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Geotecnica sismica con i fogli di calcolo
Un libro e venti fogli Excel per verificare un sito dal punto di vista sismico: dall’azione del terremoto alla liquefazione, dai cedimenti alla capacità portante delle fondazioni. Ogni metodo è spiegato, svolto con un esempio numerico e riprodotto in un foglio che puoi usare subito sui tuoi dati.
Geotecnica sismica nasce dall’esperienza di Enzo Franchini, geologo, che in una lunga attività professionale ha raccolto e messo a punto questi programmi di calcolo.
Che cosa trovi nel libro
Non un elenco di formule, ma un percorso completo: ogni capitolo spiega il metodo, richiama le NTC 2018, mostra un esempio numerico svolto e rimanda al foglio Excel che lo calcola.
Dal terremoto all’azione sismica di progetto
Onde sismiche, magnitudo, spettri di risposta, accesso ai dati INGV e determinazione dei parametri ag, Fo e T*c del sito (capitoli 1-5).
Liquefazione dei terreni
Undici metodi di verifica con dati SPT, CPT, DMT e velocità Vs, con i criteri di correzione e normalizzazione delle misure e gli abachi (capitolo 6).
Cedimenti dopo il sisma
Riconsolidazione di sabbie e argille sature, densificazione dei terreni asciutti, deformazioni post-sismiche: esempi di stima passo per passo (capitoli 7-8).
Risposta sismica locale e opere
Spettri elastici e di progetto con il metodo semplificato delle NTC 2018, coefficienti sismici per muri di sostegno e paratie, capacità portante in condizioni sismiche (capitolo 9 e appendice).
Come funzionano i fogli Excel
Ogni foglio risolve un problema preciso. Non servono macro né programmi da installare: si apre il file con Excel.
1. Inserisci i dati
I dati che hai in campagna o in laboratorio: profondità, colpi SPT, resistenza CPT, velocità Vs, livello di falda, pesi di volume, accelerazione e magnitudo del sito.
2. Il foglio calcola
Applica il metodo descritto nel libro, con le correzioni e i fattori richiesti, senza che tu debba rifare i passaggi a mano.
3. Leggi il risultato
Fattore di sicurezza, resistenza e sforzo indotto dal sisma, cedimento atteso, spettro di risposta: con grafici dove il metodo li prevede.
Il sito e l’azione sismica
I fogli per partire: quanto scuote il terremoto nel tuo sito, e come costruire lo spettro da usare nei calcoli.
File P 1
Parametri sismici del sito dalla mappa INGV
Dalle coordinate del tuo sito e dai valori dei quattro nodi della maglia INGV che lo circondano, il foglio interpola e fornisce i tre parametri che definiscono l’azione sismica delle NTC 2018. Calcola anche probabilità di superamento e periodo di ritorno dello stato limite scelto.
Inserisci: coordinate del sito e dei quattro nodi, stato limite, vita di riferimento dell’opera.
Ottieni: ag, Fo, T*c, probabilità di superamento e periodo di ritorno, con lo schema della maglia.
File P 2
Magnitudo attesa nel sito
Il foglio si basa sulla zonazione sismogenetica ZS9 dell’INGV, che divide l’Italia in 36 zone con una magnitudo ciascuna. Se il sito cade fuori dalle zone numerate, ricava la magnitudo attesa dalle zone circostanti. Serve come dato di ingresso per le verifiche a liquefazione.
Inserisci: la posizione del sito rispetto alle zone sismogenetiche.
Ottieni: la magnitudo attesa.
File P 3
Accelerazione di picco secondo Boore
Stima l’accelerazione orizzontale massima al suolo con il metodo deterministico di Boore (1982), partendo da quanto è lontano l’epicentro e da quanto è forte il terremoto atteso. Utile per avere un valore di riferimento con cui confrontare quello delle mappe di pericolosità.
Inserisci: distanza dall’epicentro (km) e magnitudo momento (da 5,5 a 7,7).
Ottieni: accelerazione massima amax al 50° percentile, con il grafico.
File P 26-27-28
Spettri di risposta e coefficienti sismici (NTC 2018)
Tre fogli collegati che seguono il metodo semplificato delle NTC 2018: dai dati dell’opera e del sito costruiscono lo spettro elastico o di progetto, danno le ordinate spettrali per il periodo che scegli e calcolano i coefficienti sismici kh e kv per fondazioni, pendii, muri di sostegno e paratie.
Inserisci: ag, Fo, T*c, categoria di sottosuolo, classe d’uso, fattore di comportamento, dati dell’opera.
Ottieni: spettri con grafici, accelerazione amax, coefficienti kh e kv.
File P 32
Velocità equivalente e categoria di sottosuolo
Calcola la velocità equivalente delle onde di taglio Vs,eq (o Vs,30) dalla successione degli strati, come richiesto dalle NTC 2018, e ti dice a quale categoria di sottosuolo appartiene il sito. Segnala se tra due strati la velocità diminuisce e traccia il grafico delle velocità con la profondità.
Inserisci: spessore e velocità Vs di ogni strato, profondità del substrato sismico.
Ottieni: Vs,eq, categoria di sottosuolo, grafico delle velocità.
Preparare i dati di campagna
Prima di verificare la liquefazione, le misure in sito vanno corrette e normalizzate. Questi fogli lo fanno per te.
File P 4-5
Correzione e normalizzazione di SPT, CPT e Vs
Le misure di campagna non si usano così come sono: vanno riportate a energia standard, alla tensione litostatica e corrette per il contenuto di fini. Il foglio applica le correzioni di letteratura (Seed, Robertson & Wride, NCEER) a numero di colpi SPT, resistenza CPT e velocità sismica.
Inserisci: numero di colpi NSPT, resistenza alla punta qc, velocità Vs, profondità, falda, percentuale di fini.
Ottieni: valori corretti e normalizzati, pronti per le verifiche, come N60,CS e qC1N,CS.
File P 6-7-8
Riconoscere il terreno dal CPT e leggere il grafico di liquefazione
Dai dati della prova penetrometrica statica il foglio riconosce il tipo di terreno (sabbia, limo, argilla) con il metodo di Robertson & Wride. Poi riporta il punto sul grafico che separa la zona dove il terreno liquefa da quella dove non liquefa, per magnitudo 7,5 e per altre magnitudo.
Inserisci: resistenza alla punta qc, attrito laterale fs, profondità, falda, pesi di volume.
Ottieni: litologia, indice di comportamento Ic, valori normalizzati e posizione sul grafico di liquefazione.
Verifica a liquefazione
Il cuore del libro. Il risultato è il fattore di sicurezza FS: sotto 1 il terreno è a rischio di liquefazione. Scegli il metodo in base alla prova che hai, il foglio fa il resto.
File P 9-11
Seed-Idriss e indice di Iwasaki da prova SPT
Il metodo Seed-Idriss (raccomandato dall’NCEER) confronta lo sforzo di taglio indotto dal sisma con la resistenza del terreno a ogni profondità. Il foglio Iwasaki aggiunge una valutazione complessiva dell’intera colonna di terreno, utile per stimare i danni attesi sulle costruzioni.
Inserisci: numero di colpi SPT corretto, amax, magnitudo, falda, pesi di volume.
Ottieni: CRR, CSR, fattore di sicurezza FS e indice del potenziale di liquefazione.
File P 10
Tokimatsu-Yoshimi da prova SPT
Metodo giapponese messo a punto confrontando prove triassiali cicliche con prove penetrometriche, raccomandato anche dal CNR. Tiene conto della percentuale di fini del terreno. Un secondo metodo per le sabbie da affiancare a Seed-Idriss.
Inserisci: colpi NSPT, amax, magnitudo, falda, pesi di volume, percentuale di fini.
Ottieni: CRR, CSR e fattore di sicurezza FS a ogni profondità.
File P 12
Andrus-Stokoe da velocità delle onde di taglio
Per chi dispone di una prova sismica invece di una prova penetrometrica. Il metodo (1997) usa la velocità Vs misurata in sito, valida per sabbie sature non cementate, e la normalizza prima di confrontarla con lo sforzo indotto dal sisma.
Inserisci: velocità Vs, profondità, falda, amax, magnitudo, percentuale di fini.
Ottieni: CRR, CSR e fattore di sicurezza FS.
File P 13-14
Robertson e Robertson-Cabal da prova CPT
Un metodo molto accreditato per la prova penetrometrica statica, nella versione aggiornata 2009-2012. Il foglio calcola in modo iterativo l’esponente di normalizzazione, riconosce il terreno e consente di scegliere tra diverse stime della percentuale di fini, compreso il valore da laboratorio.
Inserisci: qc, fs, profondità, falda, pesi di volume, amax, magnitudo.
Ottieni: litologia, resistenza normalizzata e fattore di sicurezza FS.
File P 15
Idriss-Boulanger 2014 da prova CPT
Il metodo Boulanger & Idriss (2014) sviluppato seguendo le procedure di terzo livello della Regione Emilia-Romagna (maggio 2019). Utile se lavori in zone dove queste indicazioni sono il riferimento.
Inserisci: qc, fs, profondità, falda, pesi di volume, amax, magnitudo.
Ottieni: resistenza ciclica CRR, sforzo CSR, fattore di sicurezza FS.
File P 16
Idriss-Boulanger 2014 da prova SPT
Lo stesso metodo del foglio precedente applicato ai risultati della prova penetrometrica dinamica nei depositi sabbiosi, con le indicazioni della Regione Emilia-Romagna del 2019.
Inserisci: colpi NSPT, profondità, falda, pesi di volume, amax, magnitudo.
Ottieni: CRR, CSR e fattore di sicurezza FS.
File P 17-18
Youd et al. 2001 da prova SPT e da prova CPT
Il metodo Youd et al. (2001) in due fogli, uno per ogni prova. Segue le linee guida per la microzonazione sismica della Regione Abruzzo (Università di Chieti-Pescara, 2022).
Inserisci: colpi NSPT o resistenza qc e attrito fs, profondità, falda, pesi di volume, amax, magnitudo.
Ottieni: CRR, CSR e fattore di sicurezza FS.
File P 19
Marchetti 2013 da prova dilatometrica (DMT)
Per i dati del dilatometro piatto Marchetti, una lama d’acciaio spinta nel terreno che misura le pressioni di una membrana. Il foglio elabora le pressioni misurate e verifica la liquefazione secondo Marchetti (2013), considerando anche le indicazioni del Bollettino Emilia-Romagna.
Inserisci: pressioni misurate dal dilatometro, profondità, falda, amax, magnitudo.
Ottieni: indici dilatometrici e fattore di sicurezza FS.
Cedimenti dopo il sisma
Anche un terreno che non liquefa può abbassarsi dopo il terremoto. Questi fogli stimano di quanto, per le diverse situazioni.
File P 20-21-22-24-25
Cedimenti post-sismici: sabbie sature, argille soffici, terreni asciutti
Cinque calcoli in un unico file. Sabbie sature: riconsolidazione dopo la dissipazione delle pressioni dell’acqua. Argille soffici: il cedimento può arrivare anche dopo giorni (con la relazione di Matsui). Terreni asciutti: densificazione con il metodo di Pradel (1998) da dati SPT.
Inserisci: spessore dello strato, falda, pesi di volume, amax, modulo di taglio o colpi SPT, caratteristiche del terreno.
Ottieni: deformazione volumetrica e cedimento permanente atteso dello strato.
File P 23
Deformazioni post-sismiche nei terreni granulari (Zhang et al.)
Metodo di Zhang, Robertson e Brachman (2002): dal valore corretto della prova CPT e dal fattore di sicurezza alla liquefazione ricava la deformazione verticale dei terreni sabbiosi saturi e il cedimento di ogni strato.
Inserisci: qC1N,CS, fattore di sicurezza FS, spessore dello strato.
Ottieni: deformazione percentuale e cedimento dello strato.
Parametri del terreno e fondazioni
Tre fogli di supporto, utili in qualsiasi relazione geotecnica.
File P 29
Parametri elastici dinamici del terreno
Conoscendo due tra modulo di Young, modulo di compressibilità, costante di Lamé, coefficiente di Poisson e modulo di taglio, il foglio trova tutti gli altri. Se aggiungi la densità, ricava anche le velocità delle onde P e S.
Inserisci: due parametri elastici, oppure densità e velocità Vp e Vs.
Ottieni: tutti i moduli elastici dinamici e le velocità sismiche.
File P 30
Correlazioni tra parametri volumetrici
Tra peso di volume, contenuto d’acqua, porosità e indice dei vuoti c’è una rete di legami: ne conosci due, il foglio calcola gli altri. Funziona anche per terreni non saturi, partendo dal contenuto naturale d’acqua.
Inserisci: due o tre parametri noti del terreno (peso di volume, porosità, contenuto d’acqua, grado di saturazione).
Ottieni: tutti gli altri parametri volumetrici.
File P 31
Capacità portante di una fondazione superficiale, anche con sisma
Calcola la portata di una fondazione rettangolare con la formula di Brinch-Hansen secondo l’Approccio 2 delle NTC 2018. In condizioni sismiche propone anche i metodi di Maugeri, Paolucci-Pecker, Cascone e Richards-Elms-Budhu.
Inserisci: dimensioni e profondità della fondazione, parametri del terreno, falda, carichi e coefficiente sismico.
Ottieni: portata limite e portata di progetto, in condizioni statiche e sismiche.
Come averli
I venti fogli Excel sono inclusi nel prezzo del libro: chi lo acquista riceve il pacchetto completo, con tutti i file in un unico archivio ZIP. Se invece ti interessano solo alcuni fogli, potrai acquistarli singolarmente dal sito: il prezzo di ciascuno sarà indicato nella sua pagina.
I fogli sono strumenti di supporto al calcolo: la scelta dei dati e dei metodi e la verifica dei risultati restano al professionista che li usa.