Effetti sismici di sito – aspetti normativi Inquadramento ... · Effetti sismici di sito – aspetti normativi Indagini integrative finalizzate alla costruzione dei ... Indagini

Effetti sismici di sito aspetti normativi

Inquadramento del problema

Risposta Sismica Locale aspetti normativi

Mexico City earthquake, 1985 (Magnitudo=8.1)

Site amplification



Effetti di sito

Analisi dellamplificazione sismica

Liquefazione

Stabilit dei pendii e dei fronti di scavo


Cavit


MS vs RSL (NTC)


Crespellani e Martelli, 2008

Finalit

Microzonazione Sismica: Pianificazione urbanistica e gestione dellemergenza

Risposta Sismica Locale e Microzonazione Sismica

Risposta Sismica Locale: definizione azioni sismiche su opere

Altre differenze

Scala: Urbana per MS Manufatto per RSL


Prodotti: FA (FV, FH) per MS Spettri per RSL

Altre differenze (ancora)

Riferimento: Piano Campagna (free-field) per MS Piano di riferimento per RSL (anche con

interazione con struttura)


interazione con struttura)

Responsabilit: Estensore dello studio per MS Progettista per RSL

Risposta Sismica LocaleInquadramento del problema

Fase A0

Definizione dellazione sismica sulla struttura (interazione terreno-struttura)


Fase A1

Analisi della struttura in elevazione

Fase A2

Analisi della fondazione sotto le azioni inerziali trasmesse dalla struttura in

elevazione

Valutazione azione sismica (NTC, 2008)

Specifiche analisi di risposta sismica (I scelta)

oppure


amax = Sag = SSSTag

SS = coefficiente di amplificazione stratigraficaST = coefficiente di amplificazione topografica

Analisi semplificata della risposta sismica (II scelta)

Categorie di sottosuolo (e non di suolo !!!)

Categoria

Descrizione

AAmmassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di Vs,30 superiori a 800 m/s,

eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 m.

B

Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti con

spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle propriet meccaniche con la

profondit e da valori di Vs,30 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).

C

Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti con



Cspessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle propriet meccaniche con la

profondit e da valori di Vs,30 compresi tra 180 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 di terreni a grana fina scarsamente consistenti, con


profondit 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).

ETerreni dei sottosuoli di tipo C o D per spessore non superiore a 20 m, posti sul substrato di riferimento (con

Vs > 800 m/s).

Categoria Descrizione

S1

Depositi di terreni caratterizzati da valori di Vs,30 inferiori a 100 m/s (ovvero 10 < cu,30 < 20 kPa), che includono

uno strato di almeno 8 m di terreni a grana fina di bassa consistenza, oppure che includono almeno 3 m di torba o

di argille altamente organiche.

S2Depositi di terreni suscettibili alla liquefazione, di argille sensitive o qualsiasi altra categoria di terreno non

classificabile nei tipi precedenti.

Nuova Problematica

Analisi della Risposta Sismica Locale


Indagini integrative finalizzate alla costruzione dei

Modelli Geotecnici di Sottosuolo

Indagini integrative per RSL:

Non sono le sole indagini geotecniche

Vanno inquadrate nellambito del piano di indagini tradizionali che condizionato


indagini tradizionali che condizionato da:

Tipologia strutturale Stati limite da esaminare Caratteristiche sottosuolo

Possibili indagini integrative per RSL:

Cross-hole (indagine di riferimento)

Down -hole (buon compromesso)


SCPT o SDMT (analoghi a Down-hole)

SASW o MASW (interpretazione non banale; necessit di conoscere stratigrafia)

Possibili indagini integrative per RSL:

Cross-hole (indagine di riferimento)

Down -hole (buon compromesso)


SCPT o SDMT (analoghi a Down-hole)

SASW o MASW (interpretazione non banale; necessit di conoscere stratigrafia)

Altre tecniche, tipo quelle basate sul rapporto H/V, non sono finalizzate a caratterizzare il terreno per studi di RSL

Art. 6.1.2:

Analisi basate su Modelli Geotecnici

Art. 6.2.1:

Relazione Geologica ex ante necessaria per progettista

Relazione Geotecnica NTC (2008)

Analisi basate su Modelli Geotecnici

Modelli geotecnici dedotti da specifiche indagini e prove

Indagini definite dal progettista

Funzione di scelte tipologiche e di modalit esecutive

Relazione Geotecnicache deve contenere anche:

calcoli per il dimensionamento geotecnico delle operedescrizione delle fasi e modalit costruttive

Indagini - Responsabilit del progettista

La programmazione delle indagini geotecniche:

non dovrebbe essere affidata a soggetti terzi

non dovrebbe essere effettuata dal Committente prima di assegnare lincarico professionale al progettistalincarico professionale al progettista

Le prove dovrebbero essere eseguite da ditte di fiducia del progettista

Le prove per RSL non esauriscono le indagini geotecniche

Non esistono prove miracolose che fanno tutto senza buchi

Il costo delle prove sempre modesto se confrontato alle opere

NTC (2008) - Problematiche esistentiProbabili modifiche

Stefano Aversa

Universit degli studi di Napoli Universit degli studi di Napoli ParthenopeParthenope

La progettazione di opere geotecniche in campo sismicoLa progettazione di opere geotecniche in campo sismicoCorso di Formazione professionale Corso di Formazione professionale Bergamo 19 giugno 2013Bergamo 19 giugno 2013

Universit degli studi di Napoli Universit degli studi di Napoli ParthenopeParthenope

Associazione Geotecnica ItalianaAssociazione Geotecnica Italiana

Bergamo 19 giugno 2013

NTC (2008) - Problematiche esistenti

Cap. 3: RSL e Categorie di sottosuolo

Cap. 6: Progettazione geotecnica

7.2.5: Azioni in fondazione e requisiti delle strutture di fondazione

7.11: Opere e sistemi geotecnici in condizioni sismiche


Cap. 3: RSL e Categorie di sottosuolo


Risposta Sismica Locale

Prescrizioni di NTC (2008)

3.2.2 CATEGORIE DI SOTTOSUOLO E CONDIZIONI TOPOGRAFICHE

Categorie di sottosuolo

Ai fini della definizione dellazione sismica di progetto,

si rende necessario valutare leffetto della risposta sismica locale

mediante specifiche analisi, come indicato nel 7.11.3.

In assenza di tali analisi, per la definizione dellazione sismica

si pu fare riferimento a un approccio semplificato,

che si basa sullindividuazione di categorie di sottosuolo di riferimento

0

5

10

0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100

tempo (s)

Il parametro VS,30 la velocit media equivalente

(e non la media delle velocit) delle onde di taglio

nei primi 30 m di sottosuolo

(profondit riferite al piano di posa delle fondazioni)

*ii

S,i

ht

V=

ihS,iV

Significato fisico di VS,30


15

20

25

30

35

prof

ondi

t (

m) ih

=

=n

1i i,S

i30,S

Vh

30V

ni

S,ii 1

h

V=

Equivale ad una stima approssimata (anche troppo)

del periodo fondamentale dei primi 30 m di sottosuolo

assunto pari alla somma dei periodi di ogni strato:

ni

30Si S,30i 1

4h 4 30T

V V=

=

Classe LitologiaVS,30

(m/s)NSPT,30

cu,30 (kPa)

AAmmassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi

(con eventuale coltre di alterazione < 3m)> 800 - -

B

Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati

o terreni a grana fina molto consistenti (con spessori > 30 m e

miglioramento graduale di propriet meccaniche con la profondit)

360-800 > 50 > 250

C

Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati

o terreni a grana fina mediamente consistenti (con spessori > 30 m e


180-360 15-50 70-250

NTC (2008) Classificazione e possibili modifiche


D

Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati

o di terreni a grana fina scarsamente consistenti (con spessori > 30 m e


< 180 < 15 < 70

ETerreni dei sottosuoli di tipo C o D per spessore non superiore a 20 m

(su substrato con VS > 800 m/s)< 360 < 50 < 250

S1Depositi con uno strato > 8 m di terreni fini poco consistenti o > 3 m di torba

o argille organiche< 100 - 10-20

S2Terreni liquefacibili, argille sensitive

o altri terreni non classificabili nelle categorie precedenti

=

=n

1i i,S

i30,S

Vh

30V

granulari sciolti sotto falda

30 m

S,H ni

S,ii 1

HV

hV=

=

per profondit del bedrock H < 30 m

Specifiche analisi RSL

??

??

NTC (2008) Lacuna nella classificazione

RSL93

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

H (m)

VS

,30 (

m/s

)

A

B

C

DS1

E

A

NTC 2008 Revisione NTC?

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

H (m)

VS

,30 (

m/s

)

A

B

C

DS1

E

A??

??

Modifiche su RSL

Si chiarisce meglio che Categorie di sottosuolo sono una seconda scelta rispetto a RSL

Si chiarisce meglio il senso di Vs,30

Si invita a classificare il sottosuolo sulla base della Si invita a classificare il sottosuolo sulla base della Velocit delle onde di taglio, non escludendo a priori luso di correlazioni empiriche

Si elimina il buco nella classificazione sismica del sottosuolo


Cap. 6: Progettazione Geotecnica

Progettazione Geotecnica

Approcci progettuali

NTC (2008):

Due approcci alternativi per Fondazioni e Muri di Sostegno

Approccio 1 richiede verifiche con 2 Combinazioni

Confusione con le dizioni STR e GEO

Verifiche EQU per muri di sostegno

Approcci Progettuali NTC (2008)

Carichi caratteristici (Fk)

Det. carichi rappresentativi ( Fk)

Det. carichi di progetto (Fd = F Fk)

Verifica SLU secondo EC sotto azioni statiche

Determinazione scarichi di progetto in fondazione, Ed

Verifica in fondazione Determinazione carichi limite di progetto, Rd (forze orizzontali e verticali)

Verifica: Ed Rd


Verifica SLU

Per ogni SLU si deve verificare che lEffetto delle azioni di progetto (Ed) sia non superiore alle Resistenze di progetto (Rd):

RE

Ad esempio, il carico assiale di progetto sulla fondazione superficiale deve essere inferiore alla resistenza a carico limite di progetto del complesso terreno-fondazione

dd RE

= dM

krepFFd a

XFEE ;;

= dM

krepF

Rd a

XFRR ;;

1


Coefficienti sulle azioni per verifiche SLU da NTC

Azioni sfavorevoli (favorevoli)

Approccio Permanenti Variabilistrutturali non strutturali

Approccio 1-1 1.30 (1.00) 1.50 (0) 1.50 (0)

Approccio 1-2 1.00 (1.00) 1.30 (0) 1.30 (0)

Approccio 2 1.30 (1.00) 1.50 (0) 1.50 (0)

Le azioni del terreno dovrebbero essere comprese tra quelle strutturali

Per verifiche sismiche tutti i coefficienti sulle azioni sfavorevoli sono unitari


Verifica SLU per carico limite

N La sicurezza in:

= dM

kddd

Rdd a

XMTNNNN ;;;;

1limlim

Nd

Td

La sicurezza in:

azioni di progetto (maggiorate)

parametri di resistenza di progetto (ridotti);

coefficiente R;

quota del livello di falda che incide su Nd e Ndlim per le verifiche drenate

B

Md


Verifica SLU NTC (2008) - Azioni

Approccio 1

(Design Approach 1)

Approccio 2

(Design Approach 2)

Combinazioni di azioni

Combinazione 1 Combinazione 2

Statica 1 Nds11, Tds11, Mds11 Nds12, Tds12, Mds12 Nds11, Tds11, Mds11

Statica 2 Nds21, Tds21, Mds21 Nds22, Tds22, Mds22 Nds21, Tds21, Mds21

.. .. ..

Sismica 1 Nde11, Tde11, Mde11 Nde12, Tde12, Mde12 Nde11, Tde11, Mde11

Sismica 2 Nde21, Tde21, Mde21 Nde22,Tde22,Mde22 Nde21, Tde21, Mde21

Derivano dagli stessi calcoli gi fatti per le verifiche SLU della struttura

calcoli ad hoc per geotecnica

Modifiche proposte

Prassi progettuale:

Per evitare calcoli inutili per verifiche strutturali, sempre e solo Approccio 2

Anche perch Approccio 1 molto cautelativo per Anche perch Approccio 1 molto cautelativo per fondazioni superficiali in terreni a grana grossa per le fondazioni dirette

Modifica proposta:

Solo Approccio 2 sia per fondazioni direttesia per fondazioni su pali

Muri di Sostegno

Verifiche Geotecniche in Fondazione (SLU)Verifiche Geotecniche in Fondazione (SLU)

Approccio A1 o A2 EQU Approccio A1 o A2

Verifica globale del pendio A1-C2

Muri di Sostegno

Approccio 1 (AP1)

Combinazione 1 (A1- C1): A1 + M1 + R1 (STR)Combinazione 2 (A1- C2): A2 + M2 + R2 (GEO)

Approcci progettualiApprocci progettuali

Combinazione 2 (A1- C2): A2 + M2 + R2 (GEO)

Approccio 2 (A2) A1 + M1 + R3 (STR/GEO)

Equilibrio EQU + M1

Muri di Sostegno

Azioni A1 A2 EQU

Permanenti strutturali 1,30

(1,00)

1,00

(1,00)

1,1

(0,90)

Permanenti non strutturali e

Variabili

1,00

(0)

1,30

(0)

1,30

(0)

COEFFICIENTI PARZIALI PER MURI COEFFICIENTI PARZIALI PER MURI DIDI SOSTEGNOSOSTEGNO

Materiali M1 M2

tan('k) e c'k 1,00 1,25cuk 1,00 1,40

Variabili (0) (0) (0)

Resistenze R1 R2 R3

Scorrimento 1,00 1,00 1,10

Carico Limite 1,00 1,00 1,40

Muri di Sostegno

Muro di sostegno A1-C2

kd =

)()( kd

tgtg = H

qk

H

kd =

)()( kd

tgtg =

akad kk >

HkqHkS adkQadkad += 2

2

1

Dimensionante dal punto di vista geotecnicoLa combinazione DA1-C1 non mai dimensionante

Muri di Sostegno

Muro di sostegno A2

kd =

)()( kd tgtg =H

qk

)()( kd tgtg =

kd =)()( kd tgtg =

akad kk =

N.B.: si dividono le resistenze per coefficienti pa rziali R

HkqHkS akkQakkGad += 2

12

1

Muri di Sostegno

Muro di sostegno A2

kd =

)()( kd tgtg =H

qk

)()( kd tgtg =

akad kk =

Alcune delle incertezze dellEurocodice sullApproc cio 2 sono risolte

I coefficienti F (G1 e Q) operano sulla spinta (che considerata azione)

HkqHkS akkQakkGad += 2

12

1

Muri di Sostegno

Approccio 2 - Verifiche a carico limite Ipotesi 1

= dM

krepEd a

XFEE ;;

Effetto delle azioni del terreno = Spinta

Si moltiplica per E la sola spinta

H

Muri di Sostegno


= dM

krepEd a

XFEE ;;

Effetto delle azioni del terreno = Azione in fondazion e

Si moltiplica per E tale forza

H

Muri di Sostegno


= dM

krepEd a

XFEE ;;

Effetto delle azioni del terreno = Componente verticale delle azioni in fondazione

Si moltiplica per E tale forza

H

Muri di Sostegno

Muro di sostegno Ribaltamento (EQU)

)()( kd

tgtg =H

qk

dW

akad kk >

kGd

adkQadkGad

WW

HkqHkS

=

+=

1

212

1

Viene necessariamente meno lipotesi di unica sorgente

dW

adS

Muri di Sostegno

kt = 20 kN/m3

[20, 40]

Studio Parametrico Studio Parametrico ((BorrielloBorriello, 2011), 2011)

Analisi puramente qualitativa

Condizioni drenate in assenza di falda

Due situazioni: terreno omogeneo

kt [20, 40]

kf = 20 kN/m3

kf [20, 40]

terrapieno con =36

Trascurato il peso del muro

Valutato il valore minimo di B per vari approcci nel rispetto di tutti gli SLU

H

qq

k

kk

=*

H

Sovraccarico adimensionalizzato (0; 0.1; 0.2; 0.3)

Muri di Sostegno

Muri di Sostegno

Muri di Sostegno

Muri di Sostegno

Conclusioni su verifiche SLU di Muri di SostegnoConclusioni su verifiche SLU di Muri di Sostegno

Entrambi gli approcci pi cautelativi in generale di DM 88 (soprattutto per alti valori di )

Approccio 1 generalmente pi cautelativo di Approccio 2 dal punto di vista geotecnico

Non vi sono per differenze sostanziali

Approccio 1 crea sovradimensionamenti geotecnici sotto azioni sismiche

Nella revisione si intende mantenere il solo Approccio 2modificato anche per includere il ribaltamento

(non pi considerato come EQU)

Verifiche SLU Strutturali e Geotecniche

SLU in Ingegneria Strutturale e Geotecnica

Ingegneria Strutturale: SLU Elastico

Ingegneria Geotecnica: SLU Plastico


Momenti flettenti di progetto, Md, da analisi lineari

anche per analisi sismiche


Momento di plasticizzazione Momento di plasticizzazione

di progetto, Myd, da Teoria

della Plasticit


Momenti flettenti di progetto,

Md, da approccio elastico

lineare

Momenti di plasticizzazione,

Myd, da teoria della plasticit

Md Myd


Md = MydNon corrisponde

necessariamente al collasso

Due casi differenti:Due casi differenti:

trave a sbalzo

struttura iperstatica

Grado di sicurezza differente


ULS Elastico

unapplicazione del

Teorema statico dellAnalisi

LimiteLimite

Momenti Flettenti:

in equilibrio con carichi esterni

che non eccedono i momenti di

plasticizzazione

(Callisto, 2010)


Dov la sicurezza nellIngegneria

Strutturale?

Coefficienti parziali sui carichi

Coefficienti parziali su resistenze

Valori caratteristici

Margine di sicurezza nascosto

Verifiche SLU Geotecniche

Generalmente

corrispondono al

collasso


Generalmente analizzati nellambito della Teoria

della Plasticit


o simile (Metodi dellEquilibrio Limite)


Concettualmente, lapproccio plastico molto

migliore perch fornisce una distanza dal collasso

(Ditlevsen, 1997)


In altre parole, nelle verifiche strutturali, si tiene conto della rigidezza elastica degli

elementi strutturali nella valutazione delle caratteristiche della sollecitazione di progetto

in modo simile a quanto si faceva con le verifiche alle tensioni ammissibili


Ci vale anche per le verifiche strutturali delle opere geotecniche per le quali le

caratteristiche della sollecitazione derivano da analisi di interazione terreno-struttura

Tali analisi sarebbero falsate con parametri di resistenza ridotti

In altre parole, DA1-C2 non va bene per analisi di interazione

Verifiche SLU Geotecniche e Strutturali

Nelle nuove NTC:

Analisi di interazione terreno struttura per SLU struttuurali

mai con DA1-C2mai con DA1-C2

Verifiche SLU geotecniche o con DA1-C2 o con DA2 ( a

seconda delle opere)

Altre novit su Geotecnica statica

Ancoraggi

Gallerie

Opere esistenti


Cap. 7.11: Progettazione Geotecnica sismica

Confronto pendio in terra parete rocciosa

Meccanismo duttile

Duttilit e Fragilit in Geotecnica

Meccanismo fragile

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