Fondazioni, geotecnica e NTC 2018: le soluzioni con Sismicad

Articolo pubblicato in data: 19/03/2018

La verifica delle strutture di fondazione è una parte fondamentale del lavoro degli ingegneri. Le novità normative introdotte dalle NTC 2018 sono già gestite da alcuni software di calcolo strutturale ad elementi finiti, anche in assenza delle chiarificazioni annunciate nella Circolare esplicativa.

Le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni emanate con il DM del 20 febbraio 2018 introducono diverse novità in ambito geotecnico. Le modifiche alla normativa precedente del 2008 sono legate fondamentalmente a tre capitoli: il capitolo 3 che riguarda le azioni sulle costruzioni, il capitolo 6 che attiene alla progettazione geotecnica in senso stretto, e al capitolo 7 che interessa le verifiche sismiche. In questo articolo tratteremo solo argomenti relativi agli edifici.

La nuova norma si traduce in modifiche alle modalità di verifica delle fondazioni che gli ingegneri dovranno gestire nei loro calcoli. Inevitabilmente anche gli strumenti di calcolo abitualmente adottati dai tecnici hanno bisogno delle opportune modifiche e spesso la loro rapidità a raggiungere i risultati è un aspetto fondamentale per valutare in prove e test gli effetti che la norma produce nella progettazione.

Purtroppo, al momento, non sono noti i tempi di pubblicazione della “Circolare esplicativa” che dovrebbe, come già anticipato dal mondo accademico, chiarire i contenuti della norma e fornire ulteriori dettagli tecnici. Ovviamente a ciò seguirà un’ulteriore modifica ai software di calcolo strutturale con il rischio di creare confusione in un utente poco smaliziato.

Le novità in ambito geotecnico delle nuove Norme Tecniche

Capitolo 3 – Azioni sulle costruzioni

La modifica più importante riguarda il §3.2 che riformula le categorie di sottosuolo

Si ribadisce l’importanza di valutare la risposta sismica locale. In assenza di specifiche analisi per valutare l’effetto della risposta sismica locale, la norma prevede la definizione dell’azione sismica con un approccio semplificato, basato sull’individuazione di alcune categorie di sottosuolo. Nella tabella 3.2.II viene proposta una suddivisione in categorie simile alla norma precedente, ma che toglie alcune lacune della precedente formulazione.

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Appare evidente l’eliminazione delle categorie S1 ed S2, ma appare altrettanto evidente come per velocità delle onde di taglio Vs,30 minore di 100 m/s diventi indispensabile un’analisi di risposta sismica locale per la definizione delle azioni.

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Altre modifiche al capitolo che appaiono rilevanti sono soprattutto una maggior semplificazione legata all’eliminazione e alla modifica di alcuni parametri sempre nell’ambito della classificazione semplificata.

In Sismicad, il noto software di calcolo strutturale ad elementi finiti, ciò si identifica in una nuova schermata di immissione dei dati per la definizione dello spettro di risposta elastico. Qui di seguito il confronto tra le due norme.

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Capitolo 6 – Progettazione geotecnica

Il capitolo ha subito modifiche rilevanti. Dal punto di vista generale si è conservato nell’ambito delle verifiche SLU il solo Approccio 2 (DA2), cosiddetto semplificato, che non richiede una doppia famiglia di combinazioni. Per il solo coefficiente parziale dei carichi permanenti non strutturali G2 la norma specifica ora un valore minimo di 0.8 (cfr. Tab. 6.2.I). 

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Sismicad utilizza da sempre il DA2, per cui le combinazioni risultano molto simili alle precedenti.

Le prove di carico su pali in gruppo sono cambiate e meno severe, considerando effetti riduttivi di gruppo, funzione di geometria e tipo di palo, nonché di tipologia di terreno. 

La definizione del gruppo di pali in Sismicad permette la creazione dei gruppi in automatico, in funzione del rapporto interasse/diametro desiderato. L’efficienza del gruppo può essere lasciata calcolare al software con formule di letteratura di Converse-Labarre, o specificata manualmente.

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Su terreni coesivi la stessa verifica può essere condotta anche con una diversa modalità (blocco equivalente), ricercando la condizione peggiore. 

Capitolo 7 – Progettazione per azioni sismiche

Il paragrafo 7.2.5 non introduce cose sostanzialmente nuove rispetto al passato, ma spiega meglio alcuni punti della norma precedente.

Ad esempio in merito alle sollecitazioni di calcolo la precedente frase, che presentava possibili ambiguità, è diventata una esplicita scelta tra 3 possibilità.

Le azioni trasmesse in fondazione derivano dall’analisi del comportamento dell’intera opera, in genere condotta esaminando la sola struttura in elevazione alla quale sono applicate le pertinenti combinazioni delle azioni di cui al § 2.5.3. 

Sia per CD“A” sia per CD“B” il dimensionamento delle strutture di fondazione e la verifica di sicurezza del complesso fondazione-terreno devono essere eseguiti assumendo come azione in fondazione, trasmessa dagli elementi soprastanti, una tra le seguenti: 

  • quella derivante dall’analisi strutturale eseguita ipotizzando un comportamento strutturale non dissipativo (v. § 7.3); 
  • quella derivante dalla capacità di resistenza a flessione degli elementi (calcolata per la forza assiale derivante dalla combinazione delle azioni di cui al § 2.5.3), congiuntamente al taglio determinato da considerazioni di equilibrio; 
  • quella trasferita dagli elementi soprastanti nell’ipotesi di comportamento strutturale dissipativo, amplificata di un coefficiente pari a 1,30 in CD“A” e 1,10 in CD“B”.

Si ribadisce che le fondazioni devono essere progettate per un comportamento non dissipativo, restando in campo sostanzialmente elastico; al cap. 7.4.1 viene meglio spiegato cosa si intende con quest’ultima richiesta.

7.11 – Opere e sistemi geotecnici

Questo paragrafo apporta alcune novità rispetto alle precedenti norme migliorandone la chiarezza.

Si specifica che lo stato limite ultimo di opere e sistemi geotecnici è riferito allo stato limite SLV, e quello di esercizio allo SLD.

Le richieste verso la stabilità nei confronti della liquefazione (§7.11.3.4) sono rimaste sostanzialmente invariate: è stato tolto il primo punto dei motivi di esclusione della verifica come la magnitudo M attesa (parametro di difficile valutazione).

Dalla semplificazione degli approcci progettuali già vista per il Cap.6 consegue che le verifiche agli stati limite ultimi in presenza di azioni sismiche vengono condotte con i coefficienti parziali sulle azioni e sui parametri geotecnici pari all’unità, mentre quelli sulle resistenze di progetto con i coefficienti parziali ɣR indicati nello stesso capitolo 7, o con quelli del capitolo 6 ove non espressamente specificato.

In merito alle verifiche vi sono variazioni a seconda delle tipologie di struttura di fondazione.

Variazioni per fondazioni superficiali:

  • Abolito il DA1, si utilizza il solo DA2.
  • Il coefficiente parziale di sicurezza R per Carico limite può essere ridotto se si considera esplicitamente l’effetto delle azioni inerziali su volume di terreno significativo (cfr. § 7.11.5.3.1). In questo caso risulta minore del caso statico (Tab. 6.4.I).
  • Il coefficiente parziale di sicurezza R per Scorrimento coincide invece con il caso statico.
  • Sono previste delle verifiche semplificate per SLD (cfr. § 7.11.5.3.1).

Questi punti non comportano differenze in Sismicad, che non ha mai utilizzato il DA1 a favore del DA2 e che, da sempre, considera esplicitamente delle azioni inerziali mediante correttivi alla Paolucci-Pecker (cosa che potrebbe fornire un piccolo vantaggio).

Variazioni per fondazioni su pali:

  • Abolito il DA1, si utilizza il solo DA2.
  • A differenza degli altri tipi di fondazione si accetta la possibilità di formazione di zone dissipative con cerniere plastiche (cfr. § 7.2.5). Per garantire la duttilità devono essere rispettate alcune prescrizioni aggiuntive.
  • Sono previste delle verifiche semplificate per SLD (cfr. § 7.11.5.3.2).

Anche questi punti non comportano sostanziali differenze in Sismicad che consente nelle preferenze di verifica dei pali la definizione del tratto dissipativo. Per ottemperare alla nuova norma sono state aggiunte le prescrizioni aggiuntive in zona duttile, che richiedono una sovraresistenza sul taglio e momento, ed un controllo delle tensioni medie. Si è anche aggiunta la verifica in SLD.

Capitolo 8 – Costruzioni esistenti

Il capitolo 8 specifica meglio le condizioni che rendono necessaria la verifica del sistema di fondazione di costruzioni esistenti. Tra queste condizioni sono stati aggiunti i fenomeni di ribaltamento e di liquefazione del terreno.

In base ai risultati di prove Standard Penetration Test (SPT) è possibile ottenere la valutazione della potenziale liquefacibilità degli strati testati. Questa verifica potrebbe servire anche nella valutazione degli edifici esistenti. Per ogni strato presente è possibile quindi specificare lo stato da considerare (liquefatto o meno) nelle combinazioni sismiche. In fase di verifica geotecnica gli eventuali strati liquefatti producono una riduzione della resistenza di progetto disponibile, fino al limite ad annullarla.

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Le novità di Sismicad

In relazione alle verifiche geotecniche previste dalle nuove Norme Tecniche 2018Sismicad ha mantenuto sostanzialmente la stessa impostazione ma ha introdotto diverse modifiche e innovazioni che si riassumono di seguito.

  • Eliminazione delle categorie di terreno S1 ed S2.
  • Il calcolo delle fondazioni viene condotto come in precedenza, con sollecitazioni elastiche nel caso di struttura non dissipativa, o con sollecitazioni amplificate in strutture dissipative. Tuttavia la verifica strutturale per le combinazioni sismiche viene ora condotta utilizzando un dominio sostanzialmente elastico, come specificato dalla norma.
  • Sono specificati i nuovi coefficienti parziali ɣR , se del caso distinti tra caso statico e sismico.
  • Si è introdotto un nuovo coefficiente parziale ɣR sul ribaltamento dei plinti, il cui valore di default (non essendo previsti i plinti) è mutuato dalle opere di sostegno.
  • Vengono condotte verifiche semplificate per lo SLD su fondazioni superficiali e pali.
  • Nel caso di pali con zona armata per la duttilità vengono condotti i controlli aggiuntivi previsti (sovraresistenza e controllo tensioni).
  • E’ stata aggiunta la verifica alla liquefazione dei terreni in sito. 

Sismicad 12.12, con queste ed altre novità legate alla nuova norma tecnica, è in corso di rilascio. Come indicato precedentemente dovremo ancora attendere la pubblicazione della Circolare esplicativa, documento che sicuramente porterà ad altre modifiche. 

Nel frattempo però i tecnici avranno strumenti aggiornati, in grado di aiutarli nel calcolo delle strutture e delle opere fondali.