progetto di ricerca n. 6 metodi innovativi per la ... · • opere: galleria, ... d l s...

Progetto di Ricerca n. 6

METODI INNOVATIVI PER LA PROGETTAZIONE DI OPERE DI SOSTEGNO E LAMETODI INNOVATIVI PER LA PROGETTAZIONE DI OPERE DI SOSTEGNO E LAMETODI INNOVATIVI PER LA PROGETTAZIONE DI OPERE DI SOSTEGNO E LA

VALUTAZIONE DELLA STABILITAVALUTAZIONE DELLA STABILITAVALUTAZIONE DELLA STABILITA’’’ DEI PENDIIDEI PENDIIDEI PENDII

6.1 – Scavi profondi a cielo aperto in ambiente urbano e gallerie metropolitaneStefano Aversa

6.2 – Costruzioni in sotterraneo – Gallerie e caverne in rocciaGiovanni Barla

6.3 – Stabilità dei pendiiSebastiano Rampello

6.4 – Fondazioni profondeArmando Simonelli

Riunione annuale Reluis – Roma, 3 luglio 2007

Coordinamento AGI: A. Burghignoli, M. Jamiolkowski, G. Ricceri, C. Viggiani



Linea di ricerca 6.1Linea di ricerca 6.1

SCAVI PROFONDI A CIELO APERTO IN AMBIENTE URBANO E GALLERIE METROPOLITANE

Coordinatore: Stefano Coordinatore: Stefano AversaAversa

AttivitAttivitàà II annoII anno



Linea di ricerca 6.1 SCAVI PROFONDI A CIELO APERTO IN AMBIENTE URBANO E GALLERIE METROPOLITANE

Unità operative

− Università della Calabria Conte, Silvestri

− Università del Molise (+ Federico II) Santucci, Russo, Bilotta

− Università di Napoli Parthenope Aversa, Maiorano

− Università di Padova Carrubba

- Università di Perugia Tamagnini

- Università di Roma “La Sapienza” Callisto, Soccodato

- Università di Roma Tor Vergata Giulia Viggiani




Obiettivi principali

Definizione (e calibrazione) di metodologie di diversa complessità:

• metodi empirici o pseudostatici;

• metodi dinamici semplificati;

• metodi dinamici completi;

per l’analisi di strutture interrate:

• paratie (libere, ancorate, puntonate, ecc.)

• gallerie (sezione circolare segmentate, accoppiate, ecc.)




Programma

• Ricerca bibliografica

• Modellazione fisica in centrifuga

• Modellazione numerica di riferimento

• Modellazione dinamica completa e semplificata

• Metodi pseudostatici

Target di riferimento

Cal

ibra

zion

e




Attività svolte in 1,5 anni di attività

Ricerca bibliografica

Inizio della sperimentazione in centrifuga

Messa a punto degli strumenti per la modellazione numerica avanzata

Analisi pseudostatiche e dinamiche su:

GallerieParatie




Programma sperimentazione centrifuga(Università di Cambridge)

• Opere: galleria, paratia libera e paratia puntonata

• Terreno: sabbia asciutta

• Sollecitazione armoniche con sperimentazione multipla:

4 sequenze sinusoidali di piccola ampiezza

una sequenza sinusoidale di grande ampiezza

ESB length(mm)

width(mm)

height(mm)

large 670 250 430

small 560 220 240

length(mm)

width(mm)

height(mm)

500 250 300

ESB – Equivalent shear beam container Laminar shear box

Due contenitori

h

z

d

l

s

accelerometerinclinometerLVDTstrain gauges



Schema del modello per le paratie libere

modello h (m) d (m) z(m) l (m) DrCW1 4 4 8 4 densaCW2 4 4 8 4 scioltaCW3 4 4 8 8 densaCW4 4 4 8 8 sciolta

Scala prototipo




Modellazione numerica avanzata

Peculiarità del comportamento dei terreni da considerare:

non linearità;

irreversibilità e la non linearità incrementale;

comportamento isteretico;

memoria della precedente storia tensionale




Modellazione numerica avanzata(Modelli costitutivi scelti)

• Modelli costitutivi per terreni a grana fina:

modello BSRM di Tamagnini & D’Eliamodello BSKH di Rouainia & Woodmodello HP di Masin

• Modelli costitutivi per terreni a grana grossa:

modello di Manzari e Dafalias e succ. modello di Gajo e Woodmodello MIT-S1modello di von Wolfferdorf




Modellazione numerica avanzataAttività svolta in 1,5 anni

Implementati in Abaqus quattro dei modelli costitutivi considerati

Test delle implementazioni con simulazioni numeriche, che includono:

• Prove su elementi con spostamenti imposti al contorno

• Elementi con condizioni miste al contorno

• Simulazione preliminare di problemi al contorno




Attività svolta nel settore gallerie

• Messa a punto di metodi di analisi pseudostatica e dinamica semplificata (sezione trasversale e longitudinale)

• Metodi di analisi dinamica completa, per lo studio dell’interazione cinematica tra sezione trasversale della galleria e terreno circostante



0

5

10

15

20

25

30

0 200 400 600

VS (m/s)

z(m

)

12 m

(riv. Cls Rbk 450 kg/cmq)

6 m

12 m

Bedrock = roccia tenera VS = 800 m/s γ = 22 kN/m3 D0 = 0.5%

t = 0.3 margilla (D)sabbia (C)ghiaia (B)

Caso di studio



-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360θ(°)

M (k

Nm

/m)

Metodo 1Metodo 2Metodo 3Metodo 4EERA medioPlaxis

θ

-1000

-500

0

500

1000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

θ(°)

N (k

N/m

)

Metodo 1Metodo 2Metodo 3Metodo 4EERA medioPlaxis

θ

Sforzi normali ottenuti con varie ipotesi

Momenti flettenti ottenuti con varie ipotesi




Attività svolte nel settore paratie

• Applicazione di “metodi dinamici semplificati” per ricavare coefficienti sismici

• Metodi di analisi dinamica completa, con diversa modellazione costitutiva e diversi programmi numerici, di paratie libere e vincolate




Applicazione di “metodi dinamici completi”

input sismico realePGA = 0.25-0.35 g

4 m

5 m

Sabbia mediamente addensataDr = 60 %

γ = 20 kN/m3

ϕ' = 35°δ = 20° (attrito parete- terreno)Go = 1000* (p'/pa)^0.5*pa kPa

Paratia libera

30 m

BEDROCK

s = 60 cm

Variazione del modulo G0con la profondità



Diagrammi di spinta prima e dopo il sismaMomenti flettenti prima, durante e dopo il sisma

Applicazione di “metodi dinamici completi”




COSTRUZIONI IN SOTTERRANEO, GALLERIE E CAVERNE IN ROCCIACOSTRUZIONI IN SOTTERRANEO, GALLERIE E CAVERNE IN ROCCIACoordinatore: Giovanni Coordinatore: Giovanni BarlaBarla


POLITECNICO DI TORINOPOLITECNICO DI TORINODipartimento di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Strutturale e GeotecnicaStrutturale e Geotecnica

EUCENTREEUCENTRECentro Europeo di Ricerca e Centro Europeo di Ricerca e Formazione in Ingegneria Formazione in Ingegneria

SismicaSismica

POLITECNICO DI MILANOPOLITECNICO DI MILANODipartimento di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria

StrutturaleStrutturale



Linea di ricerca 6.2 COSTRUZIONI IN SOTTERRANEO, GALLERIELLERIE E CAVERNE IN ROCCIA




CRONOPROGRAMMA

TrimestriIndagini sulle tipologie di dannoSintesi dei metodi di analisi (stato dell’arte)Sviluppo dei metodi di analisiValidazione dei metodi di analisiStudio dei sistemi di monitoraggioSimulazioni numericheStudi specifici su tipologie di opereLinee Guida: prima bozzaLinee Guida: seconda bozzaLinee Guida: edizione finale




020406080

100120140160180

<25

25<50

50<100

100<150

150<200

200<300

Unknow

n Epicentral distance [km]

Num

ber

of c

ases

NoneSlightModerateHeavy

0102030405060708090

100

0.05

0.05-0.15

0.15-0.25

0.25-0.35

0.35-0.45

0.45-0.55

0.55-0.65

>0.65

Unknow

n

Surface PGA [%g]

Num

ber

of c

ases

NoneSlightModerateHeavy

EsempioEsempio di di elaborazioneelaborazione

1. 1. IndagineIndagine sullesulle TipologieTipologie di di DannoDannoAggiornamento DatabaseAggiornamento Database




(from Hisada and Bielak, 2003)

Fault rupture mechanism and wave propagation

Method of generalized reflection and transmission coefficients

Generation of synthetic, near-fault time histories in proximity of fault rupture

Semi-analytical approach which assumes a layered crust and an extended kinematic source

Fault plane characterized by strike, dip and rake

Fault plane subdivided into several sub-faults (patches)

2. DEFINIZIONE DEL SISMA DI PROGETTO2. DEFINIZIONE DEL SISMA DI PROGETTO

Ground motion simulation ⇒ synthetic time histories using Hisada and Bielak (2003) kinematic approach




3. VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI DANNO3. VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI DANNOMEDIANTE LE CURVE DI FRAGILITAMEDIANTE LE CURVE DI FRAGILITA’’

Vulnerability of a structure susceptibility to be damaged by ground motion of given intensity

Different approaches can be used to characterize the vulnerability of a structure, classification of these are based on the earthquake damage data source:

• Empirical vulnerability curve data from observed post-earthquake surveys• Judgemental vulnerability curve data from expert opinion• Analytical vulnerability curve data from analytical simulation• Hybrid vulnerability curve data from combination of previous data

Fragility curves give the probability of reaching or exceeding different levels of damage for a given level of ground motion.

Seismic Risk = *Hazard Exposure * VulnerabilitySeismic Risk = *Hazard Exposure * Vulnerability




( )( )

2

2

2

ln

21;; σ

μ

πσσμ

−−

=x

ex

xf ( ) [ ]( )

∫ ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

Φ==<=−−

xx

xxdxex

xXPxF0

502

lnlnln

21;; 2

2

σπσσμ σ

μ

[ ] ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

Φ−=>σ

50lnln1 xxxXP

0

25

50

75

100

0 20 40 60 80 100 120PGV (cm/s)

CD

F (%

)

None or slight damageModerate damage

Median (cm/s)

Lognormal Standard Deviation

None or Slight damage (A) 53.2 0.84

Moderate Damage (B) 85.5 0.31

PDF CDF

Probability of exceedance

~120 cases (from Corigliano, Lai and Barla 2007)

3. VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI DANNO3. VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI DANNOMEDIANTE LE CURVE DI FRAGILITAMEDIANTE LE CURVE DI FRAGILITA’’




στ45°

Ko = -1Lining

45°

ϑ

M

N shellQϑϑ

ϑ

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

+=

42cos

31

12 maxπϑδγ

νϑ RE

N ffg

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ++

+=

42cos

31

212

2

maxπϑεδγ

νϑRE

M ffg

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ++

+−=

42sin

31

12 maxπϑεδγ

νϑ RE

Q ffg

No slip condition

Thrust force

Bending moment

Shear force

(from Corigliano, Lai and Barla 2006)

4. SVILUPPO DEI METODI DI ANALISI4. SVILUPPO DEI METODI DI ANALISISOLUZIONE ANALITICASOLUZIONE ANALITICA

Transversal response




Auxiliary Problem Reduced Problem

Seismic source and wave propagation

3D semianalytic method – Hisada e Bielak (2003)

Soil-structure interaction2D Analysis – Spectral Element Method

(Faccioli e al. 1997)

(from Corigliano, Scandella, Barla, Lai, Paolucci (2007) / Engineering Seismology Group – Politecnico di Milano)

4. SVILUPPO DEI METODI DI ANALISI4. SVILUPPO DEI METODI DI ANALISISOLUZIONE NUMERICA COMPLETASOLUZIONE NUMERICA COMPLETA




• Analisi di risposta sismica locale in condizioni di campo libero

• Confronto tra FLAC ed EERA (Equivalent-linearEarthquake site ResponseAnalyses);

• Analisi di interazione terreno-struttura;

• Calcolo dell’incremento dinamico delle sollecitazioni agenti nel rivestimento per:

• Galleria circolare equivalente

• Galleria di forma reale

Galleria circolare equivalenteGalleria circolare equivalente

RRestest=5=5.8.85m5m

RRintint=5=5.0.05m5m

Galleria realeGalleria reale

6.86m6.86m5.25m5.25m

0.8m0.8m

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.00E+00 2.00E+01 4.00E+01 6.00E+01 8.00E+01 1.00E+02 1.20E+02 1.40E+02 1.60E+02

Tempo (s)Acc

eler

azio

ne X

(g)

FLACEERA

4. SVILUPPO DEI METODI DI ANALISI SOLUZIONE NUMERICA 4. SVILUPPO DEI METODI DI ANALISI SOLUZIONE NUMERICA SEMPLIFICATA SEMPLIFICATA -- FDMFDM

Transversal response




Longitudinal response

[ ] [ ][ ] [ ]

[ ] [ ][ ] [ ]

[ ] [ ][ ] [ ]

{ }{ }

[ ][ ]⎭⎬

⎫

⎩⎨⎧

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+

⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+

⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

gg

s

gggs

sgss

g

s

gggs

sgss

g

sss

ruu

KK

KK

u

u

CC

CC

u

uM 0

000

.

.

..

..

[ ] [ ] [ ]{ } [ ] [ ]{ } { }fuKuCuKuCuM gsggsgsssssssss =−⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

−=+⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

+⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ ....

• 3D beam elements with interface

• 6 + 3 DOF for each node

• Linear elastic (Eulero-Bernoulli beam)

• Displacement and velocity as a seismic input

• Rayleigh viscous damping for beam

(from Corigliano, Lai and Barla 2006)

rheological model

4. SVILUPPO DEI METODI DI ANALISI4. SVILUPPO DEI METODI DI ANALISISOLUZIONE NUMERICA SEMPLIFICATASOLUZIONE NUMERICA SEMPLIFICATA




Case studyCase study

Length 2.4 + 9.3 km – Maximum depth 225 m

Caserta-Foggia Railway line

Serro Montefalco tunnel (near fault)




Case study

Transversal response simplified approach

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

0 45 90 135 180 225 270 315 360Angle [°]

Thru

st F

orce

(kN

/m)

Proposed SolutionAdvanced Numerical Solution

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 45 90 135 180 225 270 315 360Angle [°]

Ben

ding

Mom

ent [

kNm

/m]

Interaction diagram Crown section 80x100

-5000

-2500

0

2500

5000

-35000 -25000 -15000 -5000 5000

Axial force [kN/m]

Ben

ding

mom

ent [

kNm

/m]

Interaction diagramStatic AnalysisDynamic Analysis +Dynamic Analysis -

Interaction diagram Invert section 110x100

-5000

-2500

0

2500

5000

-35000 -25000 -15000 -5000 5000

Axial force [kN/m]

Ben

ding

mom

ent [

kNm

/m] Interaction diagram

Static AnalysisDynamic analysis +Dynamic analysis -

Transversal response load superposition




Analisi dinamica con il software FLACInput sismico: solo componente sismica orizzontale

Momento flettente (no slip)Momento flettente (no slip)

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 45 90 135 180 225 270 315 360

θ [°]

M [k

Nm

/m]

Galleria circolareCoriglianoGalleria reale

A

DB

C

A

B

D

C




STABILITA’ DEI PENDII

Coordinatore: Sebastiano Coordinatore: Sebastiano RampelloRampello



Linea di ricerca 6.3 STABILITA’ DEI PENDII


Coordinamento nazionale:• Sapienza Università di Roma – S. Rampello

• Università della Calabria – F. Silvestri• Università di Catania – M. Maugeri• Università di Messina – E. Cascone• Politecnico di Bari – A. Amorosi• Università di Napoli Federico II – L. Pagano• Università di Firenze – C. Madiai




Attività 1° anno - definizione di metodi affidabili e semplificati

procedure di analisi basate su:

metodi pseudostaticimetodi degli spostamenti

database accelerogrammi• 214 registrazioni accelerometriche in campo libero (NS – EO)• 47 eventi di magnitudo M ≥ 4.0 e distanza epicentrale < 100 Km• valori di 0.4g > PGA >0.05g ; Ia = 0.006 – 1.233 m/s

tre categorie di sottosuolo:ammassi rocciosi (A) Vs > 800 m/sdepositi molto consistenti / addensati (B) Vs = 360 – 800 m/sdepositi med. consistenti / addensati (C, D) Vs < 360 m/s




• 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


Linea di ricerca 6.3 STABILITA


’ DEI PENDII

riduzione di amax:• variabilità temporale dell'azione sismica • variabilità spaziale dell'azione sismica

ga

ga

k maxs

maxeq,sh ⋅α⋅β=⋅β=

− βs → funzione degli spostamenti:basato sull'equivalenza tra i risultati ottenibili con il metodopseudostatico e quelli derivanti dal metodo degli spostamenti per fissati valori di spostamento

α → funzione della deformabilità dei terreni:tiene conto dei fenomeni di moto asincrono nella massa di terreno potenzialmente instabile

X

Metodi pseudostatici – coefficiente sismico equivalente




Effetto della deformabilità del corpo di frana

• Cinematismo di collasso

• Geometria del pendio

• Parametri di resistenza: c', ϕ'

• Parametri di rigidezza e smorzamento G0 = f (p'), G = f (γ), D = f (γ)

• Accelerogrammi di ingresso

• analisi della risposta sismica in condizioni bi-dimensionali con il metodo lineare equivalente

• definizione dell'accelerogramma equivalente sulla superficie di scorrimento, e quindi degli spostamenti, con il metodo di Chopra

traslativo – Roma La Sapienzarotazionale – Napoli Federico II{




t

a(t)amax

ag,max

ISommità

Base

II

IIIIV

ag(t)

t

t

G

a(t) variabile nello spazio: analisi 2D della risposta sismica

[ ]∑ Δ⋅σ+Δ⋅τ=n

yxF1

iixixyh )t()t()t( iΔyi

Δxi

τxyi(t)

σxi(t)

aeq(t) = Fh(t)/M




2° anno – 1° semestre: attività delle unità operative:

• Valutazione della deformabilità del corpo di frana Sapienza Università di Roma e Università di Napoli Federico II

• Applicazione del metodo degli spostamenti a cinematismi con superfici di scorrimento mistilinee Università di Messina

• Valutazione delle condizioni di stabilità con analisi dinamiche avanzate Politecnico di Bari e Università della Calabria

• Analisi a ritroso di due case histories (frana di Andretta e frana di Calitri) Università di Firenze e Università di Catania




Pendio di altezza limitata – caratteristiche geometriche

β θDH

H/4

H

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0 5 10 15 20 25

θ °

Kc

H : 20m, 60mβ : 20°, 30°(D·H - H): 4m, 8m, 16m, 32msuperficie di scorrimento scelta nell’intorno in cui Kc è

minimocinematismo traslativo - cuneo piano → θ :cinematismo rotazionale → meccanismi superficiali o profondi




ϕ' = 21°, 28°

γ = 19 kN/m3

025.00125.0H'c

−=γ

H, m c', kPa20 4.7560 14.2520 9.560 28.5

c'/γH = 0.0125

c'/γH = 0.025

Cuneo piano – parametri di resistenza

)'tantan1(cosW'tanU)'tan(

)'tantan1(cosWac'cKc ϕθθ

ϕβϕϕθθ +

−−++

=

Parametri geometrici

(H, D, β, U)Parametri di resistenza

(c’, ϕ’, γ)

H

a

b c

β θW

Sono analizzati solo i casi per i quali risulta 0 < Kc< 0.25




mn

rrOCR

ppS

pG

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

''0

2 Profili di G0

Terreni N.C. (OCR=1)

Terreni O.C. (OCR=10)G0 = f (p', OCR, …)

(Rampello, Silvestri, Viggiani 1994)

25.0m25%)(I 77.0)I( ln0914.04788.0n PP

===⋅+=

coefficiente S definito per argille ricostituite di media plasticità (Rampello, Silvestri, Viggiani 1994) :

S = 1200 (N.C.)

S = 1250 x 2 = 2500 (O.C.)per tener conto degli effetti della struttura (rilevanti per terreni O.C.)

0

5

10

15

20

25

30

0 200 400 600 800Vs30 (m/s)

z (m

)

Terreni O.C.

Vs=360m/s

Terreni N.C.

Caratteristiche di rigidezza




(Vucetic e Dobry, 1991)

(definite per IP = 25%)Curve di decadimento




0.1 1 10 100Joyner and Boore distance, Rjb (Km)

0.001

0.01

0.1

1

PGA

(g)

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


0.01

0.1

1

PGA

(g)

M=6-7

ASB96 mediaASB96 media +/- σ/2max PGA (comp. NS & WE)

17 x 2 registrazioni

Accelerogrammi di ingresso:registrazioni su roccia che soddisfino

la relazione di Ambraseys, Simpson e

Bommer 1996




1. ANALISI LITOSTATICA

2. PROPAGAZIONE DEL SISMA

3. CALCOLO SPOSTAMENTI

Contorno riflettente

Esempio analisi – caso del cuneo piano




Modello 1

Modello 2 Modello 3 Modello 4

1 (u=0)

1F (u≠0)

2 (u=0)

2F (u≠0)

3 (u=0)

3F (u≠0)

4 (u=0)

4F (u≠0)

Profilo G0 2 2 2 2 2 2 2 2 Profondità Bedrock

4 4 4 4 4 4 4 4

Accelerogrammi 34 34 34 34 34 34 34 34 Analisi

propagazione 272 272 272 272 272 272 272 272

Modello 1

Modello 2 Modello 3 Modello 4

1 (u=0)

1F (u≠0)

2 (u=0)

2F (u≠0)

3 (u=0)

3F (u≠0)

4 (u=0)

4F (u≠0)

0 < Kc < 0.25 1 3 1 3 3 3 3 3 Analisi

spostamenti 272 816 272 816 816 816 816 816

cuneo piano

Modello 1 1F 2 2F 3 3F 4 4F H (m) 20 20 60 60 20 20 60 60 β (°) 20 20 30 30 20 20 30 30

u 0 ≠0 0 ≠0 0 ≠0 0 ≠0




FONDAZIONI PROFONDE

Coordinatore: Armando Coordinatore: Armando SimonelliSimonelli



Linea di ricerca 6.4 FONDAZIONI PROFONDE


Coordinamento nazionale:•Università del Sannio – A. L. Simonelli

• Università della Calabria – G. Dente• Università di Catania – M. Maugeri• Università della Calabria – V. Caputo• Seconda Università di Napoli – A. Mandolini




Obbiettivo principale

Obbiettivo principale del progetto è l’individuazione di elementi da introdurre nelle normative in tema di interazione cinematica per

fondazioni profonde.

γ1

onde SH

Stratosoffice

γ1

Stratorigido




Cronoprogramma

Importante: Sperimentazione su modello mediante tavola vibrante

Argomento Trimestri

Inquadramento dello stato delle conoscenze

Modellazione numerica di riferimento

Definizione dei casi di studio

Sperimentazione numerica estesa

Individuazione elementi per normativaIndividuazione elementi per normativa

Sperimentazione numerica estesa

Definizione dei casi di studio

Modellazione numerica di riferimento

Inquadramento dello stato delle conoscenze

TrimestriArgomento




Quesiti primari … ed obiettivi

In quali situazioni è necessario valutare gli effetti dell’interazione cinematica(classe di sottosuolo, contrasto di rigidezza, sismicità dell’area)

Con quali strumenti si deve operare (nell’ottica del p.b.d.)(dalle analisi dinamiche …. ai metodi semplificati)

Confronto con azioni inerziali (ai fini del progetto del palo)(sincronismo degli effetti, condizioni di vincolo, sezione lungo il fusto e sezione in testa al palo)

Interazione cinematica

1.

2.

3.




Attività scientifica in corso nel II Anno

Analisi parametriche dei casi di studio con :

approccio semplificato alla Winkler (con diversi codici di calcolo)

approcci semplificati al continuo

Confronto fra i risultati ottenuti con i diversi approcci

Tutte le analisi sono state effettuate utilizzando un data-base di accelerogrammi naturali registrati in Italia, appositamente confezionato

dall’AGI




Campione di CASI DI STUDIO ANALIZZATI

H1 =

15

m

Lp=2

0 m

Φ 600

Vs1

Vs2

BEDROCK

H2 =

15

m

Interface

Fixed head

Scheme H1 H2 V1 V2 f1 V2/V1 Vs, 30 Soil type(m) (m) (m/s) (m/s) (Hz) (m/s) EC815 15 100 200 1.34 2.0 133

100 300 1.54 3.0 150 DS1 100 400 1.61 4.0 160

150 300 2.00 2.0 200150 400 2.22 2.7 218 C150 600 2.40 4.0 240

15 30 100 200 1.05 2.0 133100 300 1.34 3.0 150 D

S2 100 400 1.51 4.0 160150 300 1.56 2.0 200150 400 1.90 2.7 218 C150 600 2.29 4.0 240

15 6 100 200 1.54 2.0 160100 300 1.64 3.0 169 D

S3 100 400 1.68 4.0 174150 300 2.29 2.0 235150 400 2.39 2.7 245 C150 600 2.47 4.0 255

3 geometrie di sottosuolo(S1, S2, S3)

6 rapporti di velocità V2/V1per ciascuna geometria di sottosuolo

18 accelerogrammi x ogni caso di studio

324 analisi




VS1=100 m/s; VS2=200 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT000

8 φ

16

12 φ

24

12 φ

30

VS1=100 m/s; VS2=300 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT000

8 φ

16

12 φ

24

12 φ

30

VS1=100 m/s; VS2=400 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT000

8 φ

16

12 φ

24

12 φ

30

VS1=100 m/s; VS2=200 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT000

8 φ

16

12 φ

24

12 φ

30

VS1=100 m/s; VS2=300 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT000

8 φ

16

12 φ

24

12 φ

30

VS1=100 m/s; VS2=400 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT000

8 φ

16

12 φ

24

12 φ

30

Momenti flettenti cinematici per:

Stratigrafia S1 (H1= 15 e H2= 15m)

Sottosuolo tipo D

dall’alto verso il basso:

V2 / V1 = 2, 3 e 4

In grigio, i momenti di plasticizzazionedella sezione trasversale del palo,

per 3 configurazione di armature evalori di sforzo normale tipici per

un palo di diametro D=0.6 m.

ALCUNI RISULTATI




VS1=150 m/s; VS2=400 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT000

8 φ

16

12 φ

24

12 φ

30

VS1=150 m/s; VS2=600 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT0008

φ 16

12 φ

24

12 φ

30

VS1=150 m/s; VS2=300 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000

M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT000

8 φ

16

12 φ

24

12 φ

30

VS1=150 m/s; VS2=400 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT000

8 φ

16

12 φ

24

12 φ

30

VS1=150 m/s; VS2=600 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT0008

φ 16

12 φ

24

12 φ

30

VS1=150 m/s; VS2=300 m/s

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000

M kin (KN*m)

z (m

)

A-AAL018 A-STU000

A-STU270 ATMZ000

ATMZ270 B-BCT000

B-BCT090 C-NCB000

C-NCB090 E-AAL108

E-NCB000 E-NCB090

J-BCT000 J-BCT090

R-NC2000 R-NC2090

R-NCB090 TRT000

8 φ

16

12 φ

24

12 φ

30

Momenti flettenti cinematici per:

Stratigrafia S1 (H1= 15 e H2= 15m)

Sottosuolo tipo C

dall’alto verso il basso:

V2 / V1 = 2, 3 e 4

ALCUNI RISULTATI

Risultati analoghi per le geometrie di sottosuolo S2 ed S3




Il momento flettente cinematico Mkin aumenta sensibilmente al crescere del contrasto di velocità, V2/V1

I momenti crescono, ovviamente, passando dal sottosuolo C a quello D

Per sottosuoli di tipo D il momento cinematico è significativo anche in testa al palo, laddove si verificheranno anche le sollecitazioni inerziali

Per sottosuoli di tipo D il momento flettente cinematico può risultare ben superiore al momento di plasticizzazione della sezione trasversale del palo.

I momenti flettenti cinematici così calcolati devono essere considerati validi fino a che non si attinge il momento di (prima) plasticizzazione della sezione

Riepilogando :




Sono attualmente in corso (o in programma a breve) :

Completamento analisi alla Winkler (BDWF)

approcci complessi basati sull’analisi al continuo (modello 3-D del palo singolo e di piccoli gruppi di pali con il codice ABAQUS), in collaborazione con SUN

sperimentazione su modello mediante tavola vibrante, presso l’EERC dell’Università di Bristol (autunno 2007)

Principali attività previste per il III Anno (Luglio 2008)

• Analisi dinamiche con il codice ABAQUS del palo singolo e di piccoli gruppi di pali, portando in conto la non linearità del terreno ed eventualmente del palo

• Confronto dei risultati delle analisi con i risultati della sperimentazione su tavola vibrante

• Estrapolazione di indicazioni da poter recepire a livello normativo

progetto di ricerca n. 6 metodi innovativi per la ... · • opere: galleria, ... d l s...

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