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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
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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
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150
200
250
300
350
400
450
0 10 20 30 40 50Distance (m)
Sezione XVII
Number of Rocks
Translational Velocity[m/s]
Max Translational KineticEnergy [KJ]
Road
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 10 20 30 40 50Distance (m)
Sezione XVII CumulativeFrequency OfStopped 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 KineticEnergy [KJ]
Road
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 10 20 30 40 50 60
Distance (m)
Sezione XIX CumulativeFrequency OfStopped 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 60Distance (m)
Sezione XXVII
Number of Rocks
Translational Velocity[m/s]
Height Above Slope [m]
Max Translational KineticEnergy [KJ]
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 10 20 30 40 50 60Distance (m)
Sezione XXVII CumulativeFrequency OfStopped 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 0,1mcTranslational Velocity Envelope 1mcTranslational Velocity Envelope 10mc
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
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10
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0
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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)
