Progetto di Ricerca N.6. Linea 6.3 Stabilità dei Pendii

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Bernardo Valente
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1 Progetto di Ricerca N.6 Metodi Innovativi per la Progettazione di Opere di Sostegno e la Valutazione della Stabilità dei Pendii Linea 6.3 Stabilità dei Pendii Sebastiano Rampello

2 Unità di ricerca partecipanti Università di Roma La Sapienza Coordinamento nazionale Università della Calabria Università di Catania Università di Messina Politecnico di Bari Università di Napoli Federico II Università di Firenze

3 obiettivi definizione di metodi affidabili e semplificati procedure di analisi basate su: metodi pseudostatici metodi degli spostamenti calibrate su osservazioni sperimentali su case histories osservazioni sperimentali su modelli fisici in centrifuga analisi numeriche avanzate in campo dinamico base di partenza database accelerogrammi

4 database accelerogrammi cooperazione scientifica Università di Roma - UCLA obbiettivi: banca dati accelerometrica nazionale aggiornata e affidabile caratterizzazione geotecnica dei terreni delle stazioni di registrazione (oggi profili di V s solo per il 1%) scopi: accelerogrammi naturali per analisi di sistemi geotecnici nuove relazioni di attenuazione per il territorio italiano

5 database accelerogrammi dati di partenza 16 stazioni accelerometriche 1 eventi di magnitudo M accelerogrammi (3 componenti) in condizioni free field dati selezionati 98 stazioni accelerometriche 86 eventi di magnitudo M = ; distanze epicentrali 1 Km ; (profondità focali di 2 24 Km) 24 accelerogrammi (3 componenti) in condizioni free field con PGA =.33 5 g e I a = m/s tre tipologie di sottosuolo: rock V s > 8 m/s stiff soils V s = 36 8 m/s soft soils V s < 36 m/s

6 stazioni accelerometriche in funzione del tipo di sottosuolo ROCK 3 STIFF SOFT VERY SOFT?

7 1 Relazione di Ambraseys, Simpson e Bommer 1996 (ASB96) Categoria di sottosuolo = Stiff soil M= M=5-5.5 PGA (g) PGA (g) Joyner and Boore distance, R jb (Km).1.1 ASB96 media ASB96 media +/- σ/2 max PGA (comp. NS & WE) Joyner and Boore distance, R jb (Km) 1 M= M=6-7 1 PGA (g) PGA (g) Joyner and Boore distance, R jb (Km) Joyner and Boore distance, R jb (Km)

8 metodi pseudostatici coefficiente sismico equivalente descrive gli effetti del sisma sul pendio dipende dalle caratteristiche dell'accelerogramma e da quelle del pendio non può assumere un valore costante Kh (t) K max =.25 K max =.25 K h,eq =.5K max =25 - Castelnuovo Assisi Assisi t (s) effetti diversi sullo stesso pendio in virtù della diversa forma accelerometrica spostamenti indotti t (s)

9 metodi pseudostatici coefficiente sismico equivalente riduzione di a max : funzione degli spostamenti che il pendio può subire senza significative riduzioni di resistenza funzione delle modifiche del moto sismico atteso (effetti RSL) k h a g a g eq,max max = η = η α con a eq, max = α a max η tiene conto della duttilità del sistema (funzione degli spostamenti) α tiene conto della deformabilità del sistema (fenomeni di moto asincrono)

10 duttilità del sistema valutazione η K y = coefficiente sismico critico (F s =1) K y /K max = livello di esposizione del pendio alle azioni sismiche K max Ky = Keq metodo degli spostamenti Kh (t) - K y < K max Spostamenti t (s) η = K K y max = f (d,a max ) accelerogrammi distinti per classi di terreno, scalati a 4 valori di a g con fattori di scala.5 a g 2 a g diversi insiemi

11 Linea 6.3 Stabilità dei Pendii relazioni Ky/Kmax log (d) 1 stiff soils 1 d (m) g.25g 1E K y/k max.6.8 K y/k max 1 ln d = ln B + A 1 Ky K max d (m).1 d = B e.1.1 5g.5g 1E-5.2 K y/k max K y/k max.6.8 A Ky K max

12 .6.3 g zona1.2.3 g.6 zona2 η = K y /K max rock stiff soft η = K y /K max rock stiff soft η = K y /K max d (m) zona3.2 g rock < g stiff soft η = K y /K max d (m) zona4 rock stiff soft η = 2 22 K K y max = ln ( d B) A d (m) d (m)

13 deformabilità del sistema calcolo accelerazione equivalente effetto di contenuto in frequenza (T m ) valutazione dell accelerazione equivalente a eq < a max per effetto di fenomeni di moto asincrono sisma: a g, T m ; pendio: FRN, T s = 4H/V s k h a = η eq,max g = η α a g max a eq, max = α a max α = α(t s /T m ) a max = a g FRN FRN = fattore di amplificazione stratigrafica non lineare

14 5 A1 A2 B C D E Shear wave velocity, Vs (m/s) G-1 S-2 A depth, z (m) seismic input 6 Gravel γ = 21 kn/m³ ϕ' = 44 Sand γ = 2 kn/m³ ϕ' = 35 Clay γ = 18 kn/m³ ϕ' = 25 Soft rock γ = 22 kn/m³ Vs = 8 m/s Rock γ = 22 kn/m³ Vs = 1 m/s

15 Progetto di Ricerca N.6 Metodi Innovativi per la Progettazione di Opere di Sostegno e la Valutazione della Stabilità dei Pendii Linea 6.3 Stabilità dei Pendii Sebastiano Rampello

16 motivazioni effetti dei terremoti sull'ambiente fisico frane tra le cause predominanti della vulnerabilità del territorio comportamento dei pendii in condizioni sismiche terreno: mezzo contino multifase sede di un moto di filtrazione modellazione del comportamento in condizioni cicliche - riduzione della resistenza al taglio disponibile - decadimento delle caratteristiche di rigidezza definizione dell'evento sismico di riferimento - caratteristiche sismogenetiche del sito - modifiche del sisma per effetto della risposta simica

17 esempio di S-triggering: stazione di Cascia accelerogramma non affetto da S-triggering Acceleration [g] Time [sec] 2 22 accelerogramma affetto da S-triggering Acceleration [g] Time [sec] 12 13

18 reg. ~,5-5g 11 1 Numero di registrazioni reg g NUMERO TOTALE DI REGISTRAZIONI = reg g 5 reg. >.35g # registrazioni distribuzione per tipo di faglia M normale inversa trascorrente obliqua?

19 1 Intensità di Arias da Kayen & Mitchell 1997 (KM97) Profondità focale = 5 km Categoria di sottosuolo = Stiff soil M= M= Arias intensity (m/s) Arias intensity (m/s) Joyner & Boore distance (Km) Joyner & Boore distance (Km) 1 M= M=6-7 Arias intensity (m/s) 1.1 Arias intensity (m/s) KM97 media KM97 media +/- σ/2 I a =I NS +I WE Joyner & Boore distance (Km) Joyner & Boore distance (Km)

20 analisi pseudostatica metodo degli spostamenti K max K max K max K y > K eq K y = K eq K y > K eq K eq K h (t) - K y < K max Spostamenti K y < K max Spostamenti K y > K max NO Spostamenti t (s) t (s) t (s) F s 1 K y K eq K h (t) K max K y < K eq K max K y < K eq K d Kh K = d K h = ( a,d ) max y max - K y < K max Spostamenti t (s) t (s) K h = K h a max K, K y max F s < 1 K y K eq

21 a max, g.7 a max.6 D = 5cm.5 d 1 a 1.3 k h =.5 a max d D = 1cm D = 5cm D = 1cm k h =a max legame tra: accelerazione massima, a max soglia critica K y prefissati valori di spostamento F s 1.4 Kc = 875 K.2 y k.7 y K c Fissati a max = a 1 e d = d 1 K y sotto un azione pseudostatica K h = K y F s = 1 K c = K y1 e d = d 1 F s > 1 K c > K y1 e d < d 1 F s < 1 K c < K y1 e d > d 1 FS φ'= c'/γd= D/Dw= K h =K y1 K y la relazione F s -K y dipende dal pendio ma tutte le curve F s (K y ) passano per il punto K y1, F s = 1)

22 analisi eseguite per diverse possibili profondità della superficie di scorrimento dei 21 profili stratigrafici Classe di sottosuolo numero stratigrafie n S numero profondità n h Tipologia di sottosuolo della registrazione numero accelerogrammi n a numero simulazioni (n a *n s ) n campioni ottenuti (n a *n s *n h ) A1 1 1 Rock A2 7 1 Rock B 1 6 Rock C 1 6 Stiff Soil D 1 6 Soft Soil E 1 1 Rock

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