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7.11.5. Fondazioni

Indice interno

• Norma
• 7.11.5.1. Regole generali
• 7.11.5.2. Indagini e modello geotecnico
• 7.11.5.3. Verifiche SLV e SLD
  • 7.11.5.3.1. Fondazioni superficiali
  • 7.11.5.3.2. Fondazioni su pali
• Circolare
• C7.11.5. Fondazioni
  • C7.11.5.1. Regole generali di progettazione
  • C7.11.5.1.1. Modellazione dell'interazione terreno-fondazione-struttura
  • C7.11.5.3. Verifiche allo stato limite ultimo (SLV) e allo stato limite di esercizio (SLD)
  • C7.11.5.3.1. Fondazioni superficiali
  • C7.11.5.3.2. Fondazioni su pali
    • Gruppi di pali
    • Fondazioni miste

Norma

7.11.5.1. Regole generali

La progettazione delle fondazioni in zona sismica richiede:

• la valutazione della risposta sismica locale del sito;
• la verifica della sicurezza nei confronti della liquefazione degli strati di terreno di fondazione;
• la verifica della stabilità globale del complesso opera di fondazione – terreno.

Le forze sismiche trasmesse dalla sovrastruttura alle fondazioni devono essere determinate in accordo con le regole generali del presente Capitolo.

7.11.5.2. Indagini e modello geotecnico

Le indagini geotecniche devono essere finalizzate alla caratterizzazione del terreno per le verifiche sismiche. Il modello geotecnico deve includere le proprietà di rigidezza e resistenza dei terreni in condizioni cicliche.

7.11.5.3. Verifiche SLV e SLD

7.11.5.3.1. Fondazioni superficiali

Le verifiche delle fondazioni superficiali si eseguono nei confronti dei seguenti stati limite, con i coefficienti parziali sulla resistenza \(\gamma_R\) riportati nella Tab. 7.11.II:

Tab. 7.11.II – Coefficienti parziali \(\gamma_R\) per verifiche sismiche di fondazioni superficiali

Verifica	\(\gamma_R\)
Carico limite	2,3
Scorrimento	1,1
Resistenza del terreno a lato delle superfici laterali	1,3

Per la verifica al carico limite, si deve tenere conto dell'effetto della componente sismica orizzontale e verticale dell'azione sulla capacità portante della fondazione.

Per la verifica allo scorrimento, la resistenza allo scorrimento alla base della fondazione deve essere non inferiore alla componente orizzontale della risultante delle forze agenti.

7.11.5.3.2. Fondazioni su pali

Le fondazioni su pali in condizioni sismiche devono essere verificate per gli stati limite di:

• resistenza verticale del singolo palo e del gruppo di pali;
• resistenza orizzontale del singolo palo e del gruppo di pali;
• stabilità nei confronti della liquefazione degli strati attraversati dai pali;
• compatibilità degli spostamenti.

Deve essere tenuto conto dell'interazione cinematica (effetto del moto del terreno sui pali) e dell'interazione inerziale (effetto delle forze trasmesse dalla sovrastruttura). L'interazione cinematica è particolarmente significativa in presenza di strati con caratteristiche di rigidezza molto diverse.

Per le fondazioni miste (platee su pali) si applicano le indicazioni del § 6.4.3.

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Circolare

C7.11.5. Fondazioni

C7.11.5.1. Regole generali di progettazione

C7.11.5.1.1. Modellazione dell'interazione terreno-fondazione-struttura

Le azioni trasmesse dalla struttura in elevazione alla fondazione rappresentano la soluzione del problema dell'interazione terreno-fondazione-struttura, che può essere studiato con diversi livelli di complessità, in relazione all'importanza dell'opera e alla pericolosità sismica del sito.

Al fine delle verifiche di sicurezza del complesso fondazione-terreno e al fine del dimensionamento strutturale delle fondazioni, il valore delle azioni trasmesse alle fondazioni deve essere scelto secondo quanto prescritto al § 7.2.5, tenendo conto dei criteri di modellazione della struttura e dell'azione sismica di cui al § 7.2.6.

Nei metodi di analisi avanzata, il modello numerico include la struttura in elevazione, la fondazione e il sottosuolo; si considera l'interazione dinamica terreno-fondazione considerando la natura polifase dei terreni, tenendo conto del comportamento non lineare e isteretico degli elementi strutturali e dei terreni in condizioni cicliche, a partire da bassi livelli di deformazione. Tale approccio presuppone di per sé lo svolgimento di analisi dinamiche in campo non lineare.

Nei metodi di complessità intermedia (ad esempio, metodo delle sottostrutture), l'analisi viene eseguita in due fasi. Nella prima viene definita l'azione sismica alla base della struttura, mediante un'analisi non lineare o lineare equivalente di risposta sismica locale nella condizione di campo libero. Si può tenere conto della modifica del moto sismico dovuta all'interazione cinematica fondazione-terreno. Nella seconda fase si applica il moto sismico così ottenuto alla struttura la cui fondazione è generalmente modellata con vincoli visco-elastici caratterizzati da opportune funzioni di impedenza dinamica. Nel calcolo dell'impedenza dinamica è necessario tenere conto della dipendenza della rigidezza e dello smorzamento dei terreni dal livello deformativo e dalla frequenza di eccitazione.

Anche in questo caso l'azione sismica può essere valutata con analisi di risposta sismica-locale lineare o lineare equivalente.

Qualora le verifiche nella struttura in elevazione siano condotte utilizzando le sollecitazioni derivanti da analisi effettuate con spettri di progetto applicati su strutture schematizzate come elastiche, e non da analisi non lineari, le azioni di progetto da considerare applicate sulle strutture di fondazione nelle verifiche agli stati limite ultimi (SLV e, eventualmente, SLC) delle fondazioni devono tenere conto di quanto previsto al § 7.2.5delle NTC.

L'analisi sismica delle fondazioni con il metodo degli spostamenti o con metodi dinamici avanzati si esegue utilizzando i valori caratteristici delle azioni statiche e dei parametri di resistenza. In questo caso, il risultato dell'analisi è uno spostamento permanente (cedimento, traslazione orizzontale e/o rotazione). La verifica consiste nel confronto tra lo spostamento calcolato e quello limite scelto dal progettista per l'opera in esame, in funzione dello stato limite considerato.

C7.11.5.3. Verifiche allo stato limite ultimo (SLV) e allo stato limite di esercizio (SLD)

C7.11.5.3.1. Fondazioni superficiali

L'analisi pseudo-statica delle fondazioni si esegue utilizzando valori unitari per i coefficienti parziali sulle azioni e sui parametri geotecnici come specificato al § 7.11.1. Si utilizzano invece i coefficienti \(\gamma_R\) riportati nella Tabella 7.11.II per i diversi meccanismi considerati.

L'azione del sisma si traduce in accelerazioni nella parte di sottosuolo che interagisce con l'opera e in variazioni delle sollecitazioni normali, di taglio e dei momenti flettenti sulla fondazione, per l'azione delle forze d'inerzia generate nella struttura in elevazione (effetto inerziale). Nella valutazione delle azioni di progetto agenti sulle fondazioni, nelle verifiche SLV, si deve tenere conto anche di quanto previsto al §7.2.5.

Le verifiche a scorrimento e a ribaltamento si eseguono utilizzando gli usuali metodi già previsti per le verifiche sotto azioni statiche.

Nelle verifiche a carico limite, le NTC consentono di trascurare le azioni inerziali agenti nel volume di terreno sottostante la fondazione. In tal caso l'effetto dell'azione sismica si traduce nella sola variazione delle azioni di progetto in fondazione rispetto a quelle valutate nelle combinazioni statiche. La verifica viene condotta con le usuali formule del carico limite tenendo conto dell'eccentricità e dell'inclinazione, rispetto alla verticale, del carico agente sul piano di posa. In tal caso si adotta un coefficiente \(\gamma_R\) a carico limite pari a \(2{,}3\).

Nel caso in cui si considerino esplicitamente le azioni inerziali nel volume di terreno al di sotto della fondazione, le NTC consentono di utilizzare un coefficiente \(\gamma_R\) a carico limite più basso e pari a \(1{,}8\). In tal caso, le accelerazioni nel volume di sottosuolo interessato dai cinematismi di rottura modificano azioni e coefficienti di capacità portante in funzione del coefficiente sismico pseudo-statico \(K_hE\), che simula l'azione sismica in tale volume di terreno. La scelta del valore di \(K_hE\) è nella responsabilità del progettista e dovrebbe tenere conto del livello di spostamenti permanenti che si ritiene di accettare in occasione dell'evento sismico, considerando anche che le azioni inerziali sulla struttura in elevazione e quelle sul volume di terreno sottostante la fondazione potrebbero non essere sincrone.

L'analisi sismica delle fondazioni (sia SLV sia SLD) con il metodo degli spostamenti si esegue utilizzando i valori caratteristici delle azioni statiche e delle resistenze. In questo caso, il risultato dell'analisi è uno spostamento permanente, che si genera quando l'accelerazione massima al sito è superiore o uguale all'accelerazione critica del sistema. La verifica consiste nel confrontare lo spostamento calcolato con uno spostamento limite scelto dal progettista per l'opera in esame. Nel caso in cui si applichi il metodo degli spostamenti si deve fare riferimento ad almeno 7 accelerogrammi scelti in accordo con quanto riportato al §3.2.3.6 delle NTC.

In considerazione del fatto che non è consolidato in ambito tecnico l'uso di procedimenti per la valutazione degli spostamenti permanenti delle fondazioni superficiali prodotti da azioni sismiche, le NTC richiedono, anche per le verifiche SLD, che il progettista, in alternativa al calcolo degli spostamenti, effettui le stesse verifiche in fondazione con gli stessi valori dei coefficienti di sicurezza riportati in Tab. 7.11.II. Tali verifiche potrebbero essere anche più gravose di quelle agli allo SLV, in quanto in alcuni casi lo spettro elastico SLD può superare quello SLV e dare luogo a sollecitazioni di taglio e flettenti in fondazione maggiori di quelle allo SLV.

C7.11.5.3.2. Fondazioni su pali

L'analisi pseudo-statica delle fondazioni su pali si esegue utilizzando valori unitari sui coefficienti parziali sulle azioni e sui parametri geotecnici, come specificato al § 7.11.1 delle NTC. Si utilizzano invece i coefficienti \(\gamma_R\) riportati nella Tabella 6.4.II e 6.4.VI, rispettivamente, per i carichi assiali e trasversali.

Gruppi di pali

La resistenza per carico limite verticale del complesso pali-terreno deve essere valutata tenendo conto dell'eccentricità del carico verticale e degli effetti di gruppo. Ci si deve riferire alla rottura per carico limite verticale ed eccentrico della palificata nel suo complesso. Anche nella verifica a carico limite orizzontale ci si deve riferire alla rottura della palificata nel suo complesso, tenendo conto degli effetti di gruppo.

Nelle verifiche agli stati limite ultimi nei confronti della rottura strutturale dei pali, con le limitazioni alle condizioni previste dalle NTC circa le caratteristiche del sottosuolo in cui sono ammorsati i pali, si deve tenere conto anche degli effetti flessionali prodotti dall'interazione cinematica palo-terreno, tenendo conto dei livelli di deformazione nel sottosuolo prodotti dal passaggio delle onde sismiche.

Fondazioni miste

Se la capacità portante della fondazione diretta è sufficiente, ai pali può essere affidata la sola funzione di controllo e regolazione del cedimento. In tale circostanza, per fare in modo che i pali possano svolgere correttamente tale funzione, occorre evitare la rottura di uno degli elementi strutturali (pali e struttura di collegamento).

Se la capacità portante della fondazione diretta è invece insufficiente, è possibile tenere conto del contributo dei pali nell'analisi dei seguenti stati limite ultimi:

• collasso della fondazione mista nei riguardi dei carichi assiali;
• collasso per carico limite della fondazione mista nei riguardi dei carichi trasversali.

Per la resistenza della fondazione mista nei confronti del collasso per carico limite orizzontale, occorre in primo luogo eseguire un'analisi di interazione pali-struttura di collegamento-terreno, al fine di pervenire alle aliquote di ripartizione fra platea e pali sia dei carichi assiali sia dei carichi trasversali. A questo punto la verifica viene effettuata per le due componenti della fondazione mista, secondo le prescrizioni di cui ai §§ 7.11.5.3.1 e 7.11.5.3.2. Se invece l'interazione fra la struttura di collegamento, pali e terreno viene giudicata non significativa, o si omette la relativa analisi, il carico orizzontale deve essere affidato integralmente ai pali, e le verifiche della palificata nei confronti dei carichi trasversali vanno effettuate con le prescrizioni di cui al § 7.11.5.3.2.

L'integrità strutturale della fondazione mista (e dunque di tutti i suoi componenti) deve essere preservata sia se l'aggiunta dei pali serve ad evitare una rottura per carico limite sia se l'aggiunta dei pali serve a ridurre il cedimento delle fondazioni. In ambedue le circostanze, l'azione orizzontale di progetto da applicare alla palificata può essere individuata con lo stesso criterio considerato per la verifica della fondazione mista nei confronti del collasso per carico limite orizzontale.

In considerazione del fatto che non è consolidato in ambito tecnico l'uso di procedimenti per la valutazione degli spostamenti permanenti delle fondazioni su pali prodotti da azioni sismiche, le NTC richiedono, per le verifiche SLD, che il progettista, in alternativa al calcolo degli spostamenti, effettui le stesse verifiche in fondazione con gli stessi valori dei coefficienti di sicurezza riportati in Tab. 6.4.II e 6.4.VI rispettivamente per carichi assiali e trasversali. Tali verifiche potrebbero essere anche più gravose di quelle allo SLV, in quanto in alcuni casi lo spettro elastico SLD può superare quello SLV e dare luogo a sollecitazioni di taglio e flettenti in fondazione maggiori di quelle allo SLV.