Volume geotecnico significativo: come stimarlo

Le indagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipo di opera e/o intervento, devono riguardare il volume geotecnico significativo.

Il volume geotecnico significativo secondo le NTC 2018

Programmare le indagini geologiche e geotecniche è un’operazione complessa ed estremamente delicata. Il programmatore delle indagini deve avere contezza da subito delle caratteristiche dell’opera di progetto, anche se in forma preliminare, degli strumenti di indagine da mettere in campo anche in relazione al tipo di terreno e dei parametri da ottenere per il problema geotecnico specifico.

Il programmatore delle indagini deve:

• scegliere i mezzi di indagine compatibili con il terreno interessato e con il tipo di opera;
• decidere l’estensione verticale delle indagini, il numero delle prove e la loro ubicazione.

Il volume significativo da indagare è costituito dalla massa di terreno entro il quale si risentono gli effetti dell’intervento. Essi possono essere:

1. modifiche dello stato tensionale per aumenti di pressione (es. fondazioni) o scarichi tensionali (scavi);
2. variazioni nel regime delle acque sotterranee per drenaggi o impermeabilizzazioni indotti dalle opere;
3. inquinamento diretto o indotto dagli interventi;
4. modifiche delle condizioni di stabilità dei versanti per variazioni planoaltimetriche o modifiche del regime delle acque;
5. modifiche ambientali per apertura di cave di prestito o accumuli di materiali provenienti da scavi.

NTC 2018 §6.2.2 – INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOTECNICA: Le indagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipo di opera e/o di intervento e devono riguardare il volume significativo, e in presenza di azioni sismiche, devono essere conformi a quanto prescritto ai §§ 3.2.2 e 7.11.2. Per volume significativo di terreno si intende la parte di sottosuolo influenzata, direttamente o indirettamente, dalla costruzione del manufatto e che influenza il manufatto stesso Le indagini devono permettere la definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo necessari alla progettazione. Della definizione del piano delle indagini, della caratterizzazione e della modellazione geotecnica è responsabile il progettista.
Ai fini dell’analisi quantitativa di uno specifico problema, per modello geotecnico di sottosuolo si intende uno schema rappresentativo del volume significativo di terreno, suddiviso in unità omogenee sotto il profilo fisico-meccanico, che devono essere caratterizzate con riferimento allo specifico problema geotecnico. Nel modello geotecnico di sottosuolo devono essere definiti il regime delle pressioni interstiziali e i valori caratteristici dei parametri geotecnici. […]
Nel caso di costruzioni o di interventi di modesta rilevanza, che ricadano in zone ben conosciute dal punto di vista geotecnico, la progettazione può essere basata su preesistenti indagini e prove documentate, ferma restando la piena responsabilità del progettista su ipotesi e scelte progettuali.

Ampiezza della indagine – Raccomandazioni sulla programmazione ed esecuzione delle indagini geotecniche (AGI 1977)

Secondo le Raccomandazioni sulla programmazione ed esecuzione delle indagini geotecniche (AGI 1977) lo studio geotecnico va condotto su quella parte del sottosuolo che verrà influenzata dalla costruzione del manufatto o che influenzerà il comportamento del manufatto stesso.

Questa parte del sottosuolo – volume significativo dell’indagine – va quindi delimitata con riferimento al problema in esame: nel caso delle fondazioni l’indagine verrà estesa fin dove si verificheranno variazioni significative dello strato tensionale; per le opere di ritenuta (dighe, argini) e per scavi sotto il livello della falda si dovrà tener conto anche delle modifiche apportate al regime delle pressioni neutre.

La presenza nel sottosuolo di terreni particolarmente scadenti o di terreni molto resistenti può modificare, aumentandolo o diminuendolo, il volume significativo.

In alcuni casi, il volume in questione rimane alterato nella fase di ideazione, progettazione e costruzione dell’opera; questo si verifica quando il manufatto è inserito in un’area già urbanizzata e con caratteristiche tali da non dar luogo a problemi di stabilità di insieme. Il volume significativo varia se la posizione del manufatto viene modificata a seguito dei risultati dell’indagine geotecnica e in generale se sono da considerare problemi di stabilità di insieme.

Il volume significativo ha forma diversa a seconda del problema in esame (Figura 1); le sue dimensioni sono notevolmente influenzate dall’importanza e dalle dimensioni dell’opera; in ogni caso sono rilevanti. Lea sua caratterizzazione geotecnica è necessariamente basata su uno studio per campioni.

Le informazioni vengono raccolte lungo alcune linee verticali (per mezzo di pozzi o fori di sondaggio), orizzontali o inclinate (per mezzo di trincee, cunicoli o fori di sondaggio). Il numero e la lunghezza di queste linee devono essere fissati in base alle caratteristiche geometriche del volume significativo, tenuto contro della complessità dell’ambiente geologico, del grado di approssimazione richiesto dall’indagine e dell’importanza dell’opera

A titolo puramente esemplificativo si indica di seguito il numero di verticali da esplorare in casi semplici:

1. Fondazioni di manufatti di altezza ed estensione limitata (ad esempio fabbricati civili e industriali fino a 5 piani di altezza): dovranno essere investigate almeno tre verticali, ed orientativamente una verticale ogni 600 m² oltre le prime tre se il fabbricato interessa aree estese;
2. Fondazioni di opere sviluppate in lunghezza e di altezza limitata (ad esempio muri di sostegno con altezza di 4-10 m; rilevati di altezza 4-10 m): dovrà essere indagata una verticale ogni 50-100 m di lunghezza (con un minimo di 1-2 verticali);
3. Scavi con profondità 3-10 m: nel caso di scavi che interessino superfici con lati di lunghezza confrontabile, sono da seguire le indicazioni suggerite al punto a); per gli scavi sviluppati in lunghezza vale quanto detto al punto b).

Fig. 1 – Indicazioni sul volume significativo del sottosuolo a seconda del tipo e delle dimensioni del manufatto, nel caso di terreno omogeneo

Il numero dei sondaggi potrà essere diminuito nel caso di sottosuolo ben noto e formato da terreni di elevata resistenza

Lancellotta e Calavera 1999

Fondazioni

In Fig.2 è riportato uno schema dell’estensione del volume da indagare in riferimento alle fondazioni

Fig.2- Fondazioni. Da Lancellotta e Calavera, 1999

Scavi e opere di sostegno

Fig.3 – A) opere di sostegno; B) scavo o trincea. Da Lancellotta e Calavera, 1999.

Rilevati e argini

Fig. 4 – Rilevati e argini. Da Lancellotta e Calavera, 1999.

Fondazioni indirette

Fig.5 – Fondazioni indirette. Da Lancellotta e Calavera, 1999.

Il volume significativo sismico

Nella definizione dell’azione sismica di progetto, per tutte quelle configurazioni litostratigrafiche non riconducibili alla classificazione riportata in Tab. 3.2.II, l’effetto della risposta sismica locale (RSL) si valuta mediante specifiche analisi, da eseguire con le modalità indicate nel § 7.11.3. In alternativa, qualora le condizioni stratigrafiche e le proprietà dei terreni siano chiaramente riconducibili alle categorie definite nella Tab. 3.2.II, si può fare riferimento ad un approccio semplificato, che si basa sulla classificazione del sottosuolo in funzione dei valori della velocità di propagazione delle onde di taglio V_S. I valori dei parametri meccanici necessari per le analisi di risposta sismica locale o delle velocità V_S per l’approccio semplificato costituiscono parte integrante della caratterizzazione geotecnica dei terreni compresi nel volume significativo, di cui al § 6.2.2. La modellazione sismica viene assorbita dalla geotecnica.

I valori di V_s sono ottenuti mediante specifiche prove oppure, con giustificata motivazione e limitatamente all’approccio semplificato, sono valutati tramite relazioni empiriche di comprovata affidabilità con i risultati, quali ad esempio le prove penetrometriche dinamiche per i terreni a grana grossa e le prove penetrometriche statiche.

La risposta sismica locale e, comunque, la modellazione sismica in generale comprendono, ove necessario in relazione alla natura ed alla dimensione dell’opera, un propedeutico studio geomorfologico, stratigrafico e tettonico, nonché una individuazione delle categorie di sottosuolo, a cui afferiscono le opere in progetto.

Il volume significativo sismico è la parte di sottosuolo compresa tra la superficie (o il punto di misura della Vs) e il bedrock sismico. È quindi necessario trovare la profondità del substrato (bedrock) in base ai valori della velocità equivalente di propagazione delle onde di taglio V_S,eq, attraverso la relazione (NTC 2018 § 3.2.2 [3.2.1]):

dove:

• H  è la profondità del substrato sismico definito come roccia o terreno molto rigido, caratterizzata da V_s non inferiore a 800 m/s;
• h_i lo spessore dell’i-esimo strato (in m);
• V_s,i la velocità delle onde di taglio nell’i-esimo strato (in m/s);
• N il numero di strati;

Per fondazioni superficiali, la profondità del substrato è riferita al piano di imposta delle stesse, mentre per le fondazioni su pali è riferita alla testa dei pali.

Nel caso di opere di sostegno di terreni naturali, la profondità è riferita alla testa dell’opera. Per muri di sostegno di terrapieni, la profondità è riferita al piano di imposta della fondazione.

Fig. 6 – Quota di riferimento della profondità del substrato sismico

La velocità equivalente V_S,eq si misura dal punto di partenza, visto in Figura 6, ma non fino a 30 m, bensì fino al substrato sismico, se questo non è profondo più di 30 m: pertanto V_S,30 diventa V_S,H.

Invece, per depositi con profondità H del substrato superiore a 30 m, la velocità equivalente delle onde di taglio V_S,eq è definita dal parametro V_S,30, ottenuto ponendo H=30 m nella espressione 3.2.1 e considerando le proprietà degli strati di terreno a tale profondità.

Le categorie di sottosuolo che permettono l’utilizzo dell’approccio semplificato sono definite in Tab.3.2.II delle NTC 2018.

Fonte: Prof. Eros Aiello (Centro di Geotecnologie Università di Siena) – CORSO ITINERANTE SPECIALISTICO DI APPROFONDIMENTO SULLE NTC 2018

Il volume geotecnico significativo secondo l’Eurocodice 7

L’Eurocodice 7 – Progettazione geotecnica (Eurocode 7 – Geotechnical design) si compone di due parti:

• EN 1997-1:2004, 2013 – Eurocode 7: Geotechnical design – Part 1: General rules (Norme Generali, dedicata alle regole generali della progettazione geotecnica, con riferimento sia ad i terreni che alle rocce.

• EN 1997-2:2007 – Eurocode 7: Geotechnical design – Part 2: Ground investigation and testing (Indagini Geotecniche in sito e in laboratorio, che riguarda l’uso delle indagini in sito e delle prove di laboratorio nella progettazione geotecnica.)

Il capitolo 2 dell’EC 7-2 tratta la Programmazione delle indagini in sito (Planning of ground investigations) e in particolare il § 2.4 (Design Investigations) vengono descritte le modalità di esecuzione delle indagini, con allegati degli esempi (Annex B.3) di raccomandazioni sulla profondità e misure di indagini elencati di seguitop.

Distanze tra i punti di indagine:

• Per grattacieli e strutture industriali, si raccomanda di utilizzare uno schema a griglia da 15 m a 40 m di distanza tra indagine;
• Per strutture di grandi dimensioni, un reticolo con punti di indagine a non più di 60m;
• Per strutture lineari (strade, ferrovie, canali, condutture, dighe, gallerie, muri di sostegno), una distanza da 20 m a 200 m;
• Per dighe e sbarramenti, da 25 m a 75 m di distanza, lungo i tratti verticali dell’opera.

Profondità di indagine (con z_a si intende il punto più basso della fondazione della struttura, elemento strutturale o fondo dello scavo. Quando ci sono più alternative per stabilire z_a utilizzare il valore più grande):

• Per strutture con molti piani e per i progetti di ingegneria civile, si dovrebbe essere applicato il valore maggiore delle seguenti condizioni:
  

z_a ≥ 6 m;
z_a ≥ 3.0 b_f (dove b_f è il lato minore della fondazione)

• Per fondazioni a zattere e strutture con più elementi di fondazioni i cui effetti negli strati più profondi si sovrappongono l’uno con l’altro:
  

z_a ≥ 1.5 b_B (dove b_B è il lato più piccolo della struttura)

• Per rilevati e scavi, deve essere soddisfatto il valore maggiore delle seguenti condizioni:
  
  1. Per dighe (argini o rilevati):
     0,8h < z_a < 1,2 h (dove h è l’altezza del rilevato o argine)
     z_a ≥1 6 m
  2. Per scavi:
     z_a ≥ 2,0 m
     z_a ≥ 0,4 h (dove h è l’altezza della diga o profondità dello scavo)

1. 1. Per strade e piste aeroportuali
      z_a ≥ 2 m al di sotto del livello di formazione proposto
   2. Per trincee e tubazioni il valore maggiore tra:
      z_a ≥ 2 m al di sotto del livello invertito;
      z_a ≥ 1.5 b_Ah dove b_Ah è la larghezza dello scavo

• Per piccole gallerie e caverne:
  b_Ab < z_a < 2,0 b_Ab (dove b_Ab è la larghezza dello scavo)
• Scavi
  1. Laddove la superficie piezometrica e le falde acquifere si trovino al di sotto del fondo dello scavo, deve essere considerato il valore maggiore di z_a che soddisfi le seguenti condizioni:
     

     z_a ≥ 0,4 h dove h è la profondità di scavo
     z_a ≥ (t + 2.0) m dove t è la lunghezza dell’opera immersa nel terreno

  2. Nel caso in cui la superficie piezometrica e la quota della falda freatica si trovino al di sopra del fondo dello scavo, deve essere considerato il valore maggiore di z_a che soddisfi le seguenti condizioni:
     

     z_a ≥ (1,0 × H + 2,0) m

     z_a ≥ (t + 2.0) m
     Dove H + l’altezza del livello di falda sopra la base dello scavo e t è la lunghezza dell’opera immersa nel terreno.

• Per taglioni:
  
  z_a ≥ 2 m sotto la superficie dello strato impermeabile delle acque sotterranee.
• Per i pali devono essere soddisfatte le seguenti 3 condizioni:
  

  z_a ≥  1,0bg

  z_a ≥  5,0 m

  z_a ≥  3D_F

  Dove D_F è il diametro del palo, b_g è il lato più piccolo del rettangolo che formano il gruppo di pali di fondazione

Stima volume geotecnico significativo – GIT

GIT è il software GeoStru per la stima del volume geotecnico significativo secondo: NTC 2018 e Circ. ’19, Lancellotta e Calavera, Eurocodice 7.

Visualizzazione grafico della distribuzione delle tensioni nel sottosuolo, con individuazione della profondità di indagine. Stampa report in formato *.docx.