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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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
Frana come carico eccezionale: interazione frana-condotta interrata
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
Frana come carico eccezionale: interazione frana-condotta interrata
(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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Identificazione del profilo di spostamenti del terreno
febbraio 2007 –aprile 2008
Frana come carico eccezionale: interazione frana-condotta interrata 10
Andrea Galli
Confronto con gli spostamenti misurati in sito tramite rilievo GPS
Frana come carico eccezionale: interazione frana-condotta interrata 11
Andrea Galli
Calcolo delle azioni interne
Frana come carico eccezionale: interazione frana-condotta interrata 12
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Analisi parametriche
collassoditempoFS ∝
constU ≈
isezioneiii∀+= 22 3max τσσ
Frana come carico eccezionale: interazione frana-condotta interrata
2.1300360
=≈SF
irrealistici
terrenocorrentespostterrenoammspostFS ≈
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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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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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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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(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
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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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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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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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( ) ( ) ( ) ( ) 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
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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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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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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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