XIV CONVEGNO NAZIONALE ANIDIS ‘L'INGEGNERIA SISMICA IN ITALIA'

BARI 18-22 SETTEMBRE 2011

ANALISI SISMICA MULTI-BLOCCO DI PENDII: PREVISIONE DEL COMPORTAMENTO DI MODELLI IN SCALA SU TAVOLA VIBRANTE MEDIANTE ANALISI IN TENSIONI TOTALI

Valeria BANDINI, Ernesto CASCONE, Giovanni BIONDI

Università di Messina

Sommario: Nelle applicazioni correnti, il comportamento sismico dei pendii è spesso studiato con il metodo degli spostamenti che, nella sua formulazione originaria (Newmark, 1965), è applicabile a superfici di scorrimento piane o curvilinee che individuano una massa di terreno potenzialmente instabile assimilata ad un corpo rigido. Per estendere l'impiego del metodo al caso di superfici di forma qualunque, è possibile utilizzare modelli multi-blocco nei quali la superficie di scorrimento è linearizzata a tratti e la massa di terreno potenzialmente instabile è assimilata ad un insieme di blocchi rigidi che scorrono lungo i diversi segmenti della superficie.

Nei modelli multi-blocco il soddisfacimento delle condizioni di compatibilità cinematica tra i blocchi implica un cambio di geometria del sistema al procedere degli spostamenti. Tuttavia, rare sono in letteratura le formulazioni di tipo multi-blocco nelle quali l'effetto del cambio di geometria è combinato a quello della riduzione della resistenza al taglio che può manifestarsi nel terreno durante un evento sismico.

Bandini et al. (2008) hanno sviluppato un modello multi-blocco nel quale, per ciascun istante di tempo dell'accelerogramma utilizzato nell'analisi, le condizioni di stabilità sismica del pendio sono valutate con il metodo rigoroso GLE tenendo conto di una variazione nel tempo del coefficiente sismico critico correlata a due effetti concomitanti: l'eventuale riduzione di resistenza al taglio indotta dalla storia di carico ciclica e la ridistribuzione della massa di terreno correlata al cambio di geometria. Nel modello la riduzione di resistenza al taglio è correlata ai possibili incrementi pressione interstiziale, se l'analisi è condotta in tensioni efficaci, o alla riduzione della resistenza non drenata con il progredire dei cicli di carico, se l'analisi è condotta in tensioni totali.

L'approccio multi-blocco proposto per analisi in tensioni efficaci è stato validato attraverso lo studio di due casi reali relativi a frane indotte dal terremoto Irpino-Lucano del 1980 (Bandini e Cascone, 2008; Bandini, 2009).

La validazione dell'analisi multi-blocco in tensioni totali è oggetto del presente lavoro e riguarda la simulazione di alcune prove su tavola vibrante eseguite da Wartman et al. (2001, 2005) su pendii di piccole dimensioni. Sulla base dei dati sperimentali disponibili, le analisi sono state condotte sia considerando un valore costante della resistenza non drenata, assunto pari al valore di picco o a quello residuo, sia tenendo conto di variazioni nel tempo della resistenza non drenata prodotte dalla storia di carico ciclica indotta dall'azione sismica; in questo secondo caso la variazione di resistenza è stata stimata attraverso una correlazione empirica. Il confronto tra osservazioni sperimentali e risultati numerici è stato eseguito in termini di storie temporali degli spostamenti permanenti e di configurazione deformata del pendio al termine dell'eccitazione sismica. Il confronto è risultato soddisfacente ed ha mostrato che gli spostamenti permanenti previsti dal modello considerando i valori costanti, di picco e residui, della resistenza non drenata individuano, rispettivamente, un limite inferiore ed uno superiore dei dati sperimentali. Le analisi che, più correttamente, tengono conto della variazione nel tempo della resistenza non drenata riproducono il fenomeno deformativo osservato sui modelli sia qualitativamente che quantitativamente.

Riferimenti bibliografici

Bandini V. (2009).  Un modello multiblocco per l'analisi sismica degli spostamenti di pendii in terreni a grana fine. Tesi di dottorato, Dipartimento di Ingegneria Civile, Università di Messina.

Bandini V., Cascone E. (2008). Un modello multiblocco per l'analisi sismica di pendii in terreni coesivi. IARG 2008, Catania.

Bandini V., Cascone E., Biondi G. (2008). A GLE multi-block model for the evaluation of seismic displacements of slopes. Proc. MERCEA ‘08 Seismic Eng. Int. Conf. commemorating the 1908 Messina and Reggio Calabria Earthquake, Reggio Calabria, 485-492.

Newmark N.M. (1965). Effects of earthquakes on dams and embankments. Geotechnique, 15(2), 139-160.

Wartman J., Seed R.B., Bray J.D. (2001). Physical model studies of seismically induced deformations in slopes. GeoEngineering Report No. UCB/GT/01-01. Dept. Civil and Environmental Engineering, University of California, Berkeley.

Wartman J., Seed R.B., Bray J.D. (2005). Shaking table modeling of seismically induced deformations in slopes. J. Geotech.  and Geoenv. Engineering, ASCE, 131(5), 610-622.

Autore di contatto:

dott. Ing. Valeria Bandini - Dipartimento di Ingegneria Civile, Università di Messina