La valutazione delle resistenze terreno-strutture in zona sismica

Le verifiche della sicurezza in zona sismica, se si trascura la coesione sia della struttura sia del terreno, conducono rapidamente a diagnosi da “cigno nero” fino a costi enormi. Rappresentativa è in merito per i terreni saturi la valutazione della coesione “non drenata” ciclica o “a breve termine” unico baluardo resistente, essendo l’attrito nullo durante le scosse sismiche. La coesione non drenata è notoriamente un parametro molto delicato da misurare a causa dei disturbi rispetto alle tensioni geostatiche e al ruolo dei percorsi delle tensioni. In particolare si evidenzia l’utilità delle prove cicliche su tiranti o delle trincee d’ispezione spinte a profondità critica, specie in terreni passibili d’instabilità. Il ruolo della coesione è poi altrettanto importante se è imputabile alla cementazione nei terreni o nelle murature legate con malta specie di calce e pozzolana o grassello e pietre calcaree.

Si evidenzia che piccoli valori della coesione ciclica non vanno annullati nelle verifiche in zona sismica perché danno un valido contributo alla sicurezza se agiscono su superfici estese ammorsate, pur se ridotte del doppio delle eccentricità. La resistenza poi delle strutture in muratura, specie a pietra incerta o a consistenza vetusta o lesionata, è in pratica difficilmente misurabile, tanto da assumerla nulla e quindi decidere di demolire anziché consolidare. Si può invece, nei casi meno danneggiati e intonacati, ricorrere al placcaggio con griglie serrate tramite traversini filettati che attraverso il serraggio dei bulloni consentono di dosare una resistenza ciclica triassiale e ottenere una struttura assimilabile a una megalitica. Nell'articolo si passano in rassegna alcuni esempi di valutazioni delle resistenze riguardanti l’esistente sia “a priori”, basate su rilievi e analisi delle azioni e resistenze di progetto, sia “a posteriori” suffragate da misure geodetiche e da vari tipi di prove di laboratorio e in sito anche innovative. Si svolgono in proposito alcuni esempi di analisi retrogressiva sismica, di prove in vera grandezza preliminari di cantiere e di controllo dei consolidamenti con il metodo osservazionale. Si cerca di coprire la distanza di sicurezza fra la valutazione oggettiva dei modelli “perfetti” e quella soggettiva della realtà “imperfetta”. In merito, il § 10.2 delle NTC2018 richiede che l’uso dei programmi di calcolo vada suffragato da un “giudizio motivato di accettabilità dei risultati”, basandosi su calcoli semplificati degli ordini di grandezza input/output.

Il ruolo della coesione non drenata

In zona sismica unica resistenza dei terreni saturi è la coesione non drenata c_u che, come noto, presidia le verifiche di portanza o di stabilità impegnate anche dalle forze d’inerzia.

La sicurezza è affidata anche a valori bassi di tale coesione, purché agenti su superfici estese, similmente alla meravigliosa pressione cardiaca “interstiziale” che, con frequenza eccitatrice di circa 1 Hz simile a quella d’interdizione dello spettro, risulta:

𝑢 ÷ 100 mmHg ~ 0,1 atm = 10 kPa = = 0,1 kg/cm² = 1 t/m² (1)

Parallelamente per le strutture si esamina la coesione nelle murature, in quanto più vicina a quella dei materiali che si rinvengono in geologia e in tanti nostri borghi storici.

Anche in questo caso si assume la coesione residua ciclica da cementazione c_m = 0 nel tratto lesionato, ma si noti che oltre all’attrito può rimanere c_m ≠ 0 nel tratto non fessurato dello spessore murario che in prima approssimazione si riduce di 2e ovvero del doppio dell’eccentricitàinnescata specialmente dalle forze d’inerzia. 

Valori di c ÷ 1 t/m² non vanno tralasciati: ancora una volta “less is more” come in tante scelte della vita gravate dal trascurare la coesione.

Tutta la fondamentale problematica della prevenzione e della manutenzione dipendono molto dalla valutazione della coesione e ancor più dalla coerenza nell’effettuare programmazioni di spesa almeno decennali.

Non si trattano le verifiche statiche, in quanto ampiamente riportate in tanti testi, ma anche per esse valgono le considerazioni analoghe a quelle che seguono, specie per la deduzione dei parametri di resistenza dalle verifiche (back analysis) a ritroso dello stato limite di esercizio (SLE) e ultimo (SLU). Per il ruolo sulla sicurezza dei modelli porosi e solidi rigidi-elastici-plastici “perfetti” rispetto alla realtà “imperfetta”, specie nei riguardi dell’interazione terreno-struttura in campo sismico, si propone il testo (Ventura 2019). 

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Articolo tratto dagli Atti del XVIII Convegno ANIDIS