L'EFFETTO DELL’AZIONE SISMICA NELLE FASI COSTRUTTIVE DI UN’OPERA DI SOSTEGNO

Quaderno

ORDINe DeglI INgegNeRI DellA PROvINCIA DI ROMA

L’EFFETTO DELL’AZIONE SISMICANELLE FASI COSTRUTTIVEDI UN’OPERA DI SOSTEGNO

a cura diIng. v. CapogrecoIng. A. Jacuzzi

commissione geotecnica

visto da:Ing. M. e. D’effremoIng. A. Bozzetti

Il dimensionamento e la verifica di un’opera di sostegno devono essere condotti sia in condizionistatiche che in condizioni sismiche. Nella pratica professionale può succedere che vengano chie-sti chiarimenti in merito all’applicazione dell’azione sismica nelle fasi di realizzazione dell’opera di

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mo omettere le verifiche sismiche nelle fasi in-termedie del modello di calcolo. In fase di rea-lizzazione dell’opera però può verificarsi un ral-lentamento se non una interruzione della co-struzione dell’opera stessa dovuta ad imprevi-sti geologici o a problematiche legate alla im-presa preposta alla realizzazione materiale, percui i 2 anni previsti da normativa potrebberoessere superati. Fermo restando le prescrizioninormative, è interessante capire come il sismaapplicato nelle fasi costruttive, e non solo nellafase finale ad opera ultimata, influisca sulla sta-bilità dell’opera.

sostegno. Ma, come indicato da normativa, l’a-zione sismica nelle simulazioni numeriche vie-ne considerata a opera ultimata, pertanto ci sichiede, non sarebbe opportuno valutare il casoin cui il sisma avvenisse durante la fase co-struttiva? Sull’applicazione dell’azione sismica,relativamente alla durata prevista per le struttu-re in fase costruttiva, la normativa vigente pre-cisa che “le verifiche sismiche di opere provvi-sorie o strutture in fase costruttiva possonoomettersi quando le relative durate previste inprogetto siano inferiori a 2 anni” (§2.4.1 delD.M.2008). Di conseguenza risulterebbe legitti-


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Pertanto, sono stati realizzati semplici modellinumerici che simulano paratie di pali ø1000 mmdisposti ad interasse 1.20 su cui sono stati ap-plicati tre diversi valori dell’azione sismica ca-ratterizzati dalla stessa vita nominale, ma diffe-rente accelerazione orizzontale massima attesasul sito di riferimento rigido ag. L’azione sismi-ca è rappresentata da un carico esterno appli-cato sull’altezza di scavo della paratia e calco-lato con il metodo di Mononobe-Okabe ed èstata applicata sia durante le fasi costruttiveche nella configurazione finale, con l’obiettivodi sottolineare l’importanza dell’applicazionedel sisma in fase costruttiva.

Modello e analisi numeriche

Si considera la configurazione in fase costrutti-va di una doppia paratia per realizzare una gal-leria artificiale. Si considerano quindi gli step dicalcolo inerenti le diverse fasi per arrivare allaquota dello scavo finale, tralasciando la confi-gurazione finale di inserimento del vincolo intesta. Non considerando il vincolo in testa nellaconfigurazione finale, essendo un modello sim-metrico è stata studiata metà paratia. Le analisisono state condotte con un software agli ele-menti finiti. La paratia è costituita da pali di diametroø1000 mm, con interasse 1.2 m. Sono previsti 4ordini di tiranti ad interasse orizzontale di 2.4 marmati con 4 trefoli e con tiro iniziale pari a 400kN. La stratigrafia di riferimento è riportata inTabella 1.Le analisi numeriche sono svolte in condizionipiane e la schematizzazione del fenomeno fisi-co è del tipo ‘trave su suolo elastico1 - allaWinkler. La parete di sostegno è schematizzatada una serie di elementi finiti verticali il cuicomportamento flessionale è definito dalla rigi-

dezza flessionale; il terreno è simulato da ele-menti finiti monodimensionali con legge costitu-tiva di tipo elasto-plastico; gli altri elementistrutturali quali i tiranti sono schematizzati tra-mite molle puntuali convergenti in alcuni nodidella parete. Per non aumentare il numero di variabili si con-sidera il terreno a monte orizzontale e la faldaassente.Sono stati analizzati più modelli di calcoloaventi la stessa altezza di scavo, ma soggetti atre diverse intensità di azione sismica.Per quanto riguarda l’azione sismica applicatasi considerano tre siti: Lecco, Ragusa e L’Aqui-la con vita nominale 50 anni, ma differenti clas-si di utilizzo dell’opera per ottenere coefficientidi intensità sismica crescenti.Le fasi di calcolo adottate nel modello di calco-lo, coincidenti con le fasi di realizzazione dellaparatia, sono:1. inizializzazione del modello con fase geo-

statica e realizzazione dei pali2. scavo per la realizzazione del primo ordine

di tiranti (T1)3. inserimento del primo ordine di tiranti (T1)4. scavo per la realizzazione del secondo or-

dine di tiranti (T2)5. inserimento del secondo ordine di tiranti

(T2) scavo per la realizzazione del terzo or-dine di tiranti (T3)

6. inserimento del terzo ordine di tiranti (T3)7. scavo per la realizzazione del quarto ordine

di tiranti (T4)8. inserimento del quarto ordine di tiranti (T4)9. scavo finale10. applicazione dell’azione sismica

Sono stati creati 5 modelli di calcolo, che diffe-riscono tra di loro solo per l’applicazione tem-porale del sisma. Si ipotizza cioè che il sisma

da 0 a 5 m unità1 19.0 5 35

≥ 5 m unità2 18.5 20 20

Stratigrafia Formazione peso specifico coesione angolo di[da p.c.] gkN/m3) c’ (kPa) resistenza

al taglio f’ (°)

SISMA Lecco 50 II B,T1 13 0.065 0.025

Ragusa 50 II B,T1 13 0.065 0.110

L’Aquila 50 IV C,T2 13 0.065 0.182

sito Vn Cu Cat H us kh (SLV)

Tabella 1 – Stratigrafiadi riferimento

Tabella 2 – Valori delcoefficiente di intensitàsismica orizzontale kh

impiegato nelle analisi.


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possa manifestarsi in una fase intermedia direalizzazione dell’opera diversa da quella fina-le. La consuetudine professionale di considera-re l’azione sismica nella fase finale ad opera ul-timata coincide con il modello n. 5.Successivamente sono stati creati altri 5 mo-delli di calcolo, in cui, diversamente dai primi5, l’azione sismica è stata applicata due volte,una volta in fase costruttiva, variandola modelloper modello, una volta in fase finale.

RisultatiDalle analisi sono stati estrapolati e confrontatitra loro i valori massimi dei momenti flettenti edegli spostamenti di ciascun modello analizzato.Si riportano i risultati ottenuti applicando l’azione

sismica di riferimento per il sito di Ragusa.Nei grafici che seguono sulle ordinate sono ri-portati i modelli di calcolo, da 1 a 5, in cui conS1 si indicano i modelli in cui l’azione sismica èstata applicata una sola volta durante la realiz-zazione dell’opera e con S2 i modelli in cui l’a-zione sismica è stata applicata due volte, unain configurazione intermedia e una in configu-razione finale.Gli stessi risultati della Figura 1 sono riportati inFigura 2 in forma adimensionale, cioè rapporta-ti ai valori di momento flettente e spostamentiottenuti dal modello 5 che, come detto prima,rappresenta la consuetudine professionale diconsiderare l’azione sismica nella fase finalead opera ultimata.

Tabella 3 – Fasi costruttive relative ai modelli di calcolo – S1

Tabella 4 – Fasi costruttive relative ai modelli di calcolo – S2


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Dal confronto dei grafici riportati in Figura 1 eFigura 2 si nota come i valori del momento flet-tente siano gli stessi. Al contrario, per quantoriguarda gli spostamenti c’è un incremento deivalori, tra l’azione sismica applicata una solavolta e applicata due volte nel corso delle fasi,dovuto ad un accumulo di deformazioni.Inoltre, nel modello n. 4 in cui l’azione sismicaè applicata dopo l’esecuzione dello scavo perl’inserimento del tirante T4, si hanno valori dimomento e spostamenti maggiori rispetto almodello n. 5 preso a riferimento. In particolare,in questo caso, comporta un aumento del mo-mento flettente del 15%, e del 5% per quantoriguarda gli spostamenti. Le stesse analisi sono state ripetute variandol’azione sismica con i valori del coefficiente diintensità sismica orizzontale kh inerenti il sito di

Lecco e dell’Aquila e riportati in Tabella 2. Dalle analisi eseguite sono stati estrapolati econfrontati tra loro i massimi valori del momen-to flettente e degli spostamenti di ciascun mo-dello analizzato. Nei grafici che seguono sulleordinate sono riportati i modelli di calcolo, conS1 si indicano i modelli in cui l’azione sismica èapplicata una sola volta e con S2 i modelli conl’azione sismica applicata due volte nelle fasi dicalcolo dei modelli.Gli stessi risultati in Figura 3 sono riportati in Fi-gura 4 in forma adimensionale cioè rapportatiai valori di momento flettente e spostamenti ot-tenuti dal modello 5 che, come detto prima,rappresenta la consuetudine professionale diconsiderare l’azione sismica nella fase finalead opera ultimata.Si nota ancora che il sisma nel modello 4, cioè

Figura 1 – Grafici in cuisono riportati i risultatiottenuti dai modelli incui è stata applicata

l’azione sismicainerente il sito di

Ragusa.

Figura 2 – Grafici in cuisono riportati i risultati

adimensionalizzati


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applicato dopo l’esecuzione dello scavo per larealizzazione del quarto livello di tiranti T4,comporta spostamenti e momenti flettenti mag-giori rispetto al modello n. 5 preso a riferimen-to. In particolare si ha un aumento del momen-to flettente del 15% - 20 % a seconda dell’azio-ne sismica di riferimento, e del 5% per quantoriguarda gli spostamenti.

ConclusioniÈ consuetudine nella progettazione di opere disostegno, considerare l’azione sismica nellaconfigurazione finale, ad opera ultimata, comeda indicazioni normative NTC ‘08.Fermo restando le prescrizioni normative, è in-

teressante capire come il sisma influisca se ap-plicato nelle fasi costruttive. Scopo di questoarticolo è evidenziare la differenza analitica chesussiste ipotizzando a priori la possibilità chel’azione sismica solleciti l’opera solo dopo lasua realizzazione piuttosto che nelle fasi prece-denti. Tra gli obiettivi futuri c’è l’idea di sondare diver-se casistiche e cercare di creare un abaco fun-zione dei parametri più sensibili per quanto ri-guarda la risposta sismica di un’opera di soste-gno, per dare al progettista uno strumento di ri-ferimento per stimare di quanto potrebbe incre-mentarsi il momento flettente e lo spostamentomassimo rispetto all’analisi semplificata con-dotta. �

Figura 3 – Confronto trai risultati ottenuti conl’applicazionedell’azione sismica diRagusa, Lecco eL’Aquila

Figura 4 – Grafici in cuisono riportati i risultatiadimensionalizzati


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