Rischio sismico: Quanto incide la liquefazione dei terreni? Modena, 10 Aprile 2017

1. Rischio sismico: Quanto incide la liquefazione dei terreni?
Dalle industrie agli edifici monumentali: criteri tecnici
ed economici per la progettazione degli interventi da
realizzare sotto edifici esistenti

2. Miglioramento ed adeguamento sismico
Adeguamento sismico: Interventi atti a conseguire i livelli di sicurezza previsti dalle stesse norme tecniche. La domanda in termini di prestazioni
strutturali è inferiore alla corrispondente capacità della struttura.
Analisi
stato di fatto
Miglioramento sismico: Interventi atti ad aumentare la sicurezza strutturale esistente, pur senza necessariamente raggiungere i livelli richiesti
dalla norma. La valutazione della sicurezza riguarda la struttura nel suo insieme e possibili meccanismi locali.
Rilievo
Materiali
Dettagli costruttivi
Valutazione della
Vulnerabilità sismica
Modellazione
Scelta tipo di analisi
Scelta di modellazione
Progetto
dell’intervento
Intervento globale
Intervento locale
Riduzione della domanda simica
Miglioramento capacità strutturale

3. Liquefazione
Durante un evento sismico il sottosuolo è soggetto a carichi ciclici che non permettono la
completa dissipazione delle sovrappressioni interstiziali, che accumulandosi implicano una
condizione di carico non drenata del terreno.
• Tensione litostatica totale costante
• Incremento delle pressioni interstiziali
• Conseguente diminuzione della resistenza e rigidezza del
deposito granulare.
Condizione di liquefazione caso limite: ru =
Δu
σ’v
= 1
Tensioni efficaci quasi nulle → perdita di resistenza del terreno
Potenziale collasso delle fondazioni e della sovrastruttura

4. Liquefazione
Interazione cinematica palo – terreno genera significativi momenti flettenti indotti da forze inerziali sovrastrutturali.

5. Liquefazione
Fluidificazione o Liquefazione di flusso : si verifica quando in un deposito che ha subìto
liquefazione lo sforzo di taglio statico applicato (eventuale) supera la resistenza residua del
terreno → Deformazioni permanenti elevate, frane, collasso di fondazioni e opere di sostegno
Mobilità ciclica : l’aumento delle sovrappressioni interstiziali non è in grado di annullare lo sforzo
efficace agente. Tuttavia si manifestano rilevanti deformazioni. Può verificarsi soprattutto, ma non solo,
quando livelli liquefacibili sono posti lungo pendii acclivi → Deformazioni permanenti limitate,
spostamenti laterali, cedimenti e frane
Liquefazione ciclica: l’aumento delle sovrappressioni interstiziali è tale da annullare lo sforzo
efficace agente. E’ un caso particolare di mobilità ciclica.

6. Per ogni verticale è valutato l’indice del potenziale di liquefazione IL
• 0 < IL ≤ 5 rischio liquefazione basso
• 5 < IL ≤ 15 rischio liquefazione elevato
• IL > 15 rischio liquefazione estremamente elevato
Liquefazione
Potenziali cause di collasso
• Cedimenti post – liquefazione
• Meccanismo di collasso per taglio – flessione
• Meccanismo di collasso per instabilità euleriana
• Fenomeni di Lateral Spread
Valutazione di fenomeni di liquefazione
• Prove in sito, SPT – CPT o prove geofisiche in foro tipo DH – CH – SCPT
• Determinazione fluttuazioni dei livelli di falda
• Modulo di taglio G, rapporto di smorzamento D, ampiezza deformazione di taglio γ.

7. LiquefazioneLiquefazione Italia
Zone geologicamente suscettibili a liquefazione all’interno delle quali vi siano stati
risentimenti del VI MCS
Zone geologicamente suscettibili a liquefazione all’interno delle quali vi siano stati
risentimenti del VII MCS o superiore

8. Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico

9. Struttura realizzata tra il 1908 – 1914, parzialmente ricostruita dopo bombardamenti del 1944.
▪ Pianta rettangolare regolare
▪ Tipologia costruttiva muraria con spessore paramenti tra 45 – 55 cm con riseghe in elevazione
▪ Classe d’uso IV (edificio strategico), classe d’uso Cu = 2
Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico

10. • Solai latero cementizi e copertura spingente in legno
• Fondazione tipo superficiale
• Classe d’uso IV (edificio strategico), classe d’uso Cu = 2
Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico

11. Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico
Rafforzamento delle fondazioni realizzato nella metà degli anni 2000

12. Modello geologico stratigrafico per
30m
Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico
Profilo di Vs per 30m

13. Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico
Modello stratigrafico fino al bedrock sismico

14. Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico
Modello stratigrafico fino al bedrock sismico

15. Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico
Gruppo 7 accelerogrammi spettrocompatibili (RSL) ottenuti con Rexel; ricerca iniziata attraverso l'analisi della disaggregazione per la
definizione della coppia Magnitudo-distanza epicentrale. I parametri preliminari di ricerca sono stati poi modificati durante la ricerca, per
poter giungere all’estrazione di un gruppo di 7 accelerogrammi:
Con i 7 accelerogrammi che caratterizzano il
moto sismico per SLV, è possibile definire
uno spettro di risposta medio compatibile
con quello imposto dall'analisi.
Ora ci sono tutti gli elementi per poter
procedere ad una analisi di risposta
sismica locale monodimensionale;
analisi Equivalente Lineare.

16. Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico
Analisi della liquefazione
(Resistenza ciclica deposito) CRR < CSR (sforzo di taglio ciclico indotto dal sisma) → presenza di rischio di liquefazione
Presenza di diversi strati con IL > 1
CRR – valutata su risultati di
prove in sito
CSR – stimata sulla
conoscenza dell’accelerazione
massima attesa alla profondità
di interesse
Circolare n.617/2009 del CSLP – C 7.11.3.4 → Stabilità nei confronti della liquefazione

17. Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico
Interventi
1° Ipotesi
Dreni: dissipazione delle sovrappressioni interstiziali,
grazie alla permeabilità del terreno
Nel caso in oggetto, tale soluzione risulta inefficace,
perché l’area resa permeabile risulta molto poco
estesa
2° Ipotesi
Pali: lo stato di progetto prevede la realizzazione di 22 pali
di fondazione, lunghezza di 23 metri e un diametro di
60cm.
Lo sforzo normale sul palo
aumenta fino alla quota di 8,5
metri a causa dell’attrito
negativo palo-terreno
assegnato allo strato
liquefacibile.

18. Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico
Costo intervento
Costo di mercato del lavoro di mitigazione di circa 355000 Euro

19. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione – (Mirabello,FE)
Complesso composto da 4 unità strutturali di varia tecnologia costruttiva, muratura 60’/70’, prefabbricati 2000:
• (S1) Palazzina uffici - Struttura portante in muratura di mattoni di laterizio e malta cemento
• (S2) Guidetti Grande – Struttura prefabbricata in c.a./c.a.p.
• (S3) Opificio – Struttura in muratura di mattoni di laterizio e malta cemento
• (S4) Mozzo – Martini – Struttura prefabbricata in c.a./c.a.p.

20. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione

21. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Modello geologico stratigrafico 30m

22. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Modello geologico stratigrafico 30m

23. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Modello geologico stratigrafico fino al bedrock sismico

24. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Modello geologico stratigrafico fino al bedrock sismico

25. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Profilo Vs da Down Hole Il modello sismico VS ottenuto dall’interpretazione della curva dei
tempi di arrivo delle onde S alle diverse
profondità individua la presenza
di sei sismo-strati
La zonizzazione sismica ZS9 pone come magnitudo
attesa massima nella zona sismogenetica 912 il
valore di M

26. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Analisi liquefazione sabbie
La funzione di amplificazione di un sito fornisce una chiara ed efficace rappresentazione dell’effetto “filtrante” di un deposito di terreno sulle onde
sismiche. Essa mette in evidenza in quale campo di frequenze la presenza del terreno può indurre effetti significativi di amplificazione del moto
sismico incidente o, viceversa, se tali effetti possano addirittura tradursi in un’attenuazione delle ampiezze in superficie.
Profilo della P.G.A. ricavato dalla analisi di
Risposta Sismica Locale, zoomato in 20m
di terreno, tra -7,5m ed il p.c., le
accelerazioni massime attese sono di
0,183g < 0,220g ottenuto dai parametri
sismici per suolo di categoria semplificata
C

27. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Analisi liquefazione sabbie
Distribuzione granulometrica, da distinguere i materiali
in funzione del coefficiente di uniformità Uc<3,5 o Uc>3,5.
Per la verifica della resistenza alla liquefazione delle sabbie si
utilizzano i parametri di accelerazione ag, che
si utilizzano nella microzonizzazione sismica ovvero quelle
legati agli eventi con tempo di ritorno 475 anni.
Dati di input che caratterizzano le energie sismiche adottate:

28. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Analisi liquefazione
Elaborando tutte le prove CPTU, con una Magnitudo di 6,14 ed una PGA di 0,22g,
falda a -1,80m dal p.c. si ricavano indici del potenziale di liquefazione compresi tra
3,6 e 10,3.

29. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Interventi
Dreni: metodo di seguito osservato si basa sugli studi condotti da Seed e
Booker (1976) sfruttando la maggiore permeabilità dei dreni rispetto al terreno
circostante, al fine di dissipare le pressioni interstiziali accumulate nel corso della
scossa sismica
Valutazione: condizione di equilibrio tra la sovrapressione interstiziale indotta dal
sisma e la parte di essa dissipata dai dreni, legge di Darcy:
Coefficiente di permeabilità orizzontale :
Coefficiente di compressibilità volumetrica :
Numero di cicli equivalenti Neq=6 e la durata del terremoto td = 14 s

30. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Parametri del terreno per eventuali dreni nelle sabbie
Dalla curva granulometrica delle sabbie provenienti dai campioni è
possibile il coefficiente di permeabilità, con formula di Hazen:
k=3,6 x 10 m/sec
Coefficiente di compressibilità volumetrica del terreno
Numero di cicli di carico che portano a liquefazione
Per terremoto di M = 6,14 si ottiene N1=5,84.

31. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Interventi
Rapporto di pressione ru :
• ru = -0,02 PL + 0,60 per PL < 5
• ru = -0,01 PL + 0,55 per 5 < PL
< 15
• ru = -0,40 per PL > 15
Raggio d'influenza del dreno deve essere minore di
1,90 m

32. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione

33. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Interventi
Dreni sub-orizzontali

34. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Interventi
Pali Mega

35. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Interventi
Pali Mega collegati in testa con il plinto

36. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Interventi
Pali FDP

37. Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Interventi
Micropali trivellati
Ing. Gianluca Loffredo, Verona, 24/02/2017

38. Costo intervento – dreni sub-orizzontali
Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Prezzi di mercato circa 400’000 euro, ovvero un intervento di 100 Euro/mq

39. Costo intervento – micropali
Case history 2 : Complesso della Gambale Tegole – Mitigazione della liquefazione
Incidenza del 22% sul costo complessivo delle opere.
Costo specifico mitigazione liquefazione 66euro/mq
Incidenza del 15% sul costo complessivo delle opere.
Costo specifico mitigazione liquefazione 55euro/mq

40. Case history 3 : ANRIV s.r.l. – Deposito e distribuzione prodotti chimici – Ferrara
Struttura realizzata tra 1980 – 1981:
• Tipologia costruttiva – calcestruzzo cementizio prefabbricato
• Fondazione composta da plinti isolati
• Classe d’uso III, relativo coeff. d’uso Cu = 1,5

41. Case history 3 : ANRIV s.r.l. – Deposito e distribuzione prodotti chimici – Ferrara
Campagna indagini per una sufficiente modellazione del terreno.
• 2 - sondaggi a carotaggio continuo per stratigrafia 20m e prove permeabilità
• 2 – sondaggi a carotaggio continuo, stratigrafia e prospezioni geofisiche Cross Hole 16m
• 1 – sondaggio a carotaggio continuo per investigare sugli effetti delle iniezioni di consolidamento campo prova
• 1 – prova penetrometrica CPTU 16m
• 3 – prova penetrometrica SCPTU 16m, campo prova post-trattamento
• 3 – prospezioni Cross Hole per caratteristiche geofisiche e dinamiche dei terreni, pre e post-trattamento

42. Case history 3 : ANRIV s.r.l. – Deposito e distribuzione prodotti chimici – Ferrara
Analisi delle sezioni geologiche

43. Case history 3 : ANRIV s.r.l. – Deposito e distribuzione prodotti chimici – Ferrara
Analisi liquefazione Il calcolo del potenziale di liquefazione è stato quindi rieseguito utilizzando
sempre il metodo di Iwasaki, ricavando il fattore di sicurezza alla
liquefazione dal rapporto CRR/CSR. Mantenendo il MSF inalterato (1.429
per sismi di magnitudo 6.14, secondo Boulanger e Idriss 2007), il CRR è
sempre stato calcolato con l’algoritmo di Robertson e Wride (1998), e CSR
con la relazione di Seed e Idriss (1980). a = 0.188 g
SCPTU 1 = 2.007 (Moderato);
SCPTU 2 = 6.889 (Elevato);
CPTU 3 = 8.130 (Elevato);
CPTU 4 = 3.556 (Moderato);
CPTU 5 = 3.867 (Moderato);
CPTU 6 = 5.100 (Elevato).
Valori di IPL<5:
- SCPTU 1 = 2,007 (Moderato);
- CPTU 4 = 3,556 (Moderato);
- CPTU 5 = 3,867 (Moderato);
Valori di IPL>5:
- SCPTU 2 = 6,889 (Elevato);
- CPTU 3 = 8,130 (Elevato);
- CPTU 6 = 5,100 (Elevato).

44. Case history 3 : ANRIV s.r.l. – Deposito e distribuzione prodotti chimici – Ferrara
Analisi liquefazione
Fenomeno della liquefazione è trascurabile per l’Unità 3b (argille e limi) e
non trascurabile per l’Unità 3a.
Valori di IPL<5:
- SCPTU 1 = 2,007 (Moderato);
- CPTU 4 = 3,556 (Moderato);
- CPTU 5 = 3,867 (Moderato);
Valori di IPL>5:
- SCPTU 2 = 6,889 (Elevato);
- CPTU 3 = 8,130 (Elevato);
- CPTU 6 = 5,100 (Elevato).

45. Case history 3 : ANRIV s.r.l. – Deposito e distribuzione prodotti chimici – Ferrara
Interventi
Blocco 3(a) e Blocco 3(b)
Pali: prevede relativamente allo strato liquefacibile
trattato l’inserimento dell’angolo di attrito
PALO-TERRENO negativo, nonché l’abbattimento della
costante di winkler orizzontale
Blocco 2
Dreni: accelera la consolidazione sfruttando anche la
permeabilità in direzione orizzontale

46. Case history 3 : ANRIV s.r.l. – Deposito e distribuzione prodotti chimici – Ferrara
Interventi
Blocco 3(a)
e
Blocco 3(b)

47. Case history 3 : ANRIV s.r.l. – Deposito e distribuzione prodotti chimici – Ferrara
Interventi
Blocco 2

48. Case history 3 : ANRIV s.r.l. – Deposito e distribuzione prodotti chimici – Ferrara
Costi Micropalo senza camicia, con inclinazione fino a 20°, per ancoraggi o altro,
eseguito mediante l'utilizzazione di attrezzature adeguate al terreno da
attraversare, compreso il successivo getto a pressione, nei fori così ricavati,
in presenza di armatura metallica (da pagarsi a parte), dimalta cementizia
additivata, sino al volume effettivo di getto non inferiore a tre volte quello
teorico del foro. Compresoogni onere e magistero con esclusione
dell'armatura metallica: in terreni incoerenti o sciolti (resistenza alla
compressione <6 N/mmq): per diametro esterno pari a 161 - 190 mm
M I S U R A Z I O N I:
Micropali di fondazione Ø220
Plinti tipo 2b 10,00 4,00 15,000 600,00
Plinti tipo 2a 9,00 4,00 21,000 756,00
Plinti tipo 1b 20,00 4,00 15,000 1200,00
Plinti tipo 1a 19,00 4,00 21,000 1596,00
Plinti tipo 1c 1,00 3,00 18,000 54,00
Plinti tipo 2c 1,00 3,00 21,000 63,00
SOMMANO m 4269,00 € 80,20 € 342 373,80
Opere di mitigazione del rischio di liquefazione mediante installazione di
dreni sub-orizzontali eseguiti a mezzo di perforzioni direzionate guidate
(HDD)
M I S U R A Z I O N I:
Interventi di mitigazione del rischio di liquefazione
Trasporto e allestimento attrezzature per perforazioni HDD 1,00 9500,000 9500,00
Esecuzione dreni Ø125, Lmax=95m; raggio curvatura > 100m (inclusa
fornitura tubo)
2964,00 170,000 503880,00
SOMMANO ml 513380,00 € 1,00 € 513 380,00
Incidenza del 35% sul costo complessivo delle opere.
Costo specifico mitigazione liquefazione 68euro/mq
Incidenza del 23,8% sul costo complessivo delle opere.
Costo specifico mitigazione liquefazione 120euro/mq

49. Case history 4 : Villa Mastelli – Chiesuol del Fosso (FE)

50. Case history 4 : Villa Mastelli – Chiesuol del Fosso (FE)
Struttura ad uso residenziale:
• Proprietà soggetta a vicolo di tutela da parte della Soprintendenza Belle arti e paesaggio
• Tipologia costruttiva – muratura
• Struttura risalente al XV secolo
• Classe d’uso II

51. Case history 4 : Villa Mastelli – Chiesuol del Fosso (FE)
Struttura ad uso residenziale:
• Proprietà soggetta a vicolo di tutela da parte della Soprintendenza Belle arti e paesaggio
• Tipologia costruttiva – muratura
• Struttura risalente al XV secolo
• Classe d’uso II

52. Case history 4 : Villa Mastelli – Chiesuol del Fosso (FE)
Modello geologico
Isopache delle sabbie superficiali
Gli spessori arrivano ad un massimo di
5 m e più in corrispondenza della zona
artigianale di via Bologna, del Primaro
e del Vecchio Reno di fatto unici
litosomi sabbiosi potenzialmente
acquiferi ospitanti la falda freatica.

53. Case history 4 : Villa Mastelli – Chiesuol del Fosso (FE)
Modello geologico
Territorio in oggetto, appartenente alla Provincia
di Ferrara che ricade all’interno della zona 912 –
Dorsale Ferrarese.
Profilo di velocità delle onde S, stimato nel sito in
esame tramite la prova SCPTU
Il valore della accelerazione di riferimento assegnato al Comune
è di 0.132g

54. Case history 4 : Villa Mastelli – Chiesuol del Fosso (FE)
Analisi liquefazione
Fattore di liquefazione FL = (CRR/CSR) *MFS
MFS: è un fattore di scala in funzione della magnitudo dei terremoti attesi
IL = 5,3

55. Case history 4 : Villa Mastelli – Chiesuol del Fosso (FE)
Intervento – Compaction grounting
Le iniezioni di malta in pressione (fino a 3.5MPa) inducono uno spostamento radiale del terreno circostante
addensandolo, in asse rimangono una serie di bulbi di miscela (elementi colonnari) ad elevata rigidezza.

56. Case history 4 : Villa Mastelli – Chiesuol del Fosso (FE)
Intervento

57. Case history 3 : ANRIV s.r.l. – Deposito e distribuzione prodotti chimici – Ferrara
Interventi
Campo prove – Vedi Pallara et all. - 2016

58. Case history 4 : Villa Mastelli – Chiesuol del Fosso (FE)
Intervento

59. Case history 4 : Villa Mastelli – Chiesuol del Fosso (FE)
Costo

60. Altre tipologie di interventi
Vibroflottazione
Densificazione del terreno per effetto delle vibrazioni indotte da una sonda vibrante a punta conica (vibroflot) e
compattazione mediante il riempimento del foro con materiale granulare che viene addensato dal vibratore contro
le pareti del foro

61. Altre tipologie di interventi
Jet grounting
Vengono iniettate ad alta velocità una o più miscele fluide che producono un complesso fenomeno di
rimaneggiamento, sostituzione e/o permeazione il cui risultato finale è la cementazione del terreno

62. Altre tipologie di interventi
Permeation grouting – Inezioni di permeazione con miscele leganti
Leggera cementazione o coesione tra i grani del terreno facendo penetrare nei pori interstiziali una miscela “legante” opportunamente calibrata (es.
soluzioni o sospensioni silicatiche). La cementazione provoca un aumento della resistenza a liquefazione, una riduzione della permeabilità ed
un incremento della rigidezza.