Norme tecniche per le costruzioni: risposta sismica locale e categoria di sottosuolo

Tornando a parlare delle “Norme tecniche per le costruzioni” del 14 gennaio 2008 ed in particolare della progettazione geotecnica, si può affermare che un aspetto particolarmente importante ed innovativo è la definizione dell’azione sismica di progetto mettendo in conto gli effetti della risposta sismica locale.

Nella precedente normativa (d.m. 16 gennaio 1996) gli effetti delle condizioni locali erano praticamente del tutto trascurati. L’unico e solo cenno alle condizioni locali era contenuto nella definizione del coefficiente di fondazione ε, che di regola era posto pari a ε = 1, mentre, in presenza di stratigrafie caratterizzate da depositi alluvionali di spessore variabile da 5 a 20 metri, soprastanti terreni coesivi o litoidi con caratteristiche meccaniche significativamente superiori, doveva essere posto pari a ε = 1,3.
Le “Norme tecniche per le costruzioni” al paragrafo 3.2 invece recitano: “Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei diversi stati limite considerati, si definiscono a partire dalla “pericolosità sismica di base” del sito di costruzione. Essa costituisce l’elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche“.

Non solo. Al paragrafo 7.11.3.1 si legge: “Il moto generato da un terremoto in un sito dipende dalle particolari condizioni locali, cioè dalle caratteristiche topografiche e stratigrafiche dei depositi di terreno e degli ammassi rocciosi e dalle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali che li costituiscono. Alla scala della singola opera o del singolo sistema geotecnico, la risposta sismica locale consente di definire le modifiche che un segnale sismico subisce, a causa dei fattori anzidetti, rispetto a quello di un sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (sottosuolo di categoria A)”.

Un terremoto infatti può produrre fenomeni di instabilità locale, come movimenti franosi, liquefazione di depositi sabbiosi saturi, densificazione di terreni granulari insaturi, subsidenza di terreni limosi e argillosi molli e tutto ciò può essere la diretta conseguenza di una amplificazione  del moto sismico in superficie per effetti stratigrafici, effetti di bordo o effetti topografici.
Gli effetti stratigrafici non sono altro che fenomeni di risonanza tra onde sismiche e terreni che possono dipendere dalla stratigrafia del sottosuolo, dalle caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni o dal  contenuto in frequenza predominante del moto sismico. In sostanza  modificano il moto sismico in ingresso (al bedrock) in termini di ampiezza, contenuto in frequenza e durata.
Gli effetti topografici sono dovuti invece alla morfologia ovvero dalla presenza di pendii o rilievi.
Per tenere conto degli effetti di amplificazione del moto sismico le NTC introducono un coefficiente S ≥ 1, moltiplicativo dell’accelerazione spettrale Se(T) che è il prodotto di un coefficiente di amplificazione stratigrafica, SS, e di un coefficiente di amplificazione topografica, ST.
Il coefficiente di amplificazione stratigrafica SS è funzione della categoria di sottosuolo (Tabelle 3.2.II e 3.2.III) e dell’accelerazione massima al sito ag (Tabella 3.2.V) mentre il coefficiente di amplificazione topografica ST è funzione della categoria topografica e dell’ubicazione dell’opera (Tabella 3.2.VI).
Altro aspetto importante è la definizione della categoria di sottosuolo: le NTC prescrivono che ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, è  necessario valutare l’effetto della risposta sismica locale mediante specifiche analisi; in assenza di tali analisi si può fare riferimento a un approccio semplificato, che si basa sull’individuazione di categorie di sottosuolo di riferimento. La Norma ne indica cinque, indicate con le lettere A, B, C, D ed E, che dipendono dal valore della velocità equivalente VS,30 di propagazione delle onde di taglio entro i primi 30 metri di profondità (prova fortemente raccomandata) o, in subordine, dal valore della resistenza penetrometrica dinamica equivalente NSPT,30 nei terreni prevalentemente a grana grossa e dal valore della resistenza non drenata equivalente cu,30 nei terreni prevalentemente a grana fine.
Per le fondazioni superficiali, la profondità di riferimento (30 metri) 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 mentre per muri di sostegno di terrapieni al piano di imposta della fondazione.

Nel caso in cui non i dati di velocità equivalente VS,30 di propagazione delle onde di taglio o il valore della resistenza penetrometrica dinamica equivalente NSPT,30 o il valore della resistenza non drenata equivalente cu,30 non ricadano nelle categorie dalla A alla E, le NTC indicano due categorie aggiuntive di sottosuolo, ovvero le S1 ed S2, per le quali  è necessario predisporre specifiche analisi per la definizione delle azioni sismiche, particolarmente nei casi in cui la presenza di terreni suscettibili di liquefazione e/o di argille d’elevata sensitività possa comportare fenomeni di collasso del terreno.

Articolo dell’Ing. Stefano Valentini


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