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I CONTENUTI DELLA RELAZIONE GEOLOGICA E DELLA RELAZIONE GEOTECNICA ALLA LUCE DELLA NORMATIVA VIGENTE
ROMA 29 novembre 2012
LA RELAZIONE GEOTECNICA PER I PROGETTI LA RELAZIONE GEOTECNICA PER I PROGETTI
INFRASTRUTTURALIINFRASTRUTTURALI
Il passaggio dal “modello geologico” a quello geotecnico.
Elementi di indirizzo per la redazione della relazione geotecnica
ai sensi delle Norme Tecniche sulle Costruzioni DM 14/3/2008
Geol. Ing. Massimo PietrantoniORDINE DEI GEOLOGI DEL LAZIO
INDICE DEL CORSO
1.CONTENUTI E RIFERIMENTI NORMATIVI
2.AMBITI DI COMPETENZE DEL GEOLOGO
3.LE NTC 2008. RICHIAMI SUL CONCETTO DEGLI “STATI LIMITE”
4.LE INDAGINI GEOGNOSTICHE E GEOTECNICHE
5.UN ESEMPIO DI RELAZIONE GEOTECNICA
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1) Contenuti e riferimenti normativi
■ Norme Tecniche sulle Costruzioni – D.M. 14/3/2008
6.1.2 Prescrizioni generali. Le scelte progettuali, il programma
e i risultati delle indagini, la caratterizzazione e la modellazione
geotecnica, (…) unitamente ai calcoli per il dimensionamento
geotecnico delle opere e alla descrizione delle fasi e modalità
costruttive, devono essere illustrati in una specifica relazione
geotecnica.
■ DPR 5/10/2010 N. 207 – Regolam. attuativo L. 163/2006
Art. 26 Relazioni tecniche e specialistiche progetto definitivo
Relazione geotecnica: definisce (….) il modello geotecnico
(...) i procedimenti impiegati per le verifiche geotecniche (….).
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2) Ambiti di competenze del geologo
Il programma delle indagini e l’elaborazione dei suoi risultati, oltre
alla caratterizzazione e modellazione geotecnica, sono senza
dubbio competenze riconosciute al geologo.
Per i calcoli geotecnici delle opere, sono da distinguere quelli che
riguardano le opere in terra da quelli che comportano una
importante interazione terreno-struttura.
CALCOLI GEOTECNICI
OPERE IN TERRA
Verifiche di stabilità:
-Rilevati stradali e ferroviari
-Scavi e pendii naturali
Cedimenti di rilevatiFONDAZIONI SUPERFICIALI
Opere semplici
INTERAZIONE TERRENO-STRUTTURA
-Fondazioni profonde (pali, pozzi..)
-Opere di sostegno (muri, paratie)
-Gallerie
-Rinforzo terreni e ammassi rocciosi
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Si possono delineare due soluzioni:
RELAZIONE GEOTECNICA
Relazione Geotecnicaredatta congiuntamente dal Geologo e dall’Ingegnere
Geotecnico (o progettista),
in uno spirito di fattiva
collaborazione, nel rispetto delle specifiche
competenze ed esperienze
dei due professionisti
(soluzione consigliata)
Relazione Geotecnica con
caratterizzazione e modello geotecnico + Relazione Geotecnica sulle fondazioni(e/o opere di sostegno) con le
relative verifiche.
Soluzione adottata da alcune
Amministrazioni (ad es. ANAS): relazioni
geotecniche per le singole opere, firmate
dal progettista o dal geotecnico.
Ambiti di competenze del geologo
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Interazione terreno-struttura: è necessaria
la conoscenza di materie ingegneristiche
(Statica, Scienza e Tecnica delle Costruzioni,
ecc..).
ESEMPIO
Verifiche di paratie o pali alle forze
orizzontali: è necessario conoscere il
comportamento degli elementi strutturali (pali,
travi di contrasto, elementi in c.a. o in acciaio)
e le loro caratteristiche (momento e taglio
resistente, momento di plasticizzazione).
Necessario un calcolo di tipo iterativo.
Caratteristiche dei materiali strutturali da
sottoporre a verifica (limiti di sollecitazione).
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Ambiti di competenze del geologo
In ogni caso è indispensabile che il redattore della Relazione geotecnica
conosca approfonditamente il progetto ed operi in stretto contatto e in
piena sintonia con il progettista (“team di progettazione”) con lo scopo di:
1) Indirizzare e finalizzare la campagna delle indagini in funzione delle
effettive necessità progettuali (v. cap. 4)
2) Indirizzare il progettista verso le soluzioni più appropriate al contesto
geologico-geotecnico (definizione delle scelte progettuali), prendendo
conoscenza delle finalità del progetto, delle implicazioni economiche e
ambientali e degli input dell’Ente finanziatore dell’infrastruttura.
3) Definire i modelli geotecnici di calcolo per le opere in progetto,
valutando i volumi interessati, i parametri richiesti e l’ambito delle
condizioni al contorno (tensioni, pressioni interstiziali, ecc…)
Un “team di progettazione” è necessario anche per la definizione delle fasi e
modalità costruttive che, come previsto nelle NTC 2008, devono essere illustrati
nella relazione geotecnica.I CONTENUTI DELLA RELAZIONE GEOLOGICA E DELLA RELAZIONE GEOTECNICA ALLA LUCE DELLA NORMATIVA VIGENTE
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Ambiti di competenze del geologo
3) Richiami sul concetto degli “Stati Limite” – DM14/1/2008
Le Norme Tecniche sulle Costruzioni (DM 14/1/2008) hanno
introdotto concetti che hanno profondamente modificato i
precedenti criteri di progettazione e, insieme a questi, le
finalità e le modalità di esecuzione delle indagini e degli
studi geologici e geotecnici.
E’ quindi necessario che il professionista incaricato
acquisisca conoscenza delle Norme e dei suoi principi e
possieda una perfetta padronanza dei concetti che sono alla
base di queste Norme, che prendono origine dagli
“Eurocodici”.
GLI “STATI LIMITE”
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4) Le indagini geognostiche e geotecnichealla luce delle NTC 2008
Il modello geotecnico di sottosuolo
E’ il prodotto finale di un insieme di elaborazioni che, sulla base:
�delle caratteristiche tipologiche e prestazionali del manufatto
�dei risultati di specifiche indagini e prove geotecniche,
deve definire e caratterizzare, in termini fisici e meccanici, un
sistema strutturale – il volume significativo di terreno –connesso con il sistema strutturale rappresentato dal manufatto.
Può essere necessario più di un
modello geotecnico, in funzione del
tipo di opera (fondazione, opera di sostegno, ..) e dello stato limite
considerato.
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Le indagini geognostiche e geotecniche
MODELLO GEOTECNICO DI SOTTOSUOLO
MANUFATTO TERRENO
Caratteristiche strutturali
Esigenze strutturali
Volume significativo
Indagini geotecniche
Schema geometrico
Parametri di progetto
Programmazione
Indagini in sito
Prove di laboratorio
Interpretazione
Perché non è possibile
prescindere dalla conoscenza del manufatto di progetto e delle modalità e fasi costruttive
per la caratterizzazione
geotecnica dei terreni e per la
definizione dei modelli
geotecnici di sottosuolo?
La risposta a questa domanda
deriva dalla conoscenza dei
fondamenti del comportamento
meccanico dei terreni.
Fasi costruttive
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Le indagini geognostiche e geotecniche
ESEMPIO 1
Tipo di indagini e parametri da
definire dipendenti da:
• caratteristiche geotecniche
dei terreni (consolidazione,
cedimenti differiti nel tempo, ..)
• tipo di carichi e loro
evoluzione nel tempo
• fasi e tempi di costruzione
• sensibilità della struttura
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Le indagini geognostiche e geotecniche
ESEMPIO 2 - Fondazione su pali
Profondità di indagine: non definibile a priori senza una analisi
preliminare delle fondazioni (carichi, tecnologia, vincoli) e del
sottosuolo. Indagini da adattare in funzione dei risultati ottenuti.
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Profondità minima delle indagini : L+3D o L+B
(D: diametro del palo; B: larghezza fondazione)
Le indagini geognostiche e geotecniche
PROGRAMMA E INTERPRETAZIONI DELLE INDAGINI
�Obiettivi e contesto ⇒ conoscenza del progetto (progettista)
e del modello geologico-geotecnico preliminare (geologo)
� Ampiezza, distribuzione e profondità delle indagini
(geologo+progettista+committente)
� Rappresentatività e completezza delle indagini con
riferimento al contesto geologico (geologo)
� Qualità del campionamento e delle prove insito (geologo)
� Valori caratteristici dei parametri geotecnici (geologo)
� Caratterizzazione geotecnica ai fini sismici (geologo)
� Modello geotecnico (geologo)
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Le indagini geognostiche e geotecniche
Esempi di esposizione dei risultati
Completezza
Rappresentatività
Confrontabilità
Statistica
Informazioni complementari
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Le indagini geognostiche e geotecniche
� L’impiego di metodi statistici è possibile, ma non obbligatorio � Nel determinare i valori caratteristici dei parametri geotecnici, è
necessario comunque motivare le proprie scelte e adottare un
criterio cautelativo (criterio da Eurocodice)
� La determinazione dei valori caratteristici deve essere
effettuata dopo la scelta dei valori rappresentativi dei parametri geotecnici per i possibili stati limite
Fattori principali da considerare nell’impiego dei metodi statistici:
1. La quantità e la qualità dei dati
2. Il volume significativo di terreno per lo stato limite considerato3. La capacità della struttura di ridistribuire i carichi dalle zone
“più deboli” alle zone “più forti”
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Impiego di metodi statistici per la valutazione dei valori
caratteristici dei parametri geotecnici
Le indagini geognostiche e geotecniche
La quantità e qualità dei dati è molto spesso condizionante per la
possibilità di utilizzare metodi statistici rigorosi
Xk = Xmedio(1 – knVx)
Xk: valore caratteristico
Xmedio: valore medio
Vx: coeff. di variazione
kn: coeff. statistico
Vx può essere assunto
come noto a priori:
0.3<Vx<0.5 per c’
0.05<Vx<0.15 per tanϕ’
Oppure, se Vx non è
assunto a priori:
Vx = sx/ Xmedio
sx: deviazione standard
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Le indagini geognostiche e geotecniche
In generale si possono fare le seguenti considerazioni.
I valori medi governano lo stato critico quando:
- si ha a che fare con volumi elevati di terreno
all’interno di strati omogenei;
- la struttura è capace di ridistribuire i carichi dalle
zone più deboli alle zone più forti.
I valori più bassi governano lo stato critico quando:
- un piccolo volume di terreno è coinvolto nel
meccanismo di rottura e la rottura è localizzata lungo
superfici di terreno debole
- la struttura può raggiungere uno stato limite prima
di riuscire a ridistribuire i carichi
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Le indagini geognostiche e geotecniche
Se risultati più conservativi derivano
dai valori più alti dei parametri (es: attrito negativo), i valori caratteristicisono più alti dei valori più probabili.
Gli Stati Limite di Esercizio sono
spesso più severamente condizionati
dalle differenze tra i valori più alti e i valori più bassi dei parametri (es.:
cedimenti differenziali) piuttosto che
dai valori medi.
Se risultati più conservativi derivano dai valori più bassi dei parametri (ad esempio, punta dei pali), i valori caratteristici sono più bassi dei valori più probabili.
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5) Un esempio di Relazione Geotecnica
Premessa
Le fasi della progettazione:Preliminare, Definitivo, Esecutivo.
Progetto Preliminare: fattibilità tecnica-economica di un’opera
comparando diverse scelte progettuali. Obiettivo principale:
individuazione delle soluzioni più idonee e stima dei costi
Progetto Definitivo: elaborati grafici, verifiche e calcoli sviluppati ad
un livello di definizione tale che nel successivo progetto esecutivo
non si abbiano apprezzabili differenze tecniche e di costo. Il progetto
definitivo per “Appalto Integrato”.
Progetto Esecutivo: ingegnerizzazione delle soluzioni e definizione
costruttiva di ogni particolare dell’intervento da realizzare; calcoli e
grafici di dettaglio (armature), anche delle opere provvisionali.
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INDICE
1) Premessa
2) Riferimenti normativi
3) Descrizione. Problemi geotecnici e scelte tipologiche
4) Inquadramento geologico
5) Indagini eseguite
6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
7) Modello geotecnico (e allegati grafici)
8) Verifiche geotecniche
9) Piano di monitoraggio
10) Indirizzi per le successive fasi progettuali
11) Conclusioni
Un esempio di Relazione Geotecnica
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1) Premessa
� Indicazione del lavoro, committente, dati incarico
� Localizzazione geografica (stralci planimetrici a
varia scala ⇒ individuabilità del sito)
� E’ importante specificare la fase progettuale
(per evitare incomprensioni ed un eventuale utilizzo
“postumo” della relazione).
� Indicazione di particolari indirizzi e riferimenti che
possano specificare la peculiarità del lavoro.
�Struttura della Relazione ed eventuali allegati
P.S. Specificare sempre la data di redazione della relazione
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2) Riferimenti normativi, raccomandazioni e linee guida
�DM 11/3/1988 Norme tecniche su terreni, stabilità dei pendii….
�Circ. LL.PP 24/9/1988. Istruzioni applicative
�Eurocodice 7. Progettazione geotecnica.
�Eurocodice 8. Sismica. Parte 5: aspetti geotecnici.
�Ordin. n. 3274 del 08/05/2003 e succ. (classificazione sismica)
�Norme Tecniche per le Costruzioni. D.M. 14/1/2008.
�Istruzioni. Circ. Min. 2 febbraio 2009 n. 617
�Altre specifiche (ad es. Norme Dighe)
�Raccomandazioni AGI (indagini, laboratorio, pali di fondazione).
�Raccomandazioni AICAP Ancoraggi terreni e rocce.
�Normative regionali, provinciali e comunali (se applicabili).
� Linee guida di progettazione (ad es. ANAS, RFI,…)
Un esempio di Relazione Geotecnica
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3) Descrizione dell’opera. Problemi geotecnici e
scelte tipologiche
� Descrizione sintetica dell’opera, con particolari
richiami alle parti che hanno maggiore rilevanza
geotecnica (ad es. viadotti o gallerie nelle infrastrutture
lineari; tipo di fondazioni per le strutture di edilizia;
ecc…).
� Eventuali stralci di tavole progettuali
�Opere provvisionali
� Fasi esecutive (se di rilievo)
Un esempio di Relazione Geotecnica
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4) Inquadramento geologico (da Relazione Geologica)
�Richiami sintetici delle caratteristiche geologiche,
geomorfologiche e idrogeologiche
�Sintesi del modello geologico
�Sismicità e accelerazione di progetto (categorie di suolo,
amplificazioni, rischio di liquefazione, ecc.. da richiamare nei
paragrafi successivi)
�Condizioni di stabilità
�Indicazioni di vincoli (V. Idrogeologico, PAI)
Un esempio di Relazione Geotecnica
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5) Indagini eseguite
�Elenco delle indagini (eventualmente suddivise per le diverse
fasi progettuali) con indicazione degli anni di esecuzione e delle
Imprese esecutrice (eventuali stralci planimetrici)
�Elenco dettagliato per sondaggi, prove in sito e in laboratorio
�Specificare se le indagini sono state programmate e seguite
dal redattore dello studio geotecnico
�Specificare il grado di affidabilità dell’ubicazione (indicare
sempre coordinate – con sistema riferimento - quote di
boccaforo, distanza dai siti di progetto o dal tracciato)
�Specificare il grado di affidabilità dei risultati delle indagini
�Richiamare gli allegati con i risultati delle indagini
Un esempio di Relazione Geotecnica
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Esempio di planimetria con ubicazione indagini (di dettaglio)
Un esempio di Relazione Geotecnica
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N.B. Scala non definita
6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
�Richiamare il modello geologico e specificare se il modello
geotecnico è una diretta conseguenza di questo o se sono
necessarie ulteriori suddivisioni o accorpamenti (il passaggio
dal modello geologico a quello geotecnico)
�Le formazioni geotecniche. Descrizione litologica e
individuazione delle caratteristiche geotecniche: parametri fisici
e meccanici (resistenza e deformabilità). Attribuire sigle alle
formazioni (possibilmente analoghe a quelle geologiche)
�La definizione di questi parametri deve essere ricavata da
un’analisi accurata e per quanto possibile dettagliata dei risultati
delle indagini in sito e in laboratorio
Un esempio di Relazione Geotecnica
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�Fare uso di tabelle e grafici per illustrare i risultati,
raggruppando i dati per formazioni, per zone o per siti (a
seconda del tipo di progetto) alle varie profondità.
�Se possibile effettuare una trattazione statistica (media,
deviazione standard, ecc..)
Un esempio di Relazione Geotecnica6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0 10 20 30 40 50 60
(%)
pro
f. (
m)
LL
LP
w
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
LL (%)
IP (
%)
CH
MH
MLML
CL
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Un esempio di Relazione Geotecnica6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
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Un esempio di Relazione Geotecnica6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
La rappresentazione delle indagini in sito
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� Interpretare i dati delle indagini in sito richiamando le
correlazioni utilizzate (riferimenti bibliografici), eventuali
tarature con altre prove (vedi Modulo sulle indagini in sito).
� Interpretare le prove di laboratorio (vedi Modulo sulle prove
di laboratorio).
�Per entrambe le indagini (in sito e in laboratorio) esprimere un
chiaro parere circa l’affidabilità, la rappresentatività e
significatività dei risultati.
�Se in assenza (o carenza) di indagini specifiche per la
determinazione di alcuni parametri, chiarire che la stima
proviene da dati di letteratura o precedenti esperienze
(specificare quali) e valutare una possibile variabilità.
Un esempio di Relazione Geotecnica6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
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I parametri geotecnici da fornire.
Per tutti i terreni:
�Parametri fisici (peso di volume, contenuto d’acqua,
granulometria, limiti – se misurabili)
Per i terreni coesivi (argille e limi):
�Coesione non drenata (cu)
�Coesione efficace (c’) e angolo di attrito (ϕ’)
�Modulo di deformabilità a breve (Eu) e lungo termine (E’)
�Modulo edometrico (M) e coefficiente di consolidazione (Cv)
(se questi parametri sono di interesse e applicabili)
�Coefficiente di permeabilità (K) (se di interesse)
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I parametri geotecnici da fornire.
Per i terreni granulari (sabbie e ghiaie):
�Stato di addensamento (densità relativa)
�Coesione efficace (c’) e angolo di attrito (ϕ’)
� Modulo di deformabilità (E’)
� Coefficiente di permeabilità (K) (se di interesse)
� Utilizzare unità di grandezza del Sistema Internazionale (kN, m, MPa).
� Usare cifre significative e approssimazioni “ragionevoli” (evitare
decimali e gradi di precisione non adeguati ai dati disponibili)
� Rimandare ai paragrafi sui calcoli la valutazione di parametri che
dipendono anche dall’interazione con la struttura (ad es. coefficiente di
Winkler) o riguardanti problemi specifici (ad es. modulo su piastra)
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La caratterizzazione geomeccanica degli ammassi rocciosiIl metodo di Hoek – GSI (Geological Strength Index)Ammassi rocciosi: strutture composte da una matrice intatta separata da discontinuità, serrate o più o meno aperte. Si assimila il comportamento ad un mezzo “continuo” equivalente.
Un esempio di Relazione Geotecnica6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
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Un esempio di Relazione Geotecnica6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
Può essere adottato il criterio di resistenza (modello costitutivo)
di Mohr-Coulomb, caratterizzato da una marcata curvatura con concavità verso il basso. Tale comportamento viene descritto dal
criterio di resistenza non lineare di Hoek e Brown (1980).
In termini di sollecitazioni principali efficaci il criterio di resistenza
è espresso dalle relazioni:
in cui σc è la resistenza a compressione uniassiale del
materiale roccioso, “m” ed “s” sono
due parametri legati alla resistenza,
“a” un coefficiente di adattamento
della curva al piano di Mohr
{ }{ } roccioso ammasso
roccioso materiale
2'
3
'
3
'
1
2'
3
'
3
'
1
a
caca
a
cici
sm
sm
σσσσσ
σσσσσ
++=
++=
−
−⋅=
D
GSImm ib
1428
100exp
−
−=
D
GSIs
39
100exp
( )3/2015/
6
1
2
1 −− −+= eeaGSI
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Un esempio di Relazione Geotecnica6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
Il criterio di Hoek e Brown può essere espresso in termini di curva intrinseca anziché di sforzi principali correlando, in base a relazioni geometriche, lo sforzo di taglio in funzione della sollecitazione normale.
Gli sforzi normale e di taglio sono correlati agli sforzi principali dalle relazioni (Balmer, 1952):
1'
3
'
3
'
1
'
3
'
1
'
3
'
1'
3
'
1
'
3
'
1
'
3
'
1
'
3
'
1
'
3
'
1'
)/(1/
1/
/)(
1/
1/
22
−++=
+⋅−=
+
−⋅
−−
+=
a
cbb
n
smamdd
dove
dd
dd
dd
dd
σσσσ
σσ
σσσστ
σσ
σσσσσσσ
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Rilievi geomeccanici – Influenza delle discontinuità
Un esempio di Relazione Geotecnica6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
Resistenza a taglio lungo i giunti. Metodo di Barton
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� Il capitolo si deve concludere con una tabella
riepilogativa dei parametri caratteristici delle singole
formazioni, eventualmente distinti per profondità.
� La caratterizzazione può anche essere espressa in
“campi di valori” qualora vengano successivamente
specificati i parametri per i singoli siti di progetto.
� Non indicare i coefficienti parziali, perché questi devono
essere applicati in sede di verifica, in funzione del tipo di
opere e dei diversi approcci di calcolo.
� Rimandare al Cap. 7 per la distribuzione delle diverse
formazione in profondità e nei singoli siti di progetto
(modello geotecnico).
Un esempio di Relazione Geotecnica6) Risultati delle indagini e caratterizzazione geotecnica
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7) Il modello geotecnico
� Riassumere le formazioni geotecniche (con apposite sigle)
ricavate dalle elaborazioni descritte nel precedente capitolo.
� Descrivere la distribuzione di queste formazioni in profondità
nei singoli siti, e/o lungo un tracciato, in funzione del tipo di
opera (opera puntuale o lineare)
� Per le opere puntuali potranno essere necessarie (in funzione
dell’estensione dell’opera) una o più sezioni geotecniche
� Per le opere lineari è necessario un profilo geotecnico
� Per le opere lineari può essere utile (necessario) il richiamo a
schemi geotecnici di calcolo per singole opere significative
(viadotti, gallerie, ecc..)
Un esempio di Relazione Geotecnica
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Il Profilo Geotecnico
Un esempio di Relazione Geotecnica7) Il modello geotecnico
I CONTENUTI DELLA RELAZIONE GEOLOGICA E DELLA RELAZIONE GEOTECNICA ALLA LUCE DELLA NORMATIVA VIGENTE
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N.B. Scala non definita. Profilo a scala verticale amplificata
Il Modello Geotecnico deve inoltre comprendere:
� Il modello idrogeologico: livelli di falda e sue variazioni
stagionali, tipo di permeabilità e interazione con le opere
in progetto
�Eventuali condizioni al contorno che possano
condizionare le verifiche geotecniche (infrastrutture
preesistenti o future, sovraccarichi, ecc…)
�Eventuali interazioni con corpi di frana attivi, quiescenti o
potenziali.
�Condizioni morfologiche particolari.
Un esempio di Relazione Geotecnica7) Il modello geotecnico
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Caratterizzazione sismica
Il modello geotecnico va completato con la caratterizzazione
geotecnica dei siti, richiamando la classificazione effettuata
nella Relazione Geologica.
Vanno definiti:
�L’accelerazione di riferimento
�La classe di suolo
�La vita utile e l’importanza dell’opera
�Lo spettro di riferimento
�Il coefficiente di amplificazione topografica
�L’eventuale suscettibilità alla liquefazione
Un esempio di Relazione Geotecnica7) Il modello geotecnico
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8) Le verifiche geotecniche
1) Descrizione delle verifiche da effettuare
2) Criteri e metodologie di verifica
3) Descrizione del software utilizzato
4) Tabella dei carichi (forniti dal progettista)
5) Risultati
6) Commento dei risultati
7) Rimandi a grafici e tabulati di calcolo
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Le verifiche geotecniche
Verifica di una fondazione diretta
E’ una verifica “progettuale”, che necessita della definizione
dei parametri geotecnici, della tipologia della fondazione, del tipo e valore dei carichi, delle condizioni al contorno.
La capacità portante (o il carico limite) non è quindi una caratteristica intrinseca del terreno poiché essa dipende
dall’interazione tra terreno e fondazione.
E’ quindi concettualmente sbagliato fornire un valore di
“portanza”, in quanto questo non è un valore intrinseco del terreno. E’ tuttavia possibile, e spesso richiesto, definire un
campo di valori di sollecitazioni di riferimento per un pre-
dimensionamento della fondazione.
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Le verifiche geotecniche
Perché interazione terreno-fondazione?
Il carico limite a rottura del complesso fondazione-terreno
viene calcolato con la formula trinomia di Terzaghi, integrata con i vari coefficienti di forma nella formula di Vesic:
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Nella formula compaiono, oltre ai parametri geotecnici: forma
e profondità della fondazione, forza di taglio agente, eccentricità del carico, inclinazione del pendio; l’insieme di
questi valori rendono il valore di carico limite un valore non
intrinseco del terreno, ma dipendente da vari fattori.
Questo aspetto è ancora più evidente con l’approccio di
calcolo delle NTC 2008, dove intervengono coefficienti parziali diversi in relazione agli Stati Limite considerati
qlim = 0.5 γγγγ’·B’·Nγγγγ·sγγγγ·dγγγγ·iγγγγ·bγγγγ·gγγγγ + c·Nc·sc·dc·ic·bc·gc + q’·Nq·sq·dq·iq·bq·gq
Le verifiche geotecniche
Il carico limite
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�Carichi eccentrici: diagramma delle tensioni di contatto calcolato con le formule della pressoflessione per sezioni non reagenti a trazione.�Verificare che sia sempre in compressione e<B/6
Le verifiche geotecnicheEsempio di fondazione diretta
Definizione dei carichi.
Forniti dal progettista, allo Stato Limite Ultimo (SLU) e di
Esercizio (SLE).
Secondo le NTC 2008, i carichi allo SLU devono essere
impiegati per le verifiche a rottura del complesso fondazione-terreno; i carichi allo SLE sono utilizzati per la
sima dei cedimenti.
Individuazione del tipo di fondazione (con progettista):
plinto, trave rovescia, reticolo di travi, platea, fondazioni compensate.
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Le verifiche geotecnicheEsempio di fondazione diretta
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Le verifiche geotecnicheEsempio di fondazione diretta
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VERIFICA PLINTO RETTANGOLARE
Lato minore B = 2 m
Lato maggiore L = 4 m
Profondità D = 2 m
Terreno sabbioso mediam. addensato
γ = 19 kN/m3 ϕ’ = 30°
Azioni permanenti, derivanti da valori
caratteristici dei carichi (non amplificati)
N = 4 MN - ML = 1 MN m → L* = 3.33 m
APPROCCIO TRADIZIONALE (TENSIONI AMMISSIBILI) →→→→SLE
Qlim = 2257 kPa
Qes = 450 kPa →→→→ Fs = Qlim/Qes = 5
Le verifiche geotecnicheEsempio di fondazione diretta
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APPROCCIO 1 Combinazione 2 (GEO)
γγγγG1 = 1.0 γγγγϕϕϕϕ’ = 1.25 γγγγR = 1.8
ϕϕϕϕk’ = 33°→→→→ ϕϕϕϕd’ = 27.4°
Qlim = R = 1123 kPa Rd = R/ γγγγR = 624 kPa
Ed = Qes· γγγγG1 = 450 kPa →→→→ Rd/Ed = 1.4
APPROCCIO 2 (GEO)
γγγγG = 1.3 γγγγϕϕϕϕ’ = 1.0 γγγγR = 2.3
ϕϕϕϕk’ = 33°→→→→ ϕϕϕϕd’ = 33°
Qlim = R = 2257 kPa Rd = R/ γγγγR = 981 kPa
Ed = Qes· γγγγG = 585 kPa →→→→ Rd/Ed = 1.7 →→→→ [ 1.3·2.3·1.7 = 5]
Le verifiche geotecnicheEsempio di fondazione diretta
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Stima dei cedimenti
Vengono stimati rispetto ai carichi dello Stato Limite di
Esercizio (SLE).
Si considerano i parametri dei terreni caratteristici (non
ridotti con i coefficienti parziali).
I cedimenti possono essere stimati con vari metodi: teoria
dell’elasticità, della consolidazione mondimensionale, metodo di Burland e Burbidge, Skempton, ecc..
E’ necessario conoscere le modalità di applicazione dei carichi e il decorso dei cedimenti nel tempo.
Da valutare i cedimenti differenziati nel tempo, differenziali
tra diversi parti dell’opera e le relative rotazioni.
Sensibilità della struttura ⇒ Progettista
Le verifiche geotecnicheAlcuni esempi per opere in terra
Analisi di stabilità. Possono essere condotte con il metodo dell’equilibrio limite.
Devono essere esaminate tutte le possibili superfici di scivolamento, cinematicamente ammissibili (controllo dei
campi di entrata e uscita delle superfici di scorrimento).Definire nel dettaglio tutte le condizioni al contorno (livelli di
falda e sue oscillazioni, sovraccarichi, ecc..)
Importante definire i settori di maggiore criticità dello scavo (o pendio) dove concentrare la ricerca delle superfici di scorrimento critiche.
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Le verifiche geotecnicheAlcuni esempi per opere in terra
Per i pendii in terra si possono utilizzare uno dei metodi più usuali (Bishop, Janbu, Fellenius, ecc.), su modello bidimensionale, con superfici piane e di forma varia (circolare,…)
Schema del pendio indefinito
Per le scarpate in roccia sono piùrealistiche le analisi condotte su potenziali superfici di rottura lungo giunti di discontinuità preesistenti o di neoformazione, su modelli bidimensionali (cunei) o tridimensionali (stabilità di diedri di roccia che si possono formare dalla combinazione geometrica di due o tre giunti).
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Le verifiche geotecnicheAlcuni esempi per opere in terra
Stabilità di diedri: da analisi di proiezioni stereografiche e regole di equilibrio geometrico
Stabilità di cunei: scivolamento di un giunto in condizioni pianeMetodo di Hoek e Bray
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Le verifiche geotecnicheAlcuni esempi per opere in terra
Analisi di stabilità.
Condizioni statiche ⇒ Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2)
Coefficienti parziali ⇒ Tabelle 6.2.I, 6.2.II e 6.8.1 delle NTC 2008
Azioni ⇒ coefficienti unitari
Condizioni sismiche ⇒ metodo più frequente, “pseudostatico”Coefficienti sismici orizzontale (kh) e verticale (kv)
g
ak sh
max⋅= βhv kk ⋅±= 5.0 βs:coefficiente di riduzione dell’accelerazione
amax: accelerazione massima attesa al sitogTSg aSSaSa ⋅⋅=⋅=max
Amplificazione stratigrafica (SS)
Amplificazione topografica (ST)
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Le verifiche geotecnicheAlcuni esempi per opere in terra
Analisi di stabilità dei fronti di scavo e materiali sciolti
Le verifiche vengono effettuate allo Stato Limite Ultimo (SLU), in fase statica e sismica, rispettando la condizione Ed ≤ Rd, dove:
� Ed è il valore di progetto dell’effetto delle azioni agenti;
� Rd è la corrispondente resistenza di progetto, che associa tutte le proprietà strutturali e dei terreni con i rispettivi valori di progetto.
Ragionando in termini di “fattore di sicurezza Fs = Rd/Ed ≥ 1
Sta nella sensibilità del professionista la scelta di adottare valori anche superiori a quello minimo unitario.
Pendii naturali. Le verifiche vanno effettuate con coefficienti su azioni e terreni unitari. Secondo le NTC 2008 il livello di sicurezza ritenuto accettabile dal progettista deve essere giustificato dal livello di conoscenze, affidabilità, ecc.. → Rif. D.M. 14/3/88 coefficiente di sicurezza Fs=1.3.
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Le verifiche geotecnicheAlcuni esempi per opere in terra
Cedimenti dei rilevati
Convenzionalmente il cedimento degli strati limo-argillosi saturi si compone del contributo di cedimento immediato (Si) e del cedimento differito nel tempo (cedimento di consolidazione, St):
Stot = Si + St
In molti casi si può fare riferimento alla teoria dell’elasticitàassumendo un modello di terreno stratificato.
Con tale teoria il valore del cedimento è dato dalla
Si può in genere considerare un intervallo di profondità pari a
quello in cui l’incremento delle tensioni medie risulta superiore a
circa il 10% della tensione litostatica verticale efficace media in sito (prima del sovraccarico).
[ ]∑
⋅∆+∆⋅−∆=
n
i i
iyixizi
tE
hs
)(' σσνσ
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Le verifiche geotecnicheAlcuni esempi per opere in terra
Cedimenti dei rilevati
Lo stato tensionale prodotto alle varie profondità dal corpo di carico (rilevato) viene calcolato secondo il principio di sovrapposizione degli effetti (scomponendo il corpo di carico in elementi geometricamente semplici, v. schema in figura).
(x; y)
R2R1
R0
a b-a
p
z
x
αβ
γ
Il calcolo può essere svolto con un foglio di calcolo (Excel) oppure attraverso uno dei software in commercio
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Cedimenti dei rilevati
Per i cedimenti immediati ⇒ modulo di deformabilità non drenato Eu (es. correlazione Eu=200÷500cu - Duncan, 1976,
Ladd et al., 1977); valore del coefficiente di Poisson ν = 0.5.
Per i cedimenti di consolidazione ⇒ modulo di deformabilità. Si può valutare come 1/3 del modulo iniziale a piccole
deformazioni (es. stimato con la relazione di Simpson
(1979) E0=800÷1000cu) - coefficiente di Poisson ν = 0.25.
Il modulo edometrico va utilizzato per le condizioni previste dalla teoria della consolidazione monodimensionale
(consolidazione di uno strato senza deformazioni laterali e
con filtrazione verticale)
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Le verifiche geotecnicheAlcuni esempi per opere in terra
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Le verifiche geotecnicheAlcuni esempi per opere in terra
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I dreni e il decorso dei cedimentiI dreni non modificano il valore del cedimento, ma solo il tempo di consolidazione: vengono utilizzati per anticipare la costruzione delle sovrastrutture stradali prima del naturale tempo di esaurimento dei
cedimenti di un rilevato.
9) Piano di Monitoraggio
�Per opere particolari, ove sia stato adottato il “metodo
osservazionale” o dove il dimensionamento è fortemente
condizionato da particolari assunzioni (es. livello di falda) o condizioni al contorno (risposta deformativa dei terreni,
sovraccarichi,..), è necessario un piano di monitoraggio (da attuare nelle successive fasi, progettuali o esecutive).
� In funzione del tipo di problema saranno previsti: piezometri, inclinometri, estensimetri, topografia di alta
precisione, ecc...
� In funzione del livello di progettazione indicare il numero e le caratteristiche dei punti di monitoraggio, una planimetria
(eventualmente sezione), i dettagli dei singoli strumenti (profondità, tipo).
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Piano di Monitoraggio
�Devono essere fornite le caratteristiche degli strumenti di
misura, il grado di precisione richiesto e le gramdezze da
misurare, con la relativa tempistica.
�Per un piano di monitoraggio esecutivo è necessario
indicare anche i livelli di soglia di attenzione e di allarme
�Per quest’ultimo tipo di piano è indispensabile
l’interazione con il progettista che fornirà le principali grandezze da tenere sotto controllo, la significatività dei
valori e l’indice di vulnerabilità delle strutture da
monitorare
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9) Indirizzi per le successive fasi progettuali
�Avviene di frequente che nelle fasi preliminari la
progettazione venga sviluppata con risorse economiche
relativamente contenute, che non consentono l’attuazione di un programma di indagini adeguato.
� In questo caso è consigliabile fornire degli indirizzi per le successive fasi progettuali, con l’indicazione dei livelli
minimi di approfondimento delle indagini da raggiungere.
� In funzione del tipo di opera e del livello di progettazione
possono essere indicate anche il numero e le
caratteristiche delle indagini con una planimetria che indichi le zone (o le opere) che necessitano di indagini
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10) Conclusioni
�Valutazione complessiva della fattibilità geotecnica delle
opere in progetto, richiamando il livello di dettaglio delle indagini e delle verifiche raggiunto e l’eventuale necessità
di approfondire gli studi e le indagini nelle successive fasi progettuali
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FINE DEL MODULO SULLA RELAZIONE GEOTECNICA
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