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Vulnerabilità sismica degli argini delle vasche di laminazione degli affluenti del Fiume Po in Lombardia ed Emilia-Romagna F. Pergalani, M. Compagnoni.

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1 Vulnerabilità sismica degli argini delle vasche di laminazione degli affluenti del Fiume Po in Lombardia ed Emilia-Romagna F. Pergalani, M. Compagnoni - Politecnico di Milano - DIS, Milano C. Madiai, G. Simoni, G. Vannucchi - Università Studi di Firenze - DICeA, Firenze L. Martelli - Regione Emilia Romagna, Bologna Giornata di Studio “Rischio Sismico nella Pianura Padana” 24 novembre 2010, Brescia

2 OBIETTIVO OBIETTIVO Predisposizione di un percorso metodologico finalizzato alla valutazione della stabilità sismica delle arginature delle principali casse di espansione presenti nel Bacino del Fiume Po, in mancanza di una specifica normativa di settore PROGETTO S.I.S.M.A. Dipartimento della Protezione Civile - finanziatore Autorità di Bacino del Fiume Po - coordinatore Regione Emilia - Romagna Regione Lombardia Agenzia Interregionale per il fiume PO Politecnico di Milano - DIS Università degli Studi di Firenze - DICeA PARMAGEO PROGEO GRUPPO DI LAVORO GRUPPO DI LAVORO Regione Lombardia

3 SITI DI STUDIO CASSE DI ESPANSIONE SUI FIUMI: Parma Secchia Enza Panaro Arno Olona (Malnate e San Vittore) Cassa del T. Parma PROGETTO S.I.S.M.A.

4 METODOLOGIA DI STUDIO Raccolta dei dati pre-esistenti ed esecuzione di nuove indagini in situ ed analisi di laboratorio Ricostruzione del modello geologico-geofisico-geotecnico Individuazione degli input sismici attesi Analisi di risposta sismica di sito Ricostruzione delle sezioni tipo dell’argine Verifiche sismiche di stabilità PROGETTO S.I.S.M.A.

5 INDAGINI IN SITU e DI LABORATORIO PROGETTO S.I.S.M.A. Raccolta dei dati pre-esistenti (oltre 90 stratigrafie di sondaggi con relative prove di laboratorio) Campagna integrativa: 2 stendimenti sismici a rifrazione in onde P, SH (800 m) 3 sondaggi a carotaggio continuo di 50 m 43 prove SPT 3 prove DH 6 campioni indisturbati (5 prove di colonna risonante, 4 prove triassiali e 2 prove edometriche, prove di classificazione) 22 campioni rimaneggiati (prove di classificazione)

6 PROGETTO S.I.S.M.A. prof. [m] CAMPAGNA INDAGINI INTEGRATIVE

7 MODELLO GEOLOGICO PROGETTO S.I.S.M.A. Fonti: CARG (2005) - RER & ENI-Agip (1998) - Banca dati del Servizio Geologico, Sismico e dei Suoli della Regione Emilia-Romagna

8 SEZIONI GEOLOGICHE INTERPRETATIVE PROGETTO S.I.S.M.A.

9 MODELLO GEOFISICO e GEOTECNICO PROGETTO S.I.S.M.A.

10 INPUT SISMICO Tempo di ritorno TR (da NTC 08 e Linee Guida dighe 07): evento molto frequente TR 50 anni evento meno raro TR 475 anni evento molto raro TR 975 anni Spettro di risposta di riferimento (NTC 08): determinato in base ai dati di pericolosità (GdL 2004) come media ponderata con l’inverso della distanza dei 4 punti della griglia di riferimento rispetto al valore geografico ISTAT del comune di appartenenza del sito Generazione di 7 accelerogrammi artificiali spettrocompatibili e selezione da banca dati ITACA di 7 accelerogrammi registrati rispondenti ai requisiti di norma PROGETTO S.I.S.M.A.

11 SPETTRI DI RISPOSTA DI INPUT Esempio TR 475 GENERATI REGISTRATI PROGETTO S.I.S.M.A.

12 ACCELEROGRAMMI DI INPUT Esempio TR 475 PROGETTO S.I.S.M.A.

13 PARAMETRI CARATTERISTICI Esempio TR 475 PROGETTO S.I.S.M.A.

14 RISPOSTA SISMICA DI SITO Modellazione 1D: - Codice di calcolo con discretizzazione a strati continui, analisi dinamica lineare equivalente in tensioni totali Risultati al piano di fondazione degli argini delle casse: -Accelerogrammi di output -Spettri di Fourier -Spettri di risposta -Parametri caratteristici -Fattori di amplificazione PROGETTO S.I.S.M.A.

15 RISULTATI ACCELEROGRAMMI e SPETTRI DI FOURIER - TR M3b PROGETTO S.I.S.M.A.

16 RISULTATI SPETTRI DI RISPOSTA - TR M3b PROGETTO S.I.S.M.A.

17 RISULTATI FATTORI DI AMPLIFICAZIONE - PARMA PROGETTO S.I.S.M.A.

18 RISULTATI PARAMETRI CARATTERISTICI DEGLI ACCELEROGRAMMI DA RSL IMPIEGATI NELLE ANALISI DI STABILITÀ - TR M3b PROGETTO S.I.S.M.A. nome a max v max IaIa TPDPD [cm/s 2 ][cm/s] [s][cms] Acc Acc Acc Acc Acc Acc Acc SRC MTL CAT CSN NVL CSA_NS CSA_WE

19 RICOSTRUZIONE SEZIONI TIPO DEGLI ARGINI PROGETTO S.I.S.M.A. Tipologia: di tipo “zonato”, con rinfianchi in materiale granulare e nucleo “impermeabile” Altezza massima: 18 m Inclinazione delle scarpate: circa 1:3 sul lato interno e 1:2 sul lato esterno della cassa Tenuta idraulica in fondazione realizzata mediante un diaframma in c.a. posto tra il piano di posa dell’argine e lo strato “impermeabile” presente in sito a profondità variabile 1 2 3

20 VERIFICHE DI STABILITA’ PROGETTO S.I.S.M.A. Per ciascun lato (interno ed esterno alla cassa) di ciascuna sezione sono state eseguite le seguenti analisi : PRESISMICA: statica all’equilibrio limite per conci (Bishop semplificato) COSISMICA: pseudostatica (Bishop semplificato) e dinamica semplificata (metodo degli spostamenti) POSTSISMICA:statica (verificata l’insorgenza di sovrappressioni interstiziali trascurabili e di fenomeni di degradazione tali da non superare la deformazione di soglia volumetrica) e 3 condizioni di esercizio (D.M ): FINE LAVORI: breve termine e lungo termine MASSIMO INVASO: breve termine e lungo termine RAPIDO SVASO: breve termine

21 VERIFICHE STATICHE PRESISMICHE PROGETTO S.I.S.M.A. Le analisi sono state condotte sia in termini di tensioni totali, sia efficaci I coefficienti di sicurezza minimi per lo stato di fine lavori (FL) e massimo invaso (MI) di tutte le sezioni analizzate risultano molto elevati (la condizione critica si verifica per il lato esterno cassa (LE) della sezione 3 con coefficiente di sicurezza pari a 1.85) La situazione più critica è quella relativa al lato interno (LI) nella condizione di rapido svaso (RS) per la sezione 2 con il coefficiente di sicurezza di 1.35

22 VERIFICHE PSEUDOSTATICHE PROGETTO S.I.S.M.A. Sono state condotte analisi a breve termine L’azione sismica di progetto è stata definita in accordo con le NTC 08, per differenti periodi di ritorno (TR = 50, 475, e 975 anni), assumendo il valore dell’accelerazione massima sulla base di due differenti criteri: - con riferimento alla pericolosità sismica del territorio nazionale (GdL 2004) - utilizzando i risultati delle analisi di risposta sismica di sito I risultati hanno evidenziato che la situazione più critica per tutte le sezioni analizzate è quella relativa al lato interno nella condizione di rapido svaso (con coefficienti di sicurezza minimi intorno a in corrispondenza della sezione 2 per TR = 475 e 975 anni)

23 VERIFICHE DINAMICHE SEMPLIFICATE PROGETTO S.I.S.M.A. La stima degli spostamenti permanenti indotti dagli accelerogrammi di progetto è stata eseguita: - utilizzando correlazioni empiriche tra spostamento e alcuni parametri significativi dell’input, quali: a max ; a max /(v max ) 2 ; I A ; Pd; T -attraverso integrazione numerica diretta (metodo Newmark) Nel primo caso gli spostamenti stimati risultano essere apprezzabili soltanto per la sezione 2 nella condizione di rapido svaso e per periodi di ritorno di 475 e 975 anni. Negli altri casi lo spostamento è risultato nullo oppure non significativo dal punto di vista ingegneristico Nel secondo caso vengono confermati i risultati precedenti. Il valore massimo dello spostamento calcolato è di circa 5 cm, approssimativamente pari allo 0.5% dell’altezza dell’argine in corrispondenza della sezione esaminata

24 RISULTATI - ENZA PROGETTO S.I.S.M.A.

25 RISULTATI - PANARO PROGETTO S.I.S.M.A.

26 RISULTATI - SECCHIA PROGETTO S.I.S.M.A.

27 RISULTATI - ARNO PROGETTO S.I.S.M.A.

28 RISULTATI – OLONA MALNATE PROGETTO S.I.S.M.A.

29 RISULTATI – OLONA SAN VITTORE PROGETTO S.I.S.M.A.

30 VERIFICHE STATICHE E PSEUDOSTATICHE PROGETTO S.I.S.M.A. I risultati delle analisi mostrano: Tutte le casse presentano un ampio grado di sicurezza a breve termine in condizioni sia statiche sia pseudostatiche nelle tre condizioni di esercizio considerate; Tutte le casse presentano un sufficiente grado di sicurezza a lungo termine in condizioni sia statiche sia pseudostatiche nelle condizioni di Fine Lavori e Massimo Invaso; La condizione più critica si è dimostrata il Rapido Svaso a lungo termine.

31 CONCLUSIONI PROGETTO S.I.S.M.A. Il percorso metodologico seguito è appropriato e permette di valutare le condizioni di stabilità sismica dell’opera, tenendo adeguatamente in conto i possibili effetti di sito. I risultati ottenuti possono essere ritenuti sufficientemente significativi in quanto: a) le incertezze legate alla definizione del modello geotecnico sono limitate (la caratterizzazione è stata effettuata sulla base di una documentazione sufficientemente ampia e affidabile); b) le analisi numeriche (sia per la valutazione degli effetti di sito sia per le verifiche di stabilità) sono state eseguite con codici di calcolo collaudati e di comprovata affidabilità. Inoltre, ai fini pratici: essendo trascurabile la probabilità di concomitanza di un evento molto raro (periodo di ritorno TR ≥ 475 anni) con le condizioni idrauliche più sfavorevoli (rapido svaso) ed avendo utilizzato metodi per conci, notoriamente conservativi, è possibile concludere che tutte le opere sono caratterizzate da un margine di sicurezza adeguato per tutti gli stati limite previsti nelle NTC 08 e in tutte le condizioni di esercizio indicate dal D.M e potrebbero pertanto essere impiegate anche come bacino di riserva ai fini idrici


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