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6.2.4. Verifiche della sicurezza e delle prestazioni¶
Indice interno
- Norma
- 6.2.4.1. Verifiche nei confronti degli stati limite ultimi (SLU)
- 6.2.4.2. Verifiche nei confronti degli stati limite ultimi idraulici
- 6.2.4.3. Verifiche nei confronti degli stati limite di esercizio (SLE)
- Circolare
- C6.2.4 Verifiche della sicurezza e delle prestazioni
Norma¶
Le verifiche di sicurezza nei confronti degli stati limite ultimi (SLU) e le analisi relative alle condizioni di esercizio (SLE) devono essere effettuate nel rispetto dei principi e delle procedure indicate al § 2.6.
6.2.4.1. Verifiche nei confronti degli stati limite ultimi (SLU)¶
Per ogni stato limite per perdita di equilibrio (EQU):
Per ogni stato limite ultimo che preveda il raggiungimento della resistenza di un elemento strutturale (STR) o del terreno (GEO):
dove \(E_d\) è il valore di progetto dell'azione o dell'effetto dell'azione, definito dalle relazioni [6.2.2a] o [6.2.2b]:
e \(R_d\) è il valore di progetto della resistenza del sistema geotecnico:
L'effetto delle azioni e la resistenza di progetto sono espresse in funzione delle azioni di progetto \(\gamma_F F_k\), dei parametri geotecnici di progetto \(X_k / \gamma_M\) e dei parametri geometrici di progetto \(a_d\). Il coefficiente parziale di sicurezza \(\gamma_R\) opera direttamente sulla resistenza del sistema. Ponendo \(\gamma_E = \gamma_F\) si può utilizzare la [6.2.2b].
Sono previsti due approcci progettuali (Approccio 1 e Approccio 2):
- Approccio 1: le verifiche si eseguono con due diverse combinazioni di gruppi di coefficienti parziali, rispettivamente (A1+M1+R1) e (A2+M2+R2). I fattori del gruppo R1 sono sempre unitari; quelli del gruppo R2 possono essere maggiori o uguali all'unità.
- Approccio 2: le verifiche si eseguono con un'unica combinazione di gruppi di coefficienti parziali.
Per le verifiche non espressamente trattate nei successivi paragrafi (da 6.3 a 6.11), si utilizza l'Approccio 1 con le due combinazioni (A1+M1+R1) e (A2+M2+R2).
6.2.4.1.1. Azioni¶
I coefficienti parziali \(\gamma_F\) relativi alle azioni sono indicati nella Tab. 6.2.I. Il terreno e l'acqua costituiscono carichi permanenti (strutturali) quando contribuiscono all'opera con le loro caratteristiche di peso, resistenza e rigidezza.
Tab. 6.2.I - Coefficienti parziali per le azioni o per l'effetto delle azioni
| Effetto | Coefficiente parziale \(\gamma_F\) (o \(\gamma_E\)) | EQU | (A1) | (A2) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Carichi permanenti \(G_1\) | Favorevole | \(\gamma_{G1}\) | \(0{,}9\) | \(1{,}0\) | \(1{,}0\) |
| Sfavorevole | \(1{,}1\) | \(1{,}3\) | \(1{,}0\) | ||
| Carichi permanenti \(G_2\) | Favorevole | \(\gamma_{G2}\) | \(0{,}8\) | \(0{,}8\) | \(0{,}8\) |
| Sfavorevole | \(1{,}5\) | \(1{,}5\) | \(1{,}3\) | ||
| Azioni variabili \(Q\) | Favorevole | \(\gamma_{Qi}\) | \(0{,}0\) | \(0{,}0\) | \(0{,}0\) |
| Sfavorevole | \(1{,}5\) | \(1{,}5\) | \(1{,}3\) |
(1) Per i carichi permanenti \(G_1\) si applica quanto indicato alla Tabella 2.6.1. Per la spinta delle terre si fa riferimento ai coefficienti \(\gamma_{G1}\).
6.2.4.1.2. Resistenze¶
Il valore di progetto della resistenza \(R_d\) può essere determinato:
a) in modo analitico, con riferimento al valore caratteristico dei parametri geotecnici del terreno, diviso per il valore del coefficiente parziale \(\gamma_M\) (Tab. 6.2.II) e tenendo conto, ove necessario, dei coefficienti parziali \(\gamma_R\);
b) in modo analitico, con riferimento a correlazioni con i risultati di prove in sito, tenendo conto dei coefficienti parziali \(\gamma_R\);
c) sulla base di misure dirette su prototipi, tenendo conto dei coefficienti parziali \(\gamma_R\).
Tab. 6.2.II - Coefficienti parziali per i parametri geotecnici del terreno
| Parametro | Grandezza | Coefficiente parziale \(\gamma_M\) | (M1) | (M2) |
|---|---|---|---|---|
| Tangente dell'angolo di resistenza al taglio | \(\tan \varphi'_k\) | \(\gamma_{\varphi'}\) | \(1{,}0\) | \(1{,}25\) |
| Coesione efficace | \(c'_k\) | \(\gamma_{c'}\) | \(1{,}0\) | \(1{,}25\) |
| Resistenza non drenata | \(c_{u,k}\) | \(\gamma_{cu}\) | \(1{,}0\) | \(1{,}4\) |
| Peso dell'unità di volume | \(\gamma\) | \(\gamma_{\gamma}\) | \(1{,}0\) | \(1{,}0\) |
Per gli ammassi rocciosi e i terreni a struttura complessa: i coefficienti parziali \(\gamma_M\) sono pari a \(1{,}0\) (M1) e \(1{,}25\) (M2), oppure si adottano le procedure di cui ai punti b) e c).
6.2.4.1.3. Verifiche strutturali con l'analisi di interazione terreno-struttura¶
Le analisi finalizzate al dimensionamento strutturale si eseguono con i valori caratteristici dei parametri geotecnici, amplificando l'effetto delle azioni con i coefficienti parziali del gruppo A1.
6.2.4.2. Verifiche nei confronti degli stati limite ultimi idraulici¶
Le opere geotecniche devono essere verificate nei confronti dei possibili stati limite di sollevamento o di sifonamento.
Per la stabilità al sollevamento, il valore di progetto dell'azione instabilizzante \(V_{inst,d}\) (risultante delle pressioni idrauliche) non deve essere maggiore della combinazione dei valori di progetto delle azioni stabilizzanti (\(G_{stb,d}\)) e delle resistenze (\(R_d\)):
dove:
Tab. 6.2.III - Coefficienti parziali sulle azioni per le verifiche nei confronti di stati limite di sollevamento
| Effetto | Coefficiente parziale \(\gamma_F\) (o \(\gamma_E\)) | Sollevamento (UPL) | |
|---|---|---|---|
| Carichi permanenti \(G_1\) | Favorevole | \(\gamma_{G1}\) | \(0{,}9\) |
| Sfavorevole | \(1{,}1\) | ||
| Carichi permanenti \(G_2\) | Favorevole | \(\gamma_{G2}\) | \(0{,}8\) |
| Sfavorevole | \(1{,}5\) | ||
| Azioni variabili \(Q\) | Favorevole | \(\gamma_{Qi}\) | \(0{,}0\) |
| Sfavorevole | \(1{,}5\) |
In condizioni di flusso prevalentemente verticale:
a) frontiera di efflusso libera: la verifica a sifonamento si esegue controllando che il gradiente idraulico sia inferiore o uguale al gradiente idraulico critico \(i_c\), diviso per il coefficiente parziale \(\gamma_R = 3\) per il gradiente medio, oppure \(\gamma_R = 2\) per il gradiente idraulico di efflusso;
b) carico imposto sulla frontiera di efflusso: la pressione interstiziale in eccesso deve essere inferiore o uguale alla tensione verticale efficace, divisa per il coefficiente parziale \(\gamma_R = 2\).
6.2.4.3. Verifiche nei confronti degli stati limite di esercizio (SLE)¶
Per ciascun stato limite di esercizio deve essere rispettata la condizione:
dove \(E_d\) è il valore di progetto dell'effetto delle azioni nelle combinazioni di carico per gli SLE (§ 2.5.3) e \(C_d\) è il prescritto valore limite dell'effetto delle azioni.
Circolare¶
C6.2.4 Verifiche della sicurezza e delle prestazioni¶
Conseguentemente ai principi generali enunciati nelle NTC, la progettazione geotecnica si basa sul metodo degli stati limite e sull'impiego dei coefficienti parziali. I coefficienti parziali possono essere diversamente raggruppati e combinati tra loro in funzione del tipo e delle finalità delle verifiche, nei diversi stati limite considerati.
C6.2.4.1 Verifiche nei confronti degli stati limite ultimi (SLU)¶
Si considerano cinque stati limite ultimi che, mantenendo la denominazione abbreviata delle UNI EN 1990, sono così identificati: - EQU — perdita di equilibrio della struttura fuori terra, considerata come corpo rigido; - STR — raggiungimento della resistenza degli elementi strutturali, compresi gli elementi di fondazione e tutti gli altri elementi strutturali che eventualmente interagiscono con il terreno; - GEO — raggiungimento della resistenza del terreno interagente con la struttura con sviluppo di meccanismi di collasso dell'insieme terreno-struttura; - UPL — perdita di equilibrio della struttura o del terreno, dovuta alla spinta dell'acqua (sollevamento per galleggiamento); - HYD — erosione e sifonamento del terreno dovuta ai gradienti idraulici.
Nelle verifiche di sicurezza rispetto agli stati limite ultimi strutturale e geotecnico, la Norma individua per ogni opera e per ogni stato limite l'approccio progettuale a cui fare riferimento, privilegiando per quanto possibile l'Approccio 2, anche per la semplificazione conseguente all'impiego di una sola combinazione di coefficienti di sicurezza parziali, così come riportato nelle NTC.
Il riferimento all'Approccio 1 è stato tuttavia mantenuto in quei casi per i quali può manifestarsi qualche ambiguità, non risolvibile a priori, sugli effetti delle azioni permanenti nelle verifiche di tipo geotecnico.
Per consentire l'impiego più appropriato dell'Approccio 1, è opportuno richiamare i due presupposti fondamentali sui quali sono basate le verifiche rispetto a SLU di tipo geotecnico e di tipo strutturale in entrambi gli approcci progettuali:
1) le verifiche SLU di tipo geotecnico hanno lo scopo di controllare che l'opera sia dimensionata in modo da garantire un adeguato margine di sicurezza nei riguardi della formazione di uno o più meccanismi di collasso del terreno, che eventualmente possono coinvolgere anche gli elementi strutturali. Il controllo si esercita mediante la fattorizzazione delle azioni e delle resistenze nell'Approccio 2 e delle sole azioni variabili e dei parametri di resistenza nell'Approccio 1 combinazione A2+M2+R2;
2) le verifiche SLU di tipo strutturale fanno sempre riferimento al raggiungimento locale della resistenza di progetto e, per questo motivo, richiedono la verifica delle singole sezioni. Una verifica di questo genere, per opere che interagiscono con il terreno, non può che scaturire da un'analisi d'interazione del sistema terreno-struttura, in cui svolge un ruolo preminente la rigidezza di entrambi i componenti del sistema.
La Combinazione A2+M2+R2 dell'Approccio 1 è la sola che deve essere utilizzata per le verifiche di stabilità globale della parte di sottosuolo su cui insistono le opere di fondazione e di sostegno, nonché per le verifiche della stabilità dei fronti di scavo e dei paramenti delle opere di materiali sciolti.
Lo stato limite di ribaltamento dei muri di sostegno è compreso nelle verifiche GEO, da condurre con l'Approccio 2, diversamente da quanto previsto nelle NTC08 nelle quali era trattato come uno stato limite di equilibrio di corpo rigido (EQU). Le verifiche EQU, ai fini geotecnici, sono limitate al ribaltamento di strutture fuori terra, quali ciminiere, cartelloni pubblicitari, torri, ecc., rispetto ad una estremità della fondazione.
C6.2.4.2 Verifiche nei confronti degli stati limite ultimi idraulici¶
Gli stati limite UPL e HYD si riferiscono a stati limite ultimi di tipo idraulico (§ 6.2.4.2 NTC). Ad esempio, gli stati limite di sollevamento per galleggiamento di strutture interrate (parcheggi sotterranei, stazioni metropolitane, ecc.) o di opere marittime devono essere trattati come stati limite di equilibrio UPL. Al contrario, lo stato limite di sifonamento al quale corrisponde l'annullamento delle tensioni efficaci e che può essere prodotto da moti di filtrazione diretti dal basso verso l'alto, devono essere trattati come stati limite HYD.
Gli stati limite HYD sono stati trattati diversamente rispetto alle precedenti norme tecniche, semplificando il procedimento nelle situazioni più frequenti di frontiera di efflusso libera o con un carico imposto.
C6.2.4.3 Verifiche nei confronti degli stati limite di esercizio (SLE)¶
Per le opere e i sistemi geotecnici, gli stati limite di esercizio si riferiscono generalmente al raggiungimento di valori critici di spostamenti e rotazioni, assoluti e/o relativi, e distorsioni che possano compromettere la funzionalità dell'opera. È quindi necessario valutare, utilizzando i valori caratteristici delle azioni e delle resistenze dei materiali, gli spostamenti e le rotazioni delle opere, nonché il loro andamento nel tempo.