Lezione Facciorusso CorsoSiena 2feb012

Prescrizioni delle NTC-08 in materia di indagini geotecniche per la caratterizzazione sismica

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDipartimento di Ingegneria Civile e AmbientaleSezione geotecnica (www.dicea.unifi.it/geotecnica)

Johann [email protected]

http://www.dicea.unifi.it/~johannf/

Corso di aggiornamento professionale: ‘’Progettazione geotecnica secondo le NTC08’’Siena, 2 febbraio 2012

Ordine degli Ingegneri della Provincia di Siena

IndiceLo scopo di questa lezione è fornire una lettura critica e comparativa dellerecenti norme tecniche in materia di costruzioni per la parte che riguarda leindagini geotecniche, con specifico riferimento alle indagini sismiche, aiparametri che vengono richiesti, alle tecniche di misura e interpretazionedei risultati, ai confronti ed alle modalità di programmazione delle indagini.La lezione si articolerà nei seguenti punti:

1. Introduzione (caratterizzazione geotecnica, valori caratteristici e diprogetto, classificazione sismica dei terreni, azione sismica di progetto)

3. Correlazioni (correlazioni tra Vs e i parametri desunti da provegeotecniche “standard”, applicabilità e affidabilità ed influenza nellecomuni applicazioni geotecniche)

2. Parametri dinamici: domini di comportamento dei terreni, misura deiparametri dinamici, tecniche geofisiche e misure sismiche)

4. Riferimenti normativi e programmazione delle indagini sismiche per lepiù comuni applicazioni geotecniche)

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Dott. Ing. Johann Facciorusso“Prescrizioni delle NTC-08 in materia di indagini geotecniche”Siena, 2 Febbraio 2012

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(NTC-08, § 7.11 – Opere e sistemi geotecnici)

“Le presenti norme disciplinano la progettazione e la verifica delle opere edei sistemi geotecnici di cui al § 6.1.1 (opere di fondazione; opere disostegno; opere in sotterraneo; opere e manufatti di materiali sciolti naturali;fronti di scavo; miglioramento e rinforzo dei terreni e degli ammassi rocciosi;consolidamento dei terreni interessanti opere esistenti, nonché la valutazionedella sicurezza dei pendii e la fattibilità di opere che hanno riflessi su grandiaree) soggetti ad azioni sismiche, nonché i requisiti cui devono soddisfare isiti di costruzione e i terreni interagenti con le opere in presenza di taliazioni.”

Il paragrafo 7.11 delle NTC-08 affronta, quindi, due fondamentali problemi:

il problema della sicurezza sismica delle opere geotecniche (fronti di scavie rilevati, fondazioni superficiali e su pali, opere di sostegno).

il problema della stabilità del sito e del terreno in cui il manufatto si collocanei confronti di possibili fenomeni di amplificazione stratigrafica etopografica, di liquefazione del terreno e di instabilità dei pendii in presenza diazioni sismiche;

Introduzione

Introduzione

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Introduzione

(NTC-08, § 7.11.2 – Caratterizzazione geotecnica a fini sismici)“Le indagini geotecniche devono essere predisposte dal progettista inpresenza di un quadro geologico adeguatamente definito, che comprenda iprincipali caratteri tettonici e litologici, nonché l’eventuale preesistenza difenomeni di instabilità del territorio. Le indagini devono comprenderel’accertamento degli elementi che, unitamente agli effetti topografici,influenzano la propagazione delle onde sismiche, quali le condizionistratigrafiche e la presenza di un substrato rigido o di una formazione adesso assimilabile.La caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e la scelta dei piùappropriati mezzi e procedure d’indagine devono essere effettuate tenendoconto della tipologia del sistema geotecnico e del metodo di analisiadottato nelle verifiche.”

(NTC-08, § 6.2.2 – Indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica)“Le indagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipodi opera e/o di intervento e devono riguardare il volume significativo di cuial § 3.2.2, e devono permettere la definizione dei modelli geotecnici disottosuolo necessari alla progettazione. ….. È responsabilità del progettistala definizione del piano delle indagini, la caratterizzazione e la modellazionegeotecnica.”

Indagini geotecniche

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Introduzione

Quanto si devono estendere le indagini? Le indagini geotecniche devonoestendersi al volume significativo per la caratterizzazione in campo statico,mentre, per la caratterizzazione sismica, devono avere una estensione eraggiungere una profondità tale da consentire una completacaratterizzazione di eventuali fenomeni amplificativi e/o instabilità di pendioo dovuta a liquefazione*

*N.B. Non sono citati esplicitamente fenomeni di densificazione di depositisabbiosi saturi o di subsidenza in presenza di cavità o di scorrimenti difaglia che invece dovrebbero comunque essere presi in considerazione(Eurocodice EC8-Strutture in zona sismica)

Def. “Per volume significativo di terreno si intende la parte di

sottosuolo influenzata, direttamente o

indirettamente, dallacostruzione del manufatto e che

influenzail manufatto stesso.”

(NTC-08, § 3.2.2 )

Raccomandazioni AGI, 1977

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Introduzione

Le indagini geotecniche “in campo statico” devono essere finalizzate alla(NTC-08, § 6.2.2 ): definizione del modello geotecnico di sottosuolo da utilizzare nellaprogettazione; stima dei valori caratteristici delle grandezze fiche e meccaniche daattribuire ai terreni nel modello geotecnico utilizzato (ad es. ’, cu, ecc.).Def. “Per modello geotecnico si intende uno schema rappresentativo dellecondizioni stratigrafiche, del regime delle pressioni interstiziali e dellacaratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce comprese nelvolume significativo, finalizzato all’analisi quantitativa di uno specificoproblema geotecnico.” (NTC-08, § 6.2.2 )Le indagini geotecniche “in campo dinamico” devono fornire (NTC-08, §7.11.2 ) : i valori di rigidezza a piccole deformazioni (G0 o Vs);

la valutazione della dipendenza della rigidezza e dello smorzamento dallivello deformativo (curve di decadimento)

Quali sono gli obiettivi delle indagini geotecniche?

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Introduzione

le caratteristiche stratigrafiche e topografiche che influenzano larisposta sismica locale, RSL (spessore, alternanza e giacitura degli strati,posizione del bedrock, presenza di discontinuità, ecc.), indispensabilenella definizione dell’azione sismica per le verifiche di stabilità del sito edelle opere geotecniche e strutturali.

“almeno” la classificazione del sottosuolo (ad es., attraverso il profilo diG0 o VS con la profondità);

e devono consentire di definire :

la degradazione ciclica della rigidezza e della resistenza per fenomeni difatica e per l’incremento delle pressioni interstiziali (nei terreni saturi),utile nelle analisi post-sismiche, e ricavabili mediante correlazioni (nonspecificate nelle NTC) o mediante prove di laboratorio dinamiche ecicliche (consigliate solo in casi speciali).N.B.: Le NTC-08 suggeriscono che “Nel caso di opere per le quali sipreveda l’impiego di metodi d’analisi avanzata, è opportuna anchel’esecuzione di prove cicliche e dinamiche di laboratorio, quando siatecnicamente possibile il prelievo di campioni indisturbati.” (NTC-08, §6.2.2 ), ma poi prescrivono che: “Nella caratterizzazione geotecnica ènecessario valutare la dipendenza della rigidezza e dello smorzamento dallivello deformativo”, per il quale sono richieste specifiche prove dilaboratorio dinamiche e cicliche!!!!

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Introduzione

Chi programma le indagini?: il progettista

Chi è responsabile della definizione del modello geotecnico?: ilprogettista

Quali sono i criteri da seguire nella programmazione delle indagini? Leindagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipo diopera e/o di intervento e del metodo di analisi adottato nelle verifiche

Quali sono le prove da preferire in relazione al tipo di opera e di verificada eseguire e del metodo di analisi adottato? Non vengono forniteindicazioni specifiche, affidando alla responsabilità del progettista lascelta nel rispetto delle prescrizioni generali sopra citate. Maggioriindicazioni, però di carattere puramente indicativo, vengono fornite nellaCircolare esplicativa (Circolare Ministeriale 2 febbraio 2009, n. 617“Istruzioni per l’applicazione delle «Nuove Norme tecniche per lecostruzioni» di cui al Decreto Ministeriale 14 gennaio 2008” ) per lacaratterizzazione sia in campo statico (§ C6.2.2 e in particolare la Tab.C6.2.1) sia in campo dinamico (§ C7.11.3.1.1).

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Introduzione

Valori caratteristici e di progettoLe NTC-08 fanno riferimento al metodo semiprobabilistico agli stati limitebasato sull’impiego dei coefficienti parziali di sicurezza (metodo di primolivello o “metodo dei coefficienti parziali”). Nel metodo semiprobabilisticoagli stati limite, la sicurezza dell’opera o sistema geotecnico deve essereverificata, relativamente allo stato limite ultimo considerato, tramite ilconfronto tra la resistenza e l’effetto delle azioni (NTC-08, § 2.3 ) :Ed ≤ Rd

I valori di progetto dell’effetto delle azioni, Ed e della resistenza, Rd, sonofunzione, oltre che della geometria del progetto tramite le grandezzegeometriche, adl, dei valori caratteristici delle azioni, Fki, e dei parametrigeotecnici, Xkj, tramite i coefficienti parziali corrispondenti(rispettivamente gFi e gMj), che tengono conto della variabilità edell’incertezza del valore caratteristico e dell’affidabilità del modello dicalcolo adottato per le azioni e la resistenza (NTC-08, § 6.2.3.1 ) .

dove:- Ed è il valore di progetto dell’effetto dell’azioni- Rd è il valore di progetto della resistenza,

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Introduzione

I coefficienti parziali, anziché alle azioni, Fi, possono esseredirettamente applicati all’effetto, E; per determinare la resistenza diprogetto, Rd, alla resistenza del sistema viene applicato un ulteriorecoefficiente parziale R.

dl

Mj

kjkiEdl

Mj

kjkiFid a;

X;FEa;

X;FEE

dl

Mj

kjkiFi

Rd a;

X;FR1R

N.B. In alcuni casi i coefficienti parziali E (ad es. nelle verifiche sismiche)eR (ad es. nelle verifiche strutturali) sono posti pari ad 1.

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Introduzione

i valori caratteristici della resistenza dei materiali e delle azioni sonodefiniti, rispettivamente, come: “il frattile inferiore delle resistenze e ilfrattile (superiore o inferiore a seconda che l’azione sia rispettivamentesfavorevole o favorevole) delle azioni che minimizzano la sicurezza. Ingenere, i frattili sono assunti pari al 5%. Per le grandezze con piccolicoefficienti di variazione, ovvero per grandezze che non riguardinounivocamente resistenze o azioni, si possono considerare frattili al 50%(valori mediani)”. (NTC-08, § 2.3 )

Nelle verifiche di stabilità strutturali:

Nelle verifiche di stabilità delle opere e dei sistemigeotecnici:“i valori caratteristici delle grandezze fisiche e meccaniche da attribuire aiterreni devono essere ottenuti mediante specifiche prove di laboratorio sucampioni indisturbati di terreno e attraverso l’interpretazione dei risultati diprove e misure in sito. Per valore caratteristico di un parametro geotecnicodeve intendersi una stima ragionata e cautelativa del valore del parametronello stato limite considerato”. (NTC-08, § 6.2.2 )N.B. Per i parametri geotecnici, la definizione del valore caratteristico nonsi basa su criteri statistici (data la scarsa disponibilità di misure), bensìsulla arbitrarietà e sulla sensibilità del progettista (alcune indicazioni sonofornite nella Circolare § C6.2.2, specie in relazione al tipo di verifica).

Valore caratteristico5% 50% 95%

Valore medio o minimo??Xk

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Introduzione

Parametri geotecniciMisure dirette

(in sito e/o in laboratorio)o correlazioni

Valori caratteristiciINTERPRETAZIONE

Coefficienti parziali

XkM

Valori di progetto

Xd

M

kX

Tabella 6.2.II – Coefficienti parziali per i parametri geotecnici del terreno

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Azione sismica di progetto“Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto deidiversi stati limite considerati, si definiscono a partire dalla “pericolositàsismica di base” del sito di costruzione. Essa costituisce l’elemento diconoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche”. (NTC-08,§ 3.2 )“Ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, si rende necessariovalutare l’effetto della risposta sismica locale”. (NTC-08, § 3.2 .2)

“Le componenti possono essere descritte, in funzione del tipo di analisiadottata, mediante una delle seguenti rappresentazioni (NTC-08, § 3.2.3.1) :- accelerazione massima attesa in superficie;- accelerazione massima e relativo spettro di risposta (elastico o di progetto)attesi in superficie;- accelerogramma (artificiale, simulato, naturale).

“Ai fini delle presenti norme l'azione sismica è caratterizzata da 3componenti traslazionali, due orizzontali contrassegnate da X ed Y ed unaverticale contrassegnata da Z, da considerare tra di loro indipendenti”. (NTC-08, § 3.2.3.1)

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Introduzione

Pericolosità sismica di baseLa pericolosità sismica di base (PSB) è definita a partire dai valori deiseguenti parametri in condizioni di campo libero su sito di riferimentorigido (di categoria A quale definita al § 3.2.2 delle NTC-08) con superficietopografica orizzontale (di categoria T1 quale definita al § 3.2.2 delle NTC-08): accelerazione orizzontale massima attesa, ag; valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro inaccelerazione orizzontale, F0; periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro inaccelerazione orizzontale, T*C. per ciascuna delle probabilità di superamento, PVR (dipendente dal tipodi verifica condotto ovvero dalla prestazione richiesta), nel periodo diriferimento VR (dipendente dal tipo e dall’uso dell’opera, tramiterispettivamente la vita nominale, VN e la classe d’uso, CU, ovvero VR =VNCU) e quindi per ciascun periodo di ritorno TR = -VR/ln(1-PVR)

L’azione sismica è dunque riferita ad un suolo rigido (classe A) consuperficie topografica orizzontale (categoria T1) e viene ottenuta daiparametri ricavati mediante l’analisi di PSB (ag, F0 e T*C).

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Introduzione

Analisi della Risposta Sismica Locale“Il moto generato da un terremoto in un sito dipende dalle particolaricondizioni locali, cioè dalle caratteristiche topografiche e stratigrafiche deidepositi di terreno e degli ammassi rocciosi e dalle proprietà fisiche emeccaniche dei materiali che li costituiscono. Alla scala della singolaopera o del singolo sistema geotecnico, la risposta sismica localeconsente di definire le modifiche che un segnale sismico subisce, a causadei fattori anzidetti, rispetto a quello di un sito di riferimento rigido consuperficie topografica orizzontale (NTC-08, § 7.11.3.1).L’influenza della stratigrafia (amplificazione stratigrafica) e dellatopografia (amplificazione topografica) sull’azione sismica di riferimento(RSL) può essere determinata: in prima approssimazione, mediante un approccio semplificatobasato sulle categorie di sottosuolo (tab. 3.2.II), SS, e sulle categorietopografiche (tab. 3.2.IV), ST

per speciali categorie di suolo (S1 e S2) e determinati sistemigeotecnici (e in generale quando si voglia aumentare il grado diaccuratezza nella previsione della RSL) mediante specifiche analisi dirisposta sismica locale eseguite utilizzando metodi numerici.

amax = agSSST


Introduzione

Tipo di costruzione(NTC‐08, §2.4.1 Tab. 2.4.I)

ag(TR) (e Mw1)

Classe d’uso(NTC‐08, §2.4.2 Tab. 2.4.II)

VN CUVNCU

VR

)P1ln(V

VR

R

TR

PSB(da NTC‐08 o da analisi specifiche) F0(TR)

T*C(TR)

Azione sismica di riferimento

Se0(T), Sd0(T)2

a0(t)

ag

(Classe A, cat. T1)

t

a

agF0

TB T*C TD

ag

TUtile a fini geotecnici

Se

SLU(NTC‐08, §3.2.1Tab. 3.2.I)

PVR

1 per le verifiche di stabilità di liquefazione2 SE0 è ottenuto dalle equazioni (3.2.4) del §3.2.3.2, con SS =ST = 1 e TC = T*C e = 1 e Sd con = 1/q (con ilfattore di struttura q definito nel §7.3)


Introduzione

1 L’approccio numerico richiede l’applicazione di procedure di calcolo numeriche 1-D o 2-D, cherichiedono una approfondita conoscenza delle proprietà geotecniche dei terreni in campo dinamico e unaccelerogramma di input definito su suolo rigido e orizzontale (vedi C.M. 2009, §C7.11.3).

T

t

Azione sismica di riferimento

Se0(T), Sd0(T)

a0(t)

ag

RSL

Approccio semplificato

Approccio numerico1

SS, CC(A,B,C,D,E) [Tab. 3.2.V]ST (T1,T2,T3,T4) [Tab. 3.2.VI]

Se(T), Sd(T)

a(t)

amax

t

a

Se

[Eq. (3.2.4) , §3.2.3.2]

TB TC = CCT*C TD T

Se

amax = agSSST

agF0

TB T*C TD

ag

T

Se

agSSSTF0

a(t)

amax

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Classificazione sismica dei terreniAi fini della definizione dell’azione sismica di progetto per tenere contodell’amplificazione (stratigrafica) del moto sismico rispetto al caso di suolorigido, vengono utilizzate, nell’approccio semplificato, le categorie disottosuolo di riferimento (Tabella 3.2.II, NTC-08, § 7.11.3.1) :

Categoria* Descrizione

A Ammassi 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 moltoconsistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietàmeccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT,30 > 50 neiterreni 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 consistenticon spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccanichecon la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30 < 50 nei terrenia 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 scarsamenteconsistenti, con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietàmeccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT,30 < 15 nei terreni agrana grossa e cu,30 < 70 kPa nei terreni a grana fina).

E Terreni dei sottosuoli di tipo C o D per spessore non superiore a 20 m, posti sul substrato diriferimento (con Vs > 800 m/s).

*OSS. I depositi di terreno, a grana grossa o fine, con spessore compreso tra 20 e 30 m o con inversioni divelocità????


Introduzione

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“Fatta salva la necessità della caratterizzazione geotecnica dei terreni nelvolume significativo, ai fini della identificazione della categoria di sottosuolo,la classificazione si effettua in base ai valori della velocità equivalente VS,30 dipropagazione delle onde di taglio (definita successivamente) entro i primi 30m di profondità.”

Le indagini geotecniche devono estendersi al volume significativo per lacaratterizzazione in campo statico, e, per la classificazione sismica delsottosuolo, devono raggiungere almeno la profondità di 30 m e comprenderele prove richieste per questo tipo di caratterizzazione. Per analisi di RSLpossono spingersi anche oltre fino alla identificazione di uno strato moltorigido assimilabile al substrato (C.M. 2009, § C7.11.3.1.1) .

Profondità di indagine

]s/m[

Vh

30V

N,1i i,S

i30,S

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Introduzione

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“La misura diretta della velocità di propagazione delle onde di taglio èfortemente raccomandata. Nei casi in cui tale determinazione non siadisponibile, la classificazione può essere effettuata in base ai valori delnumero equivalente di colpi della prova penetrometrica dinamica (StandardPenetration Test) NSPT,30 (definito successivamente) nei terreniprevalentemente a grana grossa e della resistenza non drenata equivalentecu,30 (definita successivamente) nei terreni prevalentemente a grana fina.”

Scelta del parametro di classificazione

K,1i i,u

i

K,1ii

30,u

Ch

hc

M,1i i,SPT

i

M,1ii

30,SPT

Nh

hN

1. Per la classificazione sismica dei terreni è fortemente raccomandata lamisura diretta della velocità delle onde di taglio S (da cui ricavare il valoremedio equivalente VS,30);2. In mancanza di tale misura e in alternativa, possono essere utilizzatemisure dirette o indirette di resistenza in campo statico (NSPT per i terreni agrana grossa e cu per i terreni a grana fine) e, nel caso di depositieterogenei, la media, anziché sui 30 m è fatta sullo spessore effettivo e siconsidera la classe ottenuta più penalizzante.

]s/m[

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30V

N,1i i,S

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“In particolare, è fortemente raccomandata l’esecuzione di prove in sito per ladeterminazione dei profili di velocità di propagazione delle onde di taglio, aifini della valutazione della rigidezza a bassi livelli di deformazione. … A titolodi esempio e in maniera non esaustiva, le prove in sito possono includereprove cross-hole, prove down-hole, prove SASW, prove dilatometrichesismiche, prove penetrometriche sismiche, ecc.;” (C.M. 2009, § C7.11.3.1.1).

Tipi di indagine

1. Per la misura diretta della velocità delle onde di taglio S vengonofortemente raccomandate alcune prove mettendo insieme impropriamenteprove di tipo diverso e senza specificare cosa si intende con “misura diretta”(prova SASW è superficiale e non fornisce una misura diretta);

2. Non viene specificamente suggerita, ad esempio per la stima di VS, lapossibilità di ricorrere a correlazioni empiriche a partire dalle misure in sito incampo statico (da prove CPT, SPT o DTM, ecc.), quando molte di talicorrelazioni sono ampiamente utilizzate in campo scientifico e possonorisultare in alcuni casi più affidabili del valore di NSPT per classificare larigidezza a piccole deformazioni del terreno

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Introduzione

Esempio. Stratigrafia, ubicazione del campione indisturbato CI1 eprofilo delle velocità VS, VP e del coefficiente di Poisson, n, con laprofondità, z, da prova Down-Hole

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 400 800 1200 1600Vs, Vp [m/s]

z [m

]

VsVp

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

z [m

]

Detrito di frana costituito da argille, marne e livelli arenitici

Detrito di frana costituto da strati millimetrici e decimetrici di marne e strati decimetrici e centimetrici di arenarie alterate. La struttura è caotica e la matrice è argillosa.

Marne fittamente stratificate alternate a strati di arenaria

Detrito di frana costituito da limi sabbiosi e sabbie limose con frazione sabbiosa grossolana crescente verso il basso.

Terreno vegetale (sabbie limose)

2.7 m

13.2

15.0

33.0

C1 5.2 m

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Introduzione

Categoria B

hi = 1 mzi VS,i hi/VS,i zi VS,i hi/VS,i

( m ) ( m/s ) ( s ) ( m ) ( m/s ) ( s )1 489 2,047E‐03 16 564 1,773E‐032 489 2,047E‐03 17 612 1,633E‐033 546 1,832E‐03 18 551 1,815E‐034 438 2,282E‐03 19 368 2,718E‐035 318 3,146E‐03 20 436 2,292E‐036 363 2,751E‐03 21 561 1,783E‐037 444 2,254E‐03 22 576 1,737E‐038 529 1,892E‐03 23 492 2,031E‐039 581 1,720E‐03 24 456 2,195E‐0310 568 1,761E‐03 25 457 2,187E‐0311 529 1,889E‐03 26 425 2,352E‐0312 548 1,824E‐03 27 557 1,794E‐0313 629 1,590E‐03 28 662 1,511E‐0314 646 1,548E‐03 29 622 1,608E‐0315 606 1,651E‐03 30 677 1,477E‐03

(hi/VS,i) = 5,914E‐02VS,30 = 507 m/s

0

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50 60 70

cu (kPa)

Z (m

)

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Introduzione

Esempio: Deposito costituito da argilla tenera fino alla profondità di 18 m e da sabbia densa oltre tale profondità

20

25

30

35

0 20 40 60 80

NSPT ( ‐ )

Z (m

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Introduzione

hi = 1,8 m hi = 3 mzi cu,i hi/cu,i zi NSPT,i hi/NSPT,i

( m ) ( kPa ) ( m/kPa ) ( m ) ( ‐ )1,8 59 3,051E‐02 21 64 4,688E‐023,6 55 3,273E‐02 24 66 4,545E‐025,4 53 3,396E‐02 27 71 4,225E‐027,2 48 3,750E‐02 30 58 5,172E‐029 40 4,500E‐02 hi = 12 m

10,8 38 4,737E‐02 (hi / NSPT,i) = 1,863E‐0112,6 47 3,830E‐02 hi / (hi / NSPT,i) = 6414,4 46 3,913E‐02 categoria B16,2 46 3,913E‐0218 30 6,000E‐02

hi = 18 m(hi / cu,i) = 4,036E‐01 m / kPa

hi / (hi / cu,i) = 44,6 kPacategoria D

Categoria D

18 m

26/86

Categoria di terreno(A,B,C,D,E) SS, CC

M

S, TC TB,TD,TE,TF,Vg,dg

Azione sismica di progetto

(in superficie o al piano di posa)Verifiche strutturali

(struttura, fondazioni e opere di sostegno)

Se(T),Sve(T), SDe(T), Sd(T)

a(t)

amaxVerifiche di stabilità del sito

(amplificazione, liquefazione e stabilità dei pendii)

Verifiche di stabilità dell’opera geotecnica

Effetti della scelta della categoria

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Introduzione

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Introduzione

Esempio. Verifica di stabilità nei confronti della liquefazione (allo stato limiteSLV) in un sito caratterizzato dai seguenti dati di PSB, corrispondenti ad unperiodo di ritorno TR = 475 anni (per edifici di categoria I e Classe d’uso II) edeseguita con il metodo di Robertson&Wride (Youd et al., 2001) da prove CPT:ag = 0.163 g MW = 5.9 F0 = 2.59

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 2 4 6 8 10

Classe B

Classe C

Classe D

Classe E

Rischio di lique

fazion

e basso

Rischio di lique

fazion

e alto

Rischio di li que

fazion

e

B C D E Classe

SS amax (g)

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

0.150

0.180

0.210

0.240

0.270

Nell’Ingegneria Geotecnica Sismica, si distinguono le seguenti grandicategorie di problemi:

PROBLEMI DINAMICI:fondazioni di macchine vibranti, il transito diveicoli, le vibrazioni prodotte da macchinari dicantiere, etc.

(1) Bassi livelli deformativi ( 10-3%)

CARICHI DINAMICI: carichi dinamici e ciclici, con frequenze e velocitàdi applicazione basse, stabiliti generalmente infase di progettazione

MODELLO: modello elastico lineare

PARAMETRI: modulo di taglio iniziale, G0 (e il rapporto dismorzamento iniziale, D0)

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Parametri dinamici

“Parametri dinamici”

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PROBLEMI DINAMICI: terremoti (risposta sismica locale)

(2) Medi livelli deformativi (l = 10-3% v 10-1 %)

CARICHI DINAMICI: carichi dinamici ciclici irregolari transitori confrequenze elevate (comprese tra 1 e 10 Hz)

MODELLO: modelli elastici equivalenti, visCoelastici oelastici non lineari

PARAMETRI: G0, D0 e le leggi di variazione con la deformazione di taglio , G = G() e D = D()

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Parametri dinamici

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PROBLEMI DINAMICI: terremoti distruttivi e esplosioni

(3) Elevati livelli deformativi ( > 10-1 %)

CARICHI DINAMICI: carichi dinamici ciclici irregolari transitori confrequenze elevate (comprese tra 1 e 10 Hz)

MODELLO: Modelli decisamente non lineari (elastoplastici,con incrudimento, ecc.)

PARAMETRI: G0, D0 e le leggi di variazione con la deformazionedi taglio e il numero di cicli, N: G = G(N), D =D(N)la legge di variazione delle pressioni interstizialiu col numero di cicli, u= u (N)la legge di degradazione della resistenza, tcyc= tcyc(N)

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Parametri dinamici

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Misura dei “parametri dinamici”

G0 richiede una strumentazione capace di apprezzare livelli deformativiestremamente bassi (inferiori a 10-5 %) e può essere misurato in sito e inlaboratorio Le misure in sito sono più rappresentative delle condizioni reali delterreno e consentono di avere un numero più elevato di misure con laprofondità. Le prove di laboratorio offrono per contro la possibilità di esplorareaspetti del comportamento del terreno in condizioni che possono essere diinteresse per la progettazione ingegneristica e per la ricerca scientifica.

Il modulo di taglio G0 è legato alla velocità di propagazione delle onde S nelterreno, VS ed alla densità del materiale, , dalla relazione (valida in campoelastico e quindi nel dominio delle piccole deformazioni): G0 = VS

2

G0 (sito) Si misura attraverso VS, generando artificialmente ondesismiche (down-hole, DH,cross-hole, CH, etc.)

G0 (laboratorio) Si misura attraverso VS (bender elements, BE) odirettamente (colonna risonante, RC e taglio torsionaleciclico, TSC) G0 (sito)/ G0 (lab) = 1.5 2.5

Misura di G0

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Parametri dinamici

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Per una stima indiretta di G0 (o VS), ovvero attraverso correlazioniempiriche si può ricorrere a prove geotecniche in sito e in laboratorio ditipo “tradizionale” ovvero:

prove di laboratorio per la caratterizzazione delle proprietà fisiche(densità relativa, indice dei vuoti, indice di plasticità, ecc.) e per lacaratterizzazione meccanica in campo statico (prove triassiali monotoniche,prove di taglio diretto, ecc.)

prove in sito (prova CPT, prova SPT, ecc.).

G0(VS) = f(e, ’0, DR ,ecc.)

VS = f(’v, ’0, z, NSPT, qc , ecc.)

N.B. Gli errori associati alla stima sono sempre molto elevati (alle stimeindirette vanno sempre associate misure dirette, per calibrare lecorrelazioni esistenti o ricavarne delle nuove); le correlazioni ottenute ascala regionale sono preferibili a quelle di letteratura.

G0(VS) = f(e, IP, ’0, OCR ,ecc.)Grana grossa Grana fine

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Parametri dinamici

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Misura di D0

La misura di D0 viene effettuata prevalentemente in laboratorio utilizzando:

N.B. Per le applicazioni sismiche, il valore di D0 dovrebbe essere misuratocon frequenze di carico vicine a quelle dei carichi sismici (comprese tra 1 e10 Hz). Quindi la prova TSC pare più appropriata.

la prova di colonna risonante (RC)

la prova di taglio torsionale ciclico (TSC)

frequenze di eccitazione (30 40Hz)

frequenze di eccitazione(0.1 1Hz)

D0(RC) > D0(TSC)

La misura di D0 può anche essere effettuata in sito mediante alcunetecniche tuttavia non ancora consolidate sul piano scientifico e moltospecialistiche.

Per una stima indiretta di D0 (o VS), ovvero attraverso correlazioniempiriche, si ricorre in genere ai risultati di prove di laboratorio:

D0 < 1% D0 = f(e, IP, ’0, ,ecc.)Grana grossa Grana fine

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Parametri dinamici

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Leggi di variazione G = G() e D = D() (decadimento)

Si possono ricavare:

direttamente con prove di colonna risonante e con prove di tagliotorsionale ciclico, indirettamente (G = G()) con prove triassiali a partire dalla misuradella relazione tra il modulo di Young E e l’ampiezza della deformazioneassiale a utilizzando le relazioni tra le costanti elastiche:

utilizzando numerose espressioni analitiche disponibili in letteraturaottenute adattando dei modelli teorici (lineari equivalenti, non lineari,ecc.) alle curve sforzi-deformazioni ricavate sperimentalmente.

G

G23GE

5.1 a

I. in laboratorio (sperimentalmente)

II. da modelli (empiricamente)(per = 0.5)

N.B. La legge G = G(), così ottenuta, viene in genere espressa in formanormalizzata e quindi “corrette” con il valore iniziale, se disponibile,determinato in sito:

G() = G0 (sito)• [G()/ G0 (lab)]

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Parametri dinamici

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Leggi di variazione G = G(,), D = D(), u = (N), cyc = cyc(N) (decadimento edegradazione)Per determinare le leggi di variazione di G e D, anche col numero di cicli N(nel dominio isteretico instabile) si ricorre a prove di laboratorio altamentespecialistiche e che conducono il provino a rottura:

prova triassiale ciclica (TXC). prova di torsione ciclica (CT). prova di taglio semplice ciclico (CSS).

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Parametri dinamici

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Prove “standard”(NSPT; qc, IP, DR)

Prove in sito Prove in laboratorio

Tecnichegeofisiche

RC

CTS

BEBassi( < l)

Misura delle proprietà dinamiche

Dirette (VS) Indirette (G0, D0)

Livelli deformativi

Dirette

(G0, D0)(G(), D())

(VS)

Medi(l < < v)

Elevati (rottura)( > v)

TXC

CSS

G(, N);D(, N) = (N) u = u(N)

cyc = cyc(N)

CT

Prove “standard”(NSPT; qc, IP, DR)

Prove in sito Prove in laboratorio

Tecnichegeofisiche

RC

CTS

BEBassi( < l)

Misura delle proprietà dinamiche

Dirette (VS) Indirette (G0, D0)

Livelli deformativi

Dirette

(G0, D0)(G(), D())

(VS)

Medi(l < < v)

Elevati (rottura)( > v)

TXC

CSS

G(, N);D(, N) = (N) u = u(N)

cyc = cyc(N)

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Parametri dinamici

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Tecniche geofisiche e misure sismicheLe tecniche geofisiche, sviluppatesi nel campo dell’Ingegneria Minerariae Petrolifera, sono state applicate in ambito geotecnico fin dagli anni ‘60in alternativa alle indagini geotecniche in sito più tradizionali (sondaggi,prove penetrometriche statiche e dinamiche, ecc.) per stimare inmaniera indiretta: la stratigrafia (spessore ed alternanza degli strati, posizione del bedrock) le caratteristiche idrauliche (profondità del livello di falda) le proprietà meccaniche in campo statico dei depositi (rigidezza a taglioe compressione dei materiali).Le tecniche più tradizionali, in base al principio fisico su cui si basa laprocedura di prova e le modalità di interpretazione delle misure, sisuddividono principalmente in: misure gravimetriche; misure elettriche; misure magnetiche; misure elettromagnetiche; misure sismicheAi fini geotecnici sono di interesse soprattutto le misure sismiche.

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Parametri dinamici

38/86Sem

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NTC

2008

”

Misure sismicheA partire dagli anni ’70 e ’80 le tecniche di misura geofisiche, e tra questeprincipalmente le misure sismiche, iniziano ad essere applicate anche incampo dinamico, ovvero per la misura in sito di parametri dinamici.

Tali misure possono essere classificate :

Le misure sismiche consistono nel provocare un disturbo meccanico in unpunto del terreno (sorgente) e nel monitorare il moto risultante, determinatodalle onde sismiche generate, in uno o più punti circostanti (ricevitori).

in base alla natura della sorgente come: attive (le onde vengono generate da una sorgente opportunamente“energizzata” durante la prova); passive (viene utilizzato come sorgente il rumore ambientale di fondo,ovvero i microtremori, naturali o artificiali, che si propagano naturalmentenel terreno); in base all’ubicazione della sorgente e dei ricevitori, in: non intrusive (sia la sorgente che i ricevitori sono ubicati in superficie); intrusive (la sorgente o i ricevitori o entrambi sono ubicati nel terreno)

in base alle modalità con cui forniscono i parametri di rigidezza, in: dirette (attraverso misure dirette VS e la relazione : G0 = VS

2); indirette (attraverso modelli numerici e processi iterativi).C

orso

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‘’Pro

getta

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TC-0

8’’


Parametri dinamici

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Una suddivisione più generale può essere fatta in:

prove sismiche in foro, che necessitano dell’esecuzione di uno o più forinel terreno (intrusive e in genere attive) e misurano la velocità dipropagazione delle onde di volume (e quindi forniscono una stima direttadel profilo di rigidezza), tra cui le più utilizzate sono:

la prova down-hole, DH (e up-hole, UH) la prova cross-hole, CH la prova con il cono sismico, Seismic Cone Penetration Test, SCPT

(in modalità down-hole e cross-hole)

la prova Suspension-Velocity-Logging-Method, SVLM

la prova con il dilatometro sismico, Seismic Dilatometer Test, SDMT(in modalità down-hole)

N.B. Costituiscono anche le tecniche ad oggi ancora più diffuse econsolidate sul piano scientifico,.

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Parametri dinamici

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N.B. Tali prove, specie quelle basate sulle onde di Rayleigh, costituisconoinvece il campo su cui, specie negli ultimi anni, si sta orientandomaggiormente l’interesse sia della comunità scientifica sia deiprofessionisti.

prove sismiche superficiali, che invece si svolgono interamente insuperficie (non intrusive, attive e passive) e misurano la velocità dipropagazione delle onde di volume o di superficie (in genere di Rayleigh) e,in quest’ultimo caso, forniscono il profilo di rigidezza in maniera indirettaattraverso modelli numerici e processi iterativi.

metodo NASW (Noise Analysis of Surface Waves)

tra i metodi attivi:

tra i metodi passivi:

metodo SASW (Spectral Analysis of Surface Waves) metodo f-k (frequency wave-number spectrum method) metodo MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) metodo CSW (Continuous Surface Wave)

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Parametri dinamici

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Le misure sismiche consentono in generale: la misura diretta con la profondità della velocità di propagazione,all’interno del mezzo in esame, delle onde di volume di compressione (ondeP) e/o di taglio (onde S) o la velocità delle onde di superficie (in genereonde di Rayleigh) in funzione della frequenza

una stima dei parametri che caratterizzano il comportamento del terrenoin campo dinamico (modulo di taglio iniziale, G0) con la profondità (profilodi rigidezza) in maniera diretta a partire da VS o indiretta attraverso modellinumerici e processi iterativi)

VP(z),VS(z) oppure VR(f)

una caratterizzazione indiretta della stratigrafia, della posizione delbedrock e della falda nel sito investigato.

VS(z) G0 (z)= VS2

VR(f) G0 (z)Modelli numerici

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Parametri dinamici

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Le ipotesi su cui in genere questo tipo di prova si basa sono di: terreno come mezzo omogeneo, isotropo e non confinato, limitatamenteall’area comprendente la sorgente e il ricevitore;

legame tensioni-deformazioni di tipo elastico lineare.

Le misure sismiche vengono generalmente impiegate in molte applicazionidella Dinamica dei Terreni e dell’Ingegneria Geotecnica Sismica, quali adesempio:

la caratterizzazione a grande scala delle proprietà geomorfologiche,stratigrafiche, idrauliche e meccaniche di un deposito;

l’analisi della risposta sismica locale;

gli studi di liquefazione;

la progettazione in aree sismiche.

l’analisi di stabilità di pendii in condizioni sismiche;MS (III)

MS (II)

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Parametri dinamici

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TECNICHE GEOFISICHE

Misure sismiche Altre misure geofisiche

Intrusive Non Intrusive

Attive Attive Passive

DHCH(TS) SCPTSVLM SDMT

PROVE IN FORO

MASWSASWRifr.(TS) Rifl.

Gravimetriche

Elettriche

Magnetiche

Elettromagn.

Vp VSVRVP VS VP VR

CSWVR VR

F‐kVR

NASW

PROVE SUPERFICIALI

(CH,DH)

Misura diretta di VS Misura in diretta di VS

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Parametri dinamici

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Correlazioni empiriche

Correlazioni empiricheEssendo le misure dirette di G0 (o VS) spesso delicate e costose, sonoanche possibili delle stime indirette attraverso correlazioni empiriche conalcuni parametri desunti da prove geotecniche di tipo corrente.Si distinguono sostanzialmente due tipi di correlazioni:(i) correlazioni ottenute mettendo in relazione misure di Vs (in sito) conuna o più grandezze rappresentative dello stato del terreno in sito efacilmente valutabili e/o misurabili mediante prove geotecniche di tipoconvenzionale;

(ii) correlazioni ottenute mettendo in relazione i valori di G0 (o di Vs)misurati in laboratorio con uno o più parametri ottenibili con prove dilaboratorio finalizzate alla caratterizzazione delle proprietà indici e delleproprietà meccaniche in campo statico del terreno (e, σ’0, DR, ecc.).

VS o G0(sito) = f(σ’v, σ’0, z, N SPT, qc, ecc.)

G0(lab.) = f(e, σ’0, DR, ecc.)

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N.B. Occorre comunque sottolineare che: gli errori associati alla stima sono sempre molto elevati e che pertantoalle stime indirette vanno sempre associate misure dirette di Vs o di G0per calibrare le correlazioni esistenti o ricavarne delle nuove; le correlazioni ottenute a scala regionale sono preferibili a quelle diletteratura.

Tali correlazioni possono essere utili nelle fasi preliminari di uno studioingegneristico, oppure, ad esempio, nella progettazione di edifici cherientrano nelle tipologie e nelle classi d’uso inferiori.

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(ii) Tra le correlazioni ottenute a partire da prove di laboratorio si ricordano:

nʹ00 eFAG

dove:F(e) è una funzione dell’indice dei vuoti, e (e/o della densità relativa, DR),’0 è la pressione di confinamento, A ed n sono delle costanti empiriche:

Si ricordi che: G0(sito)/G0(lab.) = 1.15 1.5

Terreni a grana grossa

Terreni a grana fine (NC)

0Cor

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Terreni a grana fine (OC)

nʹ0

k0 OCReFAG

dove:F(e) =

’0 è la pressione di confinamento, OCR il grado di sovraconsolidazione,

A = 3230; n = 0.5

(Hardin e Drnevich, 1972)

ee

197.2 2

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(i) Tra le correlazioni ottenute a partire da prove in sito si ricordano:

5.0ʹ0

333.0SPT0 N20000G G0, ’0 (lb/ft2) (Otha e Goto, 1976)

da prove SPT (per terreni a grana grossa)

611.0SPT0 N3.12G

777.0SPT0 N1.8G

per sabbie pulite

per ghiaieG0 (MPa)

da prove CPT (per terreni a grana grossa)

dove MDMT è il modulo dilatometrico e KD l’indice di tensione orizzontale,misurati con la prova DMT.

375.0ʹv

250.0c0 q1634G

(Imai e Tonouchi, 1982)

G0 , qc, ‘v (kPa)

130.1695.0c0 eq406G

per terreni a grana fineG0 , qc (kPa) (Mayne e Rix, 1993)

(Rix e Stokoe, 1991)

7967.0DDMT0 K5613.4M/G

da prove DMT(Marchetti et al., 2008)

per terreni a grana grossa

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Legenda: NSPT = Numero di colpi da prova SPT; qc = resistenza alla punta; fs = resistenza per attritolaterale; z = profondità; R2 = coefficiente di determinazione; n = numerosità dei dati; F = fattore del tipo diterreno; E = fattore del tipo di deposito; A = fattore di età del deposito.

AUTORE RELAZIONE UNITÀ DI MISURA

TIPO DI TERRENO COMMENTI

Imai (1977)

29.0SPTS N102V

VS (m/s)

argille oloceniche

- 33.0

SPTS N81V sabbie oloceniche 29.0

SPTS N114V argille pleistoceniche 32.0

SPTS N97V sabbie pleistoceniche

Otha e Goto (1978)

FzN14.62V 230.0219.0SPTS

VS (m/s) z (m)

argilla (F = 1.000) sabbia fine (F = 1.091) sabbia media (F = 1.029) sabbia grossa (F = 1.073) sabbia e ghiaia (F = 1.151) ghiaia (F = 1.485)

R2 = 0.689

FEzN79.68V 199.0171.0SPTS

VS (m/s) z (m)

argilla (F = 1.000) sabbia fine (F = 1.086) sabbia media (F = 1.066) sabbia grossa (F = 1.135) sabbia e ghiaia (F = 1.153) ghiaia (F = 1.448)

alluvionale (E = 1.000) eluviale (E = 1.303) R2 = 0.733

Kiku et al. (2001) 292.0SPTS N3.68V VS (m/s) terreni limoso-argilloso poco consistenti valida per NSPT < 30

Barrow e Stokoe (1983) cS q1.2506V VS (m/s) qc (kg/cm2) tutti i tipi di terreno -

Mayne e Rix (1995) 627.0cS q75.1V VS (m/s)

qc (kPa) argille intatte e fessurate R2 = 0.736; n = 481

Andrus et al. (2001) 11.0s

28.0cS fqAV VS (m/s)

qc, fs (kPa) argille oloceniche (A = 208)

argille pleistoceniche (A = 246) R2 = 0.736

Hardin e Richart (1963) 25.0'0S e06.97.19V

VS (m/s) ’0 (N/m2) Sabbie

la correlazione è stata ricavata sulla base di dati di

laboratorio

Crespellani e Vannucchi (1991) 284..0S z4.223V VS (m/s)

z (m) argille consistenti di Firenze le correlazioni VS-z hanno validità locale


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La Microzonazione sismica di SenigalliaC

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VS (m/s)Prova CPT

qc (kg/cm2)Prova down‐hole – cross‐hole

VS (m/s)Prova CPT

qc (kg/cm2)Prova down-hole – cross-hole

Argille marroni-grigie

Argille grigio-nere

Argille limose

Argille limose

Argille limose

Argille nerastre

Ghiaie in matrice

Limi sabbiosi

Argille marnose

Coperture alluvionali

Substratoplio-pleistocenico

Terreno di riporto

compressibili

sabbiosa

grigie

Fald

a14

,5 m

StratigrafiaSondaggio

0

5

10

15

20

25

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35

0 100 200 300 400 500 600 700

CHDH

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VS (m/s)

Argille marroni-grigie

Argille grigio-nere

Argille limose

Argille limose

Argille limose

Argille nerastre

Ghiaie in matrice

Limi sabbiosi

Coperture alluvionali

Terreno di riporto

compressibili

sabbiosa

14,5

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0 100 200 300 400 500 600 700

CH

[1] - Argille

[2] - Tutti i tipi diterreno[3] - Argilleolocecniche[4] - Argille diFirenze[5] - Argille/sabbieoloceniche

[1] Mayne & Rix (1993), valida per argille intatte e fessurate[2] Barrow & Stokoe (1983), valida per tutti i tipi di terreno[3] Andrus et al. (2001), valida per argille oloceniche[4] Crespellani & Vannucchi (1991), valida per le argille consistenti di Firenze[5] Madiai & Simoni (2004), valida per terreni oloceniche dell’Alta ValTiberinaC

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Riferimenti normativi

Riferimenti in materia di indagini geotecnicheper la caratterizzazione sismica

Le NTC20008 presentano indubbiamente un carattere impositivo e nonsolo nella parte più strettamente strutturale, ma anche in quella piùspecificamente geotecnica.

Tali carenze, unite ad una fase ancora di avviamento e sperimentazionedelle norme, lasciano sempre ampi margini di discrezionalità al progettistache dovrà assumersi l’onere di decisioni progettuali specifiche utilizzandotutti i supporti tecnici che riterrà convenienti e necessari, quali linee guida,norme tecniche, standard internazionali, raccomandazioni, ecc.

Tuttavia, in materia di indagini geotecniche, le NTC-08 si limitano perlopiùa fornire indicazioni o raccomandazioni generali, senza entrare nel meritodel tipo di prova o del grado di affidabilità richiesto nella stima dei valoricaratteristici dei parametri geotecnici richiesti (in alcuni casi non vengononemmeno fornite indicazioni, se non nella circolare esplicativa, sullamodalità più opportuna di scelta dei parametri geotecnici richiesti inrelazione al tipo di verifica da effettuare).

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Per quanto riguarda l’obbligatorietà delle norme, il sistema normativoitaliano ha una precisa gerarchia: le leggi e i decreti ministeriali (norme tecniche che prescrivono icoefficienti di sicurezza, le azioni, i criteri di progettazione ecc.) hannocarattere impositivo generale e sono in vigore fino a quando non sonoesplicitamente abrogati e sostituiti da altre leggi e/o da altri decretiministeriali;le circolari ministeriali sono impositive solo per i lavori pubblici;le linee guida (LG), le norme tecniche (NT) del C.N.R. e dell’UNI, leraccomandazioni di Associazioni tecniche culturali, le norme e leistruzioni internazionali, non hanno carattere impositivo ma la loroosservanza può essere richiesta dal Committente, purché non siano incontrasto con documenti normativi di livello superiore;

gli Eurocodici, allo stato attuale non sono impositivi e non sostituisconole norme tecniche nazionali (che tuttavia devono essere coerenti con gliEurocodici). Essi contengono non solo le norme ma anche le istruzioni edi metodi di calcolo. Sono perciò da ritenersi simili ai manuali diprogettazione, che possono essere consultabili all’occorrenza su temispecifici.

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In materia di indagini geotecniche, a parte gli Eurocodici (EurocodiceEC7–Geotecnica e Fondazioni), che forniscono indicazioni generali comele NTC-08, possono risultare di grande utilità:

le Linee Guida per la Microzonazione sismica “Indirizzi e criteri per laMicrozonazione sismica”, redatte nel 2008 a cura di un Gruppo di Lavorocoordinato dal Dipartimento della Protezione Civile (2008);

le Linee Guida “Aspetti geotecnici della progettazione in zona sismica”(edizione provvisoria 2005), redatte a cura dell’Associazione GeotecnicaItaliana (AGI, 2005);

le Raccomandazioni dell’Associazione Geotecnica Italiana:“Raccomandazioni sulla programmazione ed esecuzione delle indaginigeotecniche” (1977); “Raccomandazioni sulle prove geotecniche dilaboratorio” (1994)

le norme internazionali ASTM

il Manuale “Manual for zonation on seismic geotechnical Hazard”(revised version), Technical Committee for Earthquake GeotechnicalEngineering, TC4 , ISSMGE;

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Le norme fornite dall’ “American Society of Testing Materials”, ASTM (cosìcome, a livello nazionale, le Raccomandazioni pubblicate dall’ “AssociazioneGeotecnica Italiana”, AGI), forniscono una serie di indicazioni generali sullaprogrammazione di indagini geotecniche e geofisiche finalizzate allaprogettazione (D0420-98R03, “Guide to Site Characterization for EngineeringDesign and Construction Purposes”; D6429-99R06 Guide for SelectingSurface Geophysical Methods ). Le ASTM, in particolare, hanno emanatonegli anni una serie di standard relativi alle prove in sito e in laboratorio dimaggiore diffusione, con lo scopo di uniformare le tecniche di esecuzione einterpretazione delle misure.Tra le indagini (geotecniche e geofisiche), in sito e in laboratorio,finalizzate alla caratterizzazione del comportamento del terreno in campodinamico, che dispongono di uno standard ASTM si ricordano le prove:

(D3999-91R03)

colonna risonante, RC (D4015-07) cross-hole, CH (D4428_D4428M-07)

SCPT, SCPTU (D5778-07)

riflessione sismica (D7128-05)

down-hole, DH (D7400_08) triassiale ciclica, TXC (D5311-92R04E01)

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I riferimenti, contenuti nelle linee guida (LG) per la microzonazionesismica (TC4, 1999; DPC, 2008) ovviamente riguardano una differentescala di indagine rispetto a quella del manufatto (almeno nei primi duelivelli) e quindi i criteri di programmazione suggeriti e in alcuni casi i tipi diprova, possono non essere di utilità per la progettazione.Ad esempio, vengono elencati: alcuni generici indirizzi per la programmazione delle indagini (inrelazione perlopiù al tipo di pericolosità analizzato nella microzonazionema non ad esempio al tipo e alla classe d’uso degli edifici) (DPC, §3.1.1.6); i vari tipi di prove in relazione ai parametri da determinare (DPC, §2.1.2) per alcune di esse anche le modalità esecutive e di interpretazione, vedile Istruzioni Tecniche allegate alle LG del DPC, dove a fronte di un livellodi dettaglio spesso eccessivo ed una mole che le rende poco fruibili,mancano invece riferimenti specifici per quanto riguarda la scelta di taliprove in relazione e la loro affidabilità alle applicazioni previste.Le linee guida emanate dall’AGI (2005) per la progettazione in zona sismicasono invece più specifiche e forniscono un quadro generale, seppurparziale, delle indagini geotecniche per la progettazione in zona sismica eun confronto, sebbene limitato ad alcune prove, tra le varie tecniche incircolazione (AGI, §A.1)C

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Programmazione delle indagini

Confronti tra le indagini

Il panorama delle misure sismiche è dunque ampio e variegato: moltodiversi possono essere i modelli e le ipotesi teoriche di riferimento checonsentono di ricavare, a partire dalle misure, i profili di rigidezza per ilsito, così come molto diverse possono essere le modalità operative el’attrezzatura richieste dalla prova.

Tutto ciò conduce ad un’estrema variabilità nei costi e anchenell’affidabilità del risultato, soprattutto in relazione al tipo diapplicazione ingegneristica per cui la misura è richiesta.

Infatti, prescindendo dalle modalità esecutive, dal tipo e dal correttofunzionamento dell’apparecchiatura utilizzata (che comunque, per granparte delle prove, deve rispettare degli standard internazionali o capitolatitecnici ormai consolidati sia sul piano scientifico che nell’esperienzaprofessionale), la questione da porsi è quanto una misura possa ritenersipiù o meno affidabile nel determinare il profilo di rigidezza richiesto dalleNTC08 in relazione alle applicazioni previste o al tipo di progettazione.

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Programmazione delle indaginiNella programmazione di indagini sismiche occorre tenere conto dialcune considerazioni generali:

sono in genere più costose (specie le CH e DH) e dunque,soprattutto su una vasta area, deve esserne limitato il numero alcune di esse (SCPT, SDMT) non possono essere eseguite su tuttii tipi di terreno (sabbie dense o ghiaie)

(i) sulle prove sismiche in foro:

alcune di essere (CH, DH, SVLM) forniscono anche un profilostratigrafico utile in fase di interpretazione il modello interpretativo è molto semplice e fornisce una misuradiretta di VS e quindi di G0

sono in genere più economiche (con costi confrontabili) e possonoessere coperte vaste aree sono di difficile esecuzione nei contesti molti urbanizzati

(ii) sulle prove sismiche superficiali:

la misura di VS è locale e puntuale, variabile con la profondità e, inalcuni casi (CH, SVLM), può raggiungere profondità superiori a 50 m.

il modello interpretativo è molto complesso e, specie per le prove SWM,non fornisce una misura diretta di VS, bensì passa attraverso un modellonumerico 1-D non applicabile in situazioni morfologiche complesse.


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* Le prove SCPT e SDMT si intendono eseguite nella modalità più diffusa, DH** Non rileva livelli molto sottili (spessore in genere inferiore ad 1 m)*** Non rileva gli strati superficiali (fino ad una profondità di circa 10 m)+ Specie per terreni molto stratificati o con discontinuità o con uno strato molto rigido superficiale++ Rilevano sia variazioni graduali di rigidezza che inversioni

MISURE SISMICHE IN FORO MISURE SISMICHE DI SUPERFICIE

CH DH SCPT/SDMT* SVLM RIFR./RIFL. SASW, MASW, CSW, f-k NASW

Onde investigate P, SHV,SHH P, SVH P, SVH P, SVH P, S R Numero di fori necessari 2 1 Nessuno 1 Nessuno Nessuno

Ingombro Modesto Minimo Minimo Minimo Notevole Notevole (massimo con le f-k) Notevole

Misure inclinometriche Sì No No No No Disturbo del terreno Medio Medio Minimo Medio Nullo Nullo

Tipo di terreno Terreni non ghiaiosi

Terreni non ghiaiosi

Terreni a grana fine Tutti Tutti Tutti (tranne depositi fortemente

sovraconsolidati) Capacità di risoluzione nella

definizione del profilo di rigidezza

Alta Medio-Alta** Alta Alta*** Medio-bassa+ Media ++

Volume campionato (con un singolo impulso) Costante Variabile Variabile Costante Variabile Variabile

Massima profondità investigabile Illimitata 50-70 m 50-70 m Illimitata 30 m

(maggiore per la riflessione)

30-50 m 30 m

Attenuazione delle vibrazioni con la profondità No Sì Sì No Sì Sì (maggiore nel caso NASW)

Rifrazione e/o riflessione delle onde dirette

Poco probabile Probabile Probabile Poco

probabile Certa Certa

Sensibilità a disturbi ambientali Medio-bassa (maggiore in superficie) Alta Alta - Applicabilità in ambienti urbani Buona Buona Ottima Buona Scarsa Media (scarsa per la f-k) Media

Difficoltà di esecuzione Media Media Bassa Media Molto Bassa Bassa Molto bassa Difficoltà di interpretazione Bassa Media Media Bassa Alta Alta Alta

Costo di esecuzione Molto alto Alto Medio Medio Molto basso Basso Molto basso

Programmazione delle indaginiDott. Ing. Johann Facciorusso“Prescrizioni delle NTC-08 in materia di indagini geotecniche”Siena, 2 Febbraio 2012

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Confronto tra DH, SVLM e SASW

(Stokoe et al., 2003) (O’ Neill, 2004)

(terreno omogeneo ghiaioso alluvionale)Ripetizione della stessa prova SWM

nello stesso sito


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(Butcher & Powell, 1995)

Confronto tra DH, SVLM e SASW(Argilla dura OC) (Argilla NC)


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Sondaggio S2 (Senigallia)

Confronto tra CH e NASW

Differenti modelli di inversione

(Mucciarelli & Tiberi, 2007)Cor

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Presupponendo che ciascuna delle prove finora esaminate vengaeseguita nel modo migliore possibile e seguendo gli standardinternazionali, laddove esistono, e non considerando i criteriinterpretativi adottati (che in taluni casi possono essere soggettivi), irisultati che si possono ottenere in uno stesso sito possono ancheessere molto diversi e questo, nella maggior parte dei casi, è dovuto alleparticolari condizioni geomorfologiche del sottosuolo e alla loro scarsacompatibilità con il modello teorico di riferimento su cui la prova si basa.Il criterio che quindi deve guidare la scelta del tipo di prova da eseguire(grado di applicabilità) deve essere duplice:

(2) da un lato deve essere considerato il tipo di applicazione per cui lamisura è richiesta;

(1) dall’altro si deve sempre disporre di una conoscenza minima dellageologia e della morfologia del deposito.

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(1) Per quanto riguarda la conoscenza della geologia e della morfologia deldeposito, essa può essere utile se non indispensabile nei seguenti casi:

presenza di geometrie bidimensionali, che deve escludere il ricorso aprove SWM in quanto richiedono per l’interpretazione modelli numericimono-dimensionali;

presenza di stratificazioni piuttosto fitte o di inversioni di velocità, chepuò orientare la scelta verso la prova CH o SVLM e, quando lo spessore deldeposito non è elevata, anche verso le prove SWM;

presenza di depositi piuttosto omogenei e poco profondi, per i quali puòadattarsi bene l’uso di tecniche tradizionali di sismica a rifrazione e ariflessione.

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(2) Per quanto riguarda le applicazioni per i quali le misure sismiche sonorichieste, si ricordano: l’analisi della risposta sismica locale;

gli studi di liquefazione;

la progettazione in aree sismiche (azione sismica). l’analisi di stabilità di pendii in condizioni sismiche;

In quest’ultimo caso, secondo le NTC08, è opportuno tenere contodell’importanza dell’opera e dell’uso tramite le categorie:

Classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edificiagricoli.Classe II: Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza contenutipericolosi per l’ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali….Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi….Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anchecon riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità.C

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Nel caso di microzonazione sismica di I e II livello possono interessare ivalori medi di VS su ampi volumi di terreno (ottenibili ad esempio con letecniche di sismica a rifrazione e/o riflessione), ma per una microzonazionedi terzo livello occorre conoscere i valori di VS puntuali e locali per il sito edin alcuni casi fino a raggiungere il substrato; in tal caso sono preferibiliindagini sismiche in foro o tecniche SWM, quando le profondità z daraggiungere non siano superiori ai 30 m.

Per gli studi di liquefazione, il profilo di Vs può essere utile nelle indaginidi III livello (per determinare la resistenza a liquefazione e/o l’amplificazionedel moto sismico). Anche in questo caso occorre un profilo continuo con laprofondità, con particolare attenzione all’individuazione di strati nascosti oinversioni di velocità, e quindi sono da preferire le prove sismiche in foro (inparticolare, SCPT e SDMT) e le prove SWM (specie per z < 15 20 m). Per le analisi di stabilità di pendii in condizioni sismiche, dove bastaconoscere i valori medi di Vs all’interno del corpo di frana e nel terrenosottostante, sia per la stima di effetti amplificativi sia per risalire allecaratteristiche meccaniche degli strati, si adattano ben le prove superficiali ariflessione a rifrazione (in grado di cogliere fratture e discontinuità, e lamorfologia sepolta). Non sono adatte (data la morfologia più complessa concui il processo di inversione non funziona) le prove SWM.C

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Nel caso della progettazione in zone sismiche, è ovvio che laconoscenza del profilo di VS (utile principalmente per la classificazionesismica del suolo e quindi per la definizione dell’azione sismica diprogetto, ma anche, ad esempio, per la progettazione di elementi dicollegamento nel sistema di fondazione) deve essere locale, puntuale epossibilmente continua con la profondità (entro almeno i primi 30 m), inquanto la caratterizzazione deve avvenire a scala di manufatto.

Quindi sono tendenzialmente da escludere le tecniche di sismica arifrazione e a riflessione, mentre tutte le prove sismiche in foro e le proveSWM si adattano bene allo scopo.

Al crescere dell’importanza dell’edificio (e della classe d’uso) può essereinfittito il numero di indagini, che dovrà comprendere almeno una provain foro e più prove SWM, possibilmente eseguite con tecniche differenti.Per gli edifici di minore importanza (e classe d’uso 1) può esseresufficiente utilizzare i dati da prove geotecniche di tipo corrente e lecorrelazioni empiriche disponibili in letteratura (relative alla stessatipologia di terreno e possibilmente regionali).

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Grado di applicabilità Prova Vantaggi Svantaggi

Liquefazione+ Microzonazione# Stabilità dei pendii+

DH - disponibilità di un sondaggio stratigrafico; - determinazione diretta del profilo di rigidezza; - esiste standard internazionale - disponibilità di molte registrazioni

- costo elevato; - profondità di esplorazione limitata; - difficoltà di rilevazione onde dirette - difficile campionamento di strati sottili

B A (III livello); C/D (I e II livello) C

CH - (come prova DH) - profondità di esplorazione illimitata; - maggiore facilità di interpretazione dei segnali - funziona bene per stratigrafie fitte e complesse

- costo molto elevato; - necessita di misura inclinometriche - elevato impatto ambientale A A (III livello);

C/D (I e II livello) C

SCPT/SDMT*

- (come prova DH) - costo basso - disponibilità di molte altre misure in campo statico - disturbo nel terreno ridotto

- profondità di esplorazione limitata; - difficoltà di rilevazione onde dirette - difficile campionamento di strati sottili - scarsa applicabilità nei terreni a grana grossa (ghiaie o sabbie molto addensate)

A A (III livello); B/C (I e II livello) C

SVLM

- disponibilità di un sondaggio stratigrafico; - determinazione diretta del profilo di rigidezza; - disponibilità di molte registrazioni - profondità di esplorazione illimitata; - maggiore facilità di interpretazione dei segnali - funziona bene per stratigrafie fitte e complesse - il foro non necessita di rivestimento

- non esiste standard internazionale - non consente di caratterizzare gli strati superficiali - scarsa diffusione, specie in Europa A A (III livello);

C (I e II livello) C

RIFR./RIFL.

- scarso impatto ambientale - basso costo - facilità di esecuzione - esiste standard internazionale

- scarsa applicabilità in contesti urbani - profondità di esplorazione limitata - non funzionano bene nel caso di geometrie complesse - forniscono valori della velocità mediati su ampi volumi di terreno

D D (III livello); A/B (I e II livello) A/B

SWM

- (come prova di sismica rifr./rifl.) - rilevano strati nascosti o inversioni di velocità - si applicano bene anche su pavimentazioni - possono arrivare anche a profondità di 30-50 m

- forniscono il profilo di rigidezza solo in modo indiretto - la affidabilità decresce con la profondità di esplorazione - molto sensibili ai disturbi ambientali - non si possono applicare nel caso di geometrie bidimensionali - procedure di interpretazione molto complesse e non sempre controllabili - non esiste standard internazionale

A/B B/C (III livello); B/C (I e II livello) E

* A = alto; B = buono; C = moderato; D = basso; E = non applicabile# I livelli di microzonazione indicati si riferiscono alla classificazione fornita dal Manuale per la zonazione dei rischi

geotecnici in zona sismica (TC4, 1999).+ L’applicabilità è riferita in questi casi sempre ad una zonazione di III livello.

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Classe d’Uso Prova Vantaggi Svantaggi

I II III IV



D C B A


- costo molto elevato; - necessita di misura inclinometriche - elevato impatto ambientale D C/D B/C A

SCPT/SDMT*



C/D C B A

SVLM


- non esiste standard internazionale - non consente di caratterizzare gli strati superficiali - scarsa diffusione, specie in Europa C/D C B A

RIFR./RIFL.



A B/C D D

SWM



A/B A/B B/C B/C

* A = alto; B = buono; C = moderato; D = basso; E = non applicabile

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Tipo di costruzione Prova Vantaggi Svantaggi

1 2 3



D B/C A


- costo molto elevato; - necessita di misura inclinometriche - elevato impatto ambientale D C/D A

SCPT/SDMT*



C/D B A

SVLM


- non esiste standard internazionale - non consente di caratterizzare gli strati superficiali - scarsa diffusione, specie in Europa C/D B A

RIFR./RIFL.



A B/C D

SWM



A/B B/C C/D

* A = alto; B = buono; C = moderato; D = basso; E = non applicabile

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Per concludere, due considerazioni generali:

In una campagna di prospezioni sismiche su una vasta area, in genere, siricorre alle prove sismiche superficiali per un’indagine preliminare, inragione dei bassi costi e della possibilità di coprire ampi volumi diterreno.Successivamente, sia per tarare i risultati ottenuti sia per disporre dimisure locali più precise (e al variare della profondità), si identificano sitispecifici su cui effettuare, ad esempio, prove sismiche in foro, chediventano invece indispensabili, qualora si vogliano raggiungereprofondità maggiori di 30 m o le condizioni geomorfologiche sianoparticolarmente complesse.

(I)

(II)Sebbene si stia diffondendo la pratica errata di sostituire le provesuperficiali (e tra queste le SWM) alle prove sismiche in foro (anche incontesti ed applicazioni che le richiederebbero), è indispensabile che leprove SWM, data la complessa e spesso non univoca procedura diinterpretazione, siano tarate, per ogni sito, con almeno una prova inforo.

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Ad esempio, per esplorare in maniera più affidabile interi profili, fino aduna profondità massima di 30 m, si combina la tecnica MASW,notoriamente più affidabile negli strati più superficiali, con la provaRe.Mi., invece più precisa nel campo delle basse frequenze (inferiori a 10Hz) e quindi per profondità più elevate (Gabelli et al., 2007; Roma eMoura, 2009).

Inoltre, a differenza delle misure sismiche in foro, essendo la ricerca nelcampo delle misure sismiche superficiali in continua e rapida evoluzionee, paradossalmente, la loro diffusione talmente rapida da avere anticipatole necessarie procedure di validazione scientifica (vedi NASW), sarebbeopportuno nell’ambito di una stessa campagna di indagini, specie inmerito al risparmio di costi e tempo che tali prove consentono, ricorrereall’uso contemporaneo di più metodi SWM, sia per un confronto deirisultati che per una loro integrazione, specie se le prove si possonoritenere complementari.

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Riferimenti bibliografici

Esistono infine alcuni testi specifici sulle indagini sismiche che possonorisultare utili sia per acquisire le basi teoriche necessarie per lacomprensione di tali prove sia per comprenderne i dettagli esecutivi:


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Riferimenti bibliograficiDott. Ing. Johann Facciorusso“Prescrizioni delle NTC-08 in materia di indagini geotecniche”Siena, 2 Febbraio 2012

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TC4, Technical Committee For Earthquake Geotechnical Engineering -ISSMFE, 1999. “Manual for Zonationon Seismic Geotechnical Hazards(Revised version)”. Japanese Geotechnical Society. UNI EN 1997-1:2005. “Eurocodice 7 - Progettazione geotecnica” Youd, T. L., Idriss, I. M., Andrus, R. D., Arango, I., Castro, G., Christian,J. T.,Dobry, R., Liam Finn, W. D., Harder, L. F., Jr., Hynes, M. E.,Ishihara, K.,Koester, J. P., Laio, S. S. C., Marcuson, III,W. F., Martin,G. R., Mitchell, J. K.,Moriwaki, Y., Power, M. S., Robertson, P. K., Seed, R. B., Stokoe, II, K. H., 2001.“Liquefaction resistance of soils: Summary report from the 1996 NCEER and1998 NCEER/NSF workshops on evaluation of liquefaction resistance ofsoils.” J. Geotech. Geoenviron. Eng., 127(10), 817–833.

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[email protected]://www.dicea.unifi.it/~johannf/http://www.dicea.unifi.it/geotecnica

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