GEOTECNICA E RISPOSTA SISMICA LOCALE

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE FACOLTÀ DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI GEORISORSE E TERRITORIO CENTRO STUDI E RICERCHE SPRINT GEOTECNICA E RISPOSTA SISMICA LOCALE SERM-ACTION Corso universitario Teresa CRESPELLANI E di perfezionamento Valutazione della risposta sismica locale ai fini antisismici Dipartimento di Ingegneria Civile Università di Firenze SERM - m.riuscetti Venzone 28 agosto

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8 ε ε

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10 Se(T) S T

11 Spettro sito Spettro Norme Normalised spectral ac cceleration Soils of type C (S1, S2, S6, S7, S9) Period [s]

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15 ,

16 Terremoto di Bam, Iran, 2003 Loma Prieta, USA 1989

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19 grandi deformazioni del terreno durante i terremoti forti

20 grandi deformazioni del terreno durante i terremoti forti

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23 a(t) t

24 Moto sismico a(t) t

25 Variabilità spaziale del danneggiamento Terreno ideale SITO 1 Danni importanti SITO 2 Danni medi SITO 3 Danni lievi SITO 4 Nessun danno epicentro ipocentro ROCCIA

26 Variabilità spaziale del danneggiamento Terreno ideale SITO 1 Danni importan ti SITO 2 Danni medi SITO 3 Danni lievi SITO 4 Danni importan ti epicentro TERRENO ipocentro ROCCIA ROCCIA

27 Variabilità spaziale del danneggiamento rispetto a un terreno di riferimento Danni importanti Danni lievi Danni importanti Danni importanti 3 2 1

28 Analisi della risposta sismica locale

29 Deposito

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35 sito

36 S S a a S B t f f t a C t t f D A S f a A t f

37 S a S B t f a f 2-D t 1-D C -condizione free field -basamento roccioso orizzontale -terreno stratificato S -segnale in A segnale in B f a A t

38 z 1-D H A 1 2 B 3 a t 4 ω a s (0,t) / a b (H,t)

39 H 1 ω ω 2 ω ω ω 3 4 ω ω ω ρ RVSR dove I = ρv F 4 (ω) max = 1/(1/ I + (π D/2)) s ω ϖ ρ, ρ R = densità del deposito e della roccia, V SR = velocità delle onde S nella roccia

40 F 1 (ω) H 1 a 2 t ϖ = π ( 2 1) 2 F 2 (ω) 0 π π π π π ω ω ϖ 0 π π π π π ω

41 F 1 (ω) H 1 a 3 t ϖ = π ( 2 1) 2 ω ϖ 0 F 3 (ω) 0 π π π I = 5 π π πv s 3πV s 5πV s 7πV s 9πV s 2H 2H 2H 2H 2H ω ω

42 ω ϖ ϖ = π ( 2 1) 2 ω π 4 = = ρ ρ

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44 ρ

45 Influenza del comportamento lineare o non lineare del terreno Stati di sforzo indotti dal terremoto σ 0 σ v τ σ 0 σ v τ σ 0 σ v τ Prima TERRENO ROCCIA Durante

46 τ τ σ Δδ γ ΔδΔ Δ σ σ τ σ σ τ τ γ

47 Apparecchio di taglio semplice -Prove monotoniche -Prove cicliche -Prove cicliche con sforzo di taglio iniziale

48 Risultati di prove monotoniche σ v τ δ H γ δ τ τγ τ G 0 G sec τ max G G 0 Δu γ l γ V γ γ l γ V Δ γ (log)

49 Risultati di prove cicliche τ τ 1 < τ 2 < τ 3 τ 1 τ γ τ 2 γ τ 1 τ 2 τ 3 τ N=1 N=2 N=3 γ l γ V γ τ 3 γ

50 Risultati di prove cicliche τ O 1 G o A 1 G Curva dorsale γ τ = 1 G G 0 γ + γ τ max D = ΔW 4πW τ = rapporto di smorzamento Δ W

51 Domini di comportamento e soglie deformative τ τ τ τ γ γ 1 D [%] G/G 0 γ γ D 0 Δ Δu t γ [%] γ γ γ γ

52 1.0 G G G 0 1 = 1 + α γ β G/Go S3-F1 (RC) S3-F1 (TTC) S3-F2 (RC) S3-F2 (TTC) Yokota et al. (RC e TTC) γ[%] 20 D G λ G 0 = D e max D [%] S3-F1 (RC) S3-F1 (TTC) S3-F2 (RC) S3-F2 (TTC) Yokota et al. (RC e TTC) 8 6 αβλ γ [%]

53 Domini di comportamento e parametri rappresentativi γγ γ γγ γγ γ γγ

54 γγ γ γ γ γγ γγ γγ γγ ΔΔ τ τ

55 Δ Δ

56 γ, τ

57 τ τ γ

58 Δσ γ

59 τ τ τ τ τ τ st τ τ γ τ τ

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61 γ γ γ γ γ γ V γ l Effetti di sito Effetti di instabilità

62 Metodi approssimati Metodi numerici

63 2D

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67 accelerazione, a (g) 0,30 0,20 0,10 0,00-0,10-0,20-0, tempo, t (s) accelerazione spettrale, Sa (g) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Imperial Valley 262 Pugliese & Sabetta (1989) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 periodo, T (s)

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71 Si basano sulle seguenti ipotesi: - direzione verticale di propagazione delle onde di taglio - terreno multistrato, in cui ogni strato è considerato al suo interno omogeneo; - substrato orizzontale deformabile; - strati e substrato infinitamente estesi; Si distinguono due tipi fondamentali di modelli: -modelli continui -modelli discreti trave a taglio oscillatore semplice

72 dx + ρ.. Nell ipotesi idit terreno viscoelastico u g Oscillazioni libere 3 u ui Gi + ηi = z z t 2 i 2 i 2 i 0 D = ηω 2 G G Oscillazioni forzate i u z 2 i 2 i + η i 3 ui = z t 2 i u ρi t 2 i 2 ; ω =

73 Nell ipotesi di terreno viscoelastico Oscillazioni libere = 0 = 2 Oscillazioni forzate = m = massa concentrata; k = costante elastica; D= rapporto di smorzamento u g = spostamento della base rocciosa u g...

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75 Dati di ingresso a(t) Uscite S a,s Moto sismico a(t) γ Vs s a max Periodo, T τ γ G/G 0 D γ (%) z z z z

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77 γ τ = G γ + η t τ η D = ηω 2G

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79 Limo argilloso Argilla limosa Ghiaia i in matrice argilloso limosa Argilla limosa Ghiaia in matrice limoso argillosa Marna limoso argillosa 4 MS Profondità (m m) Vs (m/s) ,0 G/G0 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 00 0,0 D [%] 0, ,0001 0,001 0,01 0,1 1 γ [%] 20,0 16,0 12,0 8,0 4,0 0, ,0001 0,001 0,01 0,1 1 γ [%] RC S2C1 RC S2C2 RC S2C3 RC S6C1 RC S6C2 RC S7C2 RC S7C3 RC S9C1 RC S10C1 RC S10C2 RC S11C1 RC S12C1 RC S2C1 RC S2C2 RC S2C3 RC S6C1 RC S6C2 RC S7C2 RC S7C3 RC S9C1 RC S10C1 RC S10C2 RC S11C1 RC S12C1

80 Il codice SHAKE fornisce in uscita: la storia temporale delle accelerazioni (velocità o spostamento), delle tensioni e delle deformazioni di taglio in ciascuno strato (in corrispondenza della superficie superiore o a metà dello strato) e al bedrock; lo spettro di Fourier e/o di risposta in termini di accelerazione o velocità in ciascuno strato e al bedrock l andamento con la profondità dei valori massimi dell accelerazione (o spostamento o velocità), della tensione e della deformazione di taglio la funzione di trasferimento del deposito

81 Accelerazione [g] 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0,1-0,2-0,3 Accelerazione in superficie y 1 R 14 NS 4 P 21 NS 5 R 21 NS Tempo [sec] a max γ [%] τ 0 0,2 0, ,02 0,04 0 0,02 0, ,4 0,6 0, Amplific cazione Funzione di amplificazione 1 R 14 NS 4 P 21 NS 5 R 21 NS Frequenza [Hz] z [m m] z [m] z [m] z [m] Accelerazione [g] 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0,1-0,2-0,3-0,4 Accelerazione al bedrock y 1 R 14 NS 4 P 21 NS 5 R 21 NS Tempo [sec] R 14 NS 4 P 21 NS 5 R 21 NS R 14 NS 4 P 21 NS 5 R 21 NS L S6 C1 V S6 C1 L S6 C2 V S6 C2 L S6 C3 V S6 C R 14 NS 4 P 21 NS 5 R 21 NS R 14 NS 4 P 21 NS 5 R 21 NS

82 Ampiezza [g*s] 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0,000 Spettro di Fourier in superficie 1 R 14 NS 4 P 21 NS 5 R 21 NS Frequenza [Hz] Sa [g] 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Spettro di risposta in superficie 1 R 14 NS 4 P 21 NS 5 R 21 NS ,2 04 0,4 06 0,6 08 0, ,2 14 1,4 16 1,6 18 1,8 Periodo [sec] Ampiezza [g*s] 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0,000 Spettro di Fourier al bedrock 1 R 14 NS 4 P 21 NS 5 P 21 NS Frequenza [Hz] Sa [g] 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Spettro di risposta al bedrock 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Periodo [sec] 1 R 14 NS 4 P 21 NS 5 R 21 NS

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84 Il codice QUAD4M esegue un analisi agli elementi finiti nel dominio del tempo e considera il bedrock a comportamento elastico lineare[1]. La sezione viene discretizzata in un numero finito di elementi, di forma quadrangolare o triangolare, secondo uno schema di masse, molle e smorzatori viscosi concentrati nei nodi. Il calcolo della risposta sismica locale viene eseguito risolvendo le equazioni di moto scritte per ciascun nodo.

85 z [m] a max [g] γ γ max [%] τ max [kpa] G/Go τ t.s.a. (SHAKE) t.s.a. (DESRA) e.s.a. (DESRA) t.s.a. (SHAKE) t.s.a. (DESRA) e.s.a. (DESRA) t.s.a. (SHAKE) t.s.a. (DESRA) e.s.a. (DESRA) t.s.a. (SHAKE) t.s.a. (DESRA) e.s.a. (DESRA)

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88 = [ ] = = = = = = =

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91 Σ Σ Terreno vegetale (sabbie limose) Detrito di frana costituito da limi sabbiosi e sabbie limose con frazione sabbiosa grossolana crescente verso il basso. Detrito di frana costituito da argille, marne e livelli arenitici Detrito di frana costituto da strati millimetrici e decimetrici di marne e strati decimetrici e centimetrici di arenarie alterate. La struttura è caotica e la matrice è argillosa. Marne fittamente stratificate alternate a strati di arenaria 2.7 m

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94 ( ) ( ) ( ) ( )

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