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PROVE GEOTECNICHE DI LABORATORIO
Università degli studi dell’Aquila Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile-Architettura, Ambientale corso di microzonazione sismica e valutazione della risposta sismica locale per la ricostruzione postterremoto. PROVE GEOTECNICHE DI LABORATORIO Anna d’Onofrio L’Aquila, 20/02/2013 PO FSE Abruzzo 2007-2013 – Progetto “Reti per l’Alta Formazione – RETAFO” 1 20 G/G0 D u/s '0 tensione tangenziale, (kPa) 30 10 0 -10 -20 -30 -0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 deformazione tangenziale, g (%) 0,1 0,15 1 25 0.8 20 0.6 15 0.4 10 0.2 5 0 0.0001 D (%) Prove geotecniche di laboratorio 0 0.001 0.01 0.1 1 deformazione tangenziale, g (%) Prof. Anna d’Onofrio Professore Associato nel SSD ICAR/07 - Geotecnica Docente di Geotecnica – Dinamica delle terre Università degli Studi di Napoli “Federico II” Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale e.mail: [email protected] Recapito telefonico: 081-7683474 2 Fenomenologia Prove Lab 3 Propagazione delle onde sismiche: schema concettuale Il moto sismico deriva dalla propagazione a distanza di onde di superficie e soprattutto di onde di volume, che attraversano: • in profondità, ammassi di roccia lapidea • in superficie, depositi di terreno. Ipotesi generalmente assunte per la modellazione: • terreni naturali sotto falda • azioni molto rapide nel tempo deformazioni volumetriche (onde P) 0 • rifrazioni successive (strati sempre più deformabili verso la superficie) onde S propagantisi in direzione verticale Fenomenologia Prove Lab 4 Risposta meccanica dei terreni alle azioni sismiche Stati di interesse: taglio semplice (per le tensioni) distorsionale (per le deformazioni) Comportamento osservato: 1. non linearità 2. non reversibilità 3. assorbimento di energia 4. deformazioni residue Fenomenologia Prove Lab 5 Rappresentazione del comportamento meccanico In condizioni di carico ciclico possono definirsi i c.d. parametri equivalenti: G = modulo di taglio G (G0 = rigidezza a basse deformazioni = VS2) D = fattore di smorzamento (damping) D pp g pp WD 4WS pp = tensione picco-picco gpp = deformazione picco-picco WS = energia elastica equivalente WD = energia dissipata nel ciclo Fenomenologia Prove Lab 6 Evidenza sperimentale della natura del legame -g All’aumentare del livello di sollecitazione, il ciclo tensione-deformazione: - si inclina sempre di più la non linearità si accentua - si allarga progressivamente la dissipazione di energia aumenta tensione tangenziale, (kPa) 30 20 10 0 -10 0,5 0 -20 -30 -0,15 G0 = VS2 -0,5 -0,001 -0,1 -0,05 0 0,05 deformazione tangenziale, g (%) 0 0,001 0,1 0,15 Dipendenza del comportamento dal livello deformativo Si individuano due livelli deformativi di ‘soglia’: - una soglia di linearità, gl - una soglia volumetrica, gv small medium large 1 25 0.8 e tre campi di deformazione 20 gl 0.6 15 gl 0.4 10 gv 0.2 0 0.0001 5 0 0.001 0.01 0.1 1 deformazione tangenziale, g (%) Oltre la soglia volumetrica gv nei casi di si osservano: Drenaggio libero Terreni non saturi Drenaggio impedito Terreni saturi sovrapressioni interstiziali interstizialiDu Du variazioni di di volume volume vv variazioni sovrapressioni degradazione ciclica ciclica [G(g), [G(g), D(g) D(g) == f(N f(Ncicli )] degradazione cicli)] distorsioni permanenti permanenti ss distorsioni D (%) All’aumentare di g: - la rigidezza G diminuisce - lo smorzamento D aumenta - si verifica accoppiamento volumetrico-distorsionale G/G0 D u/s '0 Fenomenologia Prove Lab 7 Fenomenologia Prove Lab 8 Addensamento ciclico in condizioni drenate Accoppiamento volumetrico-distorsionale in prove cicliche su terreni granulari: accumulo di deformazioni volumetriche ( riduzione dell’indice dei vuoti) in seguito ad una successione di carichi ciclici ad ampiezza costante di deformazione distorsionale. De La graduale riduzione col numero di cicli dell’incremento di deformazione volumetrica (De decrescente con N) testimonia che il terreno diventa progressivamente sempre meno compressibile e deformabile Fenomenologia Prove Lab 9 Degradazione ciclica in condizioni non drenate Cicli tensione-deformazione non stazionari Accumulo sovrapressioni interstiziali Degradazione ciclica del modulo di taglio Aumento/diminuzione del fattore di smorzamento (d’Onofrio e Penna, 2003) Fenomenologia Prove Lab 10 Sovrapressioni interstiziali, liquefazione, mobilità ciclica Collasso per Liquefazione (sabbie sciolte) Mobilità ciclica (sabbie dense) Sabbia del fiume Fuji (Ishihara, 1985) •aumento improvviso di deformazioni tangenziali •accumulo irreversibile di sovrapressioni interstiziali condizione di liquefazione in termini tensionali: •aumento graduale di deformazioni tangenziali •accumulo reversibile di sovrapressioni interstiziali Du 1 so f s tan (so Du ) tan 0 condizione di liquefazione in termini deformativi: g g lim ( p.es. 5%) Fenomenologia Prove Lab 11 Il fenomeno della liquefazione (1) le particelle di sabbia sciolta sono a contatto tra loro (s > 0) (2) perdita dei contatti per l’accumulo di Du fino a che s 0 (3) alla fine si recuperano i contatti e le particelle si addensano Vedi anche un singolare esperimento sulla liquefazione nel video http://www.youtube.com/watch?v=1KqlAMWMjOE Fenomenologia Prove Lab 12 Effetti della liquefazione su terreni di fondazione e opere Strutture fuori terra collasso per sprofondamento Manufatti interrati galleggiamento Fenomenologia Prove Lab 13 Comportamento tensio-deformativo di terreni liquefacibili Sabbia sciolta Sabbia densa • I cicli assumono un aspetto distorto (a banana) con pendenza degradante verso l’orizzontale (G 0) • I cicli si modificano più gradualmente con forma che tende a stabilizzarsi • Il comportamento post-ciclico è instabile • Il comportamento post-ciclico è stabile L’accumulo di sovrapressioni interstiziali produce una progressiva migrazione del percorso di sollecitazione verso stati tensionali prossimi alle condizioni di rottura. Fenomenologia Prove Lab 14 Resistenza ciclica dei terreni a grana fine L’accumulo di sovrapressioni interstiziali nei terreni fini non può produrre fenomeni di liquefazione (transizione di fase), a causa della natura elettrochimica dei legami interparticellari La resistenza non drenata cu è comunque fortemente influenzata da: - le stesse sovrapressioni interstiziali Du - la degradazione ciclica dello scheletro solido - gli effetti della velocità di deformazione Fenomenologia Prove Lab 15 Sovrapressioni, dissipazione e ricompressione post-ciclica indice dei vuoti, e Curva di consolidazione Du = sovrapressione indotta e0 (TU) (S) De = ricompressione post-ciclica dissipazione di Du (T') (S) stato iniziale in sito (TU) stato post-sisma (T') stato finale s'v0 tensione efficace, s'v Terreni a grana fine (saturi): STu immediato, TuT’ lento Terreni a grana grossa saturi: STu rapido, TuT’ rapido Terreni a grana grossa non saturi: direttamente ST’ Fenomenologia Prove Lab 16 Misura sperimentale dei parametri meccanici Categorie di prova Penetrom. In situ Geofisiche Tipo di prova Stato tensionale Deformazione Frequenza g [%] f [Hz] Laboratorio Resistenza G NVS G0 ’ CPT qc VS G0 ’ Down-Hole VS G0 - VS G 0 possibile V R VS G 0 - Cross-Hole Litostatico <10-3 10-100 Triassiale Simmetria radiale >10-2 0.01-1 q:a E G Taglio semplice Simmetria radiale >10-2 0.01-1 :g G Taglio torsionale Simmetria radiale o triax vero Simmetria radiale o triax vero Simmetria radiale 10-4 -1 0.01-1 :g G0, G 10-4-1 >10 fr G0, G H.p., R.f. D <10-3 >100 VS G0 - Colonna risonante Dinamiche Trasduttori piezoceramici Legenda: Smorzamento SPT SASW Cicliche Rigidezza F cu q/s’r : Nc WD/WS D VR = velocità onde di Rayleigh; fr = frequenza di risonanza; H.p. = metodo della semibanda di potenza; R.f. = metodo del fattore di risonanza /s’v : Nc Caratterizzazione geotecnica con prove in sito prove in sito ???? 120 30 G 0 VS2 25 80 20 60 15 40 10 20 5 0 0 0.0001 0.001 0.01 0.1 deformazione tangenziale, g (%) terremoti deboli (weak motion) terremoti forti (strong motion) 1 D (%) D u/s '0 (%) 100 G (MPa) Fenomenologia Prove Lab 17 Caratterizzazione geotecnica con prove di laboratorio prove in sito prove di laboratorio G 0(sito ) VS 30 2 campionamento 100 80 25 G ( g ) lab 20 60 15 40 10 20 5 0 0 0.0001 0.001 0.01 0.1 deformazione tangenziale, g (%) terremoti deboli (weak motion) terremoti forti (strong motion) 1 D (%) D u/s '0 (%) 120 G (MPa) Fenomenologia Prove Lab 18 Caratterizzazione geotecnica con prove in sito e di laboratorio prove in sito prove di laboratorio 120 30 G(g) G ( g ) (G 0 )sito G 0 lab 25 80 20 60 15 40 10 20 5 0 0 0.0001 0.001 0.01 0.1 deformazione tangenziale, g (%) terremoti deboli (weak motion) terremoti forti (strong motion) 1 D (%) D u/s '0 (%) 100 G (MPa) Fenomenologia Prove Lab 19 Fenomenologia Prove Lab 20 Prova Triassiale Ciclica (CTX) Tecnica di esecuzione: Cicli di estensione-compressione a f costante. Controllando separatamente pressione di cella sr e sforzo assiale sa è possibile riprodurre qualsiasi percorso di sollecitazione. Campo di deformazioni investigato: Campo di frequenze tipico: f = 0.01-1 Hz preferibile a deformazione controllata Prestazioni: risultato tipico: rapporto tensionale ciclico (q/sr):Nc direzione fissa delle tensioni principali condizioni in sito Fenomenologia Prove Lab 22 Prova CTX: apparecchiature per terreni a grana medio-fine Cella dell’IIS-Tokyo dell’Università di Napoli Fenomenologia Prove Lab 23 Prova CTX: risultati sperimentali Tracce temporali q(t), a(t), u(t) Cicli di isteresi q:a e percorsi q:p’ ESP TSP Prova CTX non drenata a percorso di carico controllato (p=cost.) sull’argilla ricostituita di Bisaccia (IP=100%) (Università di Napoli) Fenomenologia Prove Lab 24 Prova CTX: sviluppi tecnologici nella misura delle deformazioni Misura locale delle deformazioni assiali del provino con trasduttori LDT risoluzione g fino a <0.001% Incremento di 8.08x10 %/min 6 -3 2.44x10 %/min -3 4 8.00x10 %/min Inizio del carico 22 20 MO03UT 18 3 ciclo s'c= 392.4 kPa 0 16 . . 14 12 Velocità di deformaz. v velocità di deformazione -5 3.52x10 %/min -4 1.55x10 %/min 10 -4 4.11x10 %/min 8 -4 8.08x10 %/min 6 -3 2.44x10 %/min -3 4 8.00x10 %/min Inizio del carico -2 2.44x10 %/min 2 0 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 Incremento di deformazione assiale, Dv (%) 0 Incremento Modulo di Young (MPa) deviatorica, Dq (kPa) iniziale,diEtensione 0 Incremento di tensione deviatorica, Dq (kPa) Prova CTX su terreni a grana medio-fine: risultati sperimentali Incremento di tensione deviatorica, Dq (kPa) -2 2.44x10 %/min 2 0 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 Incremento di deformazione assiale, Dv (%) 0 -2 inizio dello scarico -4 -6 . -8 1400 -10 -12 1200 -14 -16 1000 velocità di deformazione -18 800 -20 -22 600 400 -0.0015 -0.0010 -0.0005 200 s'c = 98.1 kPa s'c =196.2 kPa s'c =392.4 kPa Cicli a basse deformazioni applicati a frequenza variabile inizio dello scarico E0 crescente e D0 decrescente con la velocità di deformazione a Velocità di deformazione, (%/min) 0 0.00001 -4 0.00010 0.00100 . Modulo di Young iniziale, E 0 (MPa) 1400 -12 -14 1200 -16 -20 0.10000 velocità di deformazione 1000 800 -22 600 -0.0015 -0.0010 -0.0005 0.0000 Incremento di deformazione assiale, Dv (%) 400 200 0 0.00001 s'c = 98.1 kPa s'c =196.2 kPa s'c =392.4 kPa 0.00010 0.00100 0.01000 . Velocità di deformazione, v (%/min) 0.10000 v Fattore di smorzamento iniziale, D 0 (%) -8 -18 0.01000 . -6 -10 0.0000 Incremento di deformazione assiale, Dv (%) -2 iziale, D 0 (%) Fenomenologia Prove Lab 25 10 8 s'c = 98.1 kPa s'c =196.2 kPa s'c =392.4 kPa Metramo silty sand test MO03 undrained v,SA = 0.00075 % e0 = 0.307 6 4 2 0 0.00001 0.00010 0.00100 0.01000 0.10000 . Velocità di deformazione, v (%/min) Prove CTX sulla sabbia limosa costipata (terreno ‘saprolitico’ da gneiss alterati) usata per il nucleo della diga di Castagnara (RC) (Università di Napoli) 10 8 s'c = 98.1 kPa s'c =196.2 kPa s'c =392.4 kPa Fenomenologia Prove Lab 26 Prova CTX: apparecchiature per terreni a grana grossa misura variazioni di volume pannello di controllo pressioni Prova CTX su terreni a grana grossa: risultati sperimentali q (kPa) Fenomenologia Prove Lab 27 0.40 150 CSR 100 3.0 CSR eps (%) 0.30 a(%) 2.0 0.20 50 0.00 0 -2 -1.5 -1 1.0 0.10 -0.5 0 0.5 -50 a (%) 1 0.0 DA>2.5% -0.10 -1.0 -0.20 -2.0 -0.30 -100 -0.40 -150 -3.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Ncyc FL q (kPa) 300 PT 250 CSR 200 0.40 1.0 0.30 0.8 0.6 150 0.20 100 0.10 0.2 50 0.00 0.0 -0.10 -0.2 0.4 0 -50 Ru 0 50 100 150 200 250 p'(kPa) -0.4 -0.20 CSR Ru Ru=0.9 -100 -0.30 -150 PT FL -200 -0.8 -0.40 -1.0 0 0.189583 -0.6 5 10 15 20 0.800 Prove CTX non drenate a carico controllato (sc = cost.) su sabbie ghiaiose di Messina (d50 = 1 mm, CU = 6.6) 25 30 35 40 45 Ncyc (Flora et al., 2012) Fenomenologia Prove Lab 28 Prova di Taglio Semplice Ciclico (CSS) Tecnica di esecuzione: Cicli di taglio semplice simmetrici a f costante. È controllabile la sola tensione verticale sv (stato tensionale di confinamento tipo k0) Campo di deformazioni investigato: Campo di frequenze tipico: NGI DSDSS f = 0.01-1 Hz difficoltà misura tensioni normali orizzontali sr percorsi tensionali ? distribuzione tensioni/deformazioni non-uniforme Prestazioni: risultato tipico: rapporto tensionale ciclico (/sv):Nc direzione variabile delle tensioni principali = condizioni in sito Fenomenologia Prove Lab 29 Prova CSS: apparecchiature classiche Cella tipo Cambridge (provino prismatico) Cella tipo NGI (provino cilindrico) Fenomenologia Prove Lab 30 Prova CSS: recenti sviluppi Apparecchiatura di taglio semplice ciclico con doppio provino (DSDSS) versione UCLA in dotazione all’Università di Roma La Sapienza Prova CSS: risultati sperimentali Gs=55.4 MPa 0.28 D = 1.6 % gc=0.00038% Shear stress, (kPa) -0.25 -0.0004 -0.0002 2.1 Gs=54.5 MPa 1.05 D = 1.9 % 0 0.0002 gc=0.00098% -0.28 0.0004 (c) -0.56 -0.001 -0.0005 5.6 Gs=53.5 MPa 2.8 D = 2.1 % 0 0.0005 0.001 (d) 0 0 gc=0.0038% -1.05 -2.1 -0.0038 Shear stress, (kPa) (b) 0 -0.125 Shear stress, (kPa) D = 1.8 % (a) 0 -0.0019 0 0.0019 gc=0.01% -2.8 0.0038 -5.6 -0.01 -0.005 0 0.005 Gs=44.1 MPa D = 4.8 % gc=0.039% -9 -18 -0.04 -0.02 60 Gs=19.9 MPa 0 0.02 1 D = 14.7 % 0 -30 gc=0.28% -0.15 0 0.15 Shear strain, g (%) 0.8 Santa Barbara clay #1 Santa Barbara clay #2 20 s'vc = 400 kPa 0 0.0001 0.001 0.01 0.1 Cyclic shear strain amplitude, gc(%) Gs=32.6 MPa 17 1 25 D = 8.6 % (f) 0.3 gc=0.10% 0.6-34 -0.1 0.4 90 Santa #1 -0.05Barbara 0 clay0.05 0.1 Santa Barbara clay #2 Gs=8.9 MPa 45 0.2 (a) 0 -17 0.04 (g) -60 -0.3 40 0.01 (e) 0 30 60 34 18 9 Gs=54.8 MPa Damping ratio, D (%) 0.125 Secant shear modulus, Gs (MPa) 0.56 0.25 Normalised shear modulus, Gs /G0 Shear stress, (kPa) Fenomenologia Prove Lab 31 D =19.1 % (h) s'vc = 400 kPa 0 -45 0 -90 0.0001 gc=0.92% 0.001 0.01 0.1 Cyclic shear strain amplitude, gc (%) -1 -0.5 0 0.5 Shear strain, g (%) 1 1 (b) 20 15 10 5 0 0.0001 0.001 0.01 0.1 Cyclic shear strain amplitude, g c (%) 1 Prove DSDSS sull’argilla di Santa Barbara (D’Elia, Lanzo, Pagliaroli, 2003) Fenomenologia Prove Lab 32 Prova di Taglio Torsionale Ciclico (CTS) Tecnica di esecuzione: Condizioni di taglio semplice riprodotte con cicli di coppia torcente a frequenza costante Pre-sollecitazione: - isotropa su provini pieni - anche triassiale su provini cavi Campo di deformazioni investigato: Campo di frequenze tipico: f = 0.01-1 Hz Prestazioni: prova tradizionalmente a tensione controllata elevata risoluzione a deformazioni pre-rottura poco adatta per resistenza ciclica, misurabile solo in alcune versioni Fenomenologia Prove Lab 33 Tensioni e deformazioni nella prova CTS q lineare con z Mt sc q q(z ) q( L) rotazione rigida nel piano z L q R u(r) q(z)r u g r L g g ( z, r ) u q q( L) r r z z L G(g) g(z, r) (z, r) Nell’ipotesi di rotazione rigida nel piano, se q varia con z secondo una legge lineare, anche lo spostamento u e la deformazione g variano lungo il raggio della sezione con legge lineare, mentre varia con r in relazione alla non linearità del legame -g (G decrescente con g). g Operativamente si pone: q( L) r L M t r J r R eq (0.79 0.82)R 0.8R (raggio medio equivalente) dove: J r 2 dA A 4 R (momento polare d’inerzia della sezione) 2 Fenomenologia Prove Lab 34 Degradazione ciclica in condizioni non drenate Cicli tensione-deformazione non stazionari Accumulo sovrapressioni interstiziali Degradazione ciclica del modulo di taglio Aumento/diminuzione del fattore di smorzamento Prove CTS su sabbia limosa costipata del Parco del Cilento (d’Onofrio e Penna, 2003) Fenomenologia Prove Lab 35 Prova CTS: risultati sperimentali (terreni a grana fine) Cicli di isteresi :g da misure di coppia M e rotazione q alla testa del provino Curve rigidezza-deformazione da singolo ciclo (A) o da cicli multipli (B) con velocità g crescenti prova a carico monotòno prova a carico ciclico Dg Dt g g 4gf T4 g Prove CTS sull’argilla di Pisa (Cavallaro, 1997) Fenomenologia Prove Lab 36 Prova di Colonna Risonante (RC) free decay (oscillazione libera) steady-state (oscillazione forzata) Tecnica di esecuzione: Idem come prova CTS (stessa apparecchiatura). Prove a frequenza: • variabile (steady state) • non controllabile (free decay) Campo di deformazioni investigato: piccole medie Campo di frequenze tipico: elevate f = 10-100 Hz 0.0001 0.001 Prestazioni: 0.01 0.1 1 10 g (%) frequenza variabile o non controllabile g 4gf variabile con g alta risoluzione, affidabilità e ripetibilità a piccole deformazioni meno affidabile per deformazioni g > 0.1% (effetti non linearità e Nc) Fenomenologia Prove Lab 37 Prova RC: il modello dinamico di riferimento Schema di riferimento fixed-free, in cui il provino di terreno è: - rigidamente vincolato alla base q(0,t)=0 - sollecitato in testa tramite una massa infinitamente più rigida e priva di vincoli esterni con momento polare di inerzia I0 (noto da calibrazione dell’apparecchiatura) Dall’eguaglianza tra la coppia risultante dall’equilibrio dinamico della massa rigida di inerzia I 0: 2 q + M 0 (t) M T (L, t) = - I0 2 t z=L ed il momento torcente alla testa del provino: q + J MT (L, t) = GJ z z=L = 2 q t z z = L 2G 2GD = = coefficiente di viscosità (*) n si ottiene : 2q 2q q I0 2 GJ J M0 ( t ) t z t z z L z L z L (*) Nel sistema a 1 gdl si ha: D c 2kD 2GD c e nel mezzo continuo, per analogia: D 2k 2G Mt Mt Fenomenologia Prove Lab 38 Prova RC: equilibrio dinamico del sistema In condizioni di oscillazione libera, l’equazione omogenea è: Mt 2q 2q q I0 2 GJ J 0 z z L t z L tz z L La soluzione generale è esprimibile nella forma: z q(z, t) = qp sen n e-n t sen (s t + ) VS in cui: s = n 1 - 2 La ‘funzione di forma’ che descrive la distribuzione di q lungo z è conforme alla condizione q(0,t)=0 Sostituendo quindi le derivate della rotazione nell’equazione si ottiene: L L I 02n sen n GJ n cos n Vs Vs Vs Esprimendo G in funzione di Vs e moltiplicando entrambi i membri per l’altezza L del provino si ottiene: L L LI 02n sen n JLVs2 n cos n Vs Vs Vs Introducendo il momento polare d’inerzia del provino cilindrico I JL e semplificando, si ha l’equazione di frequenza I n L L (che si dimostra valere anche in oscillazione forzata) tan n I0 Vs Vs Introducendo il fattore di frequenza F n L 2f n L si ha VS VS F tan F I I0 Fenomenologia Prove Lab 39 Prova RC: utilità dell’equazione di frequenza e casi particolari Note le caratteristiche dinamiche del sistema, risolvendo per via iterativa l’equazione in F, e misurando fn (in oscillazione libera o a risonanza), si ottiene in definitiva Vs Se I0 >> I, il rapporto k tende a 0, il sistema si comporta come un SDOF, e risulta: 2f n L G VS2 F Se I0 << I, il rapporto k tende a , il sistema si comporta una barra vincolata ad un’estremità e libera all’altra, con: I L tan Fn Fn = n VS I0 Fn = V fn S 2 4L q(z) q(z) L<< = 2 V S n = 2L L Fn Deformata q(z) lineare L=/4 = 2L 4L Fn Deformata q(z) sinusoidale Fenomenologia Prove Lab 40 Prova RC: misura dello smorzamento Lo smorzamento è misurabile dalla curva di risposta in frequenza del sistema applicando due metodi: Fattore di risonanza Semibanda di potenza dal rapporto tra la semilarghezza della curva in corrispondenza del valore efficace dell’ampiezza e la frequenza di risonanza Dhp = dal rapporto di amplificazione dell’ampiezza del moto a risonanza rispetto a quella misurabile in condizioni statiche f 2 - f1 2f r D rf = 2 0.0035 fr 0.0030 0.0025 0.707gmax 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 f1 0.0000 24 f r1 1 1 2 fn f r2 2 1 2 fn 26 28 f2 30 32 34 36 D 0.0035 gmax 0.0030 0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 gs 0.0005 0.0000 22 24 26 28 30 32 34 36 frequenza, f (hz) frequenza, f (hz) r r 2 1 2 gmax = ampiezza massima (a risonanza) della curva di risposta gs = deformazione statica per una coppia di eguale ampiezza M0 deformazioni tangenziali, g (%) deformazioni tangenziali, g (%) A (f r ) f1, f2 = frequenze di taglio in corrispondenza di A(f ) 2 fr = frequenza di risonanza gs 1 R Mo 2A(f r ) 2g max 2GJg max f 2 f1 n 2f r R g s s M o (G calcolato a partire da fr) G GJ Fenomenologia Prove Lab 41 Prove CTS-RC: apparecchiature classiche Cella di taglio torsionale RCTS dell’Università di Napoli (Silvestri, 1991) Fenomenologia Prove Lab 42 Prove CTS-RC: apparecchiature avanzate Cella di taglio torsionale THOR dell’Università di Napoli (D’Onofrio, 1996) Fenomenologia Prove Lab 43 Prove CTS-RC: il magico mondo dell’elettronica... Strumentazione di controllo ed acquisizione celle RCTS e THOR (Università di Napoli) Fenomenologia Prove Lab 44 Prova RC: risultati sperimentali su terreni a grana fine f decrescente con g (f VS G0.5) Prove RC su marna argillosa di San Giuliano di Puglia Fenomenologia Prove Lab 45 Prove CTS-RC: risultati sperimentali su terreni a grana fine Parametri equivalenti da prove CTS a frequenza crescente vs. prove RC sullo stesso provino f crescente f crescente Prove CTS e RC su argilla marnosa di San Giuliano di Puglia Fenomenologia Prove Lab 46 Prova con Bender Elements (BE) Tecnica di esecuzione: Trasduttori piezoceramici sorgente (S) e ricevitore (R) inseriti in testa e base provino eccitati da impulsi elettrici con deformazione flessionale Campo di deformazioni investigato: piccole 0.0001 0.001 Prestazioni: medie 0.01 elevate 0.1 1 Campo di frequenze tipico: 10 g (%) f > 100 Hz installati in apparecchiature per prove statiche (p.es. TX) adoperati per terreni granulari e fini misurabili solo parametri a basse deformazioni raccomandata analisi nel dominio delle frequenze Fenomenologia Prove Lab 47 Prova con BE in cella triassiale Misure di velocità onde P e S su un provino asciutto (Brignoli e Gotti, 1992) Fenomenologia Prove Lab 48 Prove in sito vs. laboratorio: riepilogo In sito proprietà allo stato naturale comportamento non-lineare non misurabile Laboratorio affette da disturbo campioni da basse deformazioni a rottura Uso combinato per comportamento tensio-deformativo pre-rottura rigidezza: G( g ) G( g ) (G 0 ) field (G 0 ) field G ( g ) lab G 0 lab smorzamento: D( g ) D 0 D( g ) o D( g) (D0 )field D( g) lab Caratterizzazione della resistenza a rottura prove laboratorio: risultati influenzati da fattori sperimentali prove in sito: preferite per la stima del potenziale di liquefazione con metodi empirici Fenomenologia Prove Lab 49 L’emergenza post-terremoto Abruzzo: il Progetto C.A.S.E. C.A.S.E. = Complessi Antisismici Sostenibili Ecocompatibili Dopo il sisma aquilano, il DPC ha proceduto all’edificazione di alloggi per circa 13.000 senzatetto nell’emergenza, destinati poi forse agli studenti… Si tratta di 119 edifici da 2-3 piani costruiti a secco su piastre in c.a. isolate alla base. Il programma ha previsto la consegna di circa 300 abitazioni a settimana, completata entro la fine 2009, cioè meno di 9 mesi dopo il terremoto (6 mesi dopo l’apertura dei cantieri). Fenomenologia Prove Lab 50 Siti originariamente previsti per il Progetto C.A.S.E. Fenomenologia Prove Lab 51 Edifici isolati e risposta in frequenza del sito Esigenze della progettazione strutturale: T > 3-4 s Frequenza fondamentale del sottosuolo: fS > 0.5 Hz Fenomenologia Prove Lab 52 Sito Attività sperimentali per i siti del progetto C.A.S.E. Frequenze strumentali MASW Aftershocks Microtremori Attive S. Antonio INGV Milano UniNa - UniMol Il Moro 1 INGV Roma PoliTo Cese di Preturo INGV Milano INGV Milano DownHole Geotrivel Polo Geologico Geotrivel Polo Geologico TecnoSoil Polo Geologico Geotrivel Polo Geologico SDMT Lab UnivAq UniNa + AMRA Passive PoliTo Pagliare di Sassa S. Giacomo Sondaggi UniNa - UniMol Tempera1 ISMGEO UniFi ISMGEO UniRoma1 Polo Geologico Bazzano INGV Milano Sant'Elia1 INGV Milano Polo Geologico Sant'Elia2 INGV Milano Polo Geologico Roio Piano INGV Roma Sassa-NSI INGV Milano Paganica Nord INGV Milano Monticchio INGV Roma/Milano Pianola INGV Roma Camarda INGV Milano UniNa - UniMol PoliTo PoliTo PoliTo PoliTo Tecnosoil Polo Geologico TecnoSoil Polo Geologico ISMGEO Geo (Taddei) Polo Geologico UniNa+AMRA Geo (Taddei) Polo Geologico Polo Geologico Prove in sito Attività Prove di laboratorio Prove in sito + laboratorio UnivAq UniFi UniRc UniRoma1 UniCt PoliTo UniNa+AMRA UnivAq UniRoma1 PoliTo Fenomenologia Prove Lab 53 La rete AGI dei laboratori di geotecnica sismica per l’emergenza Abruzzo Dy.La.N. (Dynamic Laboratories Network) Fenomenologia Prove Lab 54 Programma di prove di laboratorio Progetto C.A.S.E. Sito Cese di Preturo (area 2) Sondaggio S3 Pagliare di Sassa (area 2) S2 Sassa (area 2) S1 Tempera (area 3) S1 Campione Prof. (m) Prove cicl./din. sc (kPa) Prove routine Lab C1 4.0-4.8 RC-CTS 100 AA, LL, Ed UniNa/AMRA C2 8.5-8.8 RC-CTS 150 AA, LL, Ed UniNa/AMRA C3 17.5-18.0 RC-CTS 300 AA, LL, Ed UniNa/AMRA C1 2.8-3.4 RC 100 AA, LL, Ed ISMGEO C2 22.0-22.5 RC 280 AA, LL, Ed ISMGEO C1 7.5-8.1 RC 130 AA, LL, Ed ISMGEO C2 15.0-15.5 RC 300 AA, LL, Ed ISMGEO T1 1.5-1.8 AA, LL ISMGEO T2 5.5-6.0 RC 130 AA, LL UniFi T3 12.0-12.5 DSDSS 220-500-750 AA, LL, Ed UniRoma1 non eseguibili Camarda (area 3) S1 C1 4.5-5.0 RC-CTS 75 AA, LL PoliTo Monticchio (area 5) S1 C1 15.0-15.3 RC-CTS 280 AA, LL, Ed UniNa/AMRA C1 4.0-4.5 RC 90 AA, LL UniCt C2 7.0-7.5 DSDSS 120-250 AA, LL, Ed UniRoma1 C3 12.0-12.5 RC 150 AA, LL UniFi C4 15.0-15.4 RC-CTS 200 AA, LL PoliTo C5 18.0-18.5 prove non eseguibili UniCt C6 23.7-24.0 prove non eseguibili UniRc C7 33.0-33.4 DSDSS 380-800 AA, LL, Ed UniRoma1 C8 49.6-50.0 RC-CTS 500 AA, LL, Ed UniNa/AMRA C1 6.0-6.5 DSDSS 90-200-400 AA, Ed UniRoma1 Roio Piano (area 8) Pianola (area 9) N. totale campioni S3 S1 21 (19) Fenomenologia Prove Lab 55 Granulometria e plasticità dei terreni fini dei siti C.A.S.E. Argilla Limo Sabbia Ghiaia 100 Frazione argillosa CF < 30%, IP < 25% Frazione argillosa CF > 30%, IP > 25% Presenza di sostanze organiche e/o lignite 90 cese di preturo S3-C1 cese di preturo S3-C2 cese di preturo S3-C3 sassa S1-C1 sassa S1-C2 pagliare di sassa S2-C1 pagliare di sassa S2-C2 monticchio S1-C1 tempera S1-C2 tempera S1-C3 roio piano S3-C1 roio piano S3-C2 roio piano S3-C3 roio piano S3-C4 roio piano S3-C7 roio piano S3-C8 pianola S1-C1 camarda S1-C1 60 50 40 30 20 10 0 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 diametro, d (mm) 80 attività elevata 70 attività normale 60 10 indice di plasticità, IP (%) 70 IA=0.75 IA=1.25 50 attività limitata 40 IA=0.50 30 attività bassa 20 10 80 0 linea A: IP = 0.73(wL-0.20) 70 indice di plasticità, IP (%) passante in peso, p (%) 80 0 60 CH 50 40 CL 30 CL ML 20 10 OH MH OL ML 0 0 10 20 30 40 50 60 70 limite di liquidità, wL (%) 80 90 100 10 20 30 40 50 frazione argillosa, CF (%) ML Limi inorganici da bassa a media plasticità CL Argille inorganiche da bassa a media plasticità OL Limi e argille organiche di bassa plasticità MH Limi inorganici di alta plasticità CH Argille inorganiche di alta plasticità OH Argille organiche da media a alta plasticità 60 70 80 d’Onofrio et al. (2012) Fenomenologia Prove Lab 56 Rigidezza e smorzamento dei terreni fini da prove RC 1.1 Frazione argillosa CF < 30%, IP < 25% Frazione argillosa CF > 30%, IP > 25% Presenza di sostanze organiche e/o lignite modulo di taglio normalizzato, G/G0 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0001 25 fattore di smorzamento, D (%) 20 15 10 cese di preturo S3-C1 cese di preturo S3-C2 cese di preturo S3-C3 sassa S1-C1 sassa S1-C2 pagliare di sassa S2-C1 pagliare di sassa S2-C2 monticchio S1-C1 tempera S1-C2 roio piano S3-C1 roio piano S3-C3 roio piano S3-C4 roio piano S3-C8 camarda S1-C1 Vucetic & Dobry (1991) - IP=15% Vucetic & Dobry (1991) - IP=30% Vucetic & Dobry (1991) - IP=100% 0.001 0.01 cese di preturo S3-C1 deformazione cese di preturo S3-C2 cese di preturo S3-C3 sassa S1-C1 sassa S1-C2 pagliare di sassa S2-C1 pagliare di sassa S2-C2 monticchio S1-C1 tempera S1-C2 roio piano S1-C1 roio piano S3-C3 roio piano S3-C4 roio piano S3-C8 camarda S1-C1 Vucetic & Dobry (1991) - IP=15% Vucetic & Dobry (1991) - IP=30% Vucetic & Dobry (1991) - IP=100% 0.1 1 0.1 1 tangenziale, g (%) Le curve standard di letteratura (V&D 1991): - a basse g, sottostimano la non linearità e lo smorzamento dei terreni della conca aquilana - a g più elevate, li sovrastimano 5 0 0.0001 0.001 0.01 deformazione tangenziale, g (%) d’Onofrio et al. (2012)