Fondazioni. Caratterizzazione geotecnica. Verifiche geotecniche. Dimensionamento

Analisi completa delle principali tipologie delle fondazioni e della loro interazione col terreno con riferimento al T.U.

Tutte le costruzioni civili ed industriali comprendono le fondazioni che hanno lo scopo di trasferire ai sottostanti terreni o rocce i carichi della struttura in elevazione. Il corretto dimensionamento delle fondazioni costituisce pertanto un aspetto di fondamentale importanza per la progettazione di una struttura al fine di evitare in esercizio eventuali dissesti dovuti, ad esempio, a cedimenti eccessivi. A questo riguardo la geotecnica è nata proprio come tecnica delle fondazioni nell'ambito dell'ingegneria civile. Il settore delle fondazioni è uno dei più difficili della professione dell'ingegnere a causa delle differenti condizioni stratigrafiche e geotecniche che rendono differente e unico ogni sito da un altro, anche situato a poca distanza.

Il libro percorre il seguente iter progettuale, per la corretta progettazione di una fondazione:

- comprensione della storia geologica dei terreni di fondazione;
- pianificazione dell'indagine geotecnica e corretta interpretazione dei risultati ottenuti;
- definizione delle proprietà geotecniche dei terreni e delle rocce di fondazione e caratterizzazione geotecnica dei terreni di fondazione;
- scelta della tipologia di fondazione più idonea, sulla base della caratterizzazione geotecnica e del tipo di struttura in elevazione (geometria ed entità dei carichi);
- verifiche agli stati limite ultimi (capacità portante) e agli stati limite di esercizio (cedimenti massimi assoluti e differenziali) che portano al corretto dimensionamento della fondazione superficiale o profonda.

Particolare approfondimento è dedicato sia alla caratterizzazione geotecnica che, nell'ambito della nuova normativa europea, deve prevedere la definizione di parametri di resistenza al taglio e di deformabilità caratteristici sia all'applicazione delle verifiche agli stati limite ultimi secondo le indicazioni dell'Eurocodice 7, per quanto concerne sia le fondazioni superficiali sia le fondazioni profonde su pali.
Sulla base delle più recenti indicazioni della normativa nazionale ed europea (Eurocodice 8), in un apposito capitolo vengono analizzate tutte le problematiche relative alla progettazione delle fondazioni in zone sismiche.
Vengono esaminate in dettaglio tutte le più importanti tipologie di fondazione come le fondazioni dirette (plinti, travi rovesce, fondazioni a graticcio e a platea), le fondazioni compensate, le fondazioni su pali, le fondazioni a pozzo, le fondazioni di macchine.
Un capitolo è dedicato allo stato dell'arte per quanto concerne i possibili interventi di miglioramento e rinforzo dei terreni di fondazione (compattazione dinamica dei terreni, impiego dei dreni a nastro, iniezioni di consolidamento, jet - grouting, opere in terra rinforzata, chiodature del terreno e delle rocce).
Da ultimo un capitolo è dedicato alle dighe in materiale sciolto che oltre all'indubbio interesse applicativo hanno fornito occasione, nello sviluppo dell'ingegneria geotecnica, per l'acquisizione di alcuni dei concetti fondamentali sui quali si basa la moderna geotecnica.

INDICE 1. INTRODUZIONE Importanza dell'ingegneria geotecnica Progressi nel campo delle previsioni progettuali di grandi opere di fondazione Aspetti geotecnici nella gestione dei progetti di grandi infrastrutture L'importanza del monitoraggio nella costruzione delle opere geotecniche

2. GEOLOGIA E FONDAZIONI Riferimenti bibliografici

3. PROPRIETÀ GEOTECNICHE DEI TERRENI E DELLE ROCCE CON RIFERIMENTO ALLA PROGETTAZIONE DELLE FONDAZIONI Proprietà caratteristiche dei terreni Principali tipi di terre Composizione granulometrica Caratteristiche volumetriche dei terreni Densità relativa per i terreni a grana grossa Limiti di consistenza Sistemi di classificazione Effetti del contenuto d'acqua sul valore della densità e del peso dell'unità di volume Resistenza al taglio e deformabilità dei terreni Resistenza al taglio dei terreni non coesivi Resistenza al taglio dei terreni coesivi Deformabilità Condizioni di equilibrio limite Parametri geotecnici tipici dei terreni Peso specifico e densità Permeabilità Caratteristiche di resistenza al taglio Parametri di deformabilità Classificazione e descrizione delle rocce Resistenza al taglio e deformabilità delle rocce Parametri geomeccanici tipici Analisi statistica dei dati geotecnici Istogrammi e distribuzioni di frequenza Teoria delle probabilità Tecniche di campionamento Analisi di regressione Parametri caratteristici nel contesto dell'Eurocodice 7 Riferimenti bibliografici

4. CAPACITÀ PORTANTE Generalità Valutazioni preliminari della capacità portante dei terreni Capacità portante sulla base delle prove penetrometriche dinamiche spt Capacità portante sulla base delle prove cpt Teoria della capacità portante Progettazione secondo l'Eurocodice 7 Brevi note storiche I tre approcci progettuali Principi base dell'Eurocodice 7 Verifiche agli stati limiti ultimi Criteri di verifica degli stati limiti di esercizio Analisi di sensibilità Stabilità generale del sito Ulteriori requisiti generali di progettazione Esempio di verifica di una fondazione superficiale secondo l'Eurocodice 7 Riferimenti bibliografici

5. VALUTAZIONE DEI CEDIMENTI Generalità Calcolo dei cedimenti delle fondazioni su terreni a grana grossa Metodo di Burland e Burbidge Metodo di Schmertmann Calcolo dei cedimenti delle fondazioni su terreni a grana fine Parametri di compressibilità in condizioni edometriche Calcolo del cedimento della fondazione Teoria della consolidazione monodimensionale Soluzioni numeriche dell'equazione di consolidazione monodimensionale Correzione proposta da Skempton e Bjerrum Consolidazione secondaria Calcolo dei cedimenti di fondazioni su sabbie, limi e argille con il metodo del modulo tangente di Janbu Riferimenti bibliografici

6. INTERAZIONE TERRENO-STRUTTURA Introduzione Distribuzione della pressione applicata dalla fondazione al terreno Fondazioni continue a piastra per carichi di parete e plinti isolati Reticoli di travi e platee Travi continue Riferimenti bibliografici

7. FONDAZIONI COMPENSATE Generalità Problemi da considerare nel progetto Calcolo dell'innalzamento immediato o "elastico" Innalzamento dovuto al rigonfiamento Riferimenti bibliografici

8. FONDAZIONI SU PALI Generalità Capacità portante ultima ottenuta da prove di carico sui pali Carico limite ottenuto dai risultati di prove geotecniche sui terreni Procedure per la progettazione secondo gli approcci 1 e 2 Procedura per la progettazione secondo l'Approccio 3 Esempi applicativi Calcolo della capacità portante dei pali Valutazione pratica della capacità portante dei pali nei terreni coesivi Valutazione pratica della capacità portante dei pali nei terreni non coesivi Valutazione pratica della capacità portante dei pali in roccia Valutazione pratica della capacità portante dei pali sulla base dei risultati delle prove SPT Valutazione pratica della capacità portante dei pali sulla base dei risultati delle prove CPT Il metodo ICP per i pali infissi Portata di base in presenza di un terreno stratificato Formule dinamiche Portata ammissibile Pali in gruppo Riferimenti bibliografici

9. FONDAZIONI A POZZO Introduzione Impostazione del problema Determinazione delle spinte sui pozzi Metodi di calcolo "a rottura" Metodi di calcolo "in condizioni di esercizio" Opere provvisionali per la realizzazione dei pozzi Esempio di progettazione di fondazioni a pozzo Riferimenti bibliografici

10. FONDAZIONI DI MACCHINE Introduzione Metodi di analisi Criteri progettuali Cause del moto Calcolo delle vibrazioni delle fondazioni Riferimenti bibliografici

11. FONDAZIONI IN ZONA SISMICA Le nuove norme tecniche italiane per le zone sismiche e l'Eurocodice 8 Identificazione dei tipi di sottosuolo Calcolo dell'azione sismica Elementi di sismologia e dati sismici fondamentali Origine dei terremoti Tettonica delle placche continentali Meccanismo del terremoto Meccanismo del terremoto Rischio sismico Spettro di risposta Caratterizzazione geotecnica in campo dinamico Considerazioni generali Proprietà determinabili da prove in sito Proprietà determinabili con prove di laboratorio Analisi della risposta sismica locale Introduzione Amplificazione locale del moto sismico Metodi di analisi monodimensionale Metodi di analisi bidimensionale Soluzioni analitiche approssimate per il calcolo del moto sismico in superficie Esempio di impiego del programma skake per l'analisi numerica della risposta sismica locale Analisi del potenziale di liquefazione in depositi a grana grossa saturi Considerazioni generali Terminologia adottata e stato di deformazione stazionario Valutazione del potenziale di liquefazione da prove di laboratorio Valutazione del potenziale di liquefazione da prove in sito Comportamento dei pendii in condizioni sismiche Generalità Metodo pseudostatico Metodi avanzati per l'analisi di stabilità dei pendii in condizioni sismiche Analisi dinamica Aspetti sismici nella progettazione delle opere di sostegno Riferimenti bibliografici

12. FONDAZIONI SU TERRENI MIGLIORATI E RINFORZATI Trattamenti colonnari Colonne di ghiaia Addensamento mediante compattazione dinamica Addensamento mediante vibroflottazione Preconsolidazione dei terreni coesivi mediante sovraccarico e dreni La tecnica del sovraccarico Dreni verticali Consolidamento mediante iniezioni Jet-grouting (gettiniezione) Riferimenti bibliografici

13. FONDAZIONI SU ROCCIA Capacità portante Effetto delle discontinuità sulla capacità portante Proprietà meccaniche dei giunti Cedimenti della fondazione Analisi di stabilità tridimensionali Riferimenti bibliografici

14. PROGETTAZIONE E COSTRUZIONE DELLE DIGHE IN TERRA Il programma di indagine Scelta e definizione della soluzione: tipo di diga Dighe non zonate (omogenee) Dighe zonate a nucleo largo Dighe zonate a nucleo sottile Dighe zonate a nucleo inclinato Dighe con manto impermeabile Hydraulic fills Discariche di sterili di miniera (Tailings dams) Fasi costruttive ed operative della diga Metodo dell'equilibrio limite Moto di filtrazione attraverso la diga Sifonamento e sollevamento del fondo scavo Progettazione dei drenaggi Controllo della filtrazione Aspetti fondamentali per la costruzione di un'opera in terra Studio delle cave di prestito Definizione delle caratteristiche di compattazione La pressione interstiziale in un rilevato di terreno coesivo Strumentazione Riferimenti bibliografici

Maurizio Tanzini Anno di nascita: 1955.
Laueato in Ingegneria Civile, sezione edile, indirizzo strutturista, conseguita presso il Politecnico di Milano il 1° Febbraio 1980.
Ha lavorato in società di ingegneria specializzate nella progettazione di infrastrutture (strade, ferrovie, porti, canali, centrali, gallerie, opere in sotterraneo, ecc.) ed impianti idroelettrici. Project Manager e Responsabile dei Servizi Geotecnici di società di ingegneria. Come ingegnere civile e geotecnico ha partecipato a numerosi studi preliminari e di fattibilità, progetti esecutivi e costruttivi relativamente ad impianti termici, geotermici, idroelettrici, ad opere in sotterraneo, a strade e linee ferroviarie. Nei primi anni 1990 è stato responsabile dei servizi geotecnici di una importante società di ingegneria italiana che operava non solamente in Italia ma in tutto il mondo, occupandosi di progetti di grandi opere nelle quali la componente geologico - geotecnica era prevalente. I seguenti aspetti sono stati più frequentemente sviluppati nell'ambito dei progetti: valutazione di siti, programmazione di indagini in sito e di laboratorio con relative specifiche tecniche, progettazione di dighe in materiale sciolto, progettazione geotecnica delle fondazioni di insediamenti civili ed industriali, progetti di interventi migliorativi delle caratteristiche dei terreni, progettazione geomeccanica di gallerie ed opere in sotterraneo, analisi di stabilità di pendii e scarpate ed interventi di consolidamento degli stessi, progetto di sistemi di strumentazione e monitoraggio del comportamento delle strutture, assistenza specialistica geotecnica alla Direzione Lavori. Nella seconda parte degli anni 1990 si è inoltre occupato degli aspetti geotecnici relativi alla progettazione delle tratte ferroviarie italiane ad Alta Velocità, in modo particolare per le tratte Roma - Napoli, Bologna - Firenze, Milano - Genova, Milano - Bologna e Novara - Torino, collaborando con la società di ingegneria, delle Ferrovie dello Stato, Italferr S.p.A.