Sezione Geotecnica
Corso di:
Ingegneria Geotecnica Sismica Ingegneria 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 Madiai
Corso 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 116
15:00-16:00 AULA 116
16:00-17:00 17:00-18:00 18:00-19:00
NO lezione: 26 aprile 2013 22
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 teoriche
esercitazioni in aula
esercitazioni in laboratorio
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esercitazioni in laboratorio
svolgimento 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: clau@dicea.unifi.it)
Appelli d’esame
Lunedì 10 Giugno 2013
Martedì 25 Giugno 2013 Martedì 25 Giugno 2013
Lunedì 8 Luglio 2013
Lunedì 22 Luglio 2013
Lunedì 9 Settembre 2013
Lunedì 16 Dicembre 2013
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Testi di riferimento
Crespellani T., Facciorusso J. (2010). Dinamica dei terreni per le applicazioni sismiche, Flaccovio
Crespellani T., Facciorusso J. Elementi di Dinamica dei Terreni e Ingegneria
G t i ll A Si i h l II DIC A
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Corso di Ingegneria Geotecnica Sismica
Geotecnica nelle Aree Sismiche - vol II, DICeA
Kramer 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 III
Mancuso C. (1996). Misure dinamiche in sito, Hevelius
Lanzo G. & Silvestri F. (1998). Risposta sismica locale: teoria ed esperienze, Hevelius 66
Altro materiale di riferimento
DIA delle lezioni disponibili all’indirizzo: p
http://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
¾ Comportamento dei terreni in condizioni dinamiche e cicliche:
a bassi e medi livelli deformativi
ad alti livelli deformativi e a rottura
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¾ Cenni sulla propagazione delle onde sismiche nel terreno
¾ Determinazione sperimentale delle proprietà dinamiche dei terreni:
prove in sito
prove di laboratorio
¾ Elementi di sismologia applicata all’ingegneria civile e alla pianificazione territoriale (origine, caratteristiche e misura dei terremoti)
¾ Richiami di dinamica dei sistemi a uno o più gradi di libertà
¾ Aspetti geotecnici della progettazione in zona sismica
effetti amplificativi nei depositi
fenomeni di liquefazione
instabilità dei pendii
fondazioni superficiali
opere di sostegno rigide
(cenno al problema dell’interazione terreno-struttura) 88
I terremoti
¾I terremoti sono tra le calamità naturali quelle che storicamente hanno prodotto più vittime e più danni
¾Solo alcune centinaia sono avvertiti dalla popolazione, una decina produce gravi danni, uno o due sono catastrofici
¾Ogni anno si registrano nel mondo qualche milione di terremoti di cui fortunatamente la maggior parte si manifesta in mare o in zone poco abitate
¾I 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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¾ Nel medioevo sono stati per lo più letti in chiave fatalistica e associati alle ‘colpe’ degli
I terremoti
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p g
uomini, anche se i suoi effetti sono stati spesso descritti nelle cronache con precisione e dovizia di particolari
¾ Attraverso queste descrizioni è stato possibile ricostruire la storia sismica di molti paesi e identificare alcuni effetti ricorrenti legati alla natura dei terreni
ricorrenti legati alla natura dei terreni
¾Solo a partire dal 1700 la scienza dei terremoti ha cominciato a svilupparsi in maniera sistematica seguendo criteri ‘scientifici’
¾ Il terremoto che ha segnato un punto di svolta è stato il
terremoto di Lisbona (1755) 10 10
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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Terremoto di Lisbona (1755) e sue rappresentazioni
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Terremoto di Lisbona (1755) e sue rappresentazioni
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Terremoto di Lisbona (1755) e sue rappresentazioni
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¾ Il terremoto di Lisbona è universalmente considerato l’evento di passaggio da una concezione medievale fatalista ad una
Il Terremoto di Lisbona (1755)
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concezione moderna basata sull’azione umana
¾ A partire dal terremoto di Lisbona si parla sempre meno di colpe umane da espiare e sempre più di catastrofe sempre 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 17 17
Terremoti storici significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica
Terremoto di S. Francisco (1906) (Magnitudo 7.9, Vittime 700)
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Terremoto di Tokyo (1923) (Magnitudo 7.9, Vittime 99.000)
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Per 2 eventi che differiscono di N
gradi di Magnitudo, il rapporto in
termini di energia liberata è ≅ 30
NTerremoti storici significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica
Terremoto di Anchorage, Alaska, (1964) (Magnitudo 9.2, Vittime 131)
Terremoto di Niigata (1964) (Magnitudo 7.5, Vittime 26)
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Terremoti storici significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica
Terremoto di Caracas (1967) (Magnitudo 6.5, Vittime 266)
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Terremoto di S. Fernando (1971) (Magnitudo 6.5, Vittime 65)
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Terremoti storici significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica
Terremoto del Messico (1985) (Magnitudo 8.1, Vittime 9.500)
Terremoto di Loma Prieta (1989) (Magnitudo 7.1, Vittime 63)
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Terremoti storici significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica
Terremoto di Kobe (1995) (Magnitudo 6.9, Vittime 5.300)
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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 e Reggio Calabria. La più grave catastrofe naturale in Italia a memoria d'uomo. 23 23
Terremoti italiani significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica
Terremoto delle Calabrie (1783) (Magnitudo 6.9, oltre 30.000 vittime)
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Terremoto del Friuli (1976) (Magnitudo 6.4, Vittime 1.000)
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Terremoti italiani significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica
Terremoto dell’Irpinia (1980) (Magnitudo 6.9, 3.000 vittime)
Terremoto Umbro-Marchigiano (1997) (Magnitudo 6.2, Vittime 11)
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Terremoti italiani significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica
Terremoto di
San Giuliano di Puglia (2002) (Magnitudo 5.4, Vittime 30)
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Terremoto di L’Aquila (2009) (Magnitudo 6.3, Vittime 308)
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Terremoti italiani significativi per lo sviluppo della Ingegneria Sismica
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
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Corso di Ingegneria Geotecnica Sismica
Per lo sviluppo dell’Ingegneria Geotecnica Sismica gli eventi più importanti sono stati i terremoti di:
¾ Anchorage (Alaska) e Niigata (Giappone), 1964
(⇒ fenomeni di liquefazione nei depositi sabbiosi saturi);
¾ Caracas, 1967 (⇒ effetti amplificativi dei depositi);
¾ S. Fernando, 1971 (⇒ effetti amplificativi e liquefazione);
¾ Messico, 1985 (⇒ effetti amplificativi dei depositi)
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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
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Principali applicazioni della Dinamica dei Terreni
La Dinamica dei Terreni nasce come supporto all’Ingegneria Strutturale (effetti prodotti sugli edifici dall’uso di macchine vibranti, progettazione di
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fondazioni di macchine vibranti) per poi affermarsi come branca dell’Ingegneria Geotecnica Sismica
La Dinamica dei Terreni è indispensabile per poter comprendere le procedure per la previsione della risposta dei terreni messe a punto nell’ambito dell’Ingegneria Geotecnica Sismica finalizzate a:
valutazione della stabilità del territorio in condizioni sismiche
progettazione di opere in zona sismica progettazione di opere in zona sismica
La conoscenza del comportamento dei terreni in condizioni sismiche rappresenta anche uno strumento utile per la comprensione ed applicazione degli strumenti normativi (DM 14.01.2008; EC-8)
e costituisce la condizione indispensabile per una difesa dai terremoti sempre più scientificamente fondata
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Principali applicazioni della Dinamica dei Terreni
La conoscenza del comportamento del terreno in condizioni dinamiche e cicliche è richiesta per:
a) la previsione del moto sismico durante un terremoto (effetti indotti sul territorio ed entità dell’azione sismica sulle costruzioni);
b) la progettazione di manufatti in terra, di strutture di fondazione e opere di sostegno in zona sismica;
c) la progettazione delle fondazioni di macchine vibranti o di strutture particolarmente sensibili alle azioni dinamiche e cicliche (strutture offshore 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)
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Corso di Ingegneria Geotecnica Sismica
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 sismiche con metodi pseudo-statici e metodi dinamici
ANALISI PSEUDOSTATICA ANALISI PSEUDOSTATICA
Input sismico: accelerazione massima (PGA) all’interno del rilevato Dati relativi al terreno: peso di volume e parametri di resistenza Risultato: fattore di sicurezza (FS)
ANALISI DINAMICA
Input sismico: accelerogramma in alcuni nodi del modello
Dati relativi al terreno: peso di volume, leggi costitutive e criterio di rottura Risultato: andamento di sforzi e deformazioni
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b) progettazione di …. opere di sostegno in zona sismica
Esempi di verifiche di stabilità di opere di sostegno in condizioni sismiche con metodi pseudo-statici e metodi dinamici
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Momenti flettenti
Spostamenti orizzontali
Sforzi normali Per i dati di input ed output
valgono le stesse considerazioni fatte 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 fondazione di macchine vibranti o di strutture soggette ad azioni dinamiche e cicliche è necessario conoscere le caratteristiche dell’azione nonché il comportamento del terreno e della sovrastruttura in seguito a tali azioni
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d) Esplorazione dei terreni con metodi geofisici
Esempio di prova sismica in sito di tipo down hole
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