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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


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


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


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


1138

3

17

29ROCK

STIFF

SOFT

VERY SOFT

?

stazioni accelerometriche in funzione del tipo di sottosuolo



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


0.001

0.01

0.1

1

PGA

(g)

M=5-5.5


0.01

0.1

1

PGA

(g)

M=5.5-6

ASB96 media +/- σ/2


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


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


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


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


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


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


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=


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


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



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


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


0.001

0.01

0.1

1

10

Aria

s in

tens

ity (m

/s)

M=5-5.5


0.001

0.01

0.1

1

10

Aria

s in

tens

ity (m

/s)

M=5.5-6


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


Fs ≥ 1 → Ky ≥ Keq

Fs < 1 → Ky ≤ Keq


( )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 < Keq Ky < Keq


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


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)


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

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