Flaccovio Dario: Geotecnica

Il testo illustra le procedure di calcolo basate su modelli numerici da utilizzare nella progettazione di opere di Ingegneria Territoriale. Come in un manuale o in una guida, in funzione dei casi che si presentano nell'ambito della professione d'interesse, vengono riportati gli schemi logici derivanti dai modelli matematici connessi alle problematiche che si intendono risolvere. Nello specifico tali modelli - molti dei quali basati sul metodo degli elementi finiti - riguardano: il calcolo della capacità portante relativa a fondazioni dirette e indirette; la determinazione delle spinte delle terre e il calcolo di verifica, in aderenza ai meccanismi di resistenza, delle strutture di contenimento; le verifiche e la stabilizzazione di versanti, con specifico riferimento a quelle da attuare con pali di grosso diametro o con paratie ancorate; le verifiche di stabilità e consolidamento dei pendii in roccia. Sulla base di tali considerazioni, in riferimento alla zona di intervento, che deve essere caratterizzata attraverso una mirata campagna di indagine in sito e in laboratorio, è possibile scegliere la procedura di calcolo che meglio si adatta alle problematiche analizzate.

Il valore di questo volume è quello di presentare una ampia raccolta di casi studio, quindi di prove elaborate in occasioni assolutamente originali, mai banali, ma piuttosto sperimentati in contesti geologici particolarmente atipici e unici. Ciò consente al tecnico interessato di trovare informazioni più rispondenti alle necessità di ampliamento della propria sfera cognitiva e del proprio aggiornamento professionale. Nasce a seguito di molte richieste ricevute dai lettori dopo un prima e più modesta raccolta inserita all’interno del volume “Onde di superficie in geofisica applicata” attualmente in ristampa.

Con questo volume si completa l'opera iniziata nel 2019, che è stata molto apprezzata dai professionisti geotecnici. Essa include una raccolta di 58 fogli di calcolo in Excel, continuamente verificabili e controllabili dall'utente senza alcuna formazione specifica, essendo il calcolo molto intuitivo. Un'opera di sicuro interesse ed estremamente pratica e completa su argomenti di massima rilevanza della ingegneria geotecnica.

Il presente libro descrive le principali prove di laboratorio che si eseguono per caratterizzare i terreni e conoscere il comportamento quando sottoposti a carichi statici e quando soggetti a piccolissime deformazioni dovute ad azioni sismiche o a carichi ciclici (vibrazioni, macchine rotanti). La prima parte è dedicata alle prove che caratterizzano le terre nelle loro componenti: terreno, acqua e gas; vengono descritte la prova triassiale e quella di taglio eseguite per determinare la resistenza al taglio di campioni indisturbati (terre fini) o ricostituiti (terre granulari), nelle differenti condizioni di drenaggio e consolidazione. Viene illustrata, inoltre, la prova edometrica che si esegue per determinare la compressibilità delle terre sottoposte a carico. La seconda parte è dedicata a determinare il comportamento delle terre soggette a sforzi ciclici ed a piccolissime deformazioni, come avviene nel caso di terremoti e nelle fondazioni di macchine rotanti o vibranti. Si tratta di prove di taglio e triassiali molto sofisticate e complesse che richiedono attrezzature e programmi di calcolo particolari. Questa seconda parte è di notevole interesse per progettisti ed esecutori.

Il lavoro prende origine dalle esperienze dei due autori - l'uno noto nel panorama nazionale esperto in meccanica delle terre e progettazione delle strutture geotecniche e l'altro nel calcolo strutturale di opere anche molto complesse - con lo scopo di fornire un approccio unificato alla progettazione delle fondazioni basato su formulazioni di facile applicazione le quali, multidisciplinari poiché derivate da geologia, geotecnica e scienza delle costruzioni, risultano essere particolarmente efficaci nel pre-dimensionamento che precede i calcoli assistiti al computer. Il testo compendia le prescrizioni contenute nel recente aggiornamento delle Normative Tecniche sulle Costruzioni (NTC 2018) e, sulla scorta di quanto previsto nel capitolo 10, fornisce i mezzi per la richiesta validazione delle analisi e delle verifiche svolte con l'ausilio dei codici di calcolo.

L'ingegneria naturalistica, che l'autore propone di chiamare più propriamente ingecologia naturalistica, è una disciplina che permette di utilizzare materiali viventi o non più viventi, uniti a materiali mai stati tali, per la conservazione del paesaggio e del territorio. Il testo tratta nello specifico di una delle principali opere utilizzata per la stabilizzazione dei versanti ma anche per la protezione spondale di fiumi, ruscelli e torrenti: la palificata viva doppia, dalle differenti varianti costruttive oggi esistenti fino alla nuova versione proposta dall'autore (Enotria). Nel libro vengono viste sia la sua progettazione sia le verifiche allo SLU secondo le NTC 2018, con particolare riferimento al sistema NEJ, un innovativo sistema di giunzione del tondame. Vengono inoltre definiti i presupposti ecologici dell'utilizzo delle piante, come integrazione e salvaguardia della biodiversità. Essendo infatti la palificata un'opera viva, molto spazio viene dato alla trattazione di questo aspetto, che risulta essere vincolante dell'intero progetto: quale pianta inserire? Perché proprio quella? Cosa significa dinamismo dell'opera? Che ruolo hanno le radici delle piante? Corollario a tutto ciò è l'analisi della cantieristica e della sicurezza sul lavoro.

La teoria della consolidazione costituisce l'ossatura della meccanica delle terre, sulla quale si fonda la geotecnica. Introdotta nel 1936 da Terzaghi e Fröhlich, dal 1948 è utilizzata e insegnata attraverso la soluzione di Taylor, considerata approssimativa per motivi di ordine matematico e sperimentale. In questo volume, Romolo Di Francesco, autore di numerose pubblicazioni a riguardo, espone la soluzione esatta pubblicatagli nel 2013 da una rivista internazionale di matematica applicata. Ciò che emerge è un'immagine della meccanica delle terre non più come mero supporto sul quale sviluppare la geotecnica, ma come mezzo per introdurre soluzioni tecniche innovative.

L'opera, composta da tre volumi, fornisce una raccolta di fogli di calcolo Excel utili per la progettazione geotecnica e anche sismica. In questo primo volume vengono affrontati tutti gli aspetti fondamentali relativi alla caratterizzazione geotecnica dei terreni e degli ammassi rocciosi. Gli argomenti dei fogli di calcolo Excel sono stati suddivisi in appositi capitoli in ciascuno dei quali è riportata una breve teoria esplicativa di quanto è stato sviluppato e riportato nei singoli fogli di calcolo. I principali argomenti trattati sono l'identificazione, la classificazione e caratterizzazione fisica dei terreni; l'elaborazione e interpretazione dei risultati delle prove di laboratorio e di tutte le principali prove in sito impiegate per la determinazione della resistenza e deformabilità dei terreni quali le prove SPT, CPT, CPTU, pressiometriche, dilatometriche e di permeabilità; l'impiego delle prove geotecniche per la caratterizzazione del sito ai fini dello studio della risposta sismica locale; l'applicazione dei sistemi di classificazione degli ammassi rocciosi; l'interpretazione delle prove geomeccaniche di laboratorio quali le prove di compressione monoassiale, triassiale e di taglio diretto.

La corretta e puntuale definizione delle velocità delle onde di taglio (VS) è un fatto cruciale in diverse applicazioni di carattere geotecnico come anche nel campo delle micro-zonazioni sismiche. Rispetto al precedente libro "Onde di superficie in geofisica applicata", in questo volume ci si preoccupa di puntualizzare e porre l'accento su alcuni fatti pertinenti all'analisi congiunta di dati sismici e di presentare gli avanzamenti dello stato dell'arte relativamente alla corretta definizione del profilo VS. Attraverso esempi, approfondimenti e casi studio, vengono illustrati diversi aspetti relativi in particolare alle seguenti tecniche: MASW (velocità di fase) e HoliSurface® (velocità di gruppo) multi-componente con analisi delle curve RVSR e RPM, analisi FVS, ESAC e MAAM, curve di dispersione modale ed effettive, HVSR e segnali di natura industriale. Sono inoltre fornite nozioni e spunti riguardo all'analisi di dati vibrazionali di cantiere e alla caratterizzazione del comportamento di un edificio in termini di modi flessionali e torsionali (metodo classico basato su dati sincroni e metodo GHM).

Con una trattazione volutamente semplificata, con poche formule ed evidenziando solo i concetti ritenuti essenziali, il presente testo fornisce le informazioni necessarie per eseguire una corretta analisi di risposta sismica locale. Si parla anzitutto di pericolosità sismica del territorio italiano valutato sotto L'aspetto normativo. Poi con l'uso delle mappe interattive, utili per avere un quadro delle aree più pericolose in Italia, si valutano i contributi dei differenti scenari sismici delle sorgenti sismogenetiche. Quindi, sulla base di queste informazioni si identifica L'azione sismica, definita per mezzo di accelerogrammi rappresentativi del moto del suolo e da utilizzare nelle analisi di risposta sismica. Nel testo sono richiamati tre modi per ottenere quanto detto. Il primo si avvale dell'applicazione online REXLite, una versione semplificata del programma REXEL (lervolino et al., 2009), che estrae i file accelerometrici da ITACA (Italian AcceLerometric Archive). Il secondo utilizza il servizio SEISM-HOME sviluppato dalla fondazione EUCENTRE (European Centre for Training and Research in Earthquake Engineering) ed in ultimo con iL programma OpenSignal (Cimellaro & Marasco, 2015). Dopo aver definito l'azione sismica si procede alla ricostruzione geotecnica del sottosuolo con i modelli di comportamento Lineari e non lineari, indispensabili per approssimare le reali condizioni nelle simulazioni numeriche. Si conclude con diversi esempi pratici sulla risposta sismica locale in campo 1D con il programma DEEPSOIL (Hashash et al., 2016) e in campo 2D con il programma QUAKE/W della GeoStudio®.

A partire dagli eventi sismici altamente distruttivi che colpirono l'Alaska e il Giappone nel 1964, gli studi teorici e sperimentali sull'influenza dei terreni sul danneggiamento osservato si sono moltiplicati in modo vertiginoso. In tale contesto, è nata così la Dinamica dei Terreni, una disciplina che rappresenta il nucleo centrale della Ingegneria Geotecnica Sismica, ma che è di grande importanza anche per una grande varietà di altri problemi ingegneristici (fondazioni di macchine, traffico, esplosioni, infissione di pali, ecc.). Il testo, rivolto agli studenti universitari e ai professionisti, presenta i principi fondamentali della Dinamica dei Terreni e i più importanti risultati della ricerca scientifica. Dopo un breve inquadramento delle peculiarità dei problemi geotecnici "dinamici" rispetto ai problemi "statici", il testo richiama i principi fondamentali della teoria delle vibrazioni e della teoria di propagazione delle onde elastiche nei mezzi continui. Analizza quindi gli effetti della ciclicità e della velocità di applicazione dei carichi sul comportamento del terreno in relazione ai differenti livelli deformativi raggiunti, con particolare attenzione al comportamento ad elevate deformazioni e alle condizioni di rottura, trattando separatamente il caso dei terreni a grana grossa e dei terreni a grana fine. Vengono anche presentati i principali modelli dinamici e ciclici e le prove in sito e in laboratorio per la misura dei parametri dinamici.

L'autore analizza storia, attrezzatura, tarature, esecuzione, caratterizzazione dei terreni attraversati, vantaggi e svantaggi delle prove in situ. Espone i parametri geotecnici necessari alla caratterizzazione del terreno al fine di costruire il modello geotecnico delle unità litologiche. Seguendo l'approccio di Kulhawy e Mayne del '90, vengono approfondite le correlazioni necessarie a identificare i seguenti parametri: caratterizzazione del terreno, stato tensionale, parametri di resistenza al taglio, parametri di rigidezza, permeabilità e consolidamento, parametri dinamici. Il tutto passando in rassegna le correlazioni più recenti, più accreditate e/o più utilizzate per ogni tipologia di prova. Numerosi grafici sono inseriti nel testo, sia costruiti dall'autore sia ricavati da pubblicazioni estere, in particolare dai testi del prof. P. W. Mayne della Georgia University (il "padre" moderno dell'interpretazione delle prove in sito), dalle pubblicazioni della FHA statunitense e da tesi di laurea e di dottorato di varie università (citate in bibliografia). Dall'insieme dei parametri ottenuti, identificato il modello geotecnico del sottosuolo, l'autore espone sia le applicazioni indirette, utilizzando i parametri calcolati, sia le applicazioni dirette, utilizzando il "numero" uscito dalla prova.