Verifiche sismiche di stabilità 29° Convegno Nazionale GNGTS Prato 26-28 ottobre 2010 Verifiche sismiche di stabilità degli argini di alcune casse di espansione del Fiume Po M. Compagnoni , F. Pergalani - Politecnico di Milano - DIS, Milano C. Madiai , G. Simoni, G. Vannucchi - Università Studi di Firenze - DICeA, Firenze L. Martelli - Regione Emilia Romagna, Bologna

PROGETTO S.I.S.M.A. GRUPPO DI LAVORO OBIETTIVO Regione Lombardia 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 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

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

METODOLOGIA DI STUDIO PROGETTO S.I.S.M.A. 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

INDAGINI IN SITU e DI LABORATORIO PROGETTO S.I.S.M.A. INDAGINI IN SITU e DI LABORATORIO 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)

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

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

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

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

INPUT SISMICO PROGETTO S.I.S.M.A. Tempo di ritorno TR (da NTC 08 e linee guida dighe): 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

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

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

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

RISPOSTA SISMICA DI SITO PROGETTO S.I.S.M.A. 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

ACCELEROGRAMMI e SPETTRI DI FOURIER - TR 475 - M3b PROGETTO S.I.S.M.A. RISULTATI ACCELEROGRAMMI e SPETTRI DI FOURIER - TR 475 - M3b

SPETTRI DI RISPOSTA - TR 475 - M3b PROGETTO S.I.S.M.A. RISULTATI SPETTRI DI RISPOSTA - TR 475 - M3b

RISULTATI PROGETTO S.I.S.M.A. PARAMETRI CARATTERISTICI DEGLI ACCELEROGRAMMI DA RSL IMPIEGATI NELLE ANALISI DI STABILITÀ - TR 475 - M3b nome amax vmax Ia T PD [cm/s2] [cm/s] [s] [cms] Acc1 111.66 -11.50 35.68 0.27 0.661 Acc2 92.42 18.69 25.81 0.30 0.592 Acc3 -112.71 11.83 26.21 0.25 0.422 Acc4 -96.01 11.65 29.17 0.34 0.829 Acc5 -115.51 14.45 33.03 0.26 0.564 Acc6 131.20 10.28 26.47 0.441 Acc7 102.55 10.69 31.32 0.23 0.411 SRC0 -142.82 14.49 14.77 0.53 1.029 MTL 106.44 -11.69 16.46 0.44 0.798 CAT -164.15 18.45 21.28 0.40 0.868 CSN0 -114.81 11.89 24.05 0.48 1.377 NVL -150.47 16.45 11.86 0.204 CSA_NS 106.15 9.44 22.03 0.76 3.178 CSA_WE 77.61 8.36 11.47 0.61 1.081

RICOSTRUZIONE SEZIONI TIPO DEGLI ARGINI PROGETTO S.I.S.M.A. RICOSTRUZIONE SEZIONI TIPO DEGLI ARGINI 1 2 3 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

VERIFICHE DI STABILITA’ PROGETTO S.I.S.M.A. VERIFICHE DI STABILITA’ 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. 24.03.1982): FINE LAVORI: breve termine e lungo termine MASSIMO INVASO: breve termine e lungo termine RAPIDO SVASO: breve termine

VERIFICHE STATICHE PRESISMICHE PROGETTO S.I.S.M.A. VERIFICHE STATICHE PRESISMICHE 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

VERIFICHE PSEUDOSTATICHE PROGETTO S.I.S.M.A. VERIFICHE PSEUDOSTATICHE 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 1.1-1.2 in corrispondenza della sezione 2 per TR = 475 e 975 anni)

VERIFICHE DINAMICHE SEMPLIFICATE PROGETTO S.I.S.M.A. VERIFICHE DINAMICHE SEMPLIFICATE 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: amax; amax/(vmax)2; IA ; 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

PROGETTO S.I.S.M.A. CONCLUSIONI 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: le incertezze legate alla definizione del modello geotecnico sono limitate (la caratterizzazione è stata effettuata sulla base di una documentazione sufficientemente ampia e affidabile); 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 l’opera è caratterizzata 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. 24.03.1982 e potrebbe pertanto essere impiegata anche come bacino di riserva ai fini idrici