1 Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile-Architettura, Ambientale LAquila, 20/02/2013 corso di...

1

Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile-Architettura, Ambientale

L’Aquila, 20/02/2013

corso di

microzonazione sismica e valutazione della risposta sismica locale per la ricostruzione post-terremoto.

Università degli studi dell’Aquila

PO FSE Abruzzo 2007-2013 – Progetto “Reti per l’Alta Formazione – RETAFO”

PROVE GEOTECNICHE DI LABORATORIOPROVE GEOTECNICHE DI LABORATORIO

Anna d’Onofrio

2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

deformazione tangenziale, g (%)

G/G

0 D

u/s

' 0

0

5

10

15

20

25

D (

%)

Prove geotecniche di laboratorio

Prof. Anna d’OnofrioProfessore Associato nel SSD ICAR/07 - GeotecnicaDocente di Geotecnica – Dinamica delle terreUniversità degli Studi di Napoli “Federico II”Facoltà di IngegneriaDipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientalee.mail: [email protected] telefonico: 081-7683474

-30

-20

-10

0

10

20

30

-0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1 0,15


ten

sio

ne

tan

gen

zial

e,

(kP

a)

FenomenologiaProve Lab

3

• rifrazioni successive (strati sempre più deformabili verso la superficie) onde S propagantisi in direzione verticale

• terreni naturali sotto falda • azioni molto rapide nel tempo deformazioni volumetriche (onde P) 0

Ipotesi generalmente assunte per la modellazione:

Il moto sismico deriva dalla propagazione a distanza di onde di superficie e soprattutto di onde di volume, che attraversano:• in profondità, ammassi di roccia lapidea • in superficie, depositi di terreno.

Propagazione delle onde sismiche: schema concettuale


4 Risposta meccanica dei terreni alle azioni sismiche

1. non linearità 2. non reversibilità

3. assorbimento di energia4. deformazioni residue

Comportamento osservato:

taglio semplice (per le tensioni) distorsionale (per le deformazioni)

Stati di interesse:


5 Rappresentazione del comportamento meccanico

In condizioni di carico ciclico possono definirsi i c.d. parametri equivalenti:

pp

ppG

g

pp

ppG

g

G = modulo di taglio

(G0 = rigidezza a basse deformazioni = VS2)

pp = tensione picco-picco

gpp = deformazione picco-picco

D = fattore di smorzamento (damping) S

D

W4

WD

S

D

W4

WD

WS = energia elastica equivalente

WD = energia dissipata nel ciclo


6

-30

-20

-10

0

10

20

30

-0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1 0,15


ten

sio

ne

tan

gen

zial

e,

(kP

a)

Evidenza sperimentale della natura del legame -g

-0,5

0

0,5

-0,001 0 0,001

All’aumentare del livello di sollecitazione, il ciclo tensione-deformazione:- si inclina sempre di più la non linearità si accentua- si allarga progressivamente la dissipazione di energia aumenta

G0 = VS2


7 Dipendenza del comportamento dal livello deformativo

All’aumentare di g:- la rigidezza G diminuisce- lo smorzamento D aumenta- si verifica accoppiamento volumetrico-distorsionale

Drenaggio liberoTerreni non saturi

Drenaggio impedito Terreni saturi

variazioni di volume v sovrapressioni interstiziali Dudegradazione ciclica [G(g), D(g) = f(Ncicli)]

distorsioni permanenti s

Si individuano due livellideformativi di ‘soglia’: - una soglia di linearità, gl

- una soglia volumetrica, gv

Oltre la soglia volumetrica gv

nei casi di

si osservano:

small large

e tre campi di deformazione

variazioni di volume v sovrapressioni interstiziali Du

degradazione ciclica [G(g), D(g) = f(Ncicli)]

distorsioni permanenti s

medium

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


G/G

0 D

u/s

' 0

0

5

10

15

20

25

D (

%)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


G/G

0 D

u/s

' 0

0

5

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20

25

D (

%)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


G/G

0 D

u/s

' 0

0

5

10

15

20

25

D (

%)

gl

gv

gl


8 Addensamento ciclico in condizioni drenate

Accoppiamento volumetrico-distorsionalein prove cicliche su terreni granulari:

accumulo di deformazioni volumetriche( riduzione dell’indice dei vuoti) in seguito ad una successione di carichi ciclici ad ampiezza costante di deformazione distorsionale.

La graduale riduzione col numero di ciclidell’incremento di deformazione volumetrica(De decrescente con N)testimonia che il terreno diventa progressivamente sempre meno compressibile e deformabile

La graduale riduzione col numero di ciclidell’incremento di deformazione volumetrica(De decrescente con N)testimonia che il terreno diventa progressivamente sempre meno compressibile e deformabile

De


9

(d’Onofrio e Penna, 2003)

Cicli tensione-deformazione non stazionari

Aumento/diminuzione del fattore di smorzamento

Degradazione ciclica in condizioni non drenate

Accumulo sovrapressioni interstiziali

Degradazione ciclica del modulo di taglio


10 Sovrapressioni interstiziali, liquefazione, mobilità ciclica

Collasso per Liquefazione (sabbie sciolte)

Mobilità ciclica(sabbie dense)

Sabbia del fiume Fuji (Ishihara, 1985)

•aumento improvviso di deformazioni tangenziali•accumulo irreversibile di sovrapressioni interstiziali

•aumento graduale di deformazioni tangenziali•accumulo reversibile di sovrapressioni interstiziali

1u

o

sD 0tan)u(tan of Dsscondizione di liquefazione in termini tensionali:

%)5 p.es.( limggcondizione di liquefazione in termini deformativi:


11 Il fenomeno della liquefazione

(1)le particelle di sabbia sciolta

sono a contatto tra loro(s > 0)

(2)perdita dei contatti per l’accumulo di Du

fino a che s 0

(3)alla fine si recuperano i contatti e le particelle

si addensano

Vedi anche un singolare esperimento sulla liquefazione nel video http://www.youtube.com/watch?v=1KqlAMWMjOE


12 Effetti della liquefazione su terreni di fondazione e opere

Strutture fuori terra collasso per sprofondamento

Manufatti interrati galleggiamento

Strutture fuori terra collasso per sprofondamento

Manufatti interrati galleggiamento


13 Comportamento tensio-deformativo di terreni liquefacibili

Sabbia sciolta Sabbia densa

• I cicli assumono un aspetto distorto (a banana) con pendenza degradante verso l’orizzontale (G 0)

• Il comportamento post-ciclico è instabile

• I cicli si modificano più gradualmente con forma che tende a stabilizzarsi

• Il comportamento post-ciclico è stabile

L’accumulo di sovrapressioni interstiziali produce una progressiva migrazione del percorso di sollecitazione verso stati tensionali prossimi alle condizioni di rottura.


14 Resistenza ciclica dei terreni a grana fine

La resistenza non drenata cu è comunque fortemente influenzata da:

- le stesse sovrapressioni interstiziali Du- la degradazione ciclica dello scheletro solido - gli effetti della velocità di deformazione

L’accumulo di sovrapressioni interstiziali nei terreni fini non può produrre fenomeni di liquefazione (transizione di fase), a causa della natura elettrochimica dei legami interparticellari


15

indice dei vuoti, e

tensione efficace, s'v

Curva di consolidazione

s'v0

e0

dissipazione di Du

De = ricompressione post-ciclica

Du = sovrapressione indotta

(T')

(T') stato finale

(TU) stato post-sisma

(TU) (S)

(S) stato iniziale in sito

Sovrapressioni, dissipazione e ricompressione post-ciclica

Terreni a grana fine (saturi): STu immediato, TuT’ lentoTerreni a grana grossa saturi: STu rapido, TuT’ rapidoTerreni a grana grossa non saturi: direttamente ST’


16 Misura sperimentale dei parametri meccanici

SPT NVS G0 ’ Penetrom.

CPT

qc VS G0

’ cu

Down-Hole VS G0 -

Cross-Hole VS G0 possibile

In situ

Geofisiche

SASW

Litostatico

<10-3

10-100

VR VS G0 -

Resistenza Categorie di prova Tipo di prova Stato tensionale

Deformazione

g [%]

Frequenza

f [Hz]

Rigidezza Smorzamento

G F

Triassiale Simmetria radiale

>10-2 0.01-1 q:a E G q/s’r : Nc

Taglio semplice

Simmetria radiale

>10-2 0.01-1 :g G /s’v : Nc

Cicliche

Taglio torsionale

Simmetria radiale

o triax vero

10-4 -1 0.01-1 :g G0, G

WD/WS D

Colonna risonante

Simmetria radiale

o triax vero

10-4-1 >10 fr G0, G H.p., R.f. D

Laboratorio

Dinamiche Trasduttori

piezoceramici Simmetria

radiale <10-3 >100 VS G0 -

Legenda: VR = velocità onde di Rayleigh; fr = frequenza di risonanza;H.p. = metodo della semibanda di potenza; R.f. = metodo del fattore di risonanza


17

0

20

40

60

80

100

120

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


G (

MP

a)

0

5

10

15

20

25

30

D (

%)

Du

/s' 0

(%

)

Caratterizzazione geotecnica con prove in sito

prove in sito ????

terremoti deboli(weak motion)

terremoti forti(strong motion)

2S0 VG


18

0

20

40

60

80

100

120

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


G (

MP

a)

0

5

10

15

20

25

30

D (

%)

Du

/s' 0

(%

)

Caratterizzazione geotecnica con prove di laboratorio

prove in sito

prove di laboratorio



2S)sito(0 VG

lab)(G g

campionamento


19

0

20

40

60

80

100

120

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


G (

MP

a)

0

5

10

15

20

25

30

D (

%)

Du

/s' 0

(%

)

prove in sito

prove di laboratorio



lab0sito0 G

)(G)G()(G

gg

Caratterizzazione geotecnica con prove in sito e di laboratorio


20 Prova Triassiale Ciclica (CTX)

preferibile a deformazione controllata risultato tipico: rapporto tensionale ciclico (q/sr):Nc

direzione fissa delle tensioni principali condizioni in sito

Cicli di estensione-compressione a f costante.Controllando separatamentepressione di cella ssrr e sforzo assiale ssaa è possibile riprodurrequalsiasi percorso di sollecitazione.

Campo di frequenze tipico:

f = 0.01-1 Hz

Tecnica di esecuzione:

Prestazioni:

Campo di deformazioni investigato:


22 Prova CTX: apparecchiature per terreni a grana medio-fine

Cella dell’IIS-Tokyo dell’Università di Napoli


23 Prova CTX: risultati sperimentali

Prova CTX non drenata a percorso di carico controllato (p=cost.)sull’argilla ricostituita di Bisaccia (IP=100%) (Università di Napoli)

Tracce temporali q(t), a(t), u(t) Cicli di isteresi q:a e percorsi q:p’

TSP

ESP


24 Prova CTX: sviluppi tecnologici nella misura delle deformazioni

Misura locale delle deformazioni assiali del provinocon trasduttori LDT risoluzione g fino a <0.001%


25 Prova CTX su terreni a grana medio-fine: risultati sperimentali

0.0000 0.0005 0.0010 0.00150

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

.

velocità di deformazione

Inizio del carico

MO03UT

30 ciclos'c= 392.4 kPa

Velocità di deformaz. v

3.52x10-5 %/min

1.55x10-4 %/min

4.11x10-4 %/min

8.08x10-4 %/min

2.44x10-3 %/min

8.00x10-3 %/min

2.44x10-2 %/min

Incremento di tensione deviatorica, Dq (kPa)

Incremento di deformazione assiale, Dv (%)

-0.0015 -0.0010 -0.0005 0.0000-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

.


inizio dello scarico



.

0.0000 0.0005 0.0010 0.00150

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

.


Inizio del carico

MO03UT

30 ciclos'c= 392.4 kPa

Velocità di deformaz. v

3.52x10-5 %/min

1.55x10-4 %/min

4.11x10-4 %/min

8.08x10-4 %/min

2.44x10-3 %/min

8.00x10-3 %/min

2.44x10-2 %/min



-0.0015 -0.0010 -0.0005 0.0000-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

.


inizio dello scarico



.

0.00001 0.00010 0.00100 0.01000 0.100000

200

400

600

800

1000

1200

1400

.

s'c = 98.1 kPa

s'c =196.2 kPa

s'c =392.4 kPa

Modulo di Young iniziale, E 0 (MPa)

Velocità di deformazione, v (%/min)

0.00001 0.00010 0.00100 0.01000 0.100000

2

4

6

8

10

.

Metramo silty sandtest MO03undrainedv,SA = 0.00075 %

e0 = 0.307

s'c = 98.1 kPa

s'c =196.2 kPa

s'c =392.4 kPa

Fattore di smorzamento iniziale, D 0 (%)

Velocità di deformazione, v (%/min)0.00001 0.00010 0.00100 0.01000 0.100000

200

400

600

800

1000

1200

1400

.

s'c = 98.1 kPa

s'c =196.2 kPa

s'c =392.4 kPa

Modulo di Young iniziale, E 0 (MPa)


0.00001 0.00010 0.00100 0.01000 0.100000

2

4

6

8

10

.

Metramo silty sandtest MO03undrainedv,SA = 0.00075 %

e0 = 0.307

s'c = 98.1 kPa

s'c =196.2 kPa

s'c =392.4 kPa

Fattore di smorzamento iniziale, D 0 (%)


Cicli a basse deformazioni applicati a frequenza variabile E0 crescente e D0 decrescente con la velocità di deformazione a

Prove CTX sulla sabbia limosa costipata (terreno ‘saprolitico’ da gneiss alterati)usata per il nucleo della diga di Castagnara (RC) (Università di Napoli)


26

pannello di controllo pressionimisura variazioni di volume

Prova CTX: apparecchiature per terreni a grana grossa


27 Prova CTX su terreni a grana grossa: risultati sperimentali

0.189583 0.800

-150

-100

-50

0

50

100

150

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1a (%)

q (

kP

a)

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Ncyc

CSR

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

a(%)CSR

eps (%)

DA>2.5%

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250p'(kPa)

q (

kPa

) PT

FL

PTFL -0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Ncyc

CSR

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Ru

CSR

Ru

Ru=0.9

Prove CTX non drenate a carico controllato (sc = cost.)

su sabbie ghiaiose di Messina (d50 = 1 mm, CU = 6.6) (Flora et al., 2012)


28 Prova di Taglio Semplice Ciclico (CSS)

difficoltà misura tensioni normali orizzontali sr percorsi tensionali ? distribuzione tensioni/deformazioni non-uniforme risultato tipico: rapporto tensionale ciclico (/sv):Nc

direzione variabile delle tensioni principali = condizioni in sito

Cicli di taglio semplice simmetrici a f costante.È controllabile la sola tensione verticale ssvv (stato tensionale di confinamento tipo k0)


f = 0.01-1 Hz


Prestazioni:


NGIDSDSS


29 Prova CSS: apparecchiature classiche

Cella tipo Cambridge (provino prismatico)

Cella tipo NGI (provino cilindrico)


30 Prova CSS: recenti sviluppi

Apparecchiatura di taglio semplice ciclico con doppio provino (DSDSS)versione UCLA in dotazione all’Università di Roma La Sapienza


31 Prova CSS: risultati sperimentali

Prove DSDSS sull’argilla di Santa Barbara (D’Elia, Lanzo, Pagliaroli, 2003)

-0 .0 0 0 4 -0 .0 0 0 2 0 0 .0 0 0 2 0 .0 0 0 4-0 .2 5

-0 .1 2 5

0

0 .1 2 5

0 .2 5

She

ar s

tres

s, (k

Pa)

gc= 0 .0 0 0 3 8 %

-0 .0 0 3 8 -0 .0 0 1 9 0 0 .0 0 1 9 0 .0 0 3 8-2 .1

-1 .0 5

0

1 .0 5

2 .1

Shea

r st

ress

, (

kPa)

-0 .0 4 -0 .0 2 0 0 .0 2 0 .0 4-1 8

-9

0

9

1 8

Shea

r st

ress

, (

kPa)

-0 .3 -0 .1 5 0 0 .1 5 0 .3S h e a r s tra in , g (% )

-6 0

-3 0

0

3 0

6 0

She

ar s

tres

s,

(kP

a)

G s= 5 5 .4 M P a

D = 1 .6 %

gc= 0 .0 0 3 8 %

gc= 0 .0 3 9 %

gc= 0 .2 8 %

G s= 5 4 .5 M P a

D = 1 .9 %

G s= 4 4 .1 M P a

D = 4 .8 %

G s= 1 9 .9 M P a

D = 1 4 .7 %

(a )

(c )

(e )

(g )

-0 .0 0 1 -0 .0 0 0 5 0 0 .0 0 0 5 0 .0 0 1-0 .5 6

-0 .2 8

0

0 .2 8

0 .5 6

-0 .0 1 -0 .0 0 5 0 0 .0 0 5 0 .0 1-5 .6

-2 .8

0

2 .8

5 .6

-1 -0 .5 0 0 .5 1S h e a r s tra in , g (% )

-9 0

-4 5

0

4 5

9 0

gc= 0 .0 1 %

G s= 5 3 .5 M P a

D = 2 .1 %(d )

gc= 0 .0 0 0 9 8 %

G s= 5 4 .8 M P a

D = 1 .8 %(b )

gc= 0 .9 2 %

G s= 8 .9 M P a

D = 1 9 .1 %

(h )

-0 .1 -0 .0 5 0 0 .0 5 0 .1-3 4

-1 7

0

1 7

3 4

gc= 0 .1 0 %

G s= 3 2 .6 M P a

D = 8 .6 %(f)

0 .0 0 0 1 0 .0 0 1 0 .0 1 0 .1 1C y c lic sh e a r s tra in a m p litu d e , gc(% )

0

2 0

4 0

6 0

Seca

nt s

hear

mod

ulus

, Gs

(MPa

)

S an ta B a rb ara c lay # 1

s'v c = 4 0 0 k P a

S an ta B a rb ara c lay # 2


32 Prova di Taglio Torsionale Ciclico (CTS)

prova tradizionalmente a tensione controllata elevata risoluzione a deformazioni pre-rottura poco adatta per resistenza ciclica, misurabile solo in alcune versioni

Condizioni di taglio semplice riprodotte con cicli di coppia torcente a frequenza costantePre-sollecitazione:- isotropa su provini pieni- anche triassiale su provini cavi


f = 0.01-1 Hz


Prestazioni:



33

u

Mtsc

g

r)z()r(u L

z)L()z(

rL

)L(

zr

z

u)r,z(

g rL

)L(

zr

z

u)r,z(

g

Nell’ipotesi di rotazione rigida nel piano, se varia con z secondo una legge lineare, anche lo spostamento u e la deformazione g variano lungo il raggio della sezione con legge lineare, mentre varia con r in relazione alla non linearità del legame -g (G decrescente con g).

Nell’ipotesi di rotazione rigida nel piano, se varia con z secondo una legge lineare, anche lo spostamento u e la deformazione g variano lungo il raggio della sezione con legge lineare, mentre varia con r in relazione alla non linearità del legame -g (G decrescente con g).

lineare con z rotazione rigida nel piano

r

g

)r,z()r,z()(G gg )r,z()r,z()(G gg

Operativamente si pone:r

L

)L(g r

L

)L(g

rJ

M t rJ

M t

dove:

R8.0R)82.079.0(Rr eq (raggio medio equivalente)

(momento polare d’inerzia della sezione)4

A

2 R2

dArJ

Tensioni e deformazioni nella prova CTS

L

R


34

Cicli tensione-deformazione non stazionari

Aumento/diminuzione del fattore di smorzamento

Degradazione ciclica in condizioni non drenate

Accumulo sovrapressioni interstiziali

Degradazione ciclica del modulo di taglio

Prove CTS su sabbia limosa costipata del Parco del Cilento (d’Onofrio e Penna, 2003)


35 Prova CTS: risultati sperimentali (terreni a grana fine)

Prove CTS sull’argilla di Pisa (Cavallaro, 1997)

Cicli di isteresi :g da misuredi coppia M e rotazione alla testa del provino

Curve rigidezza-deformazioneda singolo ciclo (A)

o da cicli multipli (B)con velocità crescenti

g

tDgD

gprova a carico monotòno

prova a carico ciclico f44T

gg

g


36Prova di Colonna Risonante (RC)

Idem come prova CTS(stessa apparecchiatura).

Prove a frequenza: • variabile (steady state) • non controllabile (free decay)


f = 10-100 Hz


Prestazioni:

steady-state(oscillazione forzata)

free decay(oscillazione libera)

frequenza variabile o non controllabile variabile con g alta risoluzione, affidabilità e ripetibilità a piccole deformazioni meno affidabile per deformazioni g > 0.1% (effetti non linearità e Nc)

f4gg

0.001 0.01 0.1 1 10 g (%)

piccole medie elevate

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 g (%)


0.0001



37 Prova RC: il modello dinamico di riferimento

Schema di riferimento fixed-free, in cui il provino di terreno è:- rigidamente vincolato alla base (0,t)=0- sollecitato in testa tramite una massa infinitamente più rigida e priva di vincoli esterni con momento polare di inerzia I0 (noto da calibrazione dell’apparecchiatura)

)t(Mzt

Jz

GJt

I 0

Lz

2

LzLz

2

2

0

)t(Mzt

Jz

GJt

I 0

Lz

2

LzLz

2

2

0

zt J +

z GJ = t)(L, M

2

L=z L=z T

ed il momento torcente alla testa del provino:

(t)M +t

I- = t)(L, M 02

2

L=z 0T

si ottiene :

Dall’eguaglianza tra la coppia risultante dall’equilibrio dinamico della massa rigida di inerzia I 0:

Mt

Mt

GD2=

G2=

n= coefficiente di viscosità (*)

(*) Nel sistema a 1 gdl si ha:

kD2

ck2

cD e nel mezzo continuo, per analogia:

GD2

G2D


38

Introducendo il momento polare d’inerzia del provino cilindrico e semplificando,

si ha l’equazione di frequenza (che si dimostra valere anche in oscillazione forzata)

Prova RC: equilibrio dinamico del sistema

s

n

s

n

s

n2n0 V

Lcos

VGJ

V

LsenI

s

n

s

n

0 V

Ltan

V

L

I

I

s

n

s

n

0 V

Ltan

V

L

I

I

In condizioni di oscillazione libera, l’equazione omogenea è:

La ‘funzione di forma’ che descrive la distribuzione di lungo z è conforme alla condizione (0,t)=0

Sostituendo quindi le derivate della rotazione nell’equazione si ottiene:

Esprimendo G in funzione di Vs e moltiplicando entrambi i membri per l’altezza L del provino si ottiene:

s

n

s

n2s

s

n2n0 V

Lcos

VJLV

V

LsenLI

0zt

Jz

GJt

ILz

2

LzLz

2

2

0

0zt

Jz

GJt

ILz

2

LzLz

2

2

0

Mt

) + t (sen e V

z sen = t)(z, s

t-

S

np n

La soluzione generale è esprimibile nella forma:

2ns -1 = in cui:

JLI

0I

IFtanF

0I

IFtanF

S

n

S

n

V

Lf2

V

LF

Introducendo il fattore di frequenza si ha


39

Se I0 >> I,il rapporto k tende a 0, il sistema si comporta come un SDOF, e risulta:

Note le caratteristiche dinamiche del sistema, risolvendo per via iterativa l’equazione in F, e misurando fn (in oscillazione libera o a risonanza), si ottiene in definitiva

I

I

V

L = FFtan

0S

nnn

Se I0 << I,il rapporto k tende a , il sistema si comporta una barra

vincolata ad un’estremità e libera all’altra, con:

L4V

f 2

= F Snn

L4F

L2=

n

Deformata (z) sinusoidale

L=/4

(z)

L<<

LF

L2 = V2

= nn

S

Deformata (z) lineare

(z)

Prova RC: utilità dell’equazione di frequenza e casi particolari

2S

ns VG

F

Lf2V

2S

ns VG

F

Lf2V


40 Prova RC: misura dello smorzamento

0.0000

0.0005

0.0010

0.0015

0.0020

0.0025

0.0030

0.0035

24 26 28 30 32 34 36

frequenza, f (hz)

defo

rmaz

ioni

tang

enzi

ali,

g (%

)

fr

f1 f

0.707gmax

2

dal rapporto tra la semilarghezza della curvain corrispondenza del valore efficace dell’ampiezza

e la frequenza di risonanza

f2f-f=Dr

12hp f2

f-f=Dr

12hp

Semibanda di potenza

Lo smorzamento è misurabile dalla curva di risposta in frequenza del sistema applicando due metodi:

2

n

11 1

f

fr

2

n

22 1

f

fr

2

rr 12

r

12

n f2

ffD

gmax = ampiezza massima (a risonanza) della curva di rispostags = deformazione statica per una coppia di eguale ampiezza M0

0.0000

0.0005

0.0010

0.0015

0.0020

0.0025

0.0030

0.0035

22 24 26 28 30 32 34 36

frequenza, f (hz)

defo

rmazi

oni ta

ngenzi

ali,

g (

%)

gmax

gs

max

o

max

s

rrf 2GJ

RM2)f(A2

1=D

g

gg

max

o

max

s

rrf 2GJ

RM2)f(A2

1=D

g

gg

dal rapporto di amplificazione dell’ampiezza del moto a risonanza

rispetto a quella misurabile in condizioni statiche

Fattore di risonanza

f1, f2 = frequenze di taglio in corrispondenza difr = frequenza di risonanza

)f(A2

2)f(A r

GJ

RMG

oss

g (G calcolato a partire da fr)


41Prove CTS-RC: apparecchiature classiche

Cella di taglio torsionale RCTS dell’Università di Napoli (Silvestri, 1991)


42 Prove CTS-RC: apparecchiature avanzate

Cella di taglio torsionale THOR dell’Università di Napoli (D’Onofrio, 1996)


43 Prove CTS-RC: il magico mondo dell’elettronica...

Strumentazione di controllo ed acquisizione celle RCTS e THOR (Università di Napoli)


44

(f VS G0.5)

f decrescente con g

Prove RC su marna argillosa di San Giuliano di Puglia

Prova RC: risultati sperimentali su terreni a grana fine


45

Parametri equivalenti da prove CTS a frequenza crescente vs. prove RC sullo stesso provino

Prove CTS e RC su argilla marnosa di San Giuliano di Puglia

Prove CTS-RC: risultati sperimentali su terreni a grana fine

f crescente

f crescente


46 Prova con Bender Elements (BE)

Trasduttori piezoceramicisorgente (S) e ricevitore (R)inseriti in testa e base provinoeccitati da impulsi elettricicon deformazione flessionale



f > 100 Hz


Prestazioni:

0.001 0.01 0.1 1 10 g (%)


0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 g (%)


0.0001

installati in apparecchiature per prove statiche (p.es. TX) adoperati per terreni granulari e fini misurabili solo parametri a basse deformazioni raccomandata analisi nel dominio delle frequenze


47Prova con BE in cella triassiale

Misure di velocità onde P e S su un provino asciutto(Brignoli e Gotti, 1992)


48Prove in sito vs. laboratorio: riepilogo

proprietà allo stato naturale comportamento non-lineare non misurabile

In sito Laboratorio

affette da disturbo campioni da basse deformazioni a rottura

Uso combinato per comportamento tensio-deformativo pre-rottura

rigidezza: labfield0lab0

field0 )(G)G(G

)(G)G()(G g

gg

smorzamento: o )(DD)(D 0 gg ( ) labfield0 )(DD)(D gg

Caratterizzazione della resistenza a rottura

prove laboratorio: risultati influenzati da fattori sperimentali

prove in sito: preferite per la stima del potenziale di liquefazione con metodi empirici


49

C.A.S.E. = Complessi Antisismici Sostenibili EcocompatibiliC.A.S.E. = Complessi Antisismici Sostenibili EcocompatibiliDopo il sisma aquilano, il DPC ha proceduto all’edificazione di alloggi

per circa 13.000 senzatetto nell’emergenza, destinati poi forse agli studenti…Si tratta di 119 edifici da 2-3 piani costruiti a secco su piastre in c.a. isolate alla base.

Il programma ha previsto la consegna di circa 300 abitazioni a settimana, completata entro la fine 2009, cioè meno di 9 mesi dopo il terremoto

(6 mesi dopo l’apertura dei cantieri).

L’emergenza post-terremoto Abruzzo: il Progetto C.A.S.E.L’emergenza post-terremoto Abruzzo: il Progetto C.A.S.E.


50 Siti originariamente previsti per il Progetto C.A.S.E.Siti originariamente previsti per il Progetto C.A.S.E.


51

Esigenze della progettazione strutturale: T > 3-4 s

Frequenza fondamentale del sottosuolo: fS > 0.5 Hz

Edifici isolati e risposta in frequenza del sitoEdifici isolati e risposta in frequenza del sito


52

Sito

Frequenze strumentali MASW Sondaggi DownHole SDMT Lab

AftershocksMicrotremori Attive Passive

S. Antonio INGV Milano UniNa - UniMol Geotrivel Polo Geologico

Il Moro 1 INGV Roma PoliTo PoliTo

Cese di Preturo INGV Milano Geotrivel Polo Geologico UnivAq UniNa + AMRA

Pagliare di Sassa TecnoSoil Polo Geologico ISMGEO

S. Giacomo INGV Milano UniNa - UniMol Geotrivel Polo Geologico

Tempera1 Polo Geologico UniFi

ISMGEOUniRoma1

Bazzano INGV Milano UniNa - UniMol

Sant'Elia1 INGV Milano Polo Geologico

Sant'Elia2 INGV Milano Polo Geologico

Roio Piano INGV Roma PoliTo PoliTo Tecnosoil Polo Geologico UnivAq

UniFiUniRc

UniRoma1UniCtPoliTo

UniNa+AMRA

Sassa-NSI INGV Milano TecnoSoil Polo Geologico ISMGEO

Paganica Nord INGV Milano

Monticchio INGV Roma/Milano Geo (Taddei) Polo Geologico UniNa+AMRA

Pianola INGV Roma PoliTo PoliTo Geo (Taddei) Polo Geologico UnivAq UniRoma1

Camarda INGV Milano Polo Geologico PoliTo

Attività

Prove in sito

Prove di laboratorio

Prove in sito + laboratorio

Attività sperimentali per i siti del progetto C.A.S.E.


53 La rete AGI dei laboratori di geotecnica sismica per l’emergenza AbruzzoLa rete AGI dei laboratori di geotecnica sismica per l’emergenza Abruzzo

Dy.La.N.Dy.La.N. ((DyDynamicnamic LaLaboratoriesboratories NNetwork)etwork)


54

Sito Sondaggio Campione Prof. (m) Prove cicl./din.

sc (kPa) Prove routine Lab

Cese di Preturo(area 2) S3

C1 4.0-4.8 RC-CTS 100 AA, LL, Ed UniNa/AMRA



Pagliare di Sassa(area 2) S2

C1 2.8-3.4 RC 100 AA, LL, Ed ISMGEO


Sassa(area 2) S1



Tempera(area 3) S1

T1 1.5-1.8 non eseguibili AA, LL ISMGEO

T2 5.5-6.0 RC 130 AA, LL UniFi

T3 12.0-12.5 DSDSS 220-500-750 AA, LL, Ed UniRoma1

Camarda (area 3) S1 C1 4.5-5.0 RC-CTS 75 AA, LL PoliTo

Monticchio (area 5) S1 C1 15.0-15.3 RC-CTS 280 AA, LL, Ed UniNa/AMRA

Roio Piano(area 8) S3

C1 4.0-4.5 RC 90 AA, LL UniCt

C2 7.0-7.5 DSDSS 120-250 AA, LL, Ed UniRoma1

C3 12.0-12.5 RC 150 AA, LL UniFi

C4 15.0-15.4 RC-CTS 200 AA, LL PoliTo

C5 18.0-18.5 prove non eseguibili UniCt

C6 23.7-24.0 prove non eseguibili UniRc

C7 33.0-33.4 DSDSS 380-800 AA, LL, Ed UniRoma1


Pianola (area 9) S1 C1 6.0-6.5 DSDSS 90-200-400 AA, Ed UniRoma1

N. totale campioni 21 (19)

Programma di prove di laboratorio Progetto C.A.S.E.


55

Frazione argillosa CF < 30%, IP < 25%Frazione argillosa CF > 30%, IP > 25%Presenza di sostanze organiche e/o lignite

ML Limi inorganici da bassa a media plasticità

CL Argille inorganiche da bassa a media plasticità

OL Limi e argille organiche di bassa plasticità

MH Limi inorganici di alta plasticità

CH Argille inorganiche di alta plasticità

OH Argille organiche da media a alta plasticità

Granulometria e plasticità dei terreni fini dei siti C.A.S.E.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100limite di liquidità, wL (%)

ind

ice

di p

last

icità

, IP (

%)

linea A: IP = 0.73(wL-0.20)

CLML

CH

CL

OLML

OHMH

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

diametro, d (mm)

pass

ante

in p

eso,

p (

%) cese di preturo S3-C1

cese di preturo S3-C2cese di preturo S3-C3sassa S1-C1sassa S1-C2pagliare di sassa S2-C1pagliare di sassa S2-C2monticchio S1-C1tempera S1-C2tempera S1-C3roio piano S3-C1roio piano S3-C2roio piano S3-C3roio piano S3-C4roio piano S3-C7roio piano S3-C8pianola S1-C1camarda S1-C1

Argilla Limo Sabbia Ghiaia

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80frazione argillosa, CF (%)

ind

ice

di p

last

icità

, I P

(%)

attività elevata

attività bassa

attività limitata

attività normale

IA=1.25 IA=0.75

IA=0.50

d’Onofrio et al. (2012)


56

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


mod

ulo

di ta

glio

nor

mal

izza

to, G

/G0

cese di preturo S3-C1cese di preturo S3-C2cese di preturo S3-C3sassa S1-C1sassa S1-C2pagliare di sassa S2-C1pagliare di sassa S2-C2monticchio S1-C1tempera S1-C2roio piano S3-C1roio piano S3-C3roio piano S3-C4roio piano S3-C8camarda S1-C1Vucetic & Dobry (1991) - IP=15%Vucetic & Dobry (1991) - IP=30%Vucetic & Dobry (1991) - IP=100%

Rigidezza e smorzamento dei terreni fini da prove RC

0

5

10

15

20

25

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


fatto

re d

i sm

orza

men

to, D

(%

)

cese di preturo S3-C1cese di preturo S3-C2cese di preturo S3-C3sassa S1-C1sassa S1-C2pagliare di sassa S2-C1pagliare di sassa S2-C2monticchio S1-C1tempera S1-C2roio piano S1-C1roio piano S3-C3roio piano S3-C4roio piano S3-C8camarda S1-C1Vucetic & Dobry (1991) - IP=15%Vucetic & Dobry (1991) - IP=30%Vucetic & Dobry (1991) - IP=100%

Frazione argillosa CF < 30%, IP < 25%Frazione argillosa CF > 30%, IP > 25%Presenza di sostanze organiche e/o lignite

Le curve standard di letteratura (V&D 1991):- a basse g, sottostimano la non linearità e lo smorzamento dei terreni della conca aquilana - a g più elevate, li sovrastimano

Le curve standard di letteratura (V&D 1991):- a basse g, sottostimano la non linearità e lo smorzamento dei terreni della conca aquilana - a g più elevate, li sovrastimano

d’Onofrio et al. (2012)

1 Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile-Architettura, Ambientale LAquila, 20/02/2013 corso di...

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