1. Ground shaking scenarios review - Scuola di Scienze...

La Spezia, 1 Ottobre 2011

INTERAZIONE DINAMICA

TERRENO STRUTTURA DI

EDIFICI CON FONDAZIONI

SUPERFICIALI E PROFONDE

Carlo G. LAI, PhD

EUCENTRE

European Centre

for Training and Research

in Earthquake Engineering

Università

degli Studi di Pavia

Istituto Universitariodi Studi Superiori

di Pavia

2

Sommario

• Danni indotti da terremoti a sistemi fondazionali

• Interazione dinamica terreno-struttura

− generalità e concetti di base

− interazione cinematica ed inerziale e cinematica

− metodi di analisi: approccio diretto e tecnica delle sottostrutture

− interazione dinamica in fondazioni superficiali e profonde

• Esempi e casi studio

• Riferimenti bibliografici

3

Danni indotti da terremoti a

sistemi fondazionali

4

danni indotti da terremoti a fondazioni

Izmit, Turchia, 17 Agosto 1999 (M = 7.4)

Danni alla città di Adapazari

suolo rigido

5


suolo soffice



6


suolo soffice



7


suolo soffice



8


suolo soffice



9


Rottura nel punto di connessione di una pila con un palo trivellato di un ponte all’interscambio

dell’autostrada “Golden State” con l’autostrada “Foothill” durante il terremoto di San Fernando

nel 1971 (da Penzien, 1971)

10


11


12


13


Terremoto di Kobe, Giappone, 1995

14

danni indotti da terremoti a opere sostegno

Terremoto di Niigata-ken Chuetsu 2004 (Giappone)

Koseki e al. (2005)

Danni a infrastrutture viarie dovuto a collasso di opere di sostegno

15


Tatsuoka (2006)

Tatsuoka (2006)

16


Terremoto di Chi Chi 1999 (Taiwan)

Fang et al. (2003)

Danneggiamento dovuto a ribaltamento

17



Vojoudi (2003) Danneggiamento dovuto a ribaltamento (Digha di Shin-Kang)

18


Tatsuoka (2006)

19



Fang e al. (2003) Terremoto di El Salvador 2001

Vojoudi (2003)

20


Danneggiamento a

strutture portuali

Vojoudi (2003) Nozu e al. (2004)

Terremoto di Kobe (Hyogo-ken

Nanbu) 1995 (Giappone)

21


Terremoto di Chi Chi 1999

(Taiwan)

Fang et al. (2003)

22



Vojoudi (2003) Danneggiamento dovuto a dislocazione di faglia

23

Interazione dinamica terreno-

struttura: aspetti generali

24

interazione dinamica terreno-struttura

DEFINIZIONE GENERALE DEL PROBLEMA:

“Interazione terreno-struttura è un termine usato per descrivere i fenomeni

che avvengono lungo la superficie di contatto di un elemento strutturale (ad

es. fondazione superficiale, fondazione su pali, muro di sostegno delle terre)

con il terreno circostante e caratterizzati dall’aspetto peculiare che gli sforzi

agenti lungo la superficie di contatto NON POSSONO essere definiti senza

simultaneamente determinare il campo di deformazione e spostamento

lungo la superficie di contatto“.

La peculiarità dell’interazione terreno-struttura è l’esistenza di un ACCOPPIAMENTO

tra “l’azione” (pressione di contatto) e la “reazione” (spostamento dei punti

all’interfaccia terreno-struttura) lungo la superficie di contatto per cui “l’azione” può

essere determinata solo CONGIUNTAMENTE alla “reazione”.

Il termine “interazione” è istruttivo del significato del fenomeno poiché

“l’azione” dipende dalla “reazione” e cioè dalla deformazione dell’interfaccia.

25



La soluzione di un problema di interazione terreno-struttura richiede una

idealizzazione del comportamento di due sistemi:

• “la struttura”

• “il terreno”

e anche delle condizioni al contorno (o di interfaccia) (ad es. vincolo

unilaterale, interfaccia liscia, incollata, etc).

Il modello elastico lineare (o rigido-plastico) è una scelta naturale per

rappresentare il comportamento costitutivo dell’elemento strutturale.

Per quel che concerne il comportamento del “terreno”, il cosiddetto “modello

di Winkler” è tra le idealizzazioni più comuni.

Nella teoria dell’elasticità i problemi di interazione terreno-struttura fanno

parte della categoria dei “problemi di contatto”.

26



In statica il modello di Winkler è composto da una distribuzione continua di

molle sconnesse lineari/non-lineari:

telaio in c.a. su suolo alla Winkler

27


MODELLO DI SUOLO ALLA WINKLER

z

Kh(z)[u

S(z,t)-u(z,t)]

uS(z,t)

u(z,t)Pile

Displacement

Kh

Soil Deformation

Induced by

Seismic Excitation

tzutzuzK

t

tzuA

z

tzuEI

Sh ,,

,,2

2

4

4

Equazione del moto del palo

ESEMPIO:

28


z

uS(z,t)

u(z,t)Pile

Displacement

Soil Deformation

Induced by

Seismic Excitation

p(z,t) z'

Soil Unknown

Reaction

1

MODELLO DI SUOLO ALLA MINDLIN

tzutzudztzptzzG

tzpt

tzuA

z

tzuEI

S

L

,,',',',

0,,,

0

2

2

4

4

Equazione del moto del palo

ESEMPIO:

29


• Valutazione della risposta meccanica di una struttura ad una eccitazione esterna variabile nel tempo tenendo conto della: a) deformabilità del suolo e del sistema fondazionale

b) dissipazione di energia nel suolo per radiazione geometrica

c) dissipazione di energia nel suolo per inelasticità di quest’ultimo

d) inabilità della fondazione a conformarsi al moto di campo libero

kinematic interaction examples of excitations

radiation damping


30


DEFINIZIONE DEL PROBLEMA: CASO DELLA SORGENTE SISMICA

Soil-Foundation

Structure System

Soil-Foundation

Structure System

(adapted from Gazetas and Mylonakis, 1998) (from Stewart et al., 1998)

31


(from Gazetas, 1991)

DEFINIZIONE DEL PROBLEMA: CASO SORGENTE VIBRATORIA

32


Come la presenza della struttura modifica il moto del terreno ?

roccia

terreno

moto di ingresso

in fondazione Moto in condizioni

di campo libero

METODI DI ANALISI:

33


la risposta del terreno influisce sulla risposta della

struttura, e la risposta della struttura influisce sulla risposta

del terreno


Due fenomeni:

Interazione Inerziale

La risposta inerziale della

struttura un taglio e un momento

alla base che causano

spostamenti della fondazione

rispetto al moto del terreno in

condizioni di campo libero

Interazione Cinematica

La presenza di fondazioni

rigide superficiali o

approfondite produce una

differenza tra il moto della

fondazione e quella del terreno

in condizioni di campo libero

METODI DI ANALISI:

34


Due approcci:

Approccio diretto – modellazione terreno e struttura insieme

Richiede un adeguato

modello della

struttura e del terreno

in un unico codice di

calcolo

METODI DI ANALISI:

35



METODI DI ANALISI:

üff

üff üff

36



METODI DI ANALISI:

(from Macchi & Pavese, 1999)

• Caratteristiche generali:

- metodi discretizzazione FEM, BEM, SEM, ibridi

- onere computazionale elevato (analisi 3D)

- problema delle frontiere assorbenti

- problema “spaziatura” alle alte frequenze

- metodo rigoroso, ideale per analisi nonlineari

- risultati sensibili a incertezza parametri suolo üff

37


Due approcci: Approccio delle sottostrutture – modellazione separata

IDTS Cinematica

IDTS Inerziale

Si possono usare diversi codici

per la risposta del sistema

fondazione-terreno e struttura

La sovrapposizione

richiede la linearità

METODI DI ANALISI:

38


Metodo delle

sottostrutture

+

Da Mylonakis et al. (2006)

39



- analisi è rigorosa per sistemi lineari (teorema

(di sovrapposizione, Kausel e Roësset, 1974)

- metodologia applicabile anche a sistemi

moderatamente non-lineari (analisi LE)

- principale vantaggio è flessibilità (ciascuna

fase di analisi è indipendente dalle altre)

- effetti interazione cinematica spesso ignorati

(non sempre questo è giustificato)

kinematic interaction

inertial interaction

(from Kramer, 1996)

Metodo delle sottostrutture

40


• Interazione cinematica generalità e caratteristiche principali

(from Kramer, 1996)

- causata da una possibile incompatibilità tra gli spostamenti indotti dal sisma in condizioni

di campo libero e la rigidezza della fondazione che si oppone a subirli;

- tre sono i meccanismi per cui moto della fondazione è diverso da quello di campo libero: 1) regolarizzazione del moto del suolo in campo libero alla base di impronta della fondazione;

2) effetti dell’interramento della fondazione dovuti alla riduzione del moto sismico con la profondità;

3) scattering del campo d’onda in corrispondenza degli angoli e delle asperità della fondazione.


41



• Interazione cinematica generalità e caratteristiche principali

- può indurre nel sistema fondazionale modi di vibrazione addizionali (per es. oscillazioni

flessionali e torsionali) non presenti nello moto di campo libero;

- effetti interazione cinematica più difficili da valutare rispetto a quelli interazione inerziale;

- nella valutazione interazione cinematica (FIM) si considerano nulle masse della struttura.

(from Kramer, 1996)

42



• Interazione cinematica definizione del “Foundation Input Motion”

ub(t)deconvoluzione

ub(t)deconvoluzione

ub(t)

uFIM(t)

interazione cinematica

ub(t)

uFIM(t)


ub(t)

uFIM(t)

ub(t)

uFIM(t)


1 2

43



• Interazione inerziale generalità e caratteristiche principali

(from Stewart et al., 1998)

- effetti prodotti dalla deformabilità e dissipazione energetica nel suolo del moto vibratorio

sulla risposta dinamica di una struttura;

- la valutazione degli effetti dell’interazione inerziale viene compiuta in due fasi: 1) calcolo delle funzioni di impedenza dinamica (FID) al livello della fondazione;

2) calcolo della risposta dinamica della sovrastruttura vincolata alla base dalle FID e soggetta a FIM.

funzioni impedenza dinamica

1 2

analisi dinamica

sovrastruttura

44



• Interazione inerziale generalità e caratteristiche principali

- funzioni di impedenza dinamiche (FID) sono a valori complessi; dipendono da frequenza;

- FID descrivono effetti caratteristiche rigidezza e smorzamento interazione suolo-struttura;

- effetti interazione inerziale sono spesso più pronunciati di quelli interazione cinematica.

(from Stewart et al., 1998)

45


Metodo delle funzioni di impedenza dinamiche

- metodologia generale per definire la

risposta dinamica di una fondazione

- assimila il sistema suolo-fondazione ad un sistema a masse concentrate

- assume regime vibrazioni armonico

- facilmente generalizzabile a vibrazioni non armoniche con teorema di Fourier

- sono stati sviluppati abachi e codici di calcolo per fondazioni più comuni



46



• Definizione:

)t(F)t(um)t(P zzz )t(u)t(P zz zKimpedenza dinamica verticale equazione di equilibrio dinamico

(from Gazetas, 1991) (from Gazetas, 1991)

47



• Definizione: equazione di equilibrio dinamico

0)t(F)t(u)t(um zzz zK

sistema ad un grado di libertà

)(Ci)(K)( zz zK

impedenza dinamica verticale



48


Funzioni di impedenza: sistemi ad 1 grado di libertà

Sistema privo di massa

Interpretazione fisica della rigidezza

dinamica e dello smorzatore per il

grado di libertà verticale

49



• Generalizzazioni ad altri modi di vibrazione:

modi traslazionali (3); modi rotazionali (3) accoppiamento modo rotazionale-traslazionale

(from Gazetas, 1991) (from Gazetas, 1991)

50


• Soluzioni disponibili: abachi e formule empiriche (Gazetas, 1991)



51





52



(from Gazetas, 1991)(from Gazetas, 1991)

(from Gazetas, 1991)(from Gazetas, 1991)(from Gazetas, 1991)(from Gazetas, 1991)



53

interazione dinamica terreno-struttura S

olu

zio

ni d

isp

on

ibili

abac

hi e

fo

rmu

le e

mp

iric

he

(Gaz

etas

, 199

1)

54

interazione dinamica terreno-struttura S

olu

zio

ni d

isp

on

ibili

abac

hi e

fo

rmu

le e

mp

iric

he

(Gaz

etas

, 199

1)

55


Matrice 6 x 6 a valori complessi di funzioni di impedenza

3 coefficienti translazionali

3 coefficienti rotazionali

Coefficienti misti (fuori dalla diagonale principale

kv cv

Qv

kh kq

ch cq

M

Qh

Kv = kv + icv

Funzioni di impedenza dinamiche

56


Funzioni di impedenza dinamiche

kv cv

kh kq

ch cq

uFIM

qFIM

Validità principio di

sovrapposizione – ipotesi

linearità

Richiede previa

determinazione del FIM

(Foundation Input

Motion)

(da Kramer, 2010)

57


Effetto dell’interazione dinamica terreno – struttura

Modello semplificato

Spostamento

del terreno Spostamento

dovuto alla

traslazione

orizzontale

Spostamento

dovuto

all’oscillazione

Spostamento

dovuto alla

distorsione

della struttura

58


Effetto dell’interazione dinamica terreno - struttura


qk

kh

k

k

T

T

u

2

1

~

30)/

~(

~~

TT

Incremento della flessibilità e

dissipazione della fondazione

Allungamento del

periodo

Incremento dello

smorzamento

59


T/T ~

h/(VsT) Terreno rigido

Struttura flessibile

Terreno soffice

Struttura rigida

L’allungamento del periodo è

trascurabile per una struttura

flessibile su suolo rigido – i

suoi effetti sono sensibili con

l’incremento della rigidezza

relativa struttura/terreno.

Gli effetti IDTS sono piccoli per

strutture flessibili su siti rigidi,

ma significativi per strutture

rigide su terreni soffici.

60


h/(VsT) Terreno rigido

Struttura flessibile

Lo smorzamento da radiazione è

trascurabile per una struttura

flessibile su suolo rigido – i suoi

effetti sono sensibili con

l’incremento della rigidezza

relativa struttura/terreno.

L’importanza relativa dello

smorzamento da radiazione

diminuisce con l’aumento del

rapporto h/r (incremento della

risposta di dondolio).

Gli effetti di IDTS sono piccoli

per strutture flessibili su siti

rigidi ma diventano significativi

per strutture rigide su siti soffici.

h/(VsT)

Terreno soffice

Struttura rigida

61


qk

kh

k

k

T

T

u

2

1

~

30)/

~(

~~

TT

Incremento della flessibilità e dissipazione della fondazione: Allungamento del periodo Incremento smorzamento

IDTS può ridurre le

deformazioni strutturali

e i carichi

Effetto dell’interazione terreno - struttura


62


qk

kh

k

k

T

T

u

2

1

~

30)/

~(

~~

TT

Incremento della

flessibilità e dissipazione

della fondazione

Allungamento del periodo

Incremento smorzamento

Effetto dell’interazione terreno - struttura

Modello semplificato IDTS può incrementare

lo spostamento totale

63


Effetti benefici dell’interazione dinamica terreno-struttura sulle strutture:

(da Paolucci, 2010)

64


IN SINTESI:

• IDTS non è significativa per il caso di strutture flessibili su suoli rigidi

• IDTS può essere importante per strutture rigide su soli deformabili

• Il periodo fondamentale di vibrazione di un sistema terreno-struttura è

più lungo di quello corrispondente ad una struttura incastrata

• Lo smorzamento effettivo di un sistema terreno-struttura è maggiore

del solo smorzamento strutturale

• Gli spostamenti totali possono aumentare per gli effetti di IDTS –

questo può essere importante per strutture alte ravvicinate

• Trascurare IDTS equivale ad assumere la struttura fondata su roccia

65

fondazioni profonde

PROGETTAZIONE PER AZIONI SISMICHE

In presenza di moto sismico, nei pali si sviluppano sollecitazioni dovute sia alle

forze inerziali trasmesse dalla sovrastruttura (interazione inerziale) sia

all’interazione tra palo e terreno (interazione cinematica).

È opportuno che i momenti flettenti dovuti all’interazione cinematica siano

valutati per le costruzioni di classe d’uso III e IV, per sottosuoli di tipo D o peggiori,

in siti a sismicità media o alta (ag > 0,25g) e in presenza di elevati contrasti di

rigidezza al contatto fra strati contigui di terreno.

Le analisi per la valutazione delle sollecitazioni e degli spostamenti dei pali (dovute

alle azioni inerziali e all’interazione cinematica) devono tener conto della rigidezza

flessionale del palo e della dipendenza della rigidezza del terreno dallo stato

tensionale e deformativo.

66

fondazioni profonde


Azioni cinematiche Azioni inerziali

(http://www.ce.washington.edu/)

67

fondazioni profonde


terremoto

di

progetto t

a

fondazioni

dirette

fondazioni

su pali

u0

livello

di falda

materiali

sabbiosi

sc iolti,

saturi

substrato

stabile

RESISTENZE DELLE SABBIE

IN ASSENZA DI TERREMOTO

RESISTENZE DELLE SABBIE

IN PRESENZA DI TERREMOTO

REQUISITI PROGETTUALI:

In aggiunta alle verifiche tradizionali delle fondazioni in campo statico

e sismico, occorrerà controllare che:

u indotte dal terremoto trascurabili, ovvero coeffic ienti di sicurezza

nei confronti della liquefazione 1.25

~

>

Fig. 1.4 - Viadotto su terreni granulari sciolti, saturi, in presenza di terremoto

68

fondazioni profonde


Per le fondazioni miste, di cui al § 6.4.3, l’interazione fra il terreno, i pali e la

struttura di collegamento deve essere studiata con appropriate modellazioni, allo

scopo di pervenire alla determinazione dell’aliquota dell’azione di progetto trasferita

al terreno direttamente dalla struttura di collegamento e dell’aliquota trasmessa ai

pali.

Nei casi in cui l’interazione sia considerata non significativa o, comunque, si ometta

la relativa analisi, le verifiche SLU e SLD devono essere condotte con riferimento ai

soli pali.

Nei casi in cui si consideri significativa tale interazione e si svolga la relativa analisi,

le verifiche SLU e SLD devono soddisfare quanto riportato ai §§ 6.4.3.4 e 6.4.3.5,

ove le azioni e le resistenze di progetto ivi menzionate sono da intendersi

determinate secondo quanto specificato nel presente capitolo 7.

69

fondazioni profonde


Azioni inerziali approccio delle sottostrutture = K + iC

70

fondazioni profonde


Azioni cinematiche

• Metodi semplificati

- NEHRP (1997)

- Dobry & O’Rourke (1983)

- Nikolaou et al, 2001

• Metodi dinamici semplificati

- DBWF

• Metodi dinamici avanzati

- FEM, FDM, SEM

Sovrastima dei risultati

71

fondazioni profonde


Azioni cinematiche

Azioni cinematiche indotte dal

sisma sui pali in terreni “stabili”

72

fondazioni profonde


Azioni cinematiche

Azioni cinematiche indotte dal

sisma sui pali in terreni “instabili”

73

fondazioni profonde


Azioni cinematiche

i

Cedimenti indotti dal sisma sui

pali in terreni “stabili”

74

fondazioni profonde


Metodi semplificati (Nikolaou et al, 2001)

La formula proposta da (Nikolaou et al, 2001) consente di valutare il momento

sollecitante del palo in corrispondenza dell’interfaccia fra due strati di diversa

rigidezza.

La formula non consente di valutare il momento agente lungo il fusto del palo.

La derivazione è stata ottenuta imponendo nelle analisi un’eccitazione sismica

stazionaria con frequenza prossima a quella fondamentale del deposito.

75

fondazioni profonde


5.0

1

2

65.0

1

3.0

3042.0

S

SPc

V

V

E

E

d

LdM

11max hac

Tensione caratteristica all’interfaccia

I pedici “1” si riferiscono sempre allo strato sup.

Limiti:

• inapplicabile per più di 2 strati

• non fornisce momento di incastro

• non fornisce info su alterazione moto sismico

• formule cautelative (sollecitazione armonica)

Nc= numero di cicli significativo

Metodi semplificati (Nikolaou et al, 2001)

76

Esempi e casi di studio

77

fondazioni profonde

Viadotto: cap

110 m luce

(photos by courtesy Eng. U. Hegg and C. Beltrami)

Bedrock alluvione EndEnd--bearingbearing

Large Diameter ShaftLarge Diameter Shaft (Caisson)(Caisson)

= 5= 5––12 m, H = 1512 m, H = 15––35 m35 m

EndEnd--bearingbearing

Large Diameter ShaftLarge Diameter Shaft (Caisson)(Caisson)

= 5= 5––12 m, H = 1512 m, H = 15––35 m35 m

Esempi applicativi: viadotto fondato su pozzi

78

fondazioni profonde

Ug

=

bedrock

soilKinematic Interaction

soil

UgUFIM

+

Inertial Interaction

UFIMImpedance Function

+

Kh Kq Khq Kh Kq Khq

Complete

solution

Frequency

dependence

bridge

FoundationInputMotion


(da Beltrami, 2004)


79

fondazioni profonde

soil

eit

Kh=?, Kq=? Khq=?

eit

H Frequency dependence

3) Funzioni di impedenza dinamiche (DYNA4)

deformable bedrock

FIM = ?

üg=ugeit

deformable bedrock

FIM = ?

üg=ugeit

Oscillazione

!

Bedrock

Soil layersH

Rock outcrop Soil at free field

Bedrock

Soil layersH

Rock outcrop Soil at free field

1) Analisi di risposta sismica locale (SHAKE91)

2) Interazione cinematica

(da Beltrami, 2004)


80

fondazioni profonde


Vs=400 m/s b=5 % ROCKING FIM Vs=700 m/s b=5 %

El Centro N-S 1940, PGA 0.32g , H/R=5, bedrock: Vs=1200 m/s b=2.5 %

Validazione del modello: benchmark test con il codice di calcolo SASSI

81

fondazioni profonde


Esempio: effetti interazione cinematica viadotto

Transverse Shear Longitudinal Shear

With Rocking input

No Rocking input

Axial Force

Esempio: effetti interazione cinematica viadotto

Transverse Shear Longitudinal Shear

With Rocking input

No Rocking input

Axial Force

P1

P2P3

P1

P2P3

Sollecitazioni alla

base delle pile

Sforzo normale e taglio Tx, Ty

(da Beltrami, 2004)

82

fondazioni profonde


Transverse Moment Longitudinal Moment

Torsion

No Rocking input

With Rocking input

Transverse Moment Longitudinal Moment

Torsion

No Rocking input

With Rocking input

P1

P2P3

P1

P2P3

Sollecitazioni alla

base delle pile

Momenti flettenti Mxx, Myy e torcente

(da Beltrami, 2004)

83

interazione dinamica suolo-struttura

Analisi dinamica Torre Santa Maria Maggiore a Guardiagrele (Chieti)

18.4 m

Santa Maria Maggiore

Tower ModelN. elements 80 116Mosrly bricks but some wedges and shells

84


Caratterizzazione meccanica dei materiali costituenti la Torre

First level

Ground level

Second level

First level

Ground level

Second level

85


Caratterizzazione meccanica dei materiali costituenti la Torre

ContactBehaviour

Chains

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0.0% 0.1% 0.2% 0.3% 0.4% 0.5%

Stre

ss [M

Pa]

Total Strain

Stone Masonry

Fill

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Stre

ss [M

Pa]

Crack Displacement [mm]

Stone Masonry

Fill

Compression Tension

Masonry Behaviour

Thickness of the leaves of the “muro a sacco”are determined from a Endoscopy Study

ContactBehaviour

Chains

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0.0% 0.1% 0.2% 0.3% 0.4% 0.5%

Stre

ss [M

Pa]

Total Strain

Stone Masonry

Fill

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Stre

ss [M

Pa]

Crack Displacement [mm]

Stone Masonry

Fill

Compression Tension

Masonry Behaviour

Thickness of the leaves of the “muro a sacco”are determined from a Endoscopy Study

86


Caratterizzazione geologica del sito di costruzione

Stralcio mappa geomorfologica di Guardiagrele (CH)

(da Di Francesco, 2007)

87


Caratterizzazione geologica del sito di costruzione

88


Caratterizzazione geotecnica del sito di costruzione

Parametri geotecnici da prove in sito e di laboratorio desunte da siti limitrofi

falda acquifera assente (da Di Francesco, 2007)

89


Caratterizzazione geotecnica del sito di costruzione

Valori parametri dinamici ottenuti da prove geofisiche sismiche down-Hole


90


Sismicità storica dell’area di studio


91


Modellazione topografica del sito di costruzione

1206

0

40 80

Layering estimated from boreholes and outcrop inspection

Topography almost constant in the N-S

direction => 2D Model

Boreholes

1206

0

40 80

Layering estimated from boreholes and outcrop inspection

Topography almost constant in the N-S

direction => 2D Model

Boreholes

92


Modellazione geotecnica e topografica del sito di costruzione

Input stress history compensated for absorbing boundary effect

1D columnmodel forlateralboundaries


Forces and velocitiesrecorded at boundaries

Action and Compensation at boundaries

Complete Topography Model

Tower Interface Model

Accelerogram recorded on rock site with Magnitude and Distance according to the expected Scenario and corrected for intensity corresponding the Hazard at the site.

Deconvolution

Input stress history compensated for absorbing boundary effect



Forces and velocitiesrecorded at boundaries

Action and Compensation at boundaries

Complete Topography Model

Tower Interface Model

Accelerogram recorded on rock site with Magnitude and Distance according to the expected Scenario and corrected for intensity corresponding the Hazard at the site.

Deconvolution

93


ClaystoneVs = 350 m/sVp=1340 m/s

SandVs = 125 m/sVp=1280 m/s

Clayly LimeVs = 220 m/sVp=710 m/s

Refined mesh at the link

Equal DoFconstrain in Y direction

Lysmer-Kuhlemeyerboundaries in X and Z

N. Hex (Brick) Elements

114359

< 1% Damping between 2.5 & 18 Hz

At least 12 points per wavelength at 18 Hz (vertically only)

ClaystoneVs = 350 m/sVp=1340 m/s

SandVs = 125 m/sVp=1280 m/s

Clayly LimeVs = 220 m/sVp=710 m/s

Refined mesh at the link

Equal DoFconstrain in Y direction

Lysmer-Kuhlemeyerboundaries in X and Z

N. Hex (Brick) Elements

114359

< 1% Damping between 2.5 & 18 Hz

At least 12 points per wavelength at 18 Hz (vertically only)

Modellazione geotecnica del terreno e condizioni al contorno

94


Definizione dell’azione sismica di progetto

Maximum Contribution to pgaMw 4.5-5.5R 0-10 km

Higher magnitudes are selected toestimate higher contribution at 0.5 s :Mw 5.5-6.5Longer distance to avoid near field effectsR 10-20 km

95


Risorse computazionali e algoritmo di calcolo

Solution Scheme: Explicit Dynamics

Solver: Abaqus/Explicit (double precision)

Calculation Time Step: 5x10-5 s

Computer: 2 Xeon 5520 (2.27 GHz) 16 Threads

12 GB RAM

64 bits

Performance: ~6 increments per second

about 1 second of record in 1 hour of calculation

96


Risultati preliminari (lavori in corso) analisi dinamica (ABAQUS)

N. Elements 211 111

N. Variables or DOF 723 588

N. Nodes 240 811

Velocity Plot m/s (Lateral walls are not displayed for simplicity)

For real EQ the plastic strains are checked as indication of damage Tower excited by a pulse

97

Riferimenti bibliografici

98

riferimenti bibliografici

• Libri di testo:

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103


I casi-studio presentati sono tratti da lavori di tesi e di ricerche

scientifiche svolte da:

• Dr. Mirko Corigliano (ENEL)

• Ing. Marco Agosti (UNIPV)

• Ing. Luis Rosell (ROSE School)

• Prof. Spacone e Dr. Camata (UNICH)

• Ing. Carlo Beltrami (Lombardi-Reico)

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