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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)