UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II Scuola Politecnica e delle Scienze di Base
Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile ed Ambientale
Corso di Laurea Triennale in:
INGEGNERIA PER L’AMBIENTE ED IL TERRITORIO
TESI DI LAUREA:
“ANALISI DEL MOTO DI CADUTA MASSI ED APPLICAZIONE AD UN CASO PRATICO”
Relatore Candidato
Ch.mo Prof. Geol. Amedeo Zito Paolo Budetta M. N49000084
Anno Accademico 2013 – 2014
Obiettivi:
• Analisi del fenomeno fisico di caduta massi
• Studio dei relativi modelli analitici
• Applicazione d’un metodo
lumped mass tramite il codice di
calcolo ROCFALL (Rocscience, inc.)
Variazione delle altezze e dei punti di arresto delle traiettorie al variare del coefficiente di restituzione tangenziale
Influenza
dell’angolo d’attrito al rotolamento ed effetti dovuti
all’arrotondamento degli spigoli dei
massi in rocce
tenere
Condizioni cinematiche al variare della geometria del blocco e dell’angolo di
scorrimento iniziale, in funzione dell’angolo d’attrito volvente
Per far si che le simulazioni delle traiettorie siano realistiche, è necessario calibrare i coefficienti cinematici in base alla back-analysis
Consiste nella calibrazione dei più opportuni coefficienti di restituzione all’urto e degli altri parametri da adottare nelle verifiche, al fine di simulare in maniera realistica le effettive
traiettorie di caduta riconosciute in sito.
A tale scopo, è importante rilevare le impronte da impatto lungo i pendii e gli effettivi punti di arresto dei massi
Il codice di calcolo adoperato è ROCFALL (Rocscience, inc)
E’ un software di analisi statistica della caduta di massi lungo un versante che è in grado di fornire.
gli inviluppi delle energie cinetiche, della velocità e delle altezze di rimbalzo, oltre che le
coordinate dei punti di arresto dei massi.
L’applicazione ha riguardato un tratto stradale della SS Amalfitana ricadente nel territorio
comunale di Conca dei Marini (SA)
CARTA GEOLOGICA
DELL’AREA INTERESSATA
1. Piroclastiti sciolte frammiste a sabbie ghiaiose – Olocene
2. Brecce cementate formate da clasti grossolani di rocce carbonatiche – Pleistocene
3. Calcari e calcari dolomitici ben stratificati o massicci – Mesozoico
4. Faglia
5. Evento di crollo 6. Tracciato stradale
E’ stato necessario definire, preliminarmente:
1. La geometria dei pendii
2. La natura geologica dei materiali (rocce e terreni sciolti) dei pendii
3. Assegnare, ad ogni segmento del pendio, i più realistici coefficienti cinematici
4. Individuare i punti di partenza dei massi e stimare le velocità iniziali di caduta
5. L’analisi viene eseguita in maniera random mediante il Metodo Montecarlo
1. Le traiettorie di caduta ed i punti di arresto dei massi;
2. Gli inviluppi alle massime altezze di rimbalzo, delle energie cinetiche e delle velocità
Gli output sono :
Operando in tal modo, è stato possibile stimare la probabilità di attraversamento della sede
stradale (Reach probability) da parte dei massi in caduta
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0 10 20 30 40 50
Distance (m)
Sezione XVII
Number of Rocks Translational Velocity [m/s]
Max Translational Kinetic Energy [KJ]
Road
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
0 10 20 30 40 50
Distance (m)
Sezione XVII Cumulative
Frequency Of
Stopped Blocks (%) Reach Probability
Road
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0 50 100 150 200 250
0 15 30 45 60
Distance (m)
Sezione XIX
Number of Rocks Translational Velocity [m/s]
Height Above Slope [m]
Max Translational Kinetic Energy [KJ]
Road
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
0 10 20 30 40 50 60
Distance (m)
Sezione XIX Cumulative
Frequency Of
Stopped Blocks (%) Reach Probability
Road
0 50 100 150 200 250 300
0 10 20 30 40 50 60 70
0 10 20 30 40 50 60
Distance (m)
Sezione XXVII
Number of Rocks Translational Velocity [m/s]
Height Above Slope [m]
Max Translational Kinetic Energy [KJ]
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
0 10 20 30 40 50 60
Distance (m)
Sezione XXVII
Cumulative Frequency Of
Stopped Blocks (%) Reach Probability
Road
Differenze riscontrate, nella posizione dei punti d’arresto dei massi, in funzione della geometria
dei pendii (A pendio gradonato con muri a secco; B pendio naturale )
0 5 10 15 20 25 30
0 10 20 30 40 50 60
Inviluppi delle velocità traslazionali per la sezione XIX
Translational Velocity Envelope 0,1 mc
Translational Velocity Envelope 1 mc
Translational Velocity Envelope 10 mc
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 10 20 30 40 50 60
Inviluppi altezze di rimbalzo sezione XIX
Bounce Height Envelope 0,1 mc
Bounce Height Envelope 1 mc
Bounce Height Envelope 10 mc
Andamenti dei grafici in funzione
della massa dei blocchi
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
sez 1 sez 4 sez 8 sez 10 sez 11 sez 14 sez 17 sez 19 sez 27
reach probability
reach probability
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Total Kinetik Energy (KJ)
Traslational Velocity (m/s)
Valori di alcuni parametri caratteristici
delle traiettorie in corrispondenza della
mezzeria della carreggiata stradale
Conclusioni
• Mediante ROCFALL sono stati analizzati 10 profili rappresentativi delle reali condizioni topografiche e geomorfologiche locali.
• Le simulazioni sono state effettuate sulla base di dati in input (coefficienti di restituzione, angoli d’attrito al rotolamento, velocità iniziali di caduta , etc.) scaturiti da analisi a ritroso di crolli reali verificatisi in passato.
• E’ stato posto in evidenza il ruolo svolto dai
terrazzamenti presenti lungo i pendii nel modificare le altezze delle traiettorie ed i punti di arresto dei massi.
• La probabilità che essi intersechino la sede stradale, durante il loro moto di caduta e per diverse
volumetrie di progetto, è sempre molto alta.
• Si rendono tuttavia necessarie altre analisi di dettaglio, anche modificando opportunamente i dati in input.
• Anche in considerazione degli elevati valori di velocità ed energie cinetiche con i quali i massi potrebbero intersecare la strada, è apparsa evidente la necessità di realizzare opere passive a protezione delle
carreggiate (barriere paramassi e reti d’acciaio con funi ancorate mediante chiodature)
