Frane e strutture: valutazione e prevenzione del rischio · Frane attive e monitoraggio 3. Andrea Galli Interazione con strutture e infrastrutture Analisi agli stati limite ultimo

Andrea Galli

Frane e strutture: valutazione e prevenzione del rischio

Andrea Galli

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale

Il dissesto idrogeologico: dalla conoscenza del territorio alla sua protezione

20 Maggio 2015 | Aula De Donato

20 Maggio 2015

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Andrea Galli

Dissesto e Frane

Val Pola, Valtellina, Luglio 1987

Cortenova, Valsassina, Dicembre 2002

? ? ?

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Andrea Galli

Frane attive e monitoraggio 3

Andrea Galli

Interazione con strutture e infrastrutture

Analisi agli stati limite ultimo (SLU) e di esercizio (SLE)

Frane attive

Ha ancora senso definire

??EVHR ⋅⋅=

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Andrea Galli

Frana come carico eccezionale: interazione frana-condotta interrata

Da un approccio in “controllo di carico”

a uno in“controllo di spostamento”

“capacity design”

“performacebased design”

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Andrea Galli

- Condotta elastica lineare- Il tubo è sezionalmente rigido- Il terreno non trasferisce coppie concentrate

Frana come carico eccezionale: interazione frana-condotta interrata 6

Andrea Galli


Importante accoppiamento tra le direzioni H-V!!

(Cocchetti, di Priscoand Galli, 2009)

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Andrea Galli

ruK =⋅

( ) ( )plasticsoil uuUKuUfr −−=−=

K = structural stiffness matrix

(elastic)

u = generalized nodal displacements(or rotations)

r = generalized nodal loads (forces or moments)

Ksoil = equivalent elasticsoil stiffness matrix

U = soil displacement at nodes

r = generalized soil reactions (forces)

U-u = relative soil-pipe displacement

uplastic = permanent relative displacement

( )plasticsoil uuUKuK −−=⋅

( )plasticsoil uuUKuK −−=⋅

( ) ( )plasticsoilsoil uUKKKu −−= −1

( )plasticuUKu −= ~

known for the current step

stepwise computed according to the macroelement

constitutive law

Comportamento strutturale della condotta

Reazioni del terreno


(Cocchetti, di Priscoand Galli, 2009)

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Andrea Galli

Frana come carico eccezionale: interazione frana-condotta interrataApplicazione ad un caso di studio

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Andrea Galli

Identificazione del profilo di spostamenti del terreno

febbraio 2007 –aprile 2008


Andrea Galli

Confronto con gli spostamenti misurati in sito tramite rilievo GPS


Andrea Galli

Calcolo delle azioni interne


Andrea Galli

Analisi parametriche

collassoditempoFS ∝

constU ≈

isezioneiii∀+= 22 3max τσσ


2.1300360

=≈SF

irrealistici

terrenocorrentespostterrenoammspostFS ≈

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Andrea Galli

11/04/2015: Autostrada Palermo-Catania, viadotto Himera

Frane attive: previsione 14

Andrea Galli

Interventi di sostegno: riduttori di spostamento

(Brinch Hansen, 1961; Ito and Matsui, 1975; ...)

dall’analisi limite

Come valutare la “reale” distribuzione dei carichi e delle azioni interne nel palo??

Come valutiamo l’efficacia dell’intervento??

t

U

(Kourkoulis et al., 2012)

??=U intervento efficace

??=t0t

esecuzione intervento

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Andrea Galli

ddd ARE +<

Fk

S

FkF

k AFRE +=

( )UAFRE F

kS

FkF

k +=

( ) ( ) ( ) ( ) ( )UMUVUUAUtRtE Fd

Fd

Fd

Fd

Fd

+++= ,,

EC7, NTC2008

Equilibrio limite

Metodi ibridi

Equazione “esatta” del moto

Met

odi n

elle

forz

eM

etod

i neg

li sp

osta

men

ti

curva caratteristica

Introduzione

Approcci disaccoppiati

da accoppiare con + definizione curve P-y+ risposta strutturale del palo

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Andrea Galli

Equazione “esatta” del moto

Quadro concettuale

( ) ( ) ( ) ( ) ( )UMUVUUAUtRtE Fd

Fd

Fd

Fd

Fd

+++= ,,

Termine inerziale (per processi dinamici)

Componente viscosa della resistenza lungo la superficie di scivolamento

Forza di trascinamento sulla struttura

Forza di interazione (statica) tra terreno e struttura

Resistenza meccanica lungo la superficie di scivolamento

Evoluzione temporale della resistenza (ageing, degradazione, …)

Evoluzione temporale dei carichi agenti

0≈

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Andrea Galli

(Matlock, 1970; Reese et al., 1974;

Reese et al., 1975; Reese and

Welch, 1975; Georgiadis and

Butterfield, 1982; Georgiadis, 1983;

O’Neil and Gazioglu, 1984; Gabr et

al., 1994; Fan and Long, 2005; ….)

( )uUfuK −=S

( ) ( ) ( )uUDuUuU

fuK dddddS −=−−∂

∂=

[ ] UDDKu dd S1−+= matrice diagonale!

matrice di rigidezza del palo

campo di spostamenti di del terreno (“far field” )

spostamenti nodali del palo

Interazione palo-terreno: curve P-y 18

Andrea Galli

Applicazione a caso reale

≈ 600 m

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Andrea Galli

Modello del versante, monitoraggio, definizione profili di velocità

Peso dell’unità di volume

Angolo di attrito Coesione Modulo di

Young

MASSICCIATA g = 18 kN/m3 f’ = 40° c’ = 0 kPa E = 5 MPaORIZZONTE R g = 18 kN/m3 f’ = 28° c’ = 3 kPa E = 5 MPa

ORIZZONTI A, C g = 18 kN/m3 f’ = 32° c’ = 3 kPa E = 5 MPaORIZZONTE D g = 18 kN/m3 f’ = 35° c’ = 3 kPa E ≈ 10 MPa

In base alla misura degli spostamenti siè ricavato il profilo di velocità media nelperiodo di osservazione

Sez 100

Sez 300

Sez 500

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Andrea Galli

Indagini

Frazione granulometrica S1 CR1 S1 CR2Ghiaia (g) 10,91% 4,40%Ghiaia (f) 23,26% 5,69%Sabbia (g) 7,99% 3,45%Sabbia (m) 14,46% 8,94%Sabbia (f) 14,24% 18,66%

Limo 17,95% 38,70%Argilla 11,20% 20,16%

Limiti di Atterberg S1 CR1 S1 CR2Limite liquido 33% 32%Limite plastico 23% 23%

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Andrea Galli

Analisi di stabilità – metodo dell’equilibrio limite (Janbu)

Meccanismo critico Tipo I Tipo II Tipo III

assenza di carichi Sez 100 1.02 1.09 1.19 1.34Sez 300 1.09 1.14 1.25 1.58Sez 400 1.04 1.10 1.24 1.67Sez 500 1.01 1.15 1.28 1.66

con carichi Sez 100 1.02 1.09 1.04 1.20Sez 300 1.09 1.14 1.17 1.42Sez 400 1.04 1.10 1.08 1.47Sez 500 1.01 1.15 1.18 1.47

condizioni nondrenate, con carichi Sez 500 1.01 1.19 1.01 1.20

Diagnosi Nessun meccanismo di rottura attivo Spostamenti diffusi nel pendio

Due cause principali: passaggio dei treni variazioni periodiche dei livello di falda (e del grado di saturazione del pendio)

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Andrea Galli

( ) ( ) ( ) ( ) lQQbQbQrbrWrM VHVVi ⋅++++⋅= 2,1,22,11,

( ) ( )rMrM ri ≤

( ) ( )0

2

≥⋅⋅+=

ωωη

rrMrM ri

( ) ( ) ( )UrbUrRdrrCrM RS

ur ,,+⋅⋅= ∫

Momenti instabilizzante e resistente

Equilibrio limite

Modello viscoplastico

calibrazione parametro viscoso «macroscopico» η

Equazione viscoplastica del moto 23

Andrea Galli

Tipologia di opera: paratia filtrantante pretirantata

EI = 8155,28 kNm2

Mlim = 149,24 kNm

D = 30 cmS = 60 cmL = 5 m

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Andrea Galli

Verifiche preliminari al tiro e a 50 anni dalla messa in opera (Sez.500)

tiro tiro tiro

Percentuale pretiro 25% 50% 75% 100%Valore pretiro [kN/m] 38,5 75 112,5 150Spostamento atteso del terreno a 50 anni [m] 0,1041 0,0674 0,0399 0,0198Valore atteso del tiro a 50 anni [kN/m] 193,3 171 161,6 169,2

Momenti flettenti Spostamenti orizzontaliProfili di velocità del terreno

50 anni 50 anni 50 anni

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Andrea Galli

Concludendo…

Uso di MODELLI DI INTERAZIONE terreno-struttura accurati, ma semplificati

Approccio PRESTAZIONALE nella progettazione delle strutture, nella VERIFICA dello stato

tensionale corrente e nella PREVISIONE del comportamento

Importanza del monitoraggio PRE e POST operam: non solo come strumento di

CONTROLLO, ma come vero ausilio nella COMPRENSIONE del fenomeno, nella

PROGETTAZIONE dell’opera e nella VERIFICA delle ipostesi progettuali

Parte di questa ricerca rientra nel progetto PRIN 2010-2011"La mitigazione del rischio da frana mediante interventi sostenibili"

Galli A., di Prisco C., (2012). “Un approccio negli spostamenti per la progettazione di pali a sostegno di movimenti franosi“, IARG,Padova 2-4 luglio 2015.

Galli A., di Prisco C., (2013).“Displacement-based design procedure for slope-stabilizing piles”. Canadian Geotechnical Journal,(50) 41–53.

Galli A., di Prisco C., (2014). “Definizione del dominio di interazione di muri di placcaggio mediante analisi numeriche“, XXcongresso CTE, Milano, 7-8 novembre 2014, pp.435-444.

Galli A., Bassani A., di Prisco C., di Prisco M., (2014). “Progettazione di una paratia filtrante a sostegno di una massicciataferroviaria“, XXV Convegno Nazionale di Geotecnica, Baveno, 4-6 giugno 2014, pp. 541-548.

Galli A., Bassani A., (2015). “Progettazione e previsione del comportamento di una paratia filtrante a sostegno di una massicciataferroviaria“, 5° IAGIG, Roma 22-23 maggio 2015.

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