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Ribaltamento di blocchi di roccia sotto azioni sismiche
Il classico problema della risposta oscillatoria di blocchi
rettangolari, snelli e rigidi sotto azioni sismiche è analizzato
nell’ambito della stabilità dei pendii. Lo studio del ribaltamento
di blocchi di roccia, separati dalla parete e poggianti su un
substrato rigido, per effetto del moto sismico, è stato affrontato
con un modello meccanico bidimensionale. Le equazioni che
governano il fenomeno del ribaltamento considerano la perdita
di energia cinetica ad ogni impatto: durante il moto oscillatorio
si assume che la rotazione passa da un angolo all’altro della
base del blocco con continuità e che l’attrito sia sufficientemente
alto da impedire lo scorrimento. La validazione del modello
messo a punto è stata effettuata confrontando i risultati con
quelli riportati in letteratura per impulsi semplici. Lo studio è
stato esteso ad accelerogrammi reali, non scalati, considerando
62 registrazioni da database italiani e internazionali applicate
a 100 blocchi rettangolari. Gli accelerogrammi selezionati
coprono un vasto range di parametri, quali PGA, PGV,
Intensità di Arias, Energia specifica, contenuto in frequenza. I
risultati delle analisi evidenziano che il criterio pseudostatico,
basato sulla massima accelerazione su affioramento rigido,
non è in grado di valutare il potenziale di ribaltamento del
terremoto, in quanto indica la sola condizione di sollevamento
del blocco dal suolo e l’inizio del moto oscillatorio. Il contributo
innovativo del lavoro consiste nel proporre un coefficiente
riduttivo β della PGA che consente di portare in conto gli effetti
benefici della natura dinamica del moto. Inoltre si evidenzia che
per blocchi di piccole dimensioni la PGA è un valore correlabile
al potenziale di ribaltamento di un terremoto, mentre per blocchi
di dimensioni maggiori il ribaltamento dipende maggiormente
dalla PGV.
The classical problem of the rocking response of freestanding slender blocks to earthquake ground shaking is revisited in the framework of slope stability. Toppling of rock blocks, completely detached from the cliff and logged upon an horizontal plane, triggered by dynamic motions on rigid ground is investigated by means of a two-dimensional mechanical model implemented using a state space formulation. The equations governing rocking problem must take into account for the energy loss at every impact; during the rocking motion, it is assumed that the rotation continues smoothly from one edge of the base of the block to the other and the coefficient of friction is large enough to prevent sliding. Validation of the model has been conducted by comparing literature results for idealized simple cyclic pulses as excitation. A sample of 62 recorded earthquake motions on rock soil (from US, Europe and Asia) has been used as input seismic excitation. The records cover a wide range of key characteristics in order to evaluate the effects on toppling of various parameters such as PGA, PGV, Arias Intensity, energy flux, frequency content. Results show as the pseudo-static criterion, based on the peak ground acceleration, is enable to capture overturning potential but only indicates the uplift condition. Whereas pseudo-static approach is widespread in design codes, reductive coefficients are a novelty suggestion for toppling phenomena to account the beneficial effect coming from the dynamic results. Furthermore, it is found that the toppling of smaller blocks is more sensitive to the peak ground acceleration, whereas the toppling of larger blocks mostly depends on the ground velocity.
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