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XXV CONVEGNO NAZIONALE DI GEOTECNICA"La Geotecnica nella difesa del territorio e delle infrastrutture dalle calamità naturali“
BAVENO 04-06 giugno 2014
ing. Thomas Frenez thomas.frenez@theincline.it
dott. Andrea Danzi andrea.danzi@rockfalldefence.com
ing. Mauro Vecchiotti mauro.vecchiotti@gmail.com
UN NUOVO APPROCCIO PER LA PROGETTAZIONE DI RILEVATI PARAMASSI IN TERRA RINFORZATA
Il progetto di Chizzola (ALA, TN)
www.theincline.it
www.rockfalldefence.com
XXV CONVEGNO NAZIONALE DI GEOTECNICASlide 1
1 – RILEVATI PARAMASSI
- Breve introduzione
- Strategie di progettazione applicate nella pratica professionale
- Problematiche connesse
2 – APPROCCIO ALTERNATIVO AL DIMENSIONAMENTO
- Introduzione del metodo di calcolo
3 – APPLICAZIONE: IL RILEVATO DI ALA (TN)
- Introduzione al progetto
- Applicazione del metodo di calcolo
- Inquadramento NTC08
- Confronto con altri approcci
4 – POTENZIALITA’ E LIMITI DEL METODO
- Possibilità di ulteriori sviluppi
CONTENUTI DELLA PRESENTAZIONE
XXV CONVEGNO NAZIONALE DI GEOTECNICASlide 2
RILEVATI PARAMASSI - Introduzione
Opera in terra rinforzata a presidio di protezione contro la caduta massi
Scelta vantaggiosa in molteplici situazioni:
• Possibilità di fare fronte a impatti con elevata energia
• Veloci da realizzare
• Facile rinverdimento = ridotto impatto ambientale
• Minima manutenzione (a meno di forte danneggiamento)
• L’impiego della terra rinforzata consente di raggiungere altezze notevoli limitando gli ingombri
Si oppongono all’impatto dissipando
energia per deformazione
(fonte: www.slope.it)
XXV CONVEGNO NAZIONALE DI GEOTECNICASlide 3
RILEVATI PARAMASSI - Dimensionamento
Opera semplice Progettazione complessa!
PENETRAZIONE
(di Prisco & Vecchiotti, 2010)
FORZA IMPATTOSPOSTAMENTO IRREVERSIBILE
(fonte: www.tenax.net) (fonte: www.tenax.net)
Impatto = evento IMPULSIVO
-------
Analizzare il comportamento DINAMICO dell’opera NON E’ SEMPLICE!
XXV CONVEGNO NAZIONALE DI GEOTECNICASlide 4
RILEVATI PARAMASSI - Dimensionamento
Opera semplice Progettazione complessa!
Dati NOTI:
- Geometria dell’opera
- Materiali utilizzati
- Impatto “di progetto” (massa, dimensioni, velocità, posizione etc)
Grandezze DA CALCOLARE:
- Forza scambiata all’impatto
- Penetrazione nel paramento di monte + Spostamento del paramento di valle = DANNEGGIAMENTO
Penetrazione
Spostamento irreversibile
(di Prisco & Vecchiotti, 2010)
FORZA IMPATTO
XXV CONVEGNO NAZIONALE DI GEOTECNICASlide 5
RILEVATI PARAMASSI - Dimensionamento
Approcci di calcolo più comunemente utilizzati
STIMA DELLA FORZA DI IMPATTO
Formulazioni empiriche, per es.
FMAX = 1.765 x ME2/5 x R1/5 x W3/5 x H3/5 (Labiouse et al, 1994)
FMAX = 2.80 x s-1/2 x ME2/5 x R0.70 x tanΦ’ x (mv2/2)3/5 (UNI12111-4)
STIMA DELLA PENETRAZIONE (MONTE)
Formulazioni balistiche25.1
31.2
25.1
1000
27183
⋅
⋅
⋅⋅= V
d
m
E
EN
YZ
S
(Kar, 1978)
OPPURE Conservazione dell’Energia
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RILEVATI PARAMASSI - Dimensionamento
ALCUNI LIMITI degli approcci citati
FORZA DI IMPATTO • Formulazioni generalmente calibrate da dati sperimentali in piccola o media scala possibili errori per elevati contenuti energetici
• Formulazioni generalmente ottenute per impatti in verticale su strati orizzontali possibili errori dovuti all’inclinazione del paramento e del vettore velocità
• Conservazione dell’energia, non si tiene conto della reale geometria del sistema possibili errori dovuti all’approssimazione del calcolo
PENETRAZIONE • Utilizzo di correlazioni estrapolate da prove di tipo balistico non si tiene conto correttamente delle caratteristiche meccaniche del terreno e soprattutto delle geogriglie
• Utilizzo di parametri difficilmente ottenibili se non con costruzioni teoriche (es. Y = resistenza compressione non confinata del terreno) ulteriori approssimazioni
XXV CONVEGNO NAZIONALE DI GEOTECNICASlide 7
APPROCCIO ALTERNATIVO – di Prisco & Vecchiotti (2003)
DISACCOPPIAMENTO DEL FENOMENO
LIVELLO LOCALE
LIVELLO GLOBALE
Analisi a LIVELLO LOCALE: IMPATTO CONTRO IL PARAMENTO DI MONTE
Utilizzo del modello BIMPAM(di Prisco & Vecchiotti, 2006; 2010)
Simulazione dell’andamento nel tempo della FORZA DI IMPATTO e della CINEMATICA del GRAVE
(vettori accelerazione, velocità e spostamento)
Significa calcolare simultaneamente
FORZA di IMPATTO
PENETRAZIONE DEL GRAVE
EVENTUALE TRAIETTORIA DI RIMBALZO
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APPROCCIO ALTERNATIVO – di Prisco & Vecchiotti (2003)
PERFORMANCES DEL MODELLO
SIMULAZIONE prove sperimentali(Labiouse et al, 1994)
BIMPAM = Modello reologico visco-plastico, basato sul concetto di macro-elemento
(Nova & Montrasio, 91)
Possono essere simulati impatti che avvengono in qualsiasi direzione contro strati di qualsiasi inclinazione
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APPROCCIO ALTERNATIVO – di Prisco & Vecchiotti (2003)
DISACCOPPIAMENTO DEL FENOMENO
LIVELLO LOCALE
LIVELLO GLOBALE
Analisi a LIVELLO GLOBALE: INNESCO DI UN MECCANISMO DI ROTTURA GLOBALE
Calcolo della massima sollecitazione sostenibile dal rilevato:Analisi di meccanismi 3D all’interno dell’opera
• schematizzazione semplificata, equilibrio limite• blocco che si muove rigidamente su una superficie di scorrimento inclinata (calcolo del meccanismo più probabile)• dimensioni legate alla geometria del masso• si tiene conto del contributo delle geogriglie trasversali e longitudinali• si tiene conto della resistenza allo scorrimento sulle superfici laterali
Se FIMPATTO > FCRITICA si innesca il meccanismo globale
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APPROCCIO ALTERNATIVO – di Prisco & Vecchiotti (2003)
DISACCOPPIAMENTO DEL FENOMENO
LIVELLO LOCALE
LIVELLO GLOBALE
Analisi a LIVELLO GLOBALE: INNESCO DI UN MECCANISMO DI ROTTURA GLOBALE
Calcolo dello spostamento subito dal meccanismo globale (DANNEGGIAMENTO IRREVERSIBILE DELL’OPERA)
METODO DI NEWMARK
Fase 1 (Locale): Penetrazione paramento di monte (vBLOC>0, vMECC=0)
Fase 2 (Transizione): Penetrazione paramento + Meccanismo globale (vBLOC>0, vMECC>0, vBLOC≠ vMECC)
Fase 3 (Globale): Meccanismo globale e blocco solidali (vBLOC= vMECC>0)
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APPLICAZIONE DEL METODO: IL RILEVATO DI ALA (TN)
Descrizione dell’intervento
Area storicamente soggetta a distacchi e fenomeni franosi
ULTIMO EVENTO DIC-2010: circa 40mc di materiale si sono staccati da quota 240m asl raggiungendo la quota 180m
asl (fondovalle)
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APPLICAZIONE DEL METODO: IL RILEVATO DI ALA (TN)
Descrizione dell’intervento
Area 2
Area 1
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APPLICAZIONE DEL METODO: IL RILEVATO DI ALA (TN)
Descrizione dell’intervento
Serie di BARRIERE PARAMASSI E=1000-2000-3000 kJ
+
RILEVATO PARAMASSI in terra rinforzata E= 3800kJ
FINANZIAMENTO:
Servizio Prevenzione Rischi
Provincia Autonoma di Trento
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APPLICAZIONE DEL METODO: IL RILEVATO DI ALA (TN)
ANALISI delle TRAIETTORIE
IMPATTO DI PROGETTO
Massa blocco = 5500kg
Raggio equiv. = 0.81m
Velocità impatto = 37.18 m/s
Inclinazione = 30°
Energia = 3800 kJ
Altezza dal piede = 3.10m
Descrizione dell’intervento
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APPLICAZIONE DEL METODO: IL RILEVATO DI ALA (TN)
ANALISI delle TRAIETTORIE Verifica dell’altezza del rilevato
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APPLICAZIONE DEL METODO: IL RILEVATO DI ALA (TN)
Applicazione del Metodo di Calcolo: analisi LOCALE
0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2t e m p o ( s )
0
2 0 0 0
4 0 0 0
6 0 0 0
8 0 0 0
Fo
rza
di I
mp
atto
(kN
)
F O R Z A D I I M P A T T O
0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2
t e m p o ( s )
- 1
- 0 . 5
0
0 . 5
1
1 . 5
Sp
ost
am
en
to (
m)
C o m p o n e n t id i r e z i o n e o r i z z o n t a l e
d i r e z i o n e v e r t i c a l e
P E N E T R A Z I O N E D E L B L O C C O
- 1 - 0 . 8 - 0 . 6 - 0 . 4 - 0 . 2 0
s p o s t . O R I Z Z O N T A L E ( m )1 . 2
0 . 8
0 . 4
0
spo
st. V
ER
TIC
AL
E (
m)
P E N E T R A Z I O N E D E L B L O C C O - T R A I E T T O R I A
(www.tenax.net)
Prova di impatto, scala reale (Oggeri & Peila, 1999)
BIMPAMCALIBRAZIONE PARAMETRI
DEL MODELLO
BIMPAMSIMULAZIONE IMPATTO DI
PROGETTO
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APPLICAZIONE DEL METODO: IL RILEVATO DI ALA (TN)
Applicazione del Metodo di Calcolo: analisi GLOBALE
0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2t e m p o ( s )
0
2 0 0 0
4 0 0 0
6 0 0 0
8 0 0 0
Fo
rza
di I
mp
atto
(kN
)
F O R Z A D I I M P A T T O
Calcolo della minima forza resistente in funzione
dell’inclinazione del meccanismo di rottura
FCRITICA
FIMPATTO > FCRITICA
METODO di NEWMARK: Massimo spostamento orizzontale = 7cm circa
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APPLICAZIONE DEL METODO: IL RILEVATO DI ALA (TN)
Applicazione del Metodo di Calcolo: UN CENNO ALLE NTC08
STATO LIMITE DI ESERCIZIO ......121 ++++ kQPGGCombinazione di carico RARA:• coefficienti per le azioni unitari• unica azione esterna di interesse è quella variabile
Occorre FISSARE DEI LIMITI di accettabilità per
PENETRAZIONE A MONTE
SPOSTAMENTO A VALLE
IPOTESI: sono accettabili spostamenti massimi pari al 30% della sezione del rilevato in corrispondenza del punto di impatto
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APPLICAZIONE DEL METODO: IL RILEVATO DI ALA (TN)
Confronto con altri metodi di calcolo
CALCOLO DELLA MASSIMA FORZA DI IMPATTOBIMPAM: Fmax = 7566 kN
LAB 94: Fmax = 9394 kN (*) + 25%
0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2t e m p o ( s )
0
2 0 0 0
4 0 0 0
6 0 0 0
8 0 0 0
Fo
rza
di I
mp
atto
(kN
)
F O R Z A D I I M P A T T O
(*) con ME = 10 MPa
(**) con E/ES = 0.24; Y = 200 kPa
CALCOLO DELLA MASSIMA PENETRAZIONEBIMPAM: sMAX = 88 cm
KAR 78: sMAX = 160 cm (**) + 82%
0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2
t e m p o ( s )
- 1
- 0 . 5
0
0 . 5
1
1 . 5S
po
sta
me
nto
(m
)C o m p o n e n t i
d i r e z i o n e o r i z z o n t a l e
d i r e z i o n e v e r t i c a l e
P E N E T R A Z I O N E D E L B L O C C O MAX PENETRAZIONE E’ ACCETTABILE?
sLIM = 364cm x 30% = 109cm
Il risultato ottenuto con KAR78 non è accettabile
e costringerebbe a modificare il rilevato
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POTENZIALITA’ E LIMITI DEL METODO
Necessità di nuovi sviluppi
PUNTI DI FORZA
• Il modello è semplice da comprendere e da utilizzare
• Nonostante il modello BIMPAM sia basato su numerosi parametri (molti dei quali di facile reperibilità), una adeguata calibrazione basata su dati sperimentali consentirebbe di creare ABACHI di utilizzo immediato
• Il calcolo delle forze resistenti con l’equilibrio limite e degli spostamenti con il metodo di Newmark sono di semplice implementazione
NECESSITA’ DI NUOVI SVILUPPI
• Un adeguato studio sperimentale porterebbe a definire le caratteristiche del meccanismo globale più realistico e ad automatizzare il calcolo di forza resistente e spostamenti
• Un adeguato studio sperimentale porterebbe a modificare il modello BIMPAM per tenere adeguatamente conto della presenza delle geogriglie
NECESSITA’ DI ULTERIORI DATI SPERIMENTALI IN VERA GRANDEZZA
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GRAZIE PER L’ATTENZIONEGRAZIE PER L’ATTENZIONE
www.theincline.it
www.rockfalldefence.com