New design approach on rockfall Embankment

XXV CONVEGNO NAZIONALE DI GEOTECNICA"La Geotecnica nella difesa del territorio e delle infrastrutture dalle calamità naturali“

BAVENO 04-06 giugno 2014

ing. Thomas Frenez [email protected]

dott. Andrea Danzi [email protected]

ing. Mauro Vecchiotti [email protected]

UN NUOVO APPROCCIO PER LA PROGETTAZIONE DI RILEVATI PARAMASSI IN TERRA RINFORZATA

Il progetto di Chizzola (ALA, TN)

www.theincline.it

www.rockfalldefence.com

XXV CONVEGNO NAZIONALE DI GEOTECNICASlide 1

1 – RILEVATI PARAMASSI

- Breve introduzione

- Strategie di progettazione applicate nella pratica professionale

- Problematiche connesse

2 – APPROCCIO ALTERNATIVO AL DIMENSIONAMENTO

- Introduzione del metodo di calcolo

3 – APPLICAZIONE: IL RILEVATO DI ALA (TN)

- Introduzione al progetto

- Applicazione del metodo di calcolo

- Inquadramento NTC08

- Confronto con altri approcci

4 – POTENZIALITA’ E LIMITI DEL METODO

- Possibilità di ulteriori sviluppi

CONTENUTI DELLA PRESENTAZIONE


RILEVATI PARAMASSI - Introduzione

Opera in terra rinforzata a presidio di protezione contro la caduta massi

Scelta vantaggiosa in molteplici situazioni:

• Possibilità di fare fronte a impatti con elevata energia

• Veloci da realizzare

• Facile rinverdimento = ridotto impatto ambientale

• Minima manutenzione (a meno di forte danneggiamento)

• L’impiego della terra rinforzata consente di raggiungere altezze notevoli limitando gli ingombri

Si oppongono all’impatto dissipando

energia per deformazione

(fonte: www.slope.it)


RILEVATI PARAMASSI - Dimensionamento

Opera semplice Progettazione complessa!

PENETRAZIONE

(di Prisco & Vecchiotti, 2010)

FORZA IMPATTOSPOSTAMENTO IRREVERSIBILE

(fonte: www.tenax.net) (fonte: www.tenax.net)

Impatto = evento IMPULSIVO

-------

Analizzare il comportamento DINAMICO dell’opera NON E’ SEMPLICE!



Opera semplice Progettazione complessa!

Dati NOTI:

- Geometria dell’opera

- Materiali utilizzati

- Impatto “di progetto” (massa, dimensioni, velocità, posizione etc)

Grandezze DA CALCOLARE:

- Forza scambiata all’impatto

- Penetrazione nel paramento di monte + Spostamento del paramento di valle = DANNEGGIAMENTO

Penetrazione

Spostamento irreversibile

(di Prisco & Vecchiotti, 2010)

FORZA IMPATTO



Approcci di calcolo più comunemente utilizzati

STIMA DELLA FORZA DI IMPATTO

Formulazioni empiriche, per es.

FMAX = 1.765 x ME2/5 x R1/5 x W3/5 x H3/5 (Labiouse et al, 1994)

FMAX = 2.80 x s-1/2 x ME2/5 x R0.70 x tanΦ’ x (mv2/2)3/5 (UNI12111-4)

STIMA DELLA PENETRAZIONE (MONTE)

Formulazioni balistiche25.1

31.2

25.1

1000

27183

⋅

⋅

⋅⋅= V

d

m

E

EN

YZ

S

(Kar, 1978)

OPPURE Conservazione dell’Energia



ALCUNI LIMITI degli approcci citati

FORZA DI IMPATTO • Formulazioni generalmente calibrate da dati sperimentali in piccola o media scala possibili errori per elevati contenuti energetici

• Formulazioni generalmente ottenute per impatti in verticale su strati orizzontali possibili errori dovuti all’inclinazione del paramento e del vettore velocità

• Conservazione dell’energia, non si tiene conto della reale geometria del sistema possibili errori dovuti all’approssimazione del calcolo

PENETRAZIONE • Utilizzo di correlazioni estrapolate da prove di tipo balistico non si tiene conto correttamente delle caratteristiche meccaniche del terreno e soprattutto delle geogriglie

• Utilizzo di parametri difficilmente ottenibili se non con costruzioni teoriche (es. Y = resistenza compressione non confinata del terreno) ulteriori approssimazioni


APPROCCIO ALTERNATIVO – di Prisco & Vecchiotti (2003)

DISACCOPPIAMENTO DEL FENOMENO

LIVELLO LOCALE

LIVELLO GLOBALE

Analisi a LIVELLO LOCALE: IMPATTO CONTRO IL PARAMENTO DI MONTE

Utilizzo del modello BIMPAM(di Prisco & Vecchiotti, 2006; 2010)

Simulazione dell’andamento nel tempo della FORZA DI IMPATTO e della CINEMATICA del GRAVE

(vettori accelerazione, velocità e spostamento)

Significa calcolare simultaneamente

FORZA di IMPATTO

PENETRAZIONE DEL GRAVE

EVENTUALE TRAIETTORIA DI RIMBALZO



PERFORMANCES DEL MODELLO

SIMULAZIONE prove sperimentali(Labiouse et al, 1994)

BIMPAM = Modello reologico visco-plastico, basato sul concetto di macro-elemento

(Nova & Montrasio, 91)

Possono essere simulati impatti che avvengono in qualsiasi direzione contro strati di qualsiasi inclinazione




LIVELLO LOCALE

LIVELLO GLOBALE

Analisi a LIVELLO GLOBALE: INNESCO DI UN MECCANISMO DI ROTTURA GLOBALE

Calcolo della massima sollecitazione sostenibile dal rilevato:Analisi di meccanismi 3D all’interno dell’opera

• schematizzazione semplificata, equilibrio limite• blocco che si muove rigidamente su una superficie di scorrimento inclinata (calcolo del meccanismo più probabile)• dimensioni legate alla geometria del masso• si tiene conto del contributo delle geogriglie trasversali e longitudinali• si tiene conto della resistenza allo scorrimento sulle superfici laterali

Se FIMPATTO > FCRITICA si innesca il meccanismo globale




LIVELLO LOCALE

LIVELLO GLOBALE

Analisi a LIVELLO GLOBALE: INNESCO DI UN MECCANISMO DI ROTTURA GLOBALE

Calcolo dello spostamento subito dal meccanismo globale (DANNEGGIAMENTO IRREVERSIBILE DELL’OPERA)

METODO DI NEWMARK

Fase 1 (Locale): Penetrazione paramento di monte (vBLOC>0, vMECC=0)

Fase 2 (Transizione): Penetrazione paramento + Meccanismo globale (vBLOC>0, vMECC>0, vBLOC≠ vMECC)

Fase 3 (Globale): Meccanismo globale e blocco solidali (vBLOC= vMECC>0)


APPLICAZIONE DEL METODO: IL RILEVATO DI ALA (TN)

Descrizione dell’intervento

Area storicamente soggetta a distacchi e fenomeni franosi

ULTIMO EVENTO DIC-2010: circa 40mc di materiale si sono staccati da quota 240m asl raggiungendo la quota 180m

asl (fondovalle)




Area 2

Area 1




Serie di BARRIERE PARAMASSI E=1000-2000-3000 kJ

+

RILEVATO PARAMASSI in terra rinforzata E= 3800kJ

FINANZIAMENTO:

Servizio Prevenzione Rischi

Provincia Autonoma di Trento



ANALISI delle TRAIETTORIE

IMPATTO DI PROGETTO

Massa blocco = 5500kg

Raggio equiv. = 0.81m

Velocità impatto = 37.18 m/s

Inclinazione = 30°

Energia = 3800 kJ

Altezza dal piede = 3.10m




ANALISI delle TRAIETTORIE Verifica dell’altezza del rilevato



Applicazione del Metodo di Calcolo: analisi LOCALE

0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2t e m p o ( s )

0

2 0 0 0

4 0 0 0

6 0 0 0

8 0 0 0

Fo

rza

di I

mp

atto

(kN

)

F O R Z A D I I M P A T T O

0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2

t e m p o ( s )

- 1

- 0 . 5

0

0 . 5

1

1 . 5

Sp

ost

am

en

to (

m)

C o m p o n e n t id i r e z i o n e o r i z z o n t a l e

d i r e z i o n e v e r t i c a l e

P E N E T R A Z I O N E D E L B L O C C O

- 1 - 0 . 8 - 0 . 6 - 0 . 4 - 0 . 2 0

s p o s t . O R I Z Z O N T A L E ( m )1 . 2

0 . 8

0 . 4

0

spo

st. V

ER

TIC

AL

E (

m)

P E N E T R A Z I O N E D E L B L O C C O - T R A I E T T O R I A

(www.tenax.net)

Prova di impatto, scala reale (Oggeri & Peila, 1999)

BIMPAMCALIBRAZIONE PARAMETRI

DEL MODELLO

BIMPAMSIMULAZIONE IMPATTO DI

PROGETTO



Applicazione del Metodo di Calcolo: analisi GLOBALE

0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2t e m p o ( s )

0

2 0 0 0

4 0 0 0

6 0 0 0

8 0 0 0

Fo

rza

di I

mp

atto

(kN

)


Calcolo della minima forza resistente in funzione

dell’inclinazione del meccanismo di rottura

FCRITICA

FIMPATTO > FCRITICA

METODO di NEWMARK: Massimo spostamento orizzontale = 7cm circa



Applicazione del Metodo di Calcolo: UN CENNO ALLE NTC08

STATO LIMITE DI ESERCIZIO ......121 ++++ kQPGGCombinazione di carico RARA:• coefficienti per le azioni unitari• unica azione esterna di interesse è quella variabile

Occorre FISSARE DEI LIMITI di accettabilità per

PENETRAZIONE A MONTE

SPOSTAMENTO A VALLE

IPOTESI: sono accettabili spostamenti massimi pari al 30% della sezione del rilevato in corrispondenza del punto di impatto



Confronto con altri metodi di calcolo

CALCOLO DELLA MASSIMA FORZA DI IMPATTOBIMPAM: Fmax = 7566 kN

LAB 94: Fmax = 9394 kN (*) + 25%

0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2t e m p o ( s )

0

2 0 0 0

4 0 0 0

6 0 0 0

8 0 0 0

Fo

rza

di I

mp

atto

(kN

)


(*) con ME = 10 MPa

(**) con E/ES = 0.24; Y = 200 kPa

CALCOLO DELLA MASSIMA PENETRAZIONEBIMPAM: sMAX = 88 cm

KAR 78: sMAX = 160 cm (**) + 82%

0 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 1 2

t e m p o ( s )

- 1

- 0 . 5

0

0 . 5

1

1 . 5S

po

sta

me

nto

(m

)C o m p o n e n t i

d i r e z i o n e o r i z z o n t a l e

d i r e z i o n e v e r t i c a l e

P E N E T R A Z I O N E D E L B L O C C O MAX PENETRAZIONE E’ ACCETTABILE?

sLIM = 364cm x 30% = 109cm

Il risultato ottenuto con KAR78 non è accettabile

e costringerebbe a modificare il rilevato


POTENZIALITA’ E LIMITI DEL METODO

Necessità di nuovi sviluppi

PUNTI DI FORZA

• Il modello è semplice da comprendere e da utilizzare

• Nonostante il modello BIMPAM sia basato su numerosi parametri (molti dei quali di facile reperibilità), una adeguata calibrazione basata su dati sperimentali consentirebbe di creare ABACHI di utilizzo immediato

• Il calcolo delle forze resistenti con l’equilibrio limite e degli spostamenti con il metodo di Newmark sono di semplice implementazione

NECESSITA’ DI NUOVI SVILUPPI

• Un adeguato studio sperimentale porterebbe a definire le caratteristiche del meccanismo globale più realistico e ad automatizzare il calcolo di forza resistente e spostamenti

• Un adeguato studio sperimentale porterebbe a modificare il modello BIMPAM per tenere adeguatamente conto della presenza delle geogriglie

NECESSITA’ DI ULTERIORI DATI SPERIMENTALI IN VERA GRANDEZZA


GRAZIE PER L’ATTENZIONEGRAZIE PER L’ATTENZIONE

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