Relazione geotecnica: come definire il modello geotecnico del sottosuolo

La verifica a carico limite delle fondazioni superficiali o profonde richiede la definizione del modello geotecnico di sottosuolo partendo dal modello geologico. In quest’articolo vedremo come passare dal modello geologico al modello geotecnico di sottosuolo, cos’è il volume significativo del terreno di fondazione, come definire i parametri caratteristici di resistenza del terreno e quali sono i contenuti minimi della relazione geotecnica.

Alla fine dell’articolo potrai scaricare gratuitamente un’applicazione implementata in Microsoft Excel per il calcolo dei parametri geotecnici medi del terreno di fondazione e il Focus Normativo PDF contenente tutte le prescrizioni delle NTC2018 e Circolare 2019 sull’argomento raccolte in un unico documento. Buona lettura.

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Dal modello geologico al modello geotecnico

Le indagini geologiche e le indagini geotecniche sono concettualmente diverse tra loro sia perché interessano aree e volumi diversi sia perché hanno finalità diverse. Le indagini geologiche interessano aree e volumi di sottosuolo più ampi e sono finalizzate alla definizione del modello geologico. Le indagini geotecniche interessano generalmente aree e volumi più ridotti (i volumi significativi) e sono finalizzate alla definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo specifici per la singola opera.

I risultati delle indagini geologiche e i contenuti della relazione geologica consentono al progettista strutturale di creare il modello geologico del sottosuolo, ovvero un modello in cui vengono individuati i diversi strati di terreno e le loro caratteristiche fisiche e meccaniche.

Ai fini della verifica per carico limite della fondazione sarà necessario definire il modello geotecnico del sottosuolo, ovvero un semispazio costituito da una successione di strati omogenei orizzontali le cui caratteristiche meccaniche siano rappresentative degli strati di sottosuolo ricadenti nel volume significativo del terreno di fondazione (vedremo a breve cos’è il volume significativo).

In sostanza il progettista strutturale per definire il modello geotecnico dovrà definire una successione di strati omogenei caratterizzati da:

• angolo di resistenza al taglio φ’ (anche definito come angolo d’attrito);
• coesione c’;
• coesione non drenata Cu (nel caso di terreni a grana fine, in presenza di falda e in condizioni non drenate);
• peso dell’unità di volume (γ);
• peso dell’unità di volume del terreno saturo (γ_sat).

Nella formula di Terzaghi per il calcolo del carico limite del terreno è possibile utilizzare un singolo valore per ciascun parametro φ‘, γ, c’ o Cu, Pertanto dal modello geologico di sottosuolo bisognerà passare al modello geotecnico e infine ridurre il tutto ad un unico strato omogeneo equivalente, caratterizzato da opportuni valori dei parametri geotecnici.

Indagini geologiche e modello geologico di sottosuolo

Il modello geologico deve essere sviluppato in modo da permettere al progettista strutturale di definire il piano delle indagini geotecniche e deve definire i seguenti caratteri dell’area in esame:

• litologici;
• stratigrafici;
• strutturali;
• idrogeologici;
• geomorfologici.

La caratterizzazione e modellazione geologica del sito deve essere esposta nella relazione geologica. Tale documento costituisce parte integrante del progetto. Ai sensi della Normativa Tecnica la relazione geologica deve essere corredata dei seguenti elaborati:

• carte geologiche;
• carte idrogeologiche;
• carte geomorfologiche;
• sezioni geologiche;
• planimetrie e profili utili a rappresentare aspetti significativi;
• schema geologico di dettaglio alla scala dell’opera;
• carta dei vincoli geologico-ambientali;
• rapporto tecnico sulle indagini pregresse ed eseguite;
• planimetria con ubicazione dei punti di indagine.

Relazione geotecnica: indagini geotecniche e modello geotecnico di sottosuolo

Per modello geotecnico di sottosuolo si intende uno schema rappresentativo del volume significativo di terreno al di sotto della fondazione, suddiviso in unità omogenee sotto il profilo fisico-meccanico. Nel modello geotecnico di sottosuolo devono essere definiti:

• la successione stratigrafica;
• il regime delle pressioni interstiziali;
• i valori caratteristici dei parametri geotecnici, intesi come una stima cautelativa dei singoli parametri, per ogni stato limite considerato.

Relazione geotecnica: volume significativo del terreno di fondazione

La Normativa Tecnica definisce il volume significativo nel modo seguente:

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.

par. 6.2.2 – NTC2018

In sostanza il volume significativo è quella porzione di terreno che si estende fino ad una profondità tale per cui gli incrementi di tensione, dovuti all’applicazione dei carichi in superficie, diventano trascurabili ovvero dell’ordine del 10% del carico applicato.

In via semplificata la profondità del volume significativo può essere definita in funzione della dimensione dell’opera di fondazione. Si riportano di seguito alcune immagini esemplificative.

Secondo Viggiani, autore del testo Fondazioni, la profondità del volume significativo è la seguente:

Secondo Lancellotta e Calavera, autori del testo Geotecnica, il volume significativo si definisce come segue:

Indagini geotecniche

Le indagini geotecniche devono riguardare il volume significativo di terreno. Ad esempio se il volume significativo ha una profondità di 10 metri, è inutile estendere le prove penetrometriche a profondità maggiori.

La Circolare 2019 elenca nella tabella C6.2.I i mezzi di indagine e le prove geotecniche in sito di uso più frequente. Troverai tale tabella all’interno del Focus Normativo scaricabile alla fine dell’articolo.

Spesso erroneamente si pensa che la definizione del piano delle indagini geotecniche da eseguire e del conseguente modello geotecnico spetti al geologo. In realtà non è così. Come prescritto dalle NTC2018, la definizione delle indagini geotecniche e del modello geotecnico spetta al progettista strutturale. Ti riporto di seguito l’estratto della Normativa Tecnica:

Della definizione del piano delle indagini geotecniche, della caratterizzazione e della modellazione geotecnica è responsabile il progettista.

par. 6.2.2 – NTC2018

Tale concetto viene ribadito anche nella Circolare 2019:

E’ compito e responsabilità del progettista definire il piano delle indagini geotecniche e, sulla base dei risultati ottenuti, individuare i modelli geotecnici di sottosuolo più appropriati alla tipologia di opera e/o intervento, tenendo conto delle tecnologie e delle modalità costruttive previste.

[…]

Definito il quadro geologico di riferimento, le indagini geotecniche, logicamente consequenziali, sono programmate dal progettista sulla base della conoscenza dell’opera e dei suoi possibili stati limite.

par. C6 – Circolare 2019

Opere di modesta rilevanza: le indagini geotecniche sono sempre necessarie?

Per opere di modesta rilevanza da realizzare in siti di costruzione noti dal punto di vista geotecnico, non è sempre necessaria l’esecuzione delle indagini geotecniche. Ti riporto di seguito l’estratto della Normativa:

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.

par. 6.2.2 – NTC2018

In tali casi pertanto è sufficiente reperire i risultati di indagini geotecniche eseguite nelle zone limitrofe del sito di costruzione.

Valori caratteristici dei parametri geotecnici

Ai sensi della Normativa Tecnica per valore caratteristico di un parametro geotecnico deve intendersi una stima ragionata e cautelativa del valore del parametro, dedotto dall’interpretazione dei risultati di prove e misure in sito o di prove di laboratorio su campioni rappresentativi.

La Circolare 2019 fornisce anche delle indicazioni aggiuntive sulla scelta del valore minimo o medio dei parametri geotecnici. Te le riporto di seguito:

• scelta di valori prossimi ai valori medi: quando nello stato limite considerato è coinvolto un volume di terreno elevato, tale da compensarne l’eterogeneità o quando la struttura di fondazione è dotata di rigidezza sufficiente a trasferire le sollecitazioni dalle zone meno resistenti a quelle più resistenti;
• scelta di valori prossimi ai valori minimi: quando sono coinvolti modesti volumi di terreno nello stato limite considerato o quando la struttura di fondazione non è dotata di sufficiente rigidezza per trasferire le azioni dalle zone meno resistenti a quelle più resistenti.

Metodo di Bowles: calcolo dei valori medi dei parametri geotecnici

Ai fini della verifica per carico limite delle fondazioni superficiali, gli strati omogenei individuati nel modello geotecnico di sottosuolo devono essere ridotti ad un unico strato equivalente caratterizzato da parametri geotecnici rappresentativi del volume significativo.

A tale scopo è possibile utilizzare il Metodo di Bowles, un metodo di calcolo iterativo per la stima dei valori medi dei parametri geotecnici degli strati che ricadono nel volume significativo di terreno. Tale metodo consiste nell’esecuzione dei seguenti step:

1. individuazione di un cuneo al di sotto della fondazione di altezza H = B/2 * tg(45° + φ’/2);
2. individuazione degli strati che ricadono all’interno del cuneo e delle relative altezze di ogni strato;
3. calcolo del valore φ’_medio;
4. ripetere il procedimento dal passo 1 utilizzando il nuovo valore di φ’_medio per il calcolo della nuova altezza H del cuneo.
5. il procedimento iterativo si arresta quando la differenza nel valore dell’altezza H calcolato in due iterazioni successive è trascurabile.

Ti mostro nell’immagine seguente lo schema per l’applicazione del metodo di Bowles e le relative formule per il calcolo dei parametri geotecnici medi.

Qui sotto potrai scaricare un applicativo implementato in Microsoft Excel che ti permetterà di calcolare in automatico i valori medi dei parametri geotecnici e l’altezza del cuneo di Bowles applicando il metodo di calcolo iterativo appena visto.

Scarica l’app Excel per il calcolo dei parametri geotecnici mediante il Metodo di Bowles

Scarica l’applicazione Excel per il calcolo automatico dei parametri geotecnici medi degli strati di terreno che ricadono nel volume significativo. Clicca sulle frecce per visualizzare in anteprima le schermate dell’app.

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Relazione geotecnica: scarica il Focus Normativo PDF

Tutte le prescrizioni della Normativa Tecnica NTC2018 e della Circolare 2019 riguardanti la definizione del modello geotecnico di sottosuolo raccolte in un unico documento PDF scaricabile gratuitamente. Compila i campi qui sotto, riceverai all’istante un’email contenente il link per eseguire il download.

Risorsa consigliata per il progetto e verifica di platee di fondazione

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Conclusioni

La definizione del modello geotecnico di sottosuolo è un passaggio chiave per la corretta progettazione del sistema di fondazioni e per la sua verifica geotecnica. E’ compito del progettista strutturale individuare il volume significativo del terreno di fondazione, definire il piano delle indagini geotecniche e stimare i parametri geotecnici da utilizzare nel calcolo interpretando i risultati delle prove in sito.

Ovviamente il modello geotecnico del sottosuolo rappresenta una forte approssimazione della realtà e per questo motivo la sua definizione deve essere studiata in modo accurato. Spero che i contenuti di quest’articolo ti siano stati d’aiuto in tal senso. Se hai trovato utile l’articolo puoi suggerirlo ai tuoi colleghi su Linkedin e ai tuoi amici su Facebook cliccando sui tasti di condivisione social in fondo alla pagina.

Al prossimo post.

Marco

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Codice articolo: 230. Pubblicato il 26/7/2021. Repost: 27/10/2023.