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Sebastiano Rampello
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
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
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
obiettivi → definizione di metodi affidabili e semplificati
procedure di analisi basate su:
metodi pseudostaticimetodi degli spostamenti
calibrate suosservazioni sperimentali su case historiesosservazioni sperimentali su modelli fisici in centrifugaanalisi numeriche avanzate in campo dinamico
base di partenza → database accelerogrammi
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
database accelerogrammi
obbiettivi:• banca dati accelerometrica nazionale aggiornata e affidabile• caratterizzazione geotecnica dei terreni delle stazioni di registrazione
(oggi profili di Vs solo per il 10%)
scopi:• accelerogrammi naturali per analisi di sistemi geotecnici• nuove relazioni di attenuazione per il territorio italiano
cooperazione scientifica Università di Roma - UCLA
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
dati di partenza• 160 stazioni accelerometriche• 100 eventi di magnitudo M ≥ 3.5• 500 accelerogrammi (3 componenti) in condizioni free field
database accelerogrammi
dati selezionati• 98 stazioni accelerometriche• 86 eventi di magnitudo M = 3.5 – 6.9 ; distanze epicentrali ≤ 100 Km ;
(profondità focali di 2 – 24 Km)• 240 accelerogrammi (3 componenti) in condizioni free fieldcon PGA = 0.033 – 0.405 g e Ia = 0.006 – 1.233 m/s
• tre tipologie di sottosuolo:rock Vs > 800 m/sstiff soils Vs = 360 – 800 m/ssoft soils Vs < 360 m/s
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
1138
3
17
29ROCK
STIFF
SOFT
VERY SOFT
?
stazioni accelerometriche in funzione del tipo di sottosuolo
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
0.1 1 10 100Joyner and Boore distance, Rjb (Km)
0.001
0.01
0.1
1
PGA
(g)
ASB96 media
Relazione di Ambraseys, Simpson e Bommer 1996 (ASB96)Categoria di sottosuolo = Stiff soil
M=4.5-5
0.1 1 10 100Joyner and Boore distance, Rjb (Km)
0.001
0.01
0.1
1
PGA
(g)
M=5-5.5
0.1 1 10 100Joyner and Boore distance, Rjb (Km)
0.01
0.1
1
PGA
(g)
M=5.5-6
ASB96 media +/- σ/2
0.1 1 10 100Joyner and Boore distance, Rjb (Km)
0.01
0.1
1
10
PGA
(g)
M=6-7
max PGA (comp. NS & WE)
• descrive gli effetti del sisma sul pendio• dipende dalle caratteristiche dell'accelerogramma e da quelle del pendio
→ non può assumere un valore costante
• effetti diversi sullo stesso pendio in virtù della diversa forma accelerometrica → spostamenti indotti
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
0 5 10 15 20 25t (s)
-0.4
0
0.4
Kh
(t)
5 10 15t (s)
Castelnuovo Assisi Assisi
Kmax=0.25 Kmax=0.25
Kh,eq=0.5Kmax=0.125
metodi pseudostatici – coefficiente sismico equivalente
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
riduzione di amax:• funzione degli spostamenti che il pendio può subire senza
significative riduzioni di resistenza • funzione delle modifiche del moto sismico atteso (effetti RSL)
maxmaxeq, aa ⋅α=g
ag
ak maxmaxeq,
h ⋅α⋅η=⋅η= con
− η tiene conto della duttilità del sistema (funzione degli spostamenti)
− α tiene conto della deformabilità del sistema (fenomeni di moto asincrono)
metodi pseudostatici – coefficiente sismico equivalente
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
duttilità del sistema – valutazione η
Ky = coefficiente sismico critico (Fs =1)Ky/Kmax = livello di esposizione del pendio alle azioni sismiche
Ky < Kmax Spostamenti
0 5 10 15 20t (s)
-0.4
0
0.4
K h (t
)
Kmax
Ky = Keq
)a,d(fKK
maxmax
y ==η
metodo deglispostamenti
• accelerogrammi distinti per classi di terreno, scalati a 4 valori di agcon fattori di scala 0.5 ag – 2 ag → diversi insiemi
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
max
y
KK
ABlndln +=
max
yK
KA
eBd ⋅=
stiff soils
relazioni Ky/Kmax – log (d)
0.2 0.4 0.6 0.8Ky/Kmax
1E-005
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
d (m
)
0.2 0.4 0.6 0.8Ky/Kmax
0.35g 0.25g
0.2 0.4 0.6 0.8Ky/Kmax
1E-005
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
d (m
)
0.2 0.4 0.6 0.8Ky/Kmax
0.15g 0.05g
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
0.3 – 0.4 g 0.2 – 0.3 g
0.1 – 0.2 g < 0.1 g
2·22 2·34
2·40
2·33
2·16
2·622·54
2·10
2·23
2·22
2·322·15
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5d (m)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
η =
Ky/
Km
ax
zona1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5d (m)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
η =
Ky/
Km
ax
zona2
rockstiffsoft
rockstiffsoft
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5d (m)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
η =
Ky/
Km
ax
zona3
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5d (m)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6η
= K
y/K
max
zona4
rockstiffsoft
rockstiffsoft ( )
ABdln
KK
==ηmax
y
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
deformabilità del sistemacalcolo accelerazione equivalente
• effetto di contenuto in frequenza (Tm)• valutazione dell’accelerazione equivalente aeq < amax per effetto di
fenomeni di moto asincrono
α = α(Ts/Tm)amax = ag·FRN
FRN = fattore di amplificazione stratigrafica non lineare
sisma: ag, Tm ; pendio: FRN, Ts = 4H/Vs
→ maxmaxeq, aa ⋅α=g
ag
ak maxmaxeq,
h ⋅α⋅η=⋅η=
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
A1 A2 EB C D
60
30
25
20
15
10
5
00 200 400 600 800
60
30
25
20
15
10
5
0
Shear wave velocity, Vs (m/s)
dept
h, z
(m)
seismic input
Gravelγ = 21 kN/m³ϕ' = 44°
Sandγ = 20 kN/m³ϕ' = 35°
Clayγ = 18 kN/m³ϕ' = 25°
Soft rockγ = 22 kN/m³Vs = 800 m/s
Rockγ = 22 kN/m³Vs = 1000 m/s
G0-1S0-2A30-3
Sebastiano Rampello
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
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
motivazioni
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
Time [sec]131211109876543210
Acce
lera
tion
[g]
0.1
0.05
0
-0.05
-0.1
-0.15
accelerogramma non affetto da S-triggering
accelerogramma affetto da S-triggering
esempio di S-triggering: stazione di Cascia
Time [sec]2220181614121086420
Acce
lera
tion
[g]
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
3 4 5 6 7M
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
# re
gist
razi
oni
distribuzione per tipo di faglia
137
33
32
1618
normaleinversatrascorrenteobliqua?
0
40
80
120
160
Num
ero
di re
gist
razi
oni
147 reg.
47 reg.
15 reg.5 reg.
NUMERO TOTALE DI REGISTRAZIONI = 214
~ 0,05-0.15g
0.15-0.25g
0.25-0.35g> 0.35g
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
0.1 1 10 100Joyner & Boore distance (Km)
0.001
0.01
0.1
1
10
Aria
s in
tens
ity (m
/s)
M=4.5-5
0.1 1 10 100Joyner & Boore distance (Km)
0.001
0.01
0.1
1
10
Aria
s in
tens
ity (m
/s)
M=5-5.5
0.1 1 10 100Joyner & Boore distance (Km)
0.001
0.01
0.1
1
10
Aria
s in
tens
ity (m
/s)
M=5.5-6
0.1 1 10 100Joyner & Boore distance (Km)
0.001
0.01
0.1
1
10
100
Aria
s in
tens
ity (m
/s)
M=6-7
Ia=INS+IWE
KM97 mediaKM97 media +/- σ/2
Intensità di Arias da Kayen & Mitchell 1997 (KM97)Profondità focale = 5 km Categoria di sottosuolo = Stiff soil
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
Fs ≥ 1 → Ky ≥ Keq
Fs < 1 → Ky ≤ Keq
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
( )d,aKK maxhh =
max
y⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
KK
dd
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
max
ymaxhh K
K,aKK
0 5 10 15t (s)
-0.4
0
0.4
K h (t
)
5 10 15t (s)
Kmax Kmax
Ky < Kmax Spostamenti
Ky < Keq Ky < Keq
Ky < Kmax Spostamenti
0 5 10 15t (s)
-0.4
0
0.4
K h (t
)
5 10 15t (s)
5 10 15t (s)
Kmax KmaxKmax
Ky < Kmax Spostamenti Ky > Kmax NO Spostamenti
Ky = KeqKy > Keq
Ky > Keq
Keq
analisi pseudostatica – metodo degli spostamenti
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Kc
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
FS
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7a m
ax, g
φ'=20°-25°-30°c'/γD=0-0.025-0.05-0.075D/Dw=0-0.5-1
Kc = 0.1875D =
1cm
D =
5cm
D =
10c
m
D =
50c
m
k h=a
max
k h=0
.5 a m
ax
a1
Ky1
d
1.0
F s
Ky
a max
KyKh=Ky1
d1
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
legame tra:• accelerazione massima, amax• soglia critica Ky• prefissati valori di spostamento
Fissati amax = a1 e d = d1→ Ky
sotto un’azione pseudostatica Kh = Ky
Fs = 1 Kc = Ky1 e d = d1Fs > 1 Kc > Ky1 e d < d1Fs < 1 Kc < Ky1 e d > d1
la relazione Fs-Ky dipende dal pendioma tutte le curve Fs(Ky) passano per ilpunto Ky1, Fs = 1)
Linea 6.3 Stabilità dei Pendii
Classe di sottosuolo
numero stratigrafie
nS
numero profondità
nh
Tipologia di sottosuolo
della registrazione
numero accelerogrammi
na
numero simulazioni
(na*ns)
n° campioni ottenuti
(na*ns*nh) A1 1 1 Rock 74 74 74 A2 7 1 Rock 74 518 518 B 1 6 Rock 74 74 444 C 1 6 Stiff Soil 98 98 588 D 1 6 Soft Soil 42 42 252 E 10 1 Rock 74 740 740
analisi eseguite per diverse possibili profondità dellasuperficie di scorrimento dei 21 profili stratigrafici