LINEA TRASVERSALE DI LINEA TRASVERSALE DI GEOTECNICA SISMICAGEOTECNICA SISMICA
Stefano Stefano AversaAversaUniversitUniversitàà degli Studi di Napoli degli Studi di Napoli ParthenopeParthenopeDipartimento per le Tecnologie Dipartimento per le Tecnologie Coordinatore della Linea Geotecnica Coordinatore della Linea Geotecnica
RERETE DEI TE DEI LLABORATORI ABORATORI UUNIVERSITARI NIVERSITARI DI DI IINGEGNERIA NGEGNERIA SSISMICAISMICA
11°° Workshop di CoordinamentoWorkshop di Coordinamento
Progetto Progetto ReLUISReLUIS--DPCDPC 20102010--20132013Trento, 7Trento, 7--8 Luglio 20118 Luglio 2011
LINEA GEOTECNICALINEA GEOTECNICAArea Tematica Linea Coordinatore Linea Task
Task 1.1.1 - Edifici in muratura e centri storici e beni culturali
Task 1.1.2 - Strutture in cemento armato ordinarie e prefabbricate
1.1 - Nuovi aspetti nella valutazione delle strutture
esistenti e degli interventi di adeguamento e valutazione
del rischio sismico del patrimonio costruito a scala
regionale
Manfredi
Task 1.1.3 - Strategie di riduzione del rischio a medio termine su scala regionale
AT-1 Strumenti per la valutazione e la
gestione del rischio del patrimonio costruito 1.2 - Sviluppo di approcci
agli spostamenti per la valutazione della
vulnerabilità Calvi - Sullivan …
… Task 2.1.1 - Strutture in cemento armato
Task 2.1.2 - Strutture in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo
Task 2.1.3 - Strutture in muratura
2.1 - Aspetti nella progettazione sismica delle
nuove costruzioni Zandonini
Task 2.1.4 - Strutture in legno Task 2.2.1 - Dighe in calcestruzzo
Task 2.2.2 - Ospedali e strutture sanitarie Task 2.2.3 - Impianti industriali, nucleari e lifelines
Task 2.2.4 - Componenti non strutturali
2.2 - Valutazione della vulnerabilità e del rischio
sismico di sistemi speciali Cosenza
Task 2.2.5 - Contenuti museali e aree archeologiche Task 2.3.1 - Sviluppo ed analisi di nuovi materiali per
l’adeguamento sismico (anche nuovi cls)
AT-2 Innovazioni normative e
tecnologiche in ingegneria sismica
2.3 - Innovazione tecnologica in ingegneria sismica Ascione - Serino
GE
OTE
CN
ICA
Task 2.3.2 - Sviluppo ed analisi di nuove tecnologie per l’adeguamento sismico
Task 3.1.1 - Reti temporanee Task 3.1.2 - Sistemi automatici di azione e Early
Warning 3.1 - Sviluppo di tecnologie
per il monitoraggio e gestione del rischio sismico
Gasparini - Ponzo
Task 3.1.3 - Monitoraggio Task 3.2.1 - Organizzazione e gestione della rete
territoriale di supporto tecnico al DPC Task 3.2.2 - Organizzazione e gestione dei sistemi di
supporto tecnico alla comunità professionale
AT-3 Tecnologie per il monitoraggio del
rischio e la gestione delle emergenze 3.2 - Servizi per la gestione
delle emergenze e rapid response
Prota, Pavese, Masi e Bursi
Task 3.2.3 - Organizzazione di banca dati di attività sperimentali svolte da RELUIS
La Linea GEOTECNICALa Linea GEOTECNICAéé articolata in 3 Macroarticolata in 3 Macro--TemiTemi
MT1 - Risposta Sismica Locale e Lifelines (Francesco Silvestri – UniNa)UR: Firenze, Politecnico di Torino, Napoli Federico II, Roma La Sapienza, Calabria, Molise, Politecnico di Bari, Politecnico di Milano, Eucentre
MT2 – Fondazioni superficiali e profonde (Renato Lancellotta – PoliTo)UR: Politecnico di Torino, Politecnico di Milano, Napoli Parthenope, SUN, Napoli Federico II, Calabria, Basilicata, Sannio
MT3 – Muri e paratie (Sebastiano Rampello – UniRoma1)UR: Napoli Federico II, Benevento, Messina, Padova, Pavia, Eucentre, Roma La Sapienza, Roma Tor Vergata, Napoli Parthenope, Cagliari, Politecnica delle Marche
LINEA TRASVERSALE GEOTECNICALINEA TRASVERSALE GEOTECNICA
Dove e con chi stiamoArea Tematica Linea Coordinatori Linea
SILVESTRI-LANCELLETTA-RAMPELLO Task
Task 1.1.1 - Edifici in muratura e centri storici e beni culturali
Task 1.1.2 - Strutture in cemento armato ordinarie e prefabbricate
1.1 - Nuovi aspetti nella valutazione delle strutture
esistenti e degli interventi di adeguamento e valutazione
del rischio sismico del patrimonio costruito a scala
regionale
Manfredi MT1 → SILVESTRI
MT2 → LANCELLOTTA: Fond. Sup., DENTE: Fond. su pali MT3 → SIMONELLI: Muri
Task 1.1.3 - Strategie di riduzione del rischio a medio termine su scala
regionale 1.2 - Sviluppo di approcci agli
spostamenti per la valutazione della vulnerabilità
Calvi – Sullivan …
Task 2.1.1 - Strutture in cemento armato
Task 2.1.2 - Strutture in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo
Task 2.1.3 - Strutture in muratura
2.1 – Aspetti nella progettazione sismica di
nuove costruzioni
Zandonini MT1 → AMOROSI
MT2 → DI PRISCO: Fond. Sup., MANDOLINI: Fond. su
pali MT3 → CASCONE: Muri,
CALLISTO: Paratie Task 2.1.4 - Strutture in legno Task 2.2.1 - Dighe in calcestruzzo Task 2.2.2 - Ospedali e strutture
sanitarie Task 2.2.3 - Impianti industriali,
nucleari e lifelines Task 2.2.4 - Componenti non strutturali
2.2 - Valutazione della vulnerabilità e del rischio sismico di sistemi speciali
Cosenza MT1
SANTUCCI DE MAGISTRIS
Task 2.2.5 - Contenuti museali e aree archeologiche
Task 2.3.1 - Sviluppo ed analisi di nuovi materiali per l’adeguamento
sismico (anche nuovi cls)
AT-1 Strumenti per la valutazione e la
gestione del rischio del patrimonio costruito
2.3 - Innovazione tecnologica in ingegneria sismica Ascione - Serino
GEO
TEC
NIC
A
Task 2.3.2 - Sviluppo ed analisi di nuove tecnologie per l’adeguamento
sismico
MacroMacro--Tema MT1 Tema MT1 Risposta sismica Locale e Lifelines
ATTIVITA’ DA SVOLGEREIl Macrotema MT1 è articolato in 4 task:
MT1.1 - proposte normative su classificazione sottosuolo ed effetti dell’amplificazione locale sulle azioni sismiche
MT1.2 - linee guida e codici per analisi di risposta sismica localeMT1.3 - problemi near-fault ed effetti delle discontinuità nel sottosuolo sulla risposta sismica localeMT1.4 - analisi sismica di lifelines e strutture interrate di supporto
Descrizione del lavoro e suddivisione in attività:
Ciascuno dei 4 task in cui si articola il macrotema vedrà il contributo delle UR indicate in tabella. I task fanno riferimento alle Aree Tematiche Reluis indicate in parentesi.
Uni
Na
Uni
Rom
a1
Pol
iTo
Pol
iMi
Euc
entre
Uni
Fi
Uni
Cal
Uni
Mol
Pol
iBa
MT1.1 - proposte normative: classificazione sottosuolo ed effetti dell’amplificazione locale sulle azioni sismiche (rif. AT2)
MT1.2 – linee guida e codici per analisi di risposta sismica locale (rif. AT1-2) MT1.3 – problemi near-fault ed effetti delle discontinuità nel sottosuolo sulla r.s.l. (rif. AT2)
MT1.4 – analisi sismica di lifelines e strutture interrate di supporto (rif. AT 2 - task 2.2.3)
MacroMacro--Tema MT1 Tema MT1 Risposta sismica Locale e LifelinesOBIETTIVI E RISULTATI PREVISTI
PoliBa - UniNa
UniMol
1.Linee guida per la valutazione delle azioni sismiche e degli effetti deformativi su tubazioni interrate.2.Linee guida per l’analisi dell’interazione sismica terreno/struttura/fluido e per la valutazione delle condizioni di stabilità di serbatoi idrici.
EuCentre - UniFi
UniNa – PoliMi
1.Linee guida per la valutazione degli effetti dovuti alla vicinanza di sorgenti sismiche e della presenza di discontinuità nel sottosuolo sull’analisi di risposta locale. 2.Linee guida per la valutazione delle azioni sismiche e dell’instabilità in presenza di cavità antropiche
UniCal - UniNa
UniRoma1 - UniCal -PoliBa - PoliMi
PoliTo – Eucentre
1.Metodi di calcolo innovativi per la definizione dell’input sismico e dell’analisi di sistemi monodimensionali terreno-struttura.2.Linee guida sull’uso di codici 1D, 2D, 3D per l’analisi di risposta sismica locale.3.Linee guida sulla valutazione dell’amplificazione locale con procedure affidabilistiche.
UniFi - UniRoma1 - PoliTo1.Proposte di criteri di classificazione per la definizione delle categorie di sottosuolo e per la valutazione dell’amplificazione locale
UR responsabili e collaborantiDeliverable
RISULTATI PREVISTI
Validazione analisi numeriche tramite confronti reciproci e con dati sperimentali
Redazione delle linee guida
Svolgimento attivitàsperimentali e numeriche
Stato dell’arte, scelta dei casi di studio, messa a punto dei modelli e dei codici
Mese 36Mese 24Mese 12
OBIETTIVI
MacroMacro--Tema MT1 Tema MT1 Risposta sismica locale e lifelines
MT1.1 - Proposte normative su classificazione sottosuoloed effetti dell’amplificazione locale sulle azioni sismiche (PoliTo, UniRoma1)
Bray & Rodriguez-Marek (1997) Pitilakis et al. (2004)
• Japanese Road Association (1990)• New Zealand Seismic Code (2004)• Cadet et al. (2008)
Classificazione basata su VS30+ periodo fondamentale
weak motion(M<5.5 o PGA<0.2g)
strong motion(M>5.5 o PGA>0.2g)
TTSS=4H/=4H/VVSS=cost=cost..
MacroMacro--Tema MT1 Tema MT1 Risposta sismica locale e lifelines
MT1.1 - Proposte normative su classificazione sottosuoloed effetti dell’amplificazione locale sulle azioni sismiche (PoliTo, UniRoma1)
Class C soil VS30 = 180 ÷ 360 m/s , H > 30 m
SS = 1.0111ag-0.2092
1
2
3
4
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
reference acceleration, ag (g)
ampl
ifica
tion
fact
or, S
s
.
Borcherdt (1994), Vs = 291 m/s
D.M. 14.I.2008
San Giuliano di Puglia
analisi RSL 1D su profili reali
analisi RSL 1D su profili virtuali
Power law (all dataset)
Verifica dei coefficienti SS
Ridefinizione classi di sottosuolo
Ricadute su Progetto Speciale RS1!!!
Determinazione delle componenti orizzontali e verticali del moto sismico di riferimentocorrispondente ad un assegnato moto in superficie(i.e. ‘deceonvoluzione’)
In corso di sviluppo un metodo originale che:- opera nel dominio delle frequenze - utilizza le matrici di trasferimento di Kausel & Roesset- individua la direzione di propagazione Ψ delle onde incidenti- trae spunto dalla tecnica HVSR di Nakamura (1989):
)()(
)()(
)()()(
fVfH
fAfA
fVfHfR
b
b
v
h ⋅==
Esj νsj βsj ρsj hj
1
2
j
•••
•••
n
incident waves
ψ
MacroMacro--Tema MT1 Tema MT1 Risposta sismica locale e lifelines
MT1.2 – Sviluppo di metodi innovativi per l’analisi di risposta locale (UniCal, UniNa, Eucentre, UniFi)
üg bedrock
ρ1, VS,1, ξ0,1, ϕ'1, c'1
ρr, VS,r
layer 1
layer j
layer n
ρj, VS,j, ξ0,j, ϕ'j, c'j
ρn, VS,n, ξ0,n, ϕ'n, c'ncn+mcn+m+1
cm+1
cj
cm
mn+m
mn+m+1
mm
mm+1
(...)
mj
(...)
rm+1
rj
rn+m
rm
kn+m
km+1
kj
km
hn+m
hm
hm+1
hj
Hst
Hb
m1
r1
k1h1
(...)
c1
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
5
10
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 1E-3 0.01 0.1 1 10
VS
[m/s]390
710
475
1250
Maximum shear strain, γ
max [%]
Maximum acceleration,a
max [g]
Dep
th a
t top
laye
r [m
]
Free field Soil + structuresponse
(b)
simplified framed structure
(c)
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
VS[m/s]
390
710
475
1250
Maximum acceleration [g]
Dep
th [m
]
EERANERAACST
(a)
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
(b)
Maximum shear strain [%]0 50 100 150 200 250 300
(c)
Maximun shear stess [kPa]
MacroMacro--Tema MT1 Tema MT1 Risposta sismica locale e lifelines
MT1.2 – Sviluppo di metodi innovativi per l’analisi di risposta locale (UniCal, UniNa, Eucentre, UniFi)
Sviluppo di un codice di calcolo per analisi non lineare 1D includenti meccanismi di scorrimento
MacroMacro--Tema MT1 Tema MT1 Risposta sismica locale e lifelines
MT1.3 – Effetti di discontinuità nel sottosuolo sulla risposta sismica locale (UniNa, Eucentre, UniFi)
Studi parametrici sull’influenza di cavità sotterraneesul moto sismico in superficie
FREE −
FIE
LD
Barriera a
100m 50m
QuietBoundary
Free
-Fie
ld
150m
c =10-50m
D=5-50m
Siltγ = 18 kN/m3
VS = 300 m/sD0 = 0.9 (%)
Limestoneγ = 22 kN/m3
VS = 1250 m/sD0 = 0.5 (%)
1Hz 5Hzλ
= 60
m
λ=
300
m
D=5m
D=30m
D=50m
150
m
-1
-0.5
0
0.5
1
0 5
v (m/s)
t (s)
0
0.5
1
1.5
1 5f (Hz)
0
0.5
1
-150 -100 -50 0 50 100 150
F HI
x [m]
c = 10m
D0 D5
D10 D15
D20 D25
D30 D35
D40 D45
D50
0
0.5
1
0.00 0.50 1.00
F PG
A
D/λ
c/lambda= 0.17c/lambda= 0.50c/lambda= 0.83
c/λ = 0.17c/λ = 0.50c/λ = 0.83
a)
00.5
11.5
2
0.00 0.50 1.00
L/λ
D/λ
c/lambda= 0.17c/lambda= 0.50c/lambda= 0.83
c/λ = 0.17c/λ = 0.50c/λ = 0.83
c)
Profili di attenuazione
Effetto di dimensioni e profonditàsu attenuazione e ‘zona d’ombra’
MacroMacro--Tema MT1 Tema MT1 Risposta sismica locale e lifelines
MT1.4 – Analisi sismica di lifelines e strutture interrate di supporto(UniMol, PoliBa)
Studi parametrici sul comportamento di serbatoi cilindrici rinterrati in funzione del riempimento
Tank 1 Tank 2
Vertical1 Vertical2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 2 4 6
z [m
]
a [g]
ssssfss2ssf2ssff
Tanks
0 1 2γ [%]
Tanks
γtank
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 60 120 180 240 300 360M
max
,dyn
[kNm
/m]
θ [°]
analytical ss ss2 ssf2 ssff
0 60 120 180 240 300 360
θ [°]
analytical ss ss2 ssf2 ssff
ss: un solo serbatoio vuotossf: un solo serbatoio pienoss2: due serbatoi vuotissf2: un serbatoio pieno + uno vuotossff: due serbatoi pieni
MacroMacro--Tema MT2 Tema MT2 Fondazioni superficiali e profonde
ATTIVITA’ SVOLTE O DA SVOLGERE
FONDAZIONI SUPERFICIALISviluppo di approcci basati sulla teoria del Macroelemento Opportunità di considerare la risposta accoppiataEdifici storici (rilevante interazione terreno-struttura): Riduzione della domanda, Valutazione degli spostamenti, Effetti del secondo ordineEdifici su base fissa vs. Edifici su fondazioni modellate con funzioni di impedenza
FONDAZIONI SU PALIModifica del segnale sismico dovuta alla presenza dei pali Edifici su base fissa vs. Edifici su fondazione modellate con funzioni di impedenzaInterazione cinematica palo-terreno: Importanza relativa di interazione cinematica e inerziale, Sovrapponibilità degli effetti di interazione, Prove su pali prototipi Valutazione delle prestazione sismica di fondazioni miste
MacroMacro--Tema MT2 Tema MT2 Fondazioni superficiali e profonde
FONDAZIONI SU PALIEdifici su base fissa vs. Edifici su fondazioni modellate con funzioni di impedenza
METODO DELLA DECOMPOSIZIONE DEGLI EFFETTI DI INTERAZIONE (Gazetas, 1984; Makris et al. 1996)
MacroMacro--Tema MT2 Tema MT2 Fondazioni superficiali e profonde
FONDAZIONI SUPERFICIALIEdifici su base fissa (FIXED BASE) vs. Edifici su fondazioni modellate con funzioni di impedenza (COMPLIANCE BASE)
Compliance Model of a coupled wall-frame structure(da Carbonari et al. 2009)
Lumped Parameter Model(Wolf 1994)
MacroMacro--Tema MT2 Tema MT2 Fondazioni superficiali e profonde
FONDAZIONI SUPERFICIALIEdifici su base fissa vs. Edifici su fondazioni modellate con funzioni di impedenza
Confronto fra risultati espressi in termini di: 1. Spostamenti d’interpiano2. Domanda di duttilità3. Forza di taglio alla base 4. Evoluzione del meccanismo di dissipazione
↓
ELEMENTI INNOVATIVI DA INTRODURRE NELLA NORMATIVA
MacroMacro--Tema MT2 Tema MT2 Fondazioni superficiali e profonde
FONDAZIONI SUPERFICIALI (Polito, Polimi)Interazione terreno struttura per edifici monumentali Esempio: TORRE GHIRLANDINA (Modena), h = 87 m, B = 10.8 m
Fondazioni costituita da un blocco con molle verticali e orizzontali
Modelli di interazione più avanzati nel 2° anno
Effetti sull’evoluzione degli spostamenti associati a problemi di Stabilità dell’Equilibrio
MacroMacro--Tema MT2 Tema MT2 Fondazioni superficiali e profonde
FONDAZIONI SU PALIPer casi di edifici ricorrenti:Edifici su base fissa vs. Edifici su fondazioni modellate con funzioni di impedenza La valutazione delle funzioni di impedenza è più complicata. Si possono ‘adattare’ soluzioni analitiche in forma chiusa, valide per strato omogeneo (Gazetas, 1984; 1991; Dobry e Gazetas, 1988; Makris e Gazetas, 1992), al caso di terreno stratificato (Mylonakis, 1997) o in alternativa analisi numeriche nel dominio delle frequenze.
Lumped Parameter Model(Wolf 1994)
Matrice funzioni d’impedenza
MacroMacro--Tema MT2 Tema MT2 Fondazioni superficiali e profonde
FONDAZIONI SU PALIAnalisi preliminare d’interazione cinematica per il FIM (Foundation Input Motion), da applicare alla fondazione con le sua impedenza
Evidenza sperimentale della modifica del segnale sismico (Gazetas, 1984)
I pali ‘filtrano’ le componenti di elevata frequenza
MacroMacro--Tema MT2 Tema MT2 Fondazioni superficiali e profonde
FONDAZIONI SU PALIAnalisi preliminare d’interazione cinematica per il FIM (Foundation Input Motion), da applicare alla fondazione con la sua impedenza
Studi parametrici condotti da SUN, UniParthenope e UniCAL
0
2
4
6
8
0 1 2 3 4Periodo [s]
S a [m
/s2 ]
FREE FIELD FONDAZIONE
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4Periodo [s]
Sa [
m/s
2 ]
FREE FIELD FONDAZIONE
0.000.200.400.600.801.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Am
piez
za F
ouri
er
[m/s
]
f (Hz)
STURNO
TOLMEZZO
0.000.200.400.600.801.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Am
piez
za F
ourie
r [m
/s]
f (Hz)
BORGO CERRETO
NORCIA UMBRA
MacroMacro--Tema MT2 Tema MT2 Fondazioni superficiali e profonde
FONDAZIONI SU PALIInterazione cinematica palo-terreno.Importanza relativa di interazione cinematica e inerziale (SUN)Sperimentazione su tavola vibrante (Univ. Of Bristol), Effetti della non linearità sull’interazione cinematica palo terreno (UniSannio)
Sezione trasversale Pianta
MacroMacro--Tema MT2 Tema MT2 Fondazioni superficiali e profondeOBIETTIVI E RISULTATI PREVISTI
Validazione analisi numeriche tramite confronti reciproci e con dati sperimentali
Redazione delle linee guida
Attività sperimentali e numeriche
Stato dell’arte, scelta dei casi di studio, messa a punto dei modelli e dei codici
Mese 36Mese 24Mese 12
OBIETTIVI
UniPARHTENOPE-SUN-UniCAL-UniNA-
UniSANNIO-UniBAS
1.FONDAZIONI SU PALI 2.1. Individuazione dei limiti delle analisi a base fissa. Linee Guida sulle metodologie di analisi dei sistemi accoppiati terreno-fondazione struttura. 3.2. Individuazione di strategie di riduzione del rischio sismico basate sulla combinazione delle capacità dissipative della struttura e del sistema fondazione-terreno4.3. Campi di applicabilità dei criteri semplificati per la previsione degli effetti di interazione cinematica. Linee Guida sulla valutazionedell’interazione cinematica palo-terreno.
PoliTo-PoliMi-UniCT-UniPARTHENOPE
FONDAZIONI SUPERFICIALI – EDIFICI STORICI:• 1. Strategie di omogeneizzazione di situazioni stratigrafiche
complesse• 2. Non linearità e accoppiamento • 3. Individuazione dei limiti delle analisi a base fissa
UR responsabili e collaborantiDeliverable
RISULTATI PREVISTI
MacroMacro--Tema MT3 Tema MT3 Muri di sostegno e paratie
MURI Criteri di intervento per il miglioramento e l’adeguamento sismico di muri di sostegno esistenti (UniMe, UniNa, UniPV-EUcentre)
Analisi pseudostatica e dinamica di muri a mensola e a gravità e definizione di soglie di spostamento ammissibile (UniMe, UniNa, UniPV-EUcentre)
PARATIEStudio del comportamento sismico di paratie multi-vincolate e criteri di dimensionamento (UniRoma1, UniRoma2, UniCa, UniParthenope, Politecnicadelle Marche)
Criteri di gerarchia delle resistenze per paratie con più livelli di ancoraggio e per paratie con più livelli di puntone (UniRoma1, UniRoma2, UniCa, UniParthenope, Politecnica delle Marche)
OPERE IN TERRA RINFORZATEValutazione delle capacità dissipative interne delle opere in terra rinforzata (UniPD, UniRoma1)Criteri di parametrizzazione degli stati limite di esercizio per le opere in terra rinforzata (UniPD, UniRoma1)
ATTIVITA’ DA SVOLGERE
- resistenze molto elevate- eventi sismici severi
es: VN = 50 anni, CU = 1.0località:
Benevento
0.35-0.409755SLC
0.25-0.2847510SLV
ag(g)
TR(anni)
PVR(%)
in presenza di isolatori: SLC
Spalle di ponti
È da evitare la formazione di cerniere plastiche nei pali di fondazione. Qualora non fosse possibile escluderne la formazione, le corrispondenti sezioni devono essere progettate per un comportamento duttile e opportunamente confinate. (…)
mancano criteri di verifica
verifiche- in termini di forze
- in termini di forzeconvenzionali
kh = β amax/gq
0 1 2 3 4T (s)
0
0.2
0.4
0.6
Sa
spettro elastico di rispostaspettro di progetto (q = 3.12)
- in termini di prestazionispostamentidomanda di duttilità
resi
sten
za m
obili
tata
NTC: 7.2.5 Requisiti strutturali degli elementi di fondazione
Spalle di ponti
- individuazione meccanismo- valutazione accelerazione critica- calcolo spostamenti (Newmark)- valutazione domanda di duttilità
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=θ −
min-y
1max tan
zu
p
maxmax l
θ=ψ
y
max
ψψ
=χ
ψy ψ
M
verifiche in termini di prestazioniSpalle di ponti
studio parametrico
30°ϕr
0.5βW
0.5αW
0.75η
0.8βQ
0.2αQ
0kQ/k
0.70
0.08c/D
0.005Ω
0.075fc/fy
0.01
1γeq/γt
3sT/D
10H/D
5n
c
eq
fHγ
BHQ
eqγ
101t
u −=γ DC
2.14.0tantan
r
t −=ϕϕ
σc/fc = 0.2
Spalle di ponti
0 2 4 6 8 10
Cu / γ D
0
0.2
0.4
k c
z y /
D0.4 0.6 0.8 1 1.2
tan ϕt / tan ϕr
0
0.2
0.4
k c
z y /
D
10
5
0
10
5
0
effetto della resistenza dei terreni di fondazione
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=θ −
min-y
1max tan
zu
max
ckkA
eBu−
⋅=
Spalle di ponti
MacroMacro--Tema MT3 Tema MT3 Muri di sostegno e paratie
PARATIEProgramma Sperimentale di Prove in Centrifuga all’Università di Cambridge, in continuità con ReLUIS 2005-2008, MIUR-PRIN 2007, SERIES (UniRoma2, UniParthenope)
OBIETTIVIOBIETTIVI
6,3 cm
20 cm
15 c
m
20 c
m
25 c
m
ACC7
ACC1
ACC6
ACC5
ACC8
LVDT4
LVDT1
LVDT2
LVDT3 L1/L2
M2/M4
M1/M3
ACCELEROMETER
LVDTLOAD-CELLMEM-ACCELEROMETER
ACC2
ACC3
ACC4
67,5 cm
40 c
m
LC1/LC2
ACCELEROMETER
LVDTLOAD-CELL
LVDT1
LVDT2
ACC7
ACC8
ACC9
ACC14
ACC13
ACC12
ACC11ACC10ACC15
ACC6
ACC5
ACC4 ACC1
ACC2
ACC3
67,5 cm
40 c
m
20 c
m26
cm
15 cm
14 c
m
6,3 cm
ReLUIS 2005-2008 MIUR PRIN 2007
MacroMacro--Tema MT3 Tema MT3 Muri di sostegno e paratie
PARATIEProgramma Sperimentale di Prove in Centrifuga all’Università di Cambridge, in continuità con ReLUIS 2005-2008, MIUR-PRIN 2007, SERIES (UniRoma2, UniParthenope)
OBIETTIVIOBIETTIVI
LC1/LC2
ACCELEROMETER
LVDTLOAD-CELL
LVDT1
LVDT2
ACC7
ACC8
ACC9
ACC14
ACC13
ACC12
ACC11ACC10ACC15
ACC6
ACC5
ACC4 ACC1
ACC2
ACC3
67,5 cm
40 c
m
20 c
m26
cm
15 cm
14 c
m
6,3 cm
MIUR PRIN 2007
-20
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180u1
(mm
)
EQ1 EQ2EQ3 EQ4EQ5
-20
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
time (s)
u2 (m
m)
EQ1 EQ2EQ3 EQ4EQ5
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
acc2
(g)
EQ1 EQ2EQ3 EQ4EQ5
Input sismicoSpostamenti LVDT
MacroMacro--Tema MT3 Tema MT3 Muri di sostegno e paratie
PARATIEProgramma Sperimentale di Prove in Centrifuga all’Università di Cambridge, in continuità con ReLUIS 2005-2008, MIUR-PRIN 2007, SERIES (UniRoma2, UniParthenope)
OBIETTIVIOBIETTIVI
LC1/LC2
ACCELEROMETER
LVDTLOAD-CELL
LVDT1
LVDT2
ACC7
ACC8
ACC9
ACC14
ACC13
ACC12
ACC11ACC10ACC15
ACC6
ACC5
ACC4 ACC1
ACC2
ACC3
67,5 cm
40 c
m
20 c
m26
cm
15 cm
14 c
m
6,3 cm
MIUR PRIN 2007
0
2
4
6
8
10
12-300-250-200-150-100-500
RESIDUAL BMLEFT WALL
z (m
)
EQ1 EQ2EQ3 EQ4EQ5
M (kNm/m)
0
2
4
6
8
10
12-300-250-200-150-100-500
MAXIMUM BMLEFT WALL
z (m
)
0
2
4
6
8
10
12-300 -250 -200 -150 -100 -50 0
RESIDUAL BMRIGHT WALL
M (kNm/m)
0
2
4
6
8
10
12-300 -250 -200 -150 -100 -50 0
MAXIMUM BMRIGHT WALL
Momenti flettenti permanenti e massimi
MacroMacro--Tema MT3 Tema MT3 Muri di sostegno e paratie
Mese 12 Mese 24 Mese 36
MILESTONES
Determinazione delle spinte e procedure di analisi agli spostamenti per muri di sostegno
Sperimentazione su tavola vibrante (muri) e in centrifuga (paratie)
Metodi di progetto prestazionali di muri di sostegno a gravità e in terra rinforzata
Definizione di approcci per il dimensionamento sismico di paratie multivincolate
RISULTATI ATTESI
• Metodi semplificati per la valutazione della stabilità sismica di muri di sostegno
• Metodi di verifica agli stati limite di muri in terra rinforzata
• Dimensionamento sismico di paratie con più livelli di vincolo secondo un approccio prestazionale
THE ISMGEO GEOTECHNICAL CENTRIFUGETHE ISMGEO GEOTECHNICAL CENTRIFUGEBEAM CENTRIFUGE BEAM CENTRIFUGE CHARACTERISTICSCHARACTERISTICS
MODEL MODEL CHARACTERISTICSCHARACTERISTICS
PAYLOAD......................4 kNPAYLOAD......................4 kNCAPACITY.............240 g-tonCAPACITY.............240 g-tonARM’S RADIUS...............3 mARM’S RADIUS...............3 m
LIMITING SPEED........600 gLIMITING SPEED........600 g
NOMINAL RADIUS........2 mNOMINAL RADIUS........2 mDIMENSIONS....1x0.8x0.5 mDIMENSIONS....1x0.8x0.5 m
ROTATION AXIS
ROTATING ARM
MODEL
COUNTERWEIGHT
-0.4-0.2
00.20.4
0 20 40 60 80 100 120 140 t (s)
a (g)PROTOTYPEPROTOTYPE
-20-10
01020
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3t (s)
a (g)
SCALE FACTORSlinear dimension: L* = N acceleration: a* = N-1 frequency: f* = N-1
velocity: v* = 1 time (dynamic): t* = N time (diffusion): t* = N2
Heartquake cycles f A t Prototype 10 1 0,1 m 10 s
Model 10 50 2 mm 0,2 s
DYNAMIC PROCESSESDYNAMIC PROCESSES
MODEL N=50MODEL N=50
N=50N=50
SHAKING TABLE TECHNICAL FEATURES
SHAKER CHARACTERISTICS:NUMBERS DEGREE OF FREEDOMNUMBERS DEGREE OF FREEDOM 11MAX OPERATING FREQUENCYMAX OPERATING FREQUENCY 1000 Hz1000 HzMAX CENTRIFUGE ACCELERATIONMAX CENTRIFUGE ACCELERATION 100 g100 gPEAK VELOCITYPEAK VELOCITY 0.9 0.9 m/sm/sPEAK DISPLACEMENTPEAK DISPLACEMENT 12.5 mm12.5 mmMOVING MASSMOVING MASS 3.5 KN3.5 KNNO LOAD ACCELERATION (max)NO LOAD ACCELERATION (max) 50 g50 gLOAD ACCELERATIONLOAD ACCELERATION 15 g15 g
MODEL CHARACTERISTICS :NOMINAL RADIUS TO THE MODELNOMINAL RADIUS TO THE MODEL 2 m2 mDIMENSIONSDIMENSIONS 1x0.8x0.5 m1x0.8x0.5 mMODEL MASS (max)MODEL MASS (max) 3 ,5 KN3 ,5 KN
ADVANTAGES:• NO CORIOLIS EFFECT
• CENTRIFUGE ARM AS SISMIC MASS
• HIGH LOAD AND FREQUENCY RESPONSE CAPABILITY
• OPERATE SEVERAL TIMES DURING THE SAME FLIGHT
SHAKING TABLE TECHNICAL PERFORMANCE
0.01
0.1
1
10
100
1 10 100 1000 10000Frequency (Hz)
Acc
eler
atio
n (g
)
3,50 kN load acceleration= 15 gNo load acceleration > 50 g
PROVE IN CENTRIFUGAPROVE IN CENTRIFUGABOLOGNABOLOGNA
3.5.20113.5.2011
Strumentazione:5 accelerometri2 trasduttori cedimenti verticali1 trasduttore roto-traslazionaleAccelerogrammi input:Da amplificazione sismica Ferrara
Terreno = limi e sabbie prelevati in sito nel corpo arginale (localitàFerrara –Bondeno)
Fattore di scala geometrica:N = 50
PROVE IN CENTRIFUGAPROVE IN CENTRIFUGABOLOGNABOLOGNA
3.5.20113.5.2011
Accelerogrammi input:Dataset 2 (Marcellini-Albarello) = input su substrato rigidoAmplificazione locale Ferrara = input piano campagna orizzontale
am = 50ap
fm =fp/50
input tavolaprestazione tavola
PROVE IN CENTRIFUGAPROVE IN CENTRIFUGABOLOGNABOLOGNA
3.5.20113.5.2011
input tavolaprestazione tavola
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8
a [g]
t [s]
Accelerogrammi input:Dataset 2 (Marcellini-Albarello) = input su substrato rigidoAmplificazione locale Ferrara = input piano campagna orizzontale
am = 50ap
fm =fp/50
prestazione tavolainput tavola
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6
a [g]
t [s]
prestazione tavolainput tavola
-30-20-10
0102030
a [g]
-30-20-10
0102030
a [g]
-30
-20
-10
0
10
20
30
2.35 2.4 2.45 2.5 2.55 2.6
a [g]
t [s]
input piano campagna(+/- 14g) accelerometri
scala modello
acc 1 (4 cm = + 2 m da p.c.)
acc 3 (12 cm = + 6 m da p.c.)
acc 5 (20 cm = + 10 m da p.c.)
Rilevato H = 20 cm (10 m), B = 75 cm (37.5 m), b = 14 cm (7 m), α = 33°
+16g
-17g
+25g
-25g
+30g
-30g
15 cm15 cm
20.4 cm20.4 cm
α=37°α=37°
STABILISED TICINO SAND PROPERTIES:φcv’ = 34°c’ = 15 kPa
INSTRUMENTED EMBANKMENT
INSTRUMENTED EMBANKMENT
H=7.5 mH=7.5 m
L=10.2 mL=10.2 m
α=37°α=37°
LB=30.2 mLB=30.2 m
LVDT
TOP ACCELOROMETER
BASE ACCELOROMETER
PROTOTYPE DIMENSIONS:
DESCRIPTION OF THE PROOF TESTDESCRIPTION OF THE PROOF TEST
N= 50N= 50
FS= 2FS= 2
RIGID BASERIGID BASE
EMBANKMENT STATIC STABILITYEMBANKMENT STATIC STABILITY
DESCRIPTION OF THE PROOF TESTDESCRIPTION OF THE PROOF TEST
INPUT RESPONCE SPECTRUMINPUT RESPONCE SPECTRUM
TARGET
CONTROLLER
TARGET
CONTROLLERINPUT TIME HISTORYINPUT TIME HISTORY
model prototypeamax 20.6g 0.4g
t 3s 150s
model prototypeamax 20.6g 0.4g
t 3s 150s
N= 50N= 50
DESCRIPTION OF THE PROOF TESTDESCRIPTION OF THE PROOF TEST
1.5 cm (0.75 m)1.5 cm (0.75 m)
LVDT
TOP ACCELEROMETER
SHOCK DIRECTIONSHOCK DIRECTION
H=15 cmH=15 cm
α=37°α=37° α=34°α=34°
L=20.4cmL=20.4cm
DESCRIPTION OF THE PROOF TESTDESCRIPTION OF THE PROOF TEST
TOP SIGNAL
BASE SIGNAL
DESCRIPTION OF THE PROOF TESTDESCRIPTION OF THE PROOF TESTSIGNAL SPECTRASIGNAL SPECTRA
TIME HISTORIESTIME HISTORIESTOP
ACCELOROMETER
BASE ACCELOROMETER
TARGET
N= 50N= 50