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Some aspects of DSSI in the dynamic response of fully-coupled soil-structure systems

Massimino Maria Rossella Abate Glenda Grasso Salvatore Pitilakis Dimitris
Articolo Immagine
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2019
Numero:
1
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 1/2019
DOI:
10.19199/2019.1.0557-1405.044

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Alcuni aspetti della DSSI sulla risposta dinamica di sistemi terreno-struttura completamente accoppiati.

La risposta sismica delle strutture dipende da molteplici fattori, tra i quali: l’interazione dinamica tra il terreno, le fondazioni e la sovrastruttura (DSSI). Gli effetti di sito possono produrre modifiche rilevanti alle azioni sismiche prescritte dalle norme. Inoltre, a causa della DSSI il terreno molto spesso si comporta in modo molto diverso da quello ipotizzato in condizioni di campo libero, a causa dell’interazione cinematica. La DSSI assume un ruolo ancor più decisivo quando all’interfaccia terreno-fondazione avvengono fenomeni di scorrimento relativo e/o sollevamento delle fondazioni. Pertanto, occorre effettuare e promuovere le analisi dei sistemi completamente accoppiati terreno-struttura se si vuole realmente pervenire ad una appropriata progettazione antisismica delle strutture. I fenomeni di DSSI sono già studiati da molto tempo, attraverso: prove a media/grande scala, approcci semplificati e modellazioni numeriche avanzate. In particolare, negli ultimi anni gli studiosi hanno rivolto una crescente attenzione a tale problematica, in accordo con la generale crescente attenzione per una progettazione di tipo prestazionale e grazie al crescente sviluppo delle apparecchiature di monitoraggio in sito ed in laboratorio e dei codici di calcolo numerico. Il presente articolo riporta i principali risultati ottenuti dagli autori nello studio della DSSI con riferimento ad una prova su tavola vibrante su modello a media scala, ad una prova su un modello a scala reale ed il caso studio di una struttura reale. Per tutti questi sistemi terreno-struttura completamente accoppiati gli autori hanno eseguito delle modellazioni FEM. Tutti i sistemi studiati sono caratterizzati da fondazioni superficiali. La risposta dinamica dei sistemi terreno- struttura presentati è stata investigata, nei domini del tempo e della frequenza, in termini di: accelerazioni, spostamenti, fattori di amplificazione/de-amplificazione, spettri di Fourier e di risposta, funzioni di amplificazione, tagli di piano massimi. Scopo del presente lavoro è evidenziare l’importanza di alcuni aspetti della DSSI nella valutazione della risposta sismica di sistemi terreno-struttura completamente accoppiati, con riferimento a strutture con fondazioni superficiali. Particolare attenzione è stata data agli effetti dovuti ai fenomeni di scorrimento relativo e di sollevamento della fondazione all’interfaccia terreno-fondazione ed ai periodi naturali di vibrazione dei sistemi terreno-struttura completamente accoppiati. I risultati ottenuti offrono interessanti spunti per una progettazione antisismica più economica.

The seismic response of structures depends on many factors, among which the dynamic soil-foundation-overstructure interaction (DSSI). Site effects can lead to a significant alteration of the seismic action established by the standard technical codes. In addition, DSSI can lead to significant modifications of the free-field motion, due to kinematic interaction. DSSI takes on an even more decisive role when sliding and uplift occur at the soil-foundation interface. Thus, fully-coupled soil-structure analyses should be performed to achieve at an appropriate anti-seismic structural design. DSSI phenomena have been studied for a long time, through reduced/full-scale tests, simplified approaches, and advanced numerical modelling. In recent years researchers have devoted greater attention to this subject, thanks to increased attention worldwide to performance-based design and more development of in-situ and laboratory monitoring equipment and numerical codes. The paper reports the main DSSI analysis results obtained by the authors with reference to a medium-scale shaking table test, a full-scale test, and a case study. The authors performed FEM modelling for all these soil-structure fully-coupled systems. Shallow foundations were a characteristic of all the systems investigated. The dynamic response of the soil-structure systems was investigated in the time and frequency domains, in terms of: accelerations, displacements, amplification/de-amplification factors, Fourier and response spectra, amplification functions and total shear forces per floor. The aim of this work is to focus on the importance of some aspects of DSSI when assessing the seismic response of fully-coupled, soil-structure systems in structures with shallow foundations. Particular attention has been given to the effects caused by sliding and uplift at the soil-foundation interface, as well as to the natural vibration periods of fully-coupled soil-structure systems. The results obtained offer some interesting ideas for less expensive seismic designs. 

Keywords: fully-coupled systems, static and dynamic geotechnical characterization, accelerations, displacements, response and Fourier spectra, shear forces per floor.