La revisione delle NTC08 per una sismica · PDF fileL’attuale impianto normativo per la geotecnica sismica (§ 7.11) riflette quello degli Eurocodici • In EC7: concepts of «regional

La revisione delle NTC08proposte per una progettazione sismica sostenibile

Giuseppe Scarpelli

UNIVERSITA‘ POLITECNICA DELLE MARCHEANCONA ‐ ITALY

23 Maggio 2013

GES – Geotechnical Engineering Services S.r.l.Academic spin–off

L’attuale impianto normativo per la geotecnica sismica (§ 7.11) riflette quello degli Eurocodici

• In EC7: concepts of «regional seismicity» and earthquakes are just mentioned as factors ordesign situations to be considered for geotechnical design; the Ground Investigation Report mustinclude informations about the seismicity of the area

• In EC8‐1: seismic actions are defined for different ground conditions (e.g. soil types A,B,C….) andthe need of a «seismic» ground investigation is made clear

• In EC8‐5:

• Ground properties (recommended partial factors as for static case);

• Siting: slope stability, liquefaction

• Methods of analysis (dyn. or pseudostatic)

• Design criteria for foundations, earth retaining structures (pseudostatic analysis allowed)

Giuseppe Scarpelli et al. – GEOTECNICAL DESIGN IN SEISMIC CONDITIONS

La progettazione geotecnica statica e sismica sono sviluppate in modo separato

La costruzione che interagisce con il terreno (fondazione, opera di sostegno..) è concepita per le azioni statiche

L’opera progettata per le azioni statiche è quindi verificata nei confronti delle azioni sismiche e, se necessario, modificata

…. tipiche conseguenze• Sovradimensionamento

geotecnico• Sottodimensionamento

strutturale• costi eccessivi


• E’ errato considerare che il progetto sismico di una fondazione siasemplicemente aggiungere una verifica di stabilità o di funzionalità in più

• I progettisti dei paesi ad alta sismicità sono ben consapevoli che il progettodelle fondazioni, delle opere di sostegno etc. non è solo sceglieregeometria e capacità strutturale, ma la concezione dell’opera deve tenereconto del suo ruolo nell’impianto strutturale complessivo e delleprestazioni richieste all’opera stessa

• E’ importante comprendere che la condizione sismica deve influenzare laconcezione iniziale del progetto: gia’ la scelta del sito e la caratterizzazionegeotecnica, devono prendere in conto gli aspetti sismici perchè questiinfluenzano le scelte tipologiche sulle fondazioni, ad esempio sullaeventuale esecuzione di interventi di consolidamento del sottosuolo perridurre il rischio di liquefazione

In Europa finalmente c’è chi promuove la continuità fraprogettazione geotecnica statica e sismica


Metodo pseudostatico

• Si assume FH = KhW dove Kh=r amax/g amax = S ag,

S : fattore di amplificazione (tipo di terreno, topografia)r : è un fattore di duttilità che dipende dagli spostamenti irreversibili che sono sopportabili dall’opera

(*) Eurocodice 8 Parte 5

Muri a gravità Opere di sostegno flessibili

Pendii

EC8‐5(*) 0,5 ‐ 0,67 1 0,5

NTC‐08 ~ 0,2 – 0,3 0,2 ‐ 1 0,2‐ 0,3

Giuseppe Scarpelli et al. – The link between EC7 and EC8 in the seismic design of an anchored sheet pile wall

STATIC DESIGN ACCORDING EC7 DESIGN EXAMPLE

H = 8 mha = 1 m

k = 18 kN/m3

k = 30°

DA1.1 A1 + M1+ R1

DA1.2 A2+ M2 + R1

DESIGN EXAMPLE



STATIC DESIGN ACCORDING EC7 DESIGN EXAMPLE

DESIGN EXAMPLE – DA1

T=146 kN/m

d =3.31 m

Mmax= 471 kN/m



SEISMIC EFFICIENCY OF STATIC DESIGN PROCEDURES

1. Evaluation of seismic actions

4. Prediction of displacements and internal forces

2. Failure modes

3. Determination of critical acceleration

SAESPE

Horiz. displacement Bending moment

ac

acceleratio

n (g)


C

C

Hor

izon

tal t

rans

latio

n

AR

HT

Rot

atio

n ar

ound

the

toe

Rot

atio

n ar

ound

the

anch

or

TR

Movement

Active

Passive

Movement

Movement

Movement

Movement

Movement

Active

Passive

Active

Passive

TieForce

TieForce

TieForce


3. Determination of critical acceleration: ac

AR 0.24g 0.28g

TR 0.24g 0.21g

HT 0.24g 0.24g

Seismic action distribution



max

expaa

ABu c

The evaluation of permanent displacement, in the sense of Newmark, maybe achieved through integration of the motion equation with specificacelerograms from available databases.

SEISMIC EFFICIENCY OF STATIC DESIGN PROCEDURES 4. Prediction of permanent displacements

acceleration at the bedrock

A B

0.2‐0.3 g 7.54 0.58

0.3‐0.4 g 7.40 0.75

Richards ed Elms (1979)

Alternatively, empirical correlations from literature may be used.

4

3max

2max087.0

caav

u

max3max

2max 4.9

exp37a

aav

u c Whitman e Liao (1985)

Rampello and Callisto (2008)



4. Prediction of permanent displacements (beyond critical acceleration)SEISMIC EFFICIENCY OF STATIC DESIGN PROCEDURES

Dagli esempi risulta che il progetto geotecnico statico fornisce un’opera che risponde alle azionisimiche con spostamenti irreversibili che risultano sicuramente compatibili con I riequisiti difunzionalita’ nella maggior parte dei casi

(Rampello & Callisto, 2008)

SEISMIC EFFICIENCY OF STATIC DESIGN PROCEDURES Static vs seismic internal forces

La condizione sismica e’ quelladimensionante dal punto di vistastrutturale nelle zone ad altasismicita’


0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8

Bend

ing

mom

ent (

kNm

/m)

Excavation depth (m)

Static Design: Tie force

Tie force

Bend. mom.Tie

forceBendingmoment

RECT.

TRIANG.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8

Disp

lace

men

t (m

m)

Excavation depth (m)

at 8m

at top

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,2amax (g)

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,2amax (g)

0

10

20

0,2 0,24 0,28 0,32 0,36 0,4

New

mar

kdi

sp. (

mm

)

amax (g)

0

50

100

150

200

250

300

0,2 0,24 0,28 0,32 0,36 0,4

Tie f

orce

(kN

/m)

amax (g)

at top at 8m Newm.

RECT.

TRIANG.

Static conditions Seismic with amax= acamax > ac

Static Design: Bending moment

Seismic with amax< ac

Mob

ilize

dpr

essu

res(

---)

vs

static

(—) a

nd se

ismic

(···)

limit

pres

sure

Displacements, bending moments and tie forces


SERVICEABILITY LIMIT STATE

Il diagramma rende esplicita la continuità fra progettazione statica e sismica dell’opera di sostegno


• Per il caso esaminato, l’approfondimento della paratia ottenuto dalcalcolo statico è sufficiente anche per le condizioni sismiche

• L’elemento critico del sistema è l’ancoraggio perchè se troppodebole non consente la piena mobilitazione della resistenza nelterreno

• Per garantire una risposta duttile del sistema è quindi necessariosolo un lieve miglioramento della capacita’ strutturale

PSEUDOSTATIC DESIGN ACCORDING TO EC8

Annex E (Normative) of EC8‐5 prescribes :

• factorised geotechnical parameters (same M of the static case)and Mononobe Okabe solution

• zero interface friction at the passive side• ductility factor r = 1 (that is NO ductility at all for sheet piles)


≤ 1 depends on the soil type (A,B,C,D)≤1


PSEUDOSTATIC DESIGN ACCORDING TO ITALIAN CODE (NTC2008)

• Factor is selected assuming a value for us• Pseudostatic analysis with reduced geotechnical parameters (same M)

Some variations on the same themeDuctility is also considered in the Italian Code through the coefficient

0.2

Per alta sismicita’ la domanda strutturalepuo’ essere molto sottostimata perche’l’approfondimento eccessivo inibisce ilcomportamento duttile

Performance analysis of the retaining structure designed according to NTC08

Design with = 0,5 (assumed value of us = 0,04 m)

SEISMIC PERFORMANCE ‐ COMPARISON


SEISMIC PERFORMANCE ‐ COMPARISON

LE MODIFICHE PROPOSTE PER IL §7.11

• 7.11.1 Requisiti generali. fattori parziali di sicurezza unitari sulle azioni e sui parametri geotecnici, restano quelli sulle resistenze ove impiegati;

• 7.11.4 Fronti di scavo e rilevati. Il paragrafo risulta ampliato e dettagliato maggiormente. Sono indicati valori dei fattori di riduzione dell’accelerazione massima specifici per le opere, maggiori di quelli previsti per i pendii naturali. Viene espressamente prevista la possibilità di condurre le verifiche con il metodo agli spostamenti;

• 7.11.5.3.1 Fondazioni superficiali: nelle verifiche SLU si considerano gli effetti delle azioni inerziali sul terreno di fondazione; i fattori parziali sui parametri geotecnici sono unitari, quelli sulle resistenze sono indicati con valori sensibilmente minori (R=1,2) di quelli previsti per il caso statico (tabella 7.11.II);

• Si può trascurare l’inerzia sul terreno di fondazione ma in tal caso R > 1,5

• 7.11.6.2 Muri di sostegno: sono stati ricalibrati i valori dei fattori di riduzione dell’accelerazione per tenere conto della scelta di calcolare le spinte sismiche con fattori unitari sui parametri geotecnici. Nella logica del principio di progettazione in capacità, per le verifiche al ribaltamento è prescritto un fattore di riduzione dell’accelerazione pari a 1,5 volte quello impiegato per le verifiche a scorrimento

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