NTC-08 - Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica

CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA QUINQUENNALE
IN ARCHITETTURA UE
Laboratorio di Costruzioni
Modulo di “GEOTECNICA E FONDAZIONI”
Prof. Giuseppe Lanzo
Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica
Via A. Gramsci 53 - 00197 Roma
tel: 06-49.91.91.73
[email protected], http://dsg.uniroma1.it/lanzo/
Norme Tecniche per le Costruzioni
(NTC-08)
Identificazione degli
stati limite
FONDAZIONI: STATO LIMITE ULTIMO
FONDAZIONI: STATO LIMITE ULTIMO
FONDAZIONI: STATO LIMITE DI ESERCIZIO
Stati limite
I concetti di stato limite ultimo e di stato limite di servizio
non sono “nuovi” nella cultura geotecnica.
Un’opera o sistema geotecnico deve risultare sicuro rispetto
alla possibilità che si verifichino condizioni di
Stato Limite Ultimo (SLU) che corrispondono a ipotetiche
condizioni di rottura del terreno o collasso strutturale
Stato Limite di Servizio (SLS) che corrispondono a situazioni
di lavoro oltre le quali non sono più soddisfatti alcuni requisiti
funzionali (di servizio) dell’opera o sistema geotecnico
Differenziazione degli stati limite ultimi SLU
2.6.1 STATI LIMITE ULTIMI
Nelle verifiche agli stati limite ultimi si distinguono:
- lo stato limite di equilibrio come corpo rigido: EQU
- lo stato limite di resistenza della struttura compresi gli elementi di fondazione: STR
- lo stato limite di resistenza del terreno: GEO
C6.2.3.1 Verifiche nei confronti degli stati limite ultimi (SLU)
Si considerano cinque stati limite ultimi che, mantenendo la denominazione abbreviata
degli eurocodici, sono così identificati:
EQU – perdita di equilibrio della struttura, del terreno o dell’insieme terreno-struttura,
considerati come corpi rigidi;
STR – raggiungimento della resistenza degli elementi strutturali, compresi gli elementi
di fondazione;
GEO – raggiungimento della resistenza del terreno interagente con la struttura con
sviluppo di meccanismi di collasso dell’insieme terreno-struttura;
UPL – perdita di equilibrio della struttura o del terreno, dovuta alla sottospinta
dell’acqua (galleggiamento);
HYD – erosione e sifonamento del terreno dovuta a gradienti idraulici.
Gli stati limite STR e GEO sono gli unici che prevedono il raggiungimento della
resistenza delle strutture o del terreno, rispettivamente. Nei paragrafi successivi essi
sono specificati per le diverse tipologie di opere e sistemi geotecnici.
Stati limite ultimi STR & GEO
Stati limite ultimi
STR & GEO
STR = associato alla
rottura o alla eccessiva
deformazione di
elementi strutturali,
compresi gli elementi di
fondazione
GEO = associato alla
rottura o alla eccessiva
deformazione del terreno
STR
STR
STR
STR involving
geotechnica actions
GEO
Stati Limite GEO – Muri di sostegno
Stabilità globale
Stabilità della fondazione
Stati Limite STR – Muri di sostegno
Stati limite
struturali
La sicurezza
La sicurezza secondo il DM 11.03.1988
Nel DM 11.03.1988 la sicurezza è espressa quantitativamente
da coefficienti globali.
Ad esempio, nel caso di fondazioni superficiali, deve essere
soddisfatta la condizione:
Qlim
 Fmin
Qes
Fmin  3
Fmin è il coefficiente di sicurezza
globale che tiene conto di tutti i tipi
di incertezze (geometria, carichi,
proprietà meccaniche, modelli e
metodi di analisi, etc..)
La sicurezza secondo le NTC-08
Nelle NTC-08
condizione:
la
sicurezza
è
espressa
dalla
Ed  R d
Ed = valore di progetto dell’azione o dell’effetto
dell’azione (CAPACITÀ)
Rd = valore di progetto della resistenza del sistema
geotecnico (DOMANDA)
La sicurezza secondo le NTC2008


Xk
Ed  E  F FK ; ; ad 
M



1 
Xk
Rd  R  F FK ; ; ad 
R 
M

Coefficienti parziali
F : riguardo alle azioni
M: riguardo ai materiali
R: riguardo alla resistenza
Si introducono coefficienti di sicurezza parziali,
specializzati e differenziati, nella definizione sia di
Ed che di Rd
La sicurezza secondo le NTC-08
È
opportuno
aver
presente
una
differenza
concettuale tra la vecchia e la nuova norma.
Nella corretta applicazione della vecchia norma, il
coefficiente globale di sicurezza è il risultato finale
e variabile della verifica.
Nella nuova norma, i coefficienti parziali di
sicurezza sono costanti e introdotti inizialmente nel
procedimento di verifica.
Parametri geotecnici
Valori caratteristici dei parametri geotecnici
Considerando la variabilità di una grandezza, il valore
caratteristico è quello che, nell’arco di vita dell’opera o
sistema geotecnico, corrisponde ad una prefissata
(generalmente piccola) probabilità per la data grandezza di
presentarsi con un valore più sfavorevole
I valori caratteristici si indicano con il pedice “k”.
I valori caratteristici delle norme sono caratterizzati da un
frattile del 5%, cioè la probabilità di superamento di un dato valore
è inferiore al ≤5%.
Valori caratteristici dei parametri geotecnici
Valori caratteristici delle azioni
norme
Valori caratteristici delle resistenze strutturali
sono
determinati conducendo un’analisi statistica sui risultati di
numerose prove ben definite e codificate
Valori
caratteristici
delle
proprietà
di
un
terreno?
Considerazioni di tipo statistico non sono sufficienti in quanto il
numero di prove geotecniche è generalmente ridotto
È un passo fondamentale il passaggio dai valori rappresentativi
dei parametri del terreno a quelli caratteristici.
Generalmente i valori caratteristici delle proprietà fisiche e
meccaniche coincidono con quelli che usiamo nella progettazione
tradizionale
Valori caratteristici dei parametri geotecnici
Il valore caratteristico va scelto anche in funzione del
particolare stato limite da analizzare, tenendo conto del
volume di terreno coinvolto e del modo in cui il terreno viene
sollecitato per quel particolare stato limite.
A parità di terreno si possono avere diversi valori
caratteristici del parametro geotecnico (ad esempio, l’angolo
di attrito j’ in funzione del meccanismo di collasso
considerato)
Valori caratteristici dei parametri geotecnici
Fondazione superficiale
Cu=30 kPa
Cu=40 kPa
Cu=50 kPa
Cu=53 kPa
Cu=33 kPa
Cu=37 kPa
Cu=60 kPa
Cu=74 kPa
Valore caratteristico- resistenza non drenata
Resistenza non drenata, Cu
Valore medio
Valore caratteristico
lungo il fusto
z
Valore caratteristico
alla base
EFFETTO DELLA PIOGGIA SULLA STABILITA’ DI UN PENDIO
Ricordate ?
tf = s’n tg j’ = (sn - u) tg j’
tanj’
picco (tanj’p)
ultimo (tan
distorsione, 
Dipendenza dell’angolo d’attrito
dal livello di deformazione
tanj’
picco (tanj’p)
ultimo (tanj’u)
distorsione, 
Azioni
Azioni
q
Tipo di azione
q
Gt
Pavq
Pahg Pahq
Pavg
Pph
Ppv
Gm
 permanente
 variabile
Effetto dell’azione
 favorevole
 sfavorevole
Approcci
Approcci progettuali NTC-08
Due approcci progettuali distinti e alternativi:
Approccio 1 (DA1) : due combinazioni
 Combinazione 1 (DA1-C1) - coefficienti parziali solo su azioni
A1 + M1 + R1
 Combinazione 2 (DA1-C2) - coefficienti parziali su parametri
geotecnici e resistenze globali
A2 + M2 + R2
Approccio 2 (DA2) : unica combinazione
coefficienti parziali sulle azioni e sulle resistenze globali
A1 + M1 + R3
Combinazione di carico sismica: azioni non amplificate
Approcci di progetto e coefficienti parziali
I coefficienti parziali sulle azioni (F o E)
F (E)
Azione
Permanente
strutturale
Permanente non
strutturale*
Variabile
Sfavorevole
Favorevole
Sfavorevole
Favorevole
Sfavorevole
Favorevole
G1
G2
Q
DA1-C1
(STR)
1,3
1,0
1,5
0,0
1,50
0
DA1-C2
(GEO)
1,0
1,0
1,3
0,0
1,30
0
*Si riferisce a tramezzi (o divisori) e impianti leggeri
NB: in presenza di sisma F=1
Si devono considerare come strutture anche i terreni. Negli Annessi Tecnici è scritto:
"In ogni verifica allo stato limite ultimo si considerano carichi strutturali tutti quelli
che derivano dalla presenza di strutture e materiali che, nella modellazione utilizzata,
contribuiscono al comportamento dell'opera con le loro caratteristiche di resistenza e
rigidezza. In particolare, si considera tra i carichi strutturali il peso proprio del
terreno nelle verifiche di rilevati e scarpate, la spinta sulle opere di sostegno, e così
via"
Approcci di progetto e coefficienti parziali
I coefficienti parziali sui parametri geotecnici (M)
Parametro
M
M1
(STR)
M2
(GEO)
Angolo di resistenza a taglio* (tanj’k)
Coesione efficace (c’k)
Resistenza non drenata (Cuk)
Peso dell’unità di volume ()
j’
c’
cu

1,0
1,0
1,0
1,0
1,25
1,25
1,4
1,0
I coefficienti M1 e M2 sono destinati a ridurre i valori
caratteristici dei parametri del terreno. In effetti solo
M2 li riduce (M1 li lascia inalterati)
Approcci di progetto e coefficienti parziali
Coefficienti parziali sulla resistenza globale (R)
R dipende dal tipo di opera
I coefficienti R1, R2 e R3 sono illustrati nell’ambito dei
diversi sistemi geotecnici (fondazioni superficiali, su pali,
opere di sostegno, etc.)
Approcci di progetto e coefficienti parziali
approccio 1 (DA1)
A1 + M1 + R1
A2 + M2 + R2
(Combinazione 1)
(Combinazione 2)
approccio 2 (DA2)
A1 + M1 + R3
In definitiva:
nell’approccio DA1-C1 si amplificano (tutte) le azioni.
nell’approccio DA1-C2 si amplificano le sole azioni variabili, e
si riducono i parametri del terreno e le resistenze globali
Nell’ambito del DA1, la combinazione 1 è generalmente
dimensionante per le verifiche di sicurezza rispetto agli stati
limite di tipo strutturale (STR), mentre la combinazione 2 risulta
in genere dimensionante per le verifiche di sicurezza rispetto agli
stati limite di tipo geotecnico (GEO).
Nell’approccio 2 si amplificano (tutte) le azioni, e si riducono
le resistenze globali
Azione sismica
Azione sismica
 azioni sismiche rappresentate mediante:
-
accelerazioni massime
-
spettri di risposta
 spettri differenti per diversi tipi di sottosuolo
(classi di sottosuolo di diversa rigidezza, in funzione
delle proprietà dei terreni )
Variabilità del danno con la distanza
dall’epicentro in un sottosuolo ideale
Sottosuolo rigido (roccia) con piano campagna orizzontale
SITO 1
Danni
importanti
SITO 2
Danni
medi
SITO 3
Danni
lievi
epicentro
ipocentro
ROCCIA
SITO 4
Nessun
danno
Variabilità del danno con la distanza a causa
della stratigrafia
Valle alluvionale
SITO 1
Danni
importanti
SITO 2
Danni
medi
SITO 3
Danni
lievi
SITO 4
Danni
importanti
TERRENO
ROCCIA
moto al
basamento
NTC 2008 - Classificazione del sottosuolo
3.2.2 Categorie di sottosuolo
A
Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di VS30 superiori a
B
Depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti,
C
Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente
consistenti, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la
profondità e da valori di VS,30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30< 50 nei terreni
a grana grossa e 70 < cu,30 < 250 kPa nei terreni a grana fina).
D
Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o terreni a grana fina scarsamente
consistenti, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la
profondità e da valori di VS,30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT,30< 15 nei terreni a grana grossa e
cu,30 < 70 kPa nei terreni a grana fina).
E
Terreni caratterizzati da VS inferiori a 360 m/s per spessore non superiore a 20 m posti sul
substrato di riferimento (con Vs > 800 m/s).
S1
Depositi di terreni che includono uno strato di almeno 8 m di terreni a grana fina di bassa
consistenza, caratterizzato da valori di VS inferiori a 100 m/s (ovvero 10 < cu < 20 kPa), oppure
800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione della formazione in
posto con spessore massimo pari a 3 m.
caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da
valori di VS30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT,30 > 50 nei terreni a grana grossa e
cu,30 > 250 kPa nei terreni a grana fina).
che includono almeno 3 m di torba o di argille altamente organiche
S2
Depositi di terreni liquefacibili, di argille sensitive o qualsiasi altra categoria di terreno non
classificabile nei tipi precedenti
Risposta sismica locale
S = S S ST
SS = coefficiente di amplificazione stratigrafica
ST = coefficiente di amplificazione topografica
Accelerazione massima in superficie
amax,s= S ag = SS ST ag
amax,s
a (t)
a (t)
ag
t
t
Sottosuolo rigido
Sottosuolo
generico
NTC2008 - Amplificazione topografica
Categoria topografica
Ubicazione dell’opera o dell’intervento
T1
ST
1,0
T2
In corrispondenza della sommità del pendio
1,2
T3
In corrispondenza della cresta del rilievo
1,2
T4
In corrispondenza della cresta del rilievo
1,4
 in prossimità della sommità del pendio
ST ≥ 1.2
  
 sommità di rilievi con larghezza in cresta molto inferiore alla
larghezza alla base
 
ST ≥ 1.2
  
ST ≥ 1.4