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La caratterizzazione del sottosuolo
le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
La prevenzione del rischio sismico in Piemonte Pinerolo, 22 marzo 2013
Prof. Ing. Sebastiano Foti
Email: sebastiano.foti@polito.itwww.soilmech.polito.it/people/foti_sebastiano
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Sommario
• Valutazione dell’azione sismica: – pericolosità sismica nazionale
– risposta sismica locale
– Categorie di sottosuolo
– Prove sismiche
• CHT – DHT
• Onde superficiali (SASW, MASW, ReMi, Passive arrays, …)
• Idoneità del sito di costruzione– Stabilità dei pendii
– Interferenza con rotture di faglia in superficie
– Liquefazione
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Pericolosità sismica italiana INGV � NTC 2008
NTC 2008
CAMBIO DI PARADIGMA
Definizione dei valori di pericolositàsu maglia geografica (0.05°)
La pericolosità è definita in funzione del periodo di ritorno
Assegnati un periodo di riferimento e una probabilità di superamento si ottiene l’azione di progetto
Esempio: agprobabilità superamento 10% in 50 anni(SLV strutture ordinarie)
� TR=475 anni sottosuolo cat. A (V S,30>800m/s)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Città del Messico (Terremoto del 1985)
(Faccioli e Paolucci, 2005)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Studi di risposta sismica locale
NTC 2008 (3.2.2):Ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, si rende necessario valutare l’effetto dellarisposta sismica locale mediante specifiche analisi , come indicato nel § 7.11.3. In assenza di talianalisi, per la definizione dell’azione sismica si può fare riferimento a un approccio semplificato,che si basa sull’individuazione di categorie di sottosuolo di riferimento (Tab. 3.2.II e 3.2.III).
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Esempio RSL
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Periodo [s]
Accelerazione spettrale [g]
acc1
acc2
acc3
acc4
acc5
acc6
acc7
medio
NTC08
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 10 20 30 40 50
Tempo [s]
Accelerazione [g]
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 10 20 30 40 50
Tempo [s]
Accelerazione [g]
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 10 20 30 40 50
Tempo [s]
Accelerazione [g]
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 10 20 30 40 50
Tempo [s]
Accelerazione [g]
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 10 20 30 40 50
Tempo [s]
Accelerazione [g]
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 10 20 30 40 50
Tempo [s]
Accelerazione [g]
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 10 20 30 40 50
Tempo [s]
Accelerazione [g]
0.0
5.0
10.0
15.0
0 400 800 1200 1600
Vs [m/s]
Profondità [m]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.0001 0.001 0.01 0.1 1
Deformazione [%]
G/Gmax [-]
Sabbia molto addensata
Sabbia mediam. addensata
Roccia
0
5
10
15
20
25
30
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10
Deformazione [%]
Smorzamento [%]
Sabbia molto addensata
Sabbia mediam. addensataRoccia
Prove in sitoVS ���� G0
Prove lab
(Lai et al., 2009)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Periodo [s]
Accelerazione [g]
acc1
acc2
acc3
acc4
acc5
acc6
acc7
medio0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 1 2 3 4 5 6
Periodo [s]
Accelerazione spettrale [g]
Spettro medio
NTC08 suolo E
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Studi di risposta sismica locale
NTC 2008 (3.2.2):Ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, si rende necessario valutare l’effetto dellarisposta sismica locale mediante specifiche analisi, come indicato nel § 7.11.3. In assenza di talianalisi, per la definizione dell’azione sismica si può fare riferimento a un approccio semplificato,che si basa sull’individuazione di categorie di sottosuolo di riferimento (Tab. 3.2.II e 3.2.III).
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Spettri di risposta per tipologie di sottosuolo
(Seed
et
al.,
1976)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Stima semplificata RSL: VS,30
h1 Vs1
h2 Vs2
h3 Vs3
Vs∞∞∞∞h4
30m VS,30
Onda SOnda SOnda SOnda S
Rappresenta la velocità media in termini di lentezza, basata sul tempo che l’onda di taglio impiega a percorrere i 30 m
∑=
=
Ni iS
iS
V
hV
..1 ,
30,30
NB: 30m a partire dal piano di imposta della fondazione
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Stima semplificata RSL: VS,eq
h1 Vs1
h2 Vs2
h3 Vs3
Vs∞∞∞∞h4
H VS,eq
Onda SOnda SOnda SOnda S
Rappresenta la velocità media in termini di lentezza, basata sul tempo che l’onda di taglio impiega a percorrere lo strato di spessore H
∑=
=
Ni iS
ieqS
V
hH
V
..1 ,
,
NB: 30m a partire dal piano di imposta della fondazione
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Categorie di sottosuolo: revisione NTC ????
NB: le categorie di sottosuolo sono rilevanti ai soli fini della valutazione dell’azione sismica
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
EC8 & NTC08: categorie di sottosuolo
E (C, D su A)
< 180D
180 - 360C
360 – 800B
> 800A
Vs,30Categoria
Note: Categoria E: depositi alluvionali di spessore 5-20m classificabili come
sottosuolo C o D soprastanti un un substrato roccioso (bedrock) (sottosuolo A)
Categorie speciali S1 (argille tenere/limi molto plastici) e S2 (terreni soggetti a liquefazione/argille sensitive): richiedono studi specifici della risposta sismica locale
< 15
15 ÷ 50
>50
-
NSPT
< 70
70 ÷ 250
>250
-
cu
∑=
=
Ni iS
iS
V
hV
..1 ,
30,30
velocità media pesata (parità di tempo di viaggio)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
NTC 2008(Udine)
S·ag
Accelerazione di picco al suolo
Valore di progetto
Spettri di risposta elastici
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 1 2 3 4 5Periodo [s]
Acc
.spe
ttral
e [g
]
suolo Asuolo Bsuolo Csuolo Dsuolo E
ag F0 Tc*
0.216 2.45 0.33
1.38C
1.19B
1A
SSUOLO
1.42E
1.61D
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Correlazioni VS - NSPT Per Esempio:Formula di Otha e Goto (1978)
( ) )/(69 2.017.060 smffzNV GAs ⋅=
deposito) del f(età
terreno)di f(tipo
==
A
G
f
f
Attenzione alla dispersione dei dati usati per le correzioni � incertezza associata ??
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Metodi Geofisici
• Metodi Invasivi– Prove Cross-hole
– Prove Down-hole
• In foro
• SCPT-SDMT
• Metodi Non-Invasivi– Prove sismica a rifrazione (onde SH)
– Analisi delle onde superficiali
• Metodi attivi (SASW, MASW)
• Metodi passivi (fk, SPAC, ReMi, H/V)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Down-Hole
geofonotridimensionale
acquisitore limitazione a profondità
di 50-60m
P SH
Un solo foro; minore sensibilitàverticalità foro di sondaggio
Metodi di interpretazione– Metodo tempi intercetti
– Metodo true interval
– Inversione dei tempi di primo arrivo con raggi sismici curvi
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Prova Down Hole
z
d
22 zd +
22 zd
ztt miscorr
+=
Tempo di primo arrivo
prof
ondi
tà
1V1
1V2
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Down Hole
Due ricevitori (true interval)
geofonitridimensionali
acquisitore
Analoga interpretazione con successive posizioni si ngolo geofono(pseudo-interval): fortemente sconsigliata
corrt
zV
∆∆=
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Metodi Geofisici
• Metodi Invasivi– Prove Cross-hole
– Prove Down-hole
• In foro
• SCPT-SDMT
• Metodi Non-Invasivi– Prove sismica a rifrazione (onde SH)
– Analisi delle onde superficiali
• Metodi attivi (SASW, MASW)
• Metodi passivi (fk, SPAC, ReMi, H/V)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Prove basate sulla propagazione di onde superficiali (SWM)
XD
1 n32
X
Two-station (SASW)
Multistation(f-k, τ-p, MASW, CSW,....)
X
1 n32
X
Spatial ArraySPAC, ESAC, f-k (FBDF, Capon, Music,…)
Linear array (ReMi)
Tec
nich
e A
ttive
Tec
nich
e pa
ssiv
es
?
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Campo di spostamenti in superficie
Acquisizione Dati
Curva di dispersione delle onde di Rayleigh: velocità di fase vs frequenza
Analisi dei Segnali VR
ωωωω
Z
VS
Profilo di velocità delle onde di taglio
Processo di Inversione
Modulo di rigidezza a taglio (G0 vs profondità)
20 SVG ⋅= ρ
G 0
Prove SASW: diagramma di flusso
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Seismograph or Signal Analyzer
Impulsive or harmonic
source
1 2 3 n
D X X
Low frequency vertical geophones
receiver offset (m)
time
(s)
wavenumber, rad/m
freq
uenc
y, H
z
2D FFT
wavenumber, rad/m
freq
uenc
y, H
z
experimental dispersion curve
feachk
ffv
PP
R
max
2)(
=
⋅= π
frequency, Hzphas
eve
loci
ty, m
/s
experimental dispersioncurve
Prove MASW: processing
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Il problema inverso
Obiettivo: trovare i parametri di modello tali da minimizzare la differenza tra curve di dispersione sperimentale e numerica
H1 =?=?=?=? Vs1=?=?=?=?
H2 =?=?=?=? Vs2=?=?=?=?
H3 =?=?=?=? Vs3=?=?=?=?
Vs∞∞∞∞=?=?=?=?
0 10 20 30 40 50 60 70100
200
300
400
500
600
700
frequency, Hz
phas
e ve
loci
ty, m
/s
sperimentalenumerica
Strati piani e paralleliomogenei lineari elastici
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
120
140
160
180
0 5 10 15 20 25 30frequenza, Hz
velo
cità
di fa
se, m
/s sperimentale
120
140
160
180
0 5 10 15 20 25 30frequenza, Hz
velo
cità
di fa
se, m
/s
sperimentalenumerica
0
5
10
15
20
25
30
100 150 200 250 300
VS, m/s
prof
ondi
tà, m
SASW
0
5
10
15
20
25
30
100 150 200 250 300
VS, m/s
prof
ondi
tà, m
SASW
CHT
Casi di Studio: Pisa
(Foti, 2003)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Profili Equivalenti
InversioneInversione con con metodometodoMonte Carlo Monte Carlo
(Foti et al., 2007)
Non unicità della soluzione
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Accuratezza ed incertezza della stima di VS,30
(Comina et al., 2010)liqQC
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Curva di dispersioneV R
ωωωω
Inversione
Z
VS
AttivePassive
Attive
Passive
Integrazione Attive-Passive
AttivePassive
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Limo argilloso
Sabbia, sabbia limosa
Limo argilloso, argilla limosa
PIANOLA PIANOLA –– Sondaggio e prove DH Sondaggio e prove DH -- SDMT (maggio 2009)SDMT (maggio 2009)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Velocità delle onde di taglio, Vs (m/s)P
rofo
ndità
, z (m
)
MASW ( 1 )
MASW ( 2 )
DH
SDMT
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Prove basate sulla propagazione di onde superficiali (SWM)
XD
1 n32
X
Two-station (SASW)
Multistation(f-k, τ-p, MASW, CSW,....)
X
1 n32
X
Spatial ArraySPAC, ESAC, f-k (FBDF, Capon, Music,…)
Linear array (ReMi)
Tec
nich
e A
ttive
Tec
nich
e pa
ssiv
es
?
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
ReMi (Refraction Microtremors)
= Prove Passive con ricevitori allineati
Ipotesi di base: distribuzione spaziale uniforme delle sorgenti di vibrazione
(Louie, 2001)
(Stephenson et al., 2005)
Seismograph or Signal Analyzer
1 2 3 n
X X
Low frequency vertical geophones
Sismografo o analizzatore di segnali
1 2 3 n
X X
Geofoni verticali a bassa frequenza
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
(Foti et al., 2007)
Prove Passive
λtrue
λapparent
v=f·λ
λapparent>λtrue � vapparent>vtrue
Esempio: La Salle
Disposizione dei geofoni (pianta)ReMi (pianta)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
ReMi
(Par
olai
eta
l., 2
007)
Confronto Attive-Passive
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
QC delle prove SWM
• Assenza marcate irregolarità topografiche e/o stratigrafiche
• Acquisizione
– Preferire approcci multistation e array 2D per le passive
– Frequenza naturale dei geofoni (max 4,5Hz)
– Apertura totale-profondità (zmax≈½Lstend)
– Qualità registrazioni
• Processing
– Verifica dato sperimentale (panel fk)
• Inversione
– Metodo di inversione (automatico)
– Congruenza curva dispersione numerica-sperimentale
– Congruenza profondità raggiunta – intervallo frequenze (zmax≈½-1/3 λmax)
– Modi superiori (se andamento irregolare)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Criteri di verifica delle prove SWM
• Corrispondenza curva dispersione numerica-sperimentale
• Congruenza profondità raggiunta – range frequenze (zmax≈½-1/3 λmax)
0 10 20 30 40 50 60 70100
200
300
400
500
600
700
frequenza [Hz]
Vel
ocità
di fa
seon
deR
[m/s
]
sperimentalenumerica
200 400 600 800
5
10
15
20
25
30
35
VS [m/s]
Pro
fond
ità[m
]
mzmHz
sm
f
V
f
R 35705.8
620maxmax
max
≈⇒=≈=λ
liq end
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
• Sollecitazioni cicliche inducono, in condizioni drenate, riduzione di volume.
• La tendenza a ridurre il volume èpiù marcata nei terreni sciolti
• In condizioni non drenate, tale tendenza genera sovrappressioni interstiziali (u)
• Come conseguenza si riduce la resistenza al taglio, sino ad annullarsi in condizioni estreme
(u=σ)
'tan)('tan' φσφστ uf −==
NB: Nel caso di sisma le condizioni sono praticamente sempre non drenate anche per terreni a grana grossa
Liquefazione
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Il terremoto che ha colpito la pianura padana-emiliana il 20 maggio 2012 ha prodotto diffusi ed estesi fenomeni di liquefazione
Localizzazione dei casi di
liquefazione osservati
Terremoto Emiliano del 2012
(Cortesia prof. G. Vannucchi – UniFI)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Manifestazioni di liquefazione osservate in Emilia
Foto: cortesia prof. G. Vannucchi
UniFI
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Principalmente sabbie, talvolta limi non plastici e ghiaie confinate
Granulometria uniforme e la presenza di particelle arrotondateportano ad una struttura del terreno che massimizza i vuotiinterstiziali
Criteri Cinesi (terreni liquefacibili se tutti soddisfatti):
– frazione di materiale fine con particelle di diametro d ≤ 0.005 mm minore del 15%
– limite liquido LL ≤ 35%
– contenuto d’acqua naturale ≥ 0.9 LL
– indice di liquidità ≤ 0.75
Composizione granulometrica terreni liquefacibili
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
La liquefazione in Italia
(Galli, 2000)
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
verifica liquefazione: motivi di esclusione (or)
• Magnitudo attesa M < 5
• accelerazione di picco al suolo di progetto Sag < 0.1 g
• profondità falda dal p.c. zw > 15m
• criterio granulometrico (fuso terreni liquefacibili)
• per sabbie pulite
SPT (N1)60 > 30CPT qc1N > 180
Valori normalizzati perσ'v = 100 kPa
NTC2008
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
Terreni a granulometria
uniforme
Terreni a granulometria poco uniforme
Uc = d60/d10
Criteri granulometrici
POLITECNICO DI TORINOPINEROLO 22 Marzo 2013 Sebastiano Foti
La caratterizzazione del sottosuolo: le indicazioni delle NTC e la buona pratica esecutiva
• Profilo stratigrafico
• Profondità di falda (con variazioni stagionali)
• Distribuzione granulometrica
• Prove penetrometriche (SPT-CPT)
Indagini
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