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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE e AMBIENTALE Sezione Geotecnica

Corso di:Ingegneria Geotecnica SismicaIngegneria Geotecnica Sismica

A.A. 2012/2013

Prof. Ing. Claudia Madiai

Orario delle lezioni

ORA Lunedì Martedì Mercoledì Giovedì Venerdì Sabato

8:15-9:15 AULA 107

prof. ing. Claudia MadiaiCorso di Ingegneria Geotecnica Sismica

8:15-9:15 AULA 107

9:15-10:15 AULA 107

10:15-11:15 AULA 116

11:15-12:15 AULA 116

12:15-13:15 AULA 116

14:00-15:00 AULA 116

15 00 16 00 AULA 11615:00-16:00 AULA 116

16:00-17:00

17:00-18:00

18:00-19:00

22NO lezione: 26 aprile 2013

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Scopo del corso:Fornire le conoscenze di base per:

- la caratterizzazione meccanica dei terreni in condizioni dinamiche e cicliche

l’ li i d l t t di tt li t li f tti i t


- l’analisi del comportamento di sottosuoli naturali, manufatti in terra e sistemi terreno-struttura sotto azione sismica

Il corso è articolato in due parti fondamentali: 1. richiami di teoria delle vibrazioni e propagazione delle onde sismiche;

modellazione meccanica del comportamento dell’elemento di terreno e determinazione sperimentale dei parametri che ne influenzano la risposta in condizioni dinamiche e cicliche

2. fondamenti di sismologia applicata all’ingegneria civile e alla pianificazione territoriale; richiami di dinamica dei sistemi a uno o più gradi di libertà;analisi di problemi geotecnici al finito in condizioni sismiche (risposta sismica locale, liquefazione, stabilità dei pendii, …)

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Il corso sarà articolato in:lezioni teoricheesercitazioni in aulaesercitazioni in laboratorio


esercitazioni in laboratoriosvolgimento di un elaborato progettuale

Prerequisiti necessari:Conoscenza dei principi fondamentali della Meccanica dei Terreni e dei principali approcci metodologici della Geotecnica

Modalità di esame:

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Modalità di esame:colloquio orale previa discussione dell’elaborato

Ricevimento:A fine lezione o su appuntamento(telefonicamente: 055.4796457 o via e-mail: [email protected])

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Appelli d’esame

Lunedì 10 Giugno 2013Martedì 25 Giugno 2013


Martedì 25 Giugno 2013Lunedì 8 Luglio 2013Lunedì 22 Luglio 2013Lunedì 9 Settembre 2013Lunedì 16 Dicembre 2013

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Testi di riferimentoCrespellani T., Facciorusso J. (2010). Dinamica dei terreni per le applicazioni sismiche, FlaccovioCrespellani T., Facciorusso J. Elementi di Dinamica dei Terreni e Ingegneria G t i ll A Si i h l II DIC A


Geotecnica nelle Aree Sismiche - vol II, DICeAKramer S. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice Hall

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZE DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE Sezione Geotecnica

ELEMENTI DI DINAMICA DEI TERRENI E

INGEGNERIA GEOTECNICA NELLE AREE SISMICHE

Teresa Crespellani Johann Facciorusso

VOLUME I II

Mancuso C. (1996). Misure dinamiche in sito, Hevelius

Lanzo G. & Silvestri F. (1998). Risposta sismica locale: teoria ed esperienze, Hevelius 66

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Altro materiale di riferimento

DIA delle lezioni disponibili all’indirizzo:


phttp://freedom.dicea.unifi.it/Claroline-1.3.1/INGEOSIS

Altro materiale didattico:http://www.dicea.unifi.it/geotecnica/index.php

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Argomenti del Corso

Comportamento dei terreni in condizioni dinamiche e cicliche:a bassi e medi livelli deformativi ad alti livelli deformativi e a rottura


Cenni sulla propagazione delle onde sismiche nel terrenoDeterminazione sperimentale delle proprietà dinamiche dei terreni:

prove in sito prove di laboratorio

Elementi di sismologia applicata all’ingegneria civile e alla pianificazione territoriale (origine, caratteristiche e misura dei terremoti)Richiami di dinamica dei sistemi a uno o più gradi di libertà

Aspetti geotecnici della progettazione in zona sismicaeffetti amplificativi nei depositifenomeni di liquefazioneinstabilità dei pendii fondazioni superficialiopere di sostegno rigide(cenno al problema dell’interazione terreno-struttura) 88

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I terremoti I terremoti sono tra le calamità naturali quelle che storicamente hanno prodotto più vittime e più danni


Solo alcune centinaia sono avvertiti dalla popolazione, unadecina produce gravi danni, uno o due sono catastrofici

Ogni anno si registrano nel mondo qualche milione di terremoti di cui fortunatamente la maggior parte si manifesta in mare o in zone poco abitate

I terremoti sono stati da sempre oggetto di osservazioni e interpretazioni più o meno mitiche o razionali, in Oriente, in Grecia, nel mondo latino, ecc.

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Nel medioevo sono stati per lo più letti in chiave fatalistica e associati alle ‘colpe’ degli

I terremoti


p guomini, anche se i suoi effetti sono stati spesso descritti nelle cronache con precisione e dovizia di particolari

Attraverso queste descrizioni è stato possibile ricostruire la storia sismica di molti paesi e identificare alcuni effetti ricorrenti legati alla natura dei terreniricorrenti legati alla natura dei terreni

Solo a partire dal 1700 la scienza dei terremoti ha cominciato a svilupparsi in maniera sistematica seguendo criteri ‘scientifici’

Il terremoto che ha segnato un punto di svolta è stato il terremoto di Lisbona (1755)

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Il Terremoto di Lisbona (1755)

L’importanza del terremoto di Lisbona è legata al fatto che per la prima volta nella storia si


al fatto che per la prima volta nella storia si comincia a pensare che le conseguenze del terremoto possano essere riconducibili alla responsabilità umana

In una lettera di Rousseau a Voltaire del 1756, sul terremoto di Lisbona si legge: «Restando al tema del disastro di Lisbona, converrete che, per esempio, la disastro di Lisbona, converrete che, per esempio, la natura non aveva affatto riunito in quel luogo ventimila case di sei o sette piani e che se gli abitanti di quella grande città fossero stati distribuiti più equamente sul territorio e alloggiati in edifici di minore imponenza, il disastro sarebbe stato meno violento o, forse, non ci sarebbe stato affatto».

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Terremoto di Lisbona (1755) e sue rappresentazioni


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Il terremoto di Lisbona è universalmente considerato l’evento di passaggio da una concezione medievale fatalista ad una

Il Terremoto di Lisbona (1755)


concezione moderna basata sull’azione umana

A partire dal terremoto di Lisbona si parla sempre meno di colpe umane da espiare e sempre più di catastrofesempre più di catastrofe naturale e di rischio, e ogni evento sismico diventa evento di apprendimento scientifico

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Il terremoto più forte nel mondo registrato nella storia


Avvenuto il 22 maggio 1960 a Valvidia (Cile)M = 9.5, 3.000 vittime, 2 milioni di sfollati, tsunami che raggiunsero il Giappone

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Terremoti storici significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica

Terremoto di S. Francisco (1906)(Magnitudo 7.9, Vittime 700)


Terremoto di Tokyo (1923)(Magnitudo 7.9, Vittime 99.000)

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Per 2 eventi che differiscono di Ngradi di Magnitudo, il rapporto intermini di energia liberata è ≅ 30N

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Terremoto di Anchorage, Alaska, (1964)(Magnitudo 9.2, Vittime 131)


Terremoto di Niigata (1964)(Magnitudo 7.5, Vittime 26)

1919


Terremoto di Caracas (1967)(Magnitudo 6.5, Vittime 266)


Terremoto di S. Fernando (1971)(Magnitudo 6.5, Vittime 65)

2020

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Terremoto del Messico (1985)(Magnitudo 8.1, Vittime 9.500)


Terremoto di Loma Prieta (1989)(Magnitudo 7.1, Vittime 63)

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Terremoto di Kobe (1995)(Magnitudo 6.9, Vittime 5.300)


Terremoto di Izmit, Turchia (1999)(Magnitudo 7.6, Vittime 18.000)

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Il terremoto più forte in Italia


Terremoto di Messina del 28/12/1908 (Magnitudo 7.1, Vittime 130.000 circa).La scossa principale (37 s) e il successivo maremoto rasero al suolo Messina eReggio Calabria. La più grave catastrofe naturale in Italia a memoria d'uomo. 2323

Terremoti italiani significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica

Terremoto delle Calabrie (1783)(Magnitudo 6.9, oltre 30.000 vittime)


Terremoto del Friuli (1976)(Magnitudo 6.4, Vittime 1.000)

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Terremoto dell’Irpinia (1980)(Magnitudo 6.9, 3.000 vittime)


Terremoto Umbro-Marchigiano (1997)(Magnitudo 6.2, Vittime 11)

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Terremoto diSan Giuliano di Puglia (2002)(Magnitudo 5.4, Vittime 30)


Terremoto di L’Aquila (2009)(Magnitudo 6.3, Vittime 308)

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Terremoto dell’Emilia-Romagna (2012)(Magnitudo 5.9, Vittime 27)

P l il d ll’I i G t i Si i li ti

Terremoti storici significativi per lo sviluppo della Ingegneria Geotecnica Sismica


Per lo sviluppo dell’Ingegneria Geotecnica Sismica gli eventi più importanti sono stati i terremoti di:

Anchorage (Alaska) e Niigata (Giappone), 1964

(⇒ fenomeni di liquefazione nei depositi sabbiosi saturi);

Caracas, 1967 (⇒ effetti amplificativi dei depositi);

S. Fernando, 1971 (⇒ effetti amplificativi e liquefazione);

Messico, 1985 (⇒ effetti amplificativi dei depositi)2828

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I terremoti dell’Alaska e del Giappone del 1964 A partire dai terremoti del 1964:

si è andata approfondendo la conoscenza dei fenomeni più appariscenti provocati sul territorio dalle azioni sismiche


appariscenti provocati sul territorio dalle azioni sismiche (liquefazione, instabilità dei pendii, densificazione e subsidenza) sono stati identificati i principali processi dinamici di interazione tra onde sismiche e terreni attraversati (effetti di amplificazione e attenuazione del moto sismico)è stato ben evidenziato che gli effetti di un terremoto su costruzioni ed infrastrutture dipendono da 3 fattori:ed infrastrutture dipendono da 3 fattori: - caratteristiche dell’ azione sismica- caratteristiche strutturali dei manufatti- risposta del terreno

NOTEVOLE SVILUPPO DELLA DINAMICA DEI TERRENI 2929

Principali applicazioni della Dinamica dei TerreniLa Dinamica dei Terreni nasce come supporto all’Ingegneria Strutturale(effetti prodotti sugli edifici dall’uso di macchine vibranti, progettazione di


fondazioni di macchine vibranti) per poi affermarsi come brancadell’Ingegneria Geotecnica Sismica

La Dinamica dei Terreni è indispensabile per poter comprendere leprocedure per la previsione della risposta dei terreni messe a puntonell’ambito dell’Ingegneria Geotecnica Sismica finalizzate a:

valutazione della stabilità del territorio in condizioni sismicheprogettazione di opere in zona sismicaprogettazione di opere in zona sismica

La conoscenza del comportamento dei terreni in condizioni sismicherappresenta anche uno strumento utile per la comprensione edapplicazione degli strumenti normativi (DM 14.01.2008; EC-8)e costituisce la condizione indispensabile per una difesa dai terremotisempre più scientificamente fondata

3030

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Principali applicazioni della Dinamica dei TerreniLa conoscenza del comportamento del terreno in condizioni dinamiche ecicliche è richiesta per:


a) la previsione del moto sismico durante un terremoto (effetti indotti sulterritorio ed entità dell’azione sismica sulle costruzioni);

b) la progettazione di manufatti in terra, di strutture di fondazione eopere di sostegno in zona sismica;

c) la progettazione delle fondazioni di macchine vibranti o di struttureparticolarmente sensibili alle azioni dinamiche e cicliche (struttureoffshore impianti eolici ecc );offshore, impianti eolici, ecc.);

d) l’esplorazione dei terreni con metodi geofisici;e) lo studio delle vibrazioni di origine antropica (traffico, esplosioni,…);f) la messa a punto di tecniche di miglioramento dei terreni con metodi

dinamici.

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In relazione agli effetti indotti dall’azione sismica si distinguono:

a) previsione del moto sismico (effetti indotti sul territorio - entità dell’azione sismica sulle costruzioni)


Effetti di amplificazione(‘effetti di sito’)

amplificazione (modificazioni) del moto sismico

grandi deformazioni e instabilità (collassi locali o generalizzati) nel terreno

Terreni stabili

Terreni instabili

Crolli di cavità

Ipocentro

Scorrimenti di faglia

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b) progettazione di manufatti in terra..…..in zona sismica

Esempi di verifiche di stabilità di rilevati arginali in condizioni sismichecon metodi pseudo-statici e metodi dinamici


ANALISI PSEUDOSTATICAANALISI PSEUDOSTATICAInput sismico: accelerazione massima (PGA) all’interno del rilevatoDati relativi al terreno: peso di volume e parametri di resistenzaRisultato: fattore di sicurezza (FS)

ANALISI DINAMICAInput sismico: accelerogramma in alcuni nodi del modelloDati relativi al terreno: peso di volume, leggi costitutive e criterio di rotturaRisultato: andamento di sforzi e deformazioni

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b) progettazione di …. opere di sostegno in zona sismicaEsempi di verifiche di stabilità di opere di sostegno in condizioni sismichecon metodi pseudo-statici e metodi dinamici


Momenti flettenti

Spostamenti orizzontali

Sforzi normali

Per i dati di input ed outputvalgono le stesse considerazionifatte per i manufatti in terra

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c) Progettazione delle fondazioni di macchine vibranti o di strutture particolarmente sensibili alle azioni dinamiche e cicliche (strutture offshore, impianti eolici, strutture leggere o molto alte, ecc.);


Per il progetto delle opere di fondazionedi macchine vibranti o di strutturesoggette ad azioni dinamiche e cicliche ènecessario conoscere le caratteristichedell’azione nonché il comportamento delterreno e della sovrastruttura in seguito atali azioni

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d) Esplorazione dei terreni con metodi geofisici

Esempio di prova sismica in sito di tipo down hole


I metodi geofisici permettono di determinare la velocità dipropagazione delle onde sismiche nel terreno. Per l’interpretazionedelle misure è indispensabile conoscere la teoria che sta alla basedella propagazione delle onde sismiche del terreno 3636

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e) Studio delle vibrazioni di origine antropica (traffico, esplosioni, ecc.)f) Messa a punto di tecniche di miglioramento dei terreni con metodi dinamici

Esempio di inizio dello scavo diuna galleria con tecnica delle Esempio di vibrocompattazione, o


una galleria con tecnica delleesplosioni (drill & blast)

p p ,vibroflottazione (basata sullariorganizzazione delle particelle diterreno in una configurazione piùdensa a mezzo di potenti vibratori)

È importante conoscere le modalità di propagazione delle perturbazioniindotte all’interno del terreno ed effettuarne il monitoraggio 3737

corso di: ingegneria geotecnica sismicaingegneria ...people.dicea.unifi.it/clau/1 introduzione...

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