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Anna Maria Ferrero – Università di Torino

Resilienza e geotecnica

L'ingegneria geotecnica è una componente intrinseca di gran parte del costruitoe delle grandi infrastruttura.Migliorare la sostenibilità dei processi geotecnici è fondamentale per garantireuno sviluppo globale sostenibile (Basu et al., 2014; Jefferis, 2008; Long et al.,2006; Pender, 2011).L'adozione di alternative geotecniche sostenibili nelle fasi iniziali puòcontribuire alla sostenibilità del progetto nelle fasi successive (Basu et al., 2014).

Spesso la resilienza viene inglobata nella sostenibilità.

Engineering Sustainability - Volume 171 Issue ES1 2018Sustainability and resilience analyses in slope stabilisation

Das, Puppala, Bheemasetti, Walshire and CorcoranIce proceedings


Resilienza e geotecnica

Pertanto, la resilienza nella geotecnici implica che le strutture (fondazioni, gallerie, caduta di massi / detriti contromisure, ecc.), anche se non nelle

migliori condizioni di servizio, continuino a funzionare per lo scopo previsto anche in condizioni difficili e imprevedibili.

I progetti basati sulla resilienza considerano l’analisi della struttura ad affrontare le minacce determinate da pericoli naturali o

antropici.


Resilienza e sostenibilità

Resilienza = prestazione continuata al mutare delle condizioni

Da una prospettiva geotecnica, la sostenibilità può essere interpretata come un equilibrio dinamico tra quattro aspetti (Basu et al. (2014):1. progettazione ingegneristica, 2. economia, 3. ambiente 4. equità

II progetti basati sulla resilienza tengono conto degliaspetti volti ad affrontare le minacce da improvvisipericoli naturali e provocati dall'uomo.Bruneau et al. (2003) ha proposto quattro parametri ("lequattro R") come misure di resilienza dell'infrastruttura:1. robustezza, o la capacità di sopportare un certo livello

di stress senza danno funzionale;2. ridondanza, dettata dalla misura in cui l’elemento è

sostituibile in caso di danno;3. capacità di identificare mal funzionamenti e di

adottare meccanismi di recupero;4. rapidità, con cui vengono affrontati i disturbi esterni e

contenute le perdite










ROBUSTEZZA analisi stati limiteRIDONDANZA applicazione di più sistemi di interventiMALFUNZIONAMENTI MonitoraggiRAPIDITA’ monitoraggi + sviluppi tecnologici

Sia gli elementi di sostenibilità sia quelli di resilienza sono quantificati per ciascun metododi trattamento e sono associati con pesi adeguati in base alla loro importanza relativa e adiscrezione dell'ingegnere. Questi indicatori ponderati sono sottoposti a un'analisi multi-criterio per designare un indice cumulativo di sostenibilità e resilienza (ICSR) cheparametrizza il grado di sostenibilità e resilienza nel sistema. Il metodo di trattamento con ilminore ICSR è raccomandato per l'implementazione del campo finale.


(Das et al., 2018)

L'obiettivo dovrebbe essere quello di ridurre il rischio in modi economicamenteefficaci e robusti a medio-lungo termine.

L'obiettivo dovrebbe essere quello di ridurre la probabilità che si verifichino eventifranosi e mitigare la gravità conseguenze negative.

Le istituzioni globali che si occupano di gestione delle calamità fanno spessoriferimento alla resilienza e alla sostenibilità (UNISDR, 2012, WEF, 2015), mamancano orientamenti sui passi fondamentali necessari per la gestione delle frane.

In sostanza, suggerisce la necessità di progettare strutture geotecniche (e più generali di ingegneria) in modo sicuro e ridondante.


Resilienza e rischio

Rischio:«l'effetto dell'incertezza sull'oggetto di analisi»Livello di rischio :"grandezza delle conseguenze e probabilità di accadimento di un evento",

T.H. Brown (2012)

Fonti di incertezza nella fase di caratterizzazione dell'ammasso, nell’esecuzione delle prove di laboratorio ed in situ, nella scelta dei modelli costitutivi, nella modellistica numerica e matematica applicata, nell'analisi della stabilità statica e dinamica, etc.

Come definiamo il rischio?


Strategie per la mitigazione del rischio

Canuti el al. 2012


Analisi Probabilistiche

Analisi deterministiche vs. analisi probabilistiche (Lacasse, 1998).

Rischio:«l'effetto dell'incertezza sull'oggetto di analisi»Livello di rischio :"grandezza delle conseguenze e probabilità di accadimento di un evento",

T.H. Brown (2012)


EC7 richiede di verificare che i valori di progetto delle azioni (Ed) siano minori o uguali ai valori di progetto delle resistenze della struttura (Rd) cioè Ed ≤Rd .

Ed = gF*Frep

Rd = XK /gM

Come progettiamo gli interventi strutturali ?

Rischio residuo sotto l’opera !!


Effetto dell’incertezza

Confronto tra due simulazioni con differenti fattori di sicurezza e incertezza (Nadim et al., 2006)


Le barriere nette flessibili sono un buon esempio di strutture

resilienti, ma ...

Il rischio residuo è cambiato dopo il riempimento della barriera o no?

Le strutture hanno raggiunto l'obiettivo di fermare i detriti (resistenza) ma cosa potrebbe accadere in conseguenza di un

nuovo evento?Continuerà a "resistere" (resilienza)? O fallirà?

E cosa succederà al rischio residuo a valle della rete?

C'è la necessità di progettare in "resilienza" piuttosto che in "resistenza" tenendo conto della pericolosità dell’intero pendio prima e dopo l’installazione della rete.

Per progetto ridondante non è necessario un progetto più costoso: se consideriamo il lungo termine, è più economico investire in resilienza che in costi relativi alla ricostruzione /

ripristino delle zone danneggiate.

Zone di rilascio dei blocchi

Studio dei percorsi

L'analisi di rischio applicata ai pendii in roccia


Ec=1/2 m v2

Qual’è il blocco di progetto!!

LINEE GUIDA PER LA PROGETTAZIONE

APPROCCIO ENERGETICO

Opere di protezione dalla caduta massi


Barriere paramassi

I livelli energetici diapplicazione vanno da100kJ a 6500kJ

Opere di protezione dalla caduta massi

Normativa di riferimento Benestare Tecnico Europeo ETAG 027 (European Technical Approval Guidelines)“Falling Rock Protection Kits” (2006) e successivi sviluppi EOTA European Organisation for Technical Assessment in the area of construction products.

UNI 11211-4:2012 Opere di difesa dalla caduta massiVerifiche per le barriere paramassi elasto-plasticheEurocodice 7 e lavoro CEN/TC250/SC7/WG1/TG3 Eurocode 7 - Geotechnical design della European Committee for Standardization (CEN) Gruppo di meccanica delle rocce stabilità dei pendii

Dip [°] Dip Direction [°] Spacing [m]K1 75 ± 5 083 ± 7 2.6 ± 2.4K2 50 ± 10 230 ± 20 7.9 ± 7.1K3 80 ± 5 326 ± 10 3.9 ± 3.6Ks 37 ± 5 320 ± 10 0.5 ± 0.4

Orientation and spacing from non-contact survey

Example of Rockscan software interface (Ferrero et al., 2009)

Estrazione dei piani


validation by means of a comparisonwith the distribution of blocksobserved at the base of the rock face

Determinazione del volume dei blocchi

Normal (RN) [-]

Tangential (RT) [-]

Friction angle [°]

A 0.5±0.2 0.8±0.2 20±10B 0.3±0.2 0.6±0.2 30±10C 0.25±0.2 0.5±0.2 35±10D 0.2±0.2 0.4±0.05 50±0

Block volume has a significant influence on kinetic energy:

Ec=1/2 m v2

V = 15 m3 F(x) = 90% Tr = 887 anniV= 1,2 m3 F(x) = 75% Tr = 0,9 anni

Analisi dei percorsi


• Resistenza della barriera Rbarrier = 1000 kJ ± 50 kJ• Distribuzione di frequenza dell’energia cinetica ottenuta dalle simulazioni (x = 57 m)

Gamma distribution: α = 0.96, β = 753.5Media = α∗β = 722.8 kJ, Std. Dev = α/β2= 738 kJ

Applicazione del metodo degli Stati limite (eurocode 7, NTC)

Blocco di progetto V = 15 m3 F(x) = 90% Tempo ritorno = 887 anni

f(x)= 40%V= 1,2 m3 F(x) = 75% Tempo ritorno = 0,9 anni

f(x)= 10%

Probabilità di rottura

Considerazioni conclusive






ROBUSTEZZA analisi stati limiteRIDONDANZA applicazione di più sistemi di interventiMALFUNZIONAMENTI MonitoraggiRAPIDITA’ monitoraggi + sviluppi tecnologici

Il paradigma è: aumentare la resilienza, aumentare la resistenza del sistema globale e ridurre i costi imprevisti (ripristino dell'area

danneggiata, assicurazione, costi sociali, ecc.)

Thank you for yourkind attention

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