ) = 2.3 1 = 379kN D Verifica i sicurezza 379 > 335 OK! B
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
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
Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 1-1 Coefficiente Valore γ G1 1.30 N = G + Q γ G2 e γ Q 1.50 γ ϕ 1.00 D γ c 1.00 B γ R 1.00
Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 1-1 Sforzo Normale i progetto N = G + Q U= 1.3*200 + 1.5*50-7.5 = 327.5 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 (1.62 23.18 6.5 0.75 + + 0.6 30.21 6.5 2 / 2) = 1204kN D Verifica i sicurezza 327.5 < 1204 Ok! B
Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 1-2 Coefficiente Valore γ G1 1.00 N = G + Q γ G2 e γ Q 1.30 γ ϕ 1.25 D γ c 1.25 B γ R 1.80
Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 1-2 Sforzo Normale i progetto N = G + Q U= 1.0*200 + 1.3*50-7.5 = 257.5 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 = (1.50 12.59 6.5 0.75 + 1.8 + 0.6 13.58 6.5 2 / 2) = 322kN D Verifica i sicurezza 257.5 < 322 Ok! B
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
Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 2 Coefficiente Valore γ G1 1.30 N = G + Q γ G2 e γ Q 1.50 γ ϕ 1.00 D γ c 1.00 B γ R 2.30
Verifica SLU per carico limite Esempio B Verifica con approccio 2 Sforzo Normale i progetto N = G + Q U= 1.3*200 + 1.5*50-7.5 = 327.5 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 = (1.62 23.18 6.5 0.75 + 2.3 + 0.6 30.21 6.5 2 / 2) = 523 kn D Verifica i sicurezza 327.5 < 523 Ok! B
Verifica SLU per carico limite Esempio A Plinto quarato conizioni non renate Esempio B Plinto quarato conizioni renate Approccio 1-1 871 > 335 1204 > 327.5 Approccio 1-2 352 > 265 322 > 257.5 Approccio 2 379 > 335 523 > 327.5 (valori in kn)
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)
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)
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!!
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
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 1.0 1.45 1.15 1.0 1.7 1.35 1.0 1.6 1.3 Laterale in compressione R 1 = R γ R γ s 1.0 1.45 1.15 1.0 1.45 1.15 1.0 1.45 1.15 Totale γ t 1.0 1.45 1.15 1.0 1.6 1.3 1.0 1.55 1.25 Laterale in trazione γ st 1.0 1.6 1.25 1.0 1.6 1.25 1.0 1.6 1.25 k
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
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 1 2 3 4 5 ξ 1 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00 ξ 2 1.40 1.20 1.05 1.00 1.00 R R ck, tk, ( Rcm, ) meia ( Rcm, ) min = min ; ξ1 ξ2 ( Rtm, ) meia ( Rtm, ) min = min ; ξ1 ξ2
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 ξ4 1 2 3 4 5 7 10 ξ 3 1.70 1.65 1.60 1.55 1.50 1.45 1.40 ξ 4 1.70 1.55 1.48 1.42 1.34 1.28 1.21
Verifica SLU secono NT 2008 sotto azioni statiche OPERE DI SOSTEGNO
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)
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)
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 1.0 1.0 1.4 Scorrimento 1.0 1.0 1.1
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]
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)
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)
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 1.0 1.0
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
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
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]
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]