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Valutazione del potenziale di l iquefazione
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n genera e s par a
liquefazione di un terreno non
coesivo (sabbia, ghiaia, limi non
plastici ecc.) saturo di acqua
quando la resistenza di questo
raggiungere una condizione di
u non ss m e a que a
di un liquido viscoso.
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VALUTAZIONE DELLA PERICOLOSITA DI
LIQUEFAZIONE
Il terreno suscettibile alla liquefazione?
e erreno susce e, s ver c er a que az one
Se ci sar liquefazione, quale sar il danno?
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I depositi sciolti con distribuzione uniforme della dimensione dei granuli sono molto
suscettibili alla liquefazione. Quindi i depositi fluviali, colluviali ed eolici, quando saturi,
sono ad alto rischio di liquefazione. Non solo le sabbie liquefano, ma anche i limi non
p ast c , e g a e e e arg e.
I terreni a grana fine che soddisfano i seguenti criteri del codice Cinese sono liquefacibili:
raz one p ne . mm ;
Limite di liquidit, WL 35%. Esso segna il passaggio dallo stato plastico allo stato
Contenuto dacqua Ww= peso dellacqua;LS
W W90100W
WW .=
s .
Indice di liquidit 750WW
WWI
PL
PL .
=
ILindica la consistenza per terreni coesivi; WP il limite di ritiro e rappresenta il passaggio
dallo stato solido allo stato semisolido.
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'
liquefazione dello stesso durante levento sismico. Con l'aumentare della
profondit, infatti, sono richiesti valori di u (pressione neutra) sempre pielevati er annullare la ressione litostatica crescente.
I livelli meno profondi sono quelli che per primi subiscono la liquefazione, che
facilitata dalla minore pressione litostatica.
Gli strati pi profondi, che inizialmente non subiscono il fenomeno, nel
momento in cui il deposito superiore va in liquefazione risentono di un calo del
peso della colonna di terreno sovrastante, evento che aumenta la probabilit che
anch'essi subiscano la liquefazione.
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Fondamentale anche il grado di addensamento del terreno, esprimibile
.
I terreni molto addensati, se sollecitati, subiscono un aumento di volume
(fenomeno di dilatanza) con conseguente diminuzione della Dr (%).L'aumento di volume ha come conse uenza nei de ositi saturi un
richiamo dell'acqua dall'esterno verso l'interno, con creazione di una u
di segno negativo (cio si ha un aumento del termine ).
L'esatto contrario avviene in terreni poco addensati, dove una
sollecitazione tende a produrre una diminuzione di volume, conconseguente flusso idrico verso l'esterno e la generazione di una u di
segno positivo ( si ha una diminuzione del termine ).
Anche se un terremoto soddisfa i criteri di suscettibilit alla
liquefazione, il verificarsi della liquefazione dipende anche dalle
condizioni iniziali, cio dallo stato di sforzo e densit quando arriva ilterremoto.
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INIZIO DELLA LIQUEFAZIONE
Condizioni che sussistono in un deposito prima di un evento sismico
,
sussistono in un deposito prima di un evento sismico.
Un deposito consiste in un insieme di particelle individuali, in contatto con le particelle
particelle (b) e tali forze forniscono stabilit e resistenza al deposito.
a b
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Poich ai terreni incoerenti sono associati generalmente valori del
attraversato da un flusso d'acqua) relativamente elevati,
l'applicazione di sovraccarichi graduali (per es. dovuti alla
incrementi di u (pressione neutra). In questi casi infatti non si
generano elevati gradienti di pressione fra la zona sollecitata e
que a n stur ata, perc acqua a n tempo a e u re
attraverso i vuoti dello scheletro solido che sono sufficientemente
larghi da non ostacolare questo flusso.
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e caso, v ceversa, so ec az on n ense so opos e a ncremen rap ,come si verifica durante un evento sismico, i gradienti di pressione che si
generano possono essere tali da produrre elevati flussi idrici dall'interno verso
' .
Se il fenomeno si manifesta in depositi incoerenti a granulometria
relativamente fine (per es. sabbie fini), la larghezza limitata dei vuoti dello,
elevate pressioni neutre (c), inducendo cos una perdita di forze nel deposito e
quindi sviluppando uno stato di liquefazione.
c
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EFFETTI CONNESSI ALLA LIQUEFAZIONE
Affondamento di edifici nel terreno
Terremoto di Niigata (Giappone, 1964) Terremoto di Izmit (Turchia, 1999)
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EFFETTI CONNESSI ALLA LIQUEFAZIONE
Collasso di palif icate per perdita di connessione laterale
Terremoto di Niigata (Giappone, 1964) Cedimento del ponte Showa
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EFFETTI CONNESSI ALLA LIQUEFAZIONE
Rottura di pendii
Terremoto di Turnagain (Alaska, 1964)
Terremoto diTerremoto di AnchorageAnchorage ((Alaska, 1964)Alaska, 1964)
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EFFETTI CONNESSI ALLA LIQUEFAZIONE
Collasso di terrapieni, rilevati stradali ed opere di terra in genere
,
Terremoto dellAlaska, 1964
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EFFETTI CONNESSI ALLA LIQUEFAZIONE
Zampil lo di copiosi getti dacqua e sabbia con formazione di
caratteristici coni e di sand boils
Terremoto di Northridge (California US, 1994) Terremoto di Niigata (Giappone, 1964)
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VALUTAZIONE DEL POTENZIALE DI LIQUEFAZIONE
.
2. Metodo basato sulla velocit delle onde di taglio
METODO DEL FATTORE STANDARD DI SICUREZZA
CRR
CSRF=
CRR = rapporto di resistenza ciclica
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CSR CSRat a articular de th in a level soil de osit can be
calculated from ground response analysis as:
'
max
' 65.0cycCSR ==
VV
cyc by the earthquake, the initial effective vertical stress
at the depth in question
'
V
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r
y e s mp e proce ure ee an r ss, :
Vcyc a max ==VV g
'' .
amax
is the maximum horizontal acceleration at
'e roun sur ace n s , s e n a e ec ve ver ca
stress at the depth in question, v
is the total overburden
-
V
, d
reduction coefficient.
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d that accounts for the flexibility of the soil column
. .,d
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The variation of rd with depth z, from the ground surface, may be
,
Liao and Whitman 1986 : r= 1.0-0.00765z for z9.15m
rd=1.174-0.0267z for 9.15m34mrd= 0.12 exp 0.22 M)
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The values of CSR pertain to the equivalentuniform shear stress induced by an earthquake
having a moment magnitude M = 7
A magnitude scaling factor, MSF , is used toadjust the induced CSR during earthquake
magnitude M to an equivalent CSR for anearthquake magnitude, M =7
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cyclic resistance ratiocyclic resistance ratio
CRRCRR is the cyclic stress ratio that causes liquefaction for ais the cyclic stress ratio that causes liquefaction for a= .= .
liquefaction resistance in terms of measured in situ
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Recommended (Idriss and Boulanger, 2004)
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Recommended (Idriss and
Boulanger, 2004)
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N6 value corresponds to the SPT N value
efficiency (Seed et al 1984, 1985).
qc is the tip restance from CPT
CN is the corrrection to a standard effective2
BoulangerLiao and Whitman Boulanger and Idriss
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VS based procedure
(Andrus and Stokoe, 2000; Stokoe et al., 2004)
25.0
,
VS
should be corrected to a reference overburden stress:
'1
==v
SVSSS
PaVCVV
Pa=100 kPa
For soil deposits where the coefficient of effective earthpressures at rest, K , is significantly different from 0.5,
the suggested correction is:
125.025.0
'1
5.0
==Pa
VCVV SVSSS0v
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The CRR-V curves separating liquefaction and
nonliquefaction occurrences are defined by :
( ) 2*
111
*
1
11 118.2
100
022.0 aSSaS
Sa K
VVKV
VKMSFCRR
+
=
*
1SVis the limiting upper value of V
S1for liquefaction
occurrence and is defined de endin on the
%FCm/sVS 5for215*
1 =
average fines content (FC) of soils as:
%FC%).(FC.VS 355form/s5050215
*
*
1
=
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for magnitude 7.5 earthquakes and uncemented soils of
A li i f h V b d d C i
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Application of the VSbased procedure at Catania
Historical earthquakes
that caused damage inCatania (Azzaro et al,
1999)
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The January 11, 1693 earthquake
It was prece e y a strong ores oc on Jan. 9t ,
which heavily damaged the interior of the Siracusa
area (I=VIII-IX) as far as Catania (I=VIII).
. y y = -
XI) the previously hit centers. In Catania alone it
caused about 11900 victims, or about 3/4 of the.
Extensive liquefaction effects occurred
than fifty places there appeared holes, from whichsprang ample sources of water, mixed with sand,
but ceased to flow 12 hours after the earth uake of
the 11th as if they were connected with a large
well, or with the sea itself, by the newly made
fissures in the Earth Boccone, 1697 .
At the very time of the earthquakes, were to be seen in most parts of the Catania
plain [] spouting streams of water, rising up to 10 canne high, throwing out also
, , .
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GNDT-CNR Catania Projectroun mo on compu a on or e
scenario earthquake
Detailed eolo ical eotechnical
and VS seismic velocity profiles.
rupture of one or more segments of the Ibleo
Maltese fault system (or Malta escarpment).
us, e s mp e source represen a on
adopted (IMs), consists of two sub-vertical
normal faults striking NNW-SSE, connected by a
transform segment, for a total length of 70 Km,
at an offshore distance of 10 12 km fromCatania.
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S. LuciaEarth uake M =5.4
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Simulation of ground motion
Two main approaches:p
1) A 2-D Chebyshev spectral element method Priolo,1999). The ground motion is simulated along fewselected transects, where a realistic geological
structure is defined including the fine local detailstructure is defined, including the fine local details.2) Extension of the modal summation technique toq
laterally heterogeneous media. The 2-D structuralmodels are obtained by assembling together few 1-
D d l i ld d R lli d V imodels in welded contact Romanelli and Vaccari,1999).
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Simplified geotechnical
Catania area and the first20 s of the velocities time
,
sites. Each signal is scaled
to the maximum value of
entire area (black triangle)
(modified from Romanelli
and Vaccari 1999 .
1
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Catania
1
3
4
6
7
area
0 km 1 9
Geological sketch map of the investigated site at Catania.
Le end: 1 Etna volcanic roducts 2 Fluvial de osits of con lomerates and sands
3) Present and recent alluvial deposits; 4) Marshy deposits; 5) Shore dunes; 6)
Present beach deposits; 7) Location of the investigated area; 8) Cataniaaccelerometer station; 9) Epicentre of the December 13, 1990 earthquake.
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CataniaZone 2 ag=0.25g (soil A)
0.8
1 Soil ASoil B, C, E
Soil D
Vs30
= 250 m/s 0.6e(
g)
Soil category C0.2
0.4S
S = 1.25
*
0
max g .T (s)
d
vav ra
CSR
=='
max
'65.0
vv g
Legend
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g
CRR Mw=7.0 (Andrus et al., 2004)
Proposed CRR M=7.0
S. Lucia event (ML=5.4)
S. Lucia event scaled to M=7-7.5(Sabetta and Pugliese, 1987)
Scenario earthquake (Romanelli and Vaccari, 1999)
Scenario earthquake (Priolo, 1999)
CSR (O.P.C.M. 3274/03)
0.6Fines Content (%)
3520 5
0.4RR
0.2
C
SRo
r
NO LIQUEFACTION
50 100 150 200 250 300
Vs1
(m/s)