Opere geotecniche in condizioni sismiche secondo le NTC 2018

Le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 disciplinano la progettazione e la verifica delle opere e dei sistemi geotecnici di cui al § 6.1.1 soggetti ad azioni sismiche.

Per le verifiche agli stati limite ultimi di opere e sistemi geotecnici si utilizzano quali livelli prestazionali solo: SLD e SLV.  Le verifiche agli stati limite ultimi di opere e sistemi geotecnici si riferiscono al solo stato limite di salvaguardia della vita (SLV).

In presenza di sisma, le azioni A non si amplificano  γA=1, i parametri geotecnici non si riducono γM=1.

PENDII NATURALI
Non si assumono Approcci di progetto DA1 o DA2 e quindi :
– Nessuna riduzione sulla resistenza del sistema
– Si utilizzano solo i parametri caratteristici sia per le azioni che per i parametri geotecnici

 

Nel caso di pendii naturali, sia ante-operam che post operam ma soggetti ad interventi non strutturali, per le verifiche SLU, sia in condizioni statiche che sismiche, non si assumono approcci di progetto ma si utilizzano SOLO i parametri caratteristici (per le azioni e per i parametri geotecnici) e nessuna riduzione sulle resistenze.

k_h=β_s·a_max/g k_v=±0.5·k_h
β_s=coefficiente riduzione amax
a_max=accelerazione orizzontale massima attesa al sito (si ottiene da analisi di risposta sismica locale oppure dalla relazione riportata sul testo normativo a_max=S_S·S_t·a_g.

FRONTI SCAVO E RILEVATI
Il comportamento in condizioni sismiche dei fronti scavo e dei rilevati può essere analizzato con gli stessi metodi impiegati per i pendii naturali.

Le componenti orizzontale e verticale della forza statica equivalente:
F_h=k_h·W
F_v=k_v·W

Dove:
k_h=β_s·a_max/g   k_v=±0.5·k_h
β_s=0.38 per SLV
β_s=0.47 per SLD

Nelle verifiche di sicurezza si deve controllare che la resistenza del sistema sia maggiore delle azioni impiegando i coefficienti parziali.

Approccio DA1-C2 (A2+M2+R2) con:
γA=1, γM=1, γR=1.2

Occorre utilizzare solo i parametri caratteristici e γR=1.2.

OPERE POSTE LUNGO UN PENDIO
Le verifiche di stabilità si effettuano utilizzando l’ approccio DA1-C2 (A2+M2+R2) con:
γA=1, γM=1, γR=1.1

FONDAZIONI SUPERFICIALI
La capacità del complesso fondazione-terreno deve essere verificata con riferimento allo SLV nei confronti del raggiungimento della resistenza per:

• CARICO LIMITE
• SCORRIMENTO

Approccio DA2 – (A1+M1+R3)
γA= γM= 1

Applicando una riduzione γR3=2.3, le NTC 2018 consentono di non tenere conto della riduzione dei coefficienti di capacità portante per effetto del sisma, purchè la verifica venga condotta con le usuali formule del carico limite tenendo conto dell’eccentricità e dell’inclinazione, rispetto alla verticale, del carico agente sul piano di posa.

Se, nel calcolo del carico limite, si considera esplicitamente l’effetto delle azioni inerziali (e.g. Richards et al., Paolucci e Pecker); sul volume di terreno significativo, il coefficiente γR3 può essere ridotto a 1.8.

Per la verifica a scorrimento occorre verificare che l’azione sia minore della resistenza.

V_sd < F_Rd + E_pd

 

N_sd= valore di progetto della forza verticale
V_sd= valore di progetto della forza orizzontale
δ= angolo di resistenza a taglio alla base della fondazione
C_a= adesione fondazione-terreno
A’= area della fondazione efficace
F_Rd=resistenza allo scorrimento di progetto
La resistenza laterale di calcolo E_pd derivante dalla spinta del terreno sulla faccia laterale del plinto, può essere tenuta in conto nel casodi contatto diretto fondazione-terreno in scavi a sezione obbligata o di contatto diretto fondazione calcestruzzo o fondazione-acciaio in scavi sostenute da paratie o palancole.

MURI DI SOSTEGNO
Nelle verifiche dello stato limite ultimo (SLU-SLV), i valori dei coefficienti sismici orizzontale k_h e verticale k_v possono essere valutati mediante le espressioni:
k_h=β_m·a_max/g
k_v=±0.5·k_h
dove:

β_m=coefficiente di riduzione dell’accelerazione massima attesa in sito
a_max= accelerazione orizzontale massima attesa al sito;
g= accelerazione di gravità

“In assenza di specifiche analisi di risposta sismica locale, l’accelerazione massima può essere valutata con la relazione: “

a_max=S·a_g=S_S·S_t·a_g

dove
S=coefficiente che comprende l’effetto dell’amplificazione stratigrafica (S_S) e dell’amplificazione topografica (S_t).
a_g=accelerazione orizzontale massima attesa su sito di riferimento rigido.
Il coefficiente β_m assume i seguenti valori:

β_m=0.38 per SLV
β_m=0.47 per SLD

Per i muri che non sono liberi di subire spostamenti relativi rispetto al terreno, il coefficiente bm assume valore unitario (β_m=1).
Nel caso di muri liberi di traslare o ruotare intorno al piede si deve assumere che l’incremento di spinta dovuto al sisma agisca nello stesso punto di quella statica, negli altri casi si considera applicato a metà altezza del muro.
o stato limite di ribaltamento deve essere trattato con coefficienti parziali unitari sulle azioni e sui parametri geotecnici, utilizzando valori di bm incrementati del 50% rispetto a quelli prima indicati e comunque inferiori a 1

Verifica a ribaltamento

Approccio DA2 – (A1+M1+R3)
γA= γM= 1

PARATIE
(Metodi pseudo-statici)
Nei metodi pseudo-statici l’azione sismica è definita mediante un’accelerazione equivalente, costante nello spazio e nel tempo. Le componenti orizzontale e verticale a_h e a_v dell’accelerazione equivalente devono essere ricavate in funzione delle proprietà del moto sismico atteso nel volume di terreno significativo per l’opera e della capacità dell’opera di subire spostamenti senza significative riduzioni di resistenza. In mancanza di studi specifici, ah può essere legata all’accelerazione di picco a_max attesa nel volume di terreno significativo per l’opera mediante la relazione:
a_h=k_h·g=α·β·a_max
dove
g è l’accelerazione di gravità,
k_h è il coefficiente sismico in direzione orizzontale,
α ≤ 1 è un coefficiente che tiene conto della deformabilità dei terreni interagenti con l’opera e β ≤ 1 è un coefficiente funzione della capacità dell’opera di subire spostamenti senza cadute di resistenza.

Per le paratie si può porre a_v= 0.

L’accelerazione di picco amax è valutata mediante un’analisi di risposta sismica locale, oppure come:
a_max=S·a_g=S_S·S_t·a_g
dove
S è il coefficiente che comprende l’effetto dell’amplificazione stratigrafica (S_S) e dell’amplificazione topografica (S_T), di cui al § 3.2.3.2, ed a_g è l’accelerazione orizzontale massima attesa su sito di riferimento rigido.
Il valore del coefficiente α può essere ricavato a partire dall’altezza complessiva H della paratia e dalla categoria di sottosuolo mediante il diagramma di Fig. 7.11.2

Per la valutazione della spinta nelle condizioni di equilibrio limite passivo deve porsi α = 1. Il valore del coefficiente β può essere ricavato dal diagramma di Fig. 7.11.3, in funzione del massimo spostamento permanente u_s che l’opera può tollerare.

Per u_s= 0 è β = 1. Deve comunque risultare: u_s ≤ 0,005·H.
Se α·β ≤ 0,2 deve assumersi k_h= 0,2·a_max/g.
Possono inoltre essere trascurati gli effetti inerziali sulle masse che costituiscono la paratia.

Verifiche di sicurezza
Per tutte le opere poste lungo un pendio in presenza di azioni sismiche le verifiche di stabilità si effettuano con:
DA1 (A2+M2+R2) con γA=γM=1;  γR=1.1
Per le paratie deve essere verificata la capacità del sistema rispetto ai possibili stati limite ultimi impiegando la condizione [6.2.1] con i coefficienti di sicurezza parziali prescritti al § 7.11.1.
(A1+M1+R1) con γA=γM=γR=1

SISTEMI DI VINCOLO (Tiranti di ancoraggio)
Nel caso di strutture ancorate, ai fini del posizionamento della fondazione dell’ancoraggio si deve tenere presente che, per effetto del sisma, la potenziale superficie di scorrimento dei cunei di spinta presenta un’inclinazione sull’orizzontale minore di quella relativa al caso statico.

Detta L_s la lunghezza libera dell’ancoraggio in condizioni statiche, la corrispondente lunghezza libera in condizioni sismiche L_e può essere ottenuta mediante la relazione:

L_e=L_s·(10+1.5·a_max/g)

dove
a_max è l’accelerazione orizzontale massima attesa al sito.
Gli elementi di ancoraggio devono avere resistenza e lunghezza tali da assicurare l’equilibrio dell’opera prima, durante e dopo l’evento sismico.
Si deve inoltre accertare che il terreno sia in grado di fornire la resistenza necessaria per il funzionamento dell’ancoraggio durante il terremoto di riferimento e che sia mantenuto un margine di sicurezza adeguato nei confronti della liquefazione.

Nei tiranti il cui tratto libero è realizzato con trefoli o barre di acciaio armonico, si deve verificare che la resistenza di progetto allo snervamento sia sempre maggiore del valore massimo della resistenza di progetto della fondazione dell’ancoraggio.
DA2 (A1+M1+R3)
con

γR3=1.1 tiranti temporanei
γR3=1.2 tiranti permanenti