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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
Scuola Politecnica e delle Scienze di Base
Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile ed Ambientale
Corso di Laurea Triennale in:
INGEGNERIA PER L’AMBIENTE ED IL TERRITORIO
TESI DI LAUREA:
“ANALISI DEL MOTO DI CADUTA MASSI ED APPLICAZIONE
AD UN CASO PRATICO”
Relatore Candidato
Ch.mo Prof. Geol. Amedeo Zito
Paolo Budetta M. N49000084
Anno Accademico 2013 – 2014
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Obiettivi:
• Analisi del fenomeno fisico di caduta massi
• Studio dei relativi modelli analitici
• Applicazione d’un metodo lumped mass tramite il codice di calcolo ROCFALL (Rocscience, inc.)
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Variazione delle altezze e dei punti di arresto delle traiettorie al variare del
coefficiente di restituzione tangenziale
Influenza dell’angolo d’attrito al rotolamento ed effetti dovuti all’arrotondamento degli spigoli dei massi in rocce tenere
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Condizioni cinematiche al variare della geometria del blocco e dell’angolo di
scorrimento iniziale, in funzione dell’angolo d’attrito volvente
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Per far si che le simulazioni delle traiettorie siano realistiche, è necessario calibrare i coefficienti cinematici in base alla back-analysis
Consiste nella calibrazione dei più opportuni coefficienti di restituzione all’urto e degli altri parametri da adottare nelle verifiche, al fine di simulare in maniera realistica le effettive
traiettorie di caduta riconosciute in sito. A tale scopo, è importante rilevare le impronte da impatto
lungo i pendii e gli effettivi punti di arresto dei massi
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Il codice di calcolo adoperato è ROCFALL (Rocscience, inc)
E’ un software di analisi statistica della caduta di massi lungo un versante che è in grado di fornire. gli inviluppi delle energie cinetiche, della velocità e delle altezze di rimbalzo, oltre che le coordinate dei punti di arresto dei massi.
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L’applicazione ha riguardato un tratto stradale della SS Amalfitana ricadente nel territorio
comunale di Conca dei Marini (SA)
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CARTA GEOLOGICA DELL’AREA INTERESSATA
1. Piroclastiti sciolte frammiste a sabbie ghiaiose – Olocene
2. Brecce cementate formate da clasti grossolani di rocce carbonatiche – Pleistocene
3. Calcari e calcari dolomitici ben stratificati o massicci – Mesozoico
4. Faglia 5. Evento di crollo 6. Tracciato stradale
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E’ stato necessario definire, preliminarmente: 1. La geometria dei pendii 2. La natura geologica dei materiali (rocce e terreni sciolti)
dei pendii 3. Assegnare, ad ogni segmento del pendio, i più realistici
coefficienti cinematici 4. Individuare i punti di partenza dei massi e stimare le
velocità iniziali di caduta 5. L’analisi viene eseguita in maniera random mediante il
Metodo Montecarlo
1. Le traiettorie di caduta ed i punti di arresto dei massi;
2. Gli inviluppi alle massime altezze di rimbalzo, delle energie cinetiche e delle velocità
Gli output sono :
Operando in tal modo, è stato possibile stimare la probabilità di attraversamento della sede stradale (Reach probability) da parte dei massi in caduta
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Sezione XVII
Number of Rocks
Translational Velocity[m/s]
Max Translational KineticEnergy [KJ]
Road
0
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0,8
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0 10 20 30 40 50Distance (m)
Sezione XVII CumulativeFrequency OfStopped Blocks (%)
Reach Probability
Road
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1000
0
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0 15 30 45 60
Distance (m)
Sezione XIX
Number of Rocks
Translational Velocity[m/s]
Height Above Slope [m]
Max Translational KineticEnergy [KJ]
Road
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 10 20 30 40 50 60
Distance (m)
Sezione XIX CumulativeFrequency OfStopped Blocks (%)
Reach Probability
Road
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70
0 10 20 30 40 50 60Distance (m)
Sezione XXVII
Number of Rocks
Translational Velocity[m/s]
Height Above Slope [m]
Max Translational KineticEnergy [KJ]
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 10 20 30 40 50 60Distance (m)
Sezione XXVII CumulativeFrequency OfStopped Blocks (%)
Reach Probability
Road
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Differenze riscontrate, nella posizione dei punti d’arresto dei massi, in funzione della geometria
dei pendii (A pendio gradonato con muri a secco; B pendio naturale )
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0
5
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0 10 20 30 40 50 60
Inviluppi delle velocità traslazionali per la sezione XIX
Translational Velocity Envelope 0,1mcTranslational Velocity Envelope 1mcTranslational Velocity Envelope 10mc
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30 40 50 60
Inviluppi altezze di rimbalzo sezione XIX
Bounce Height Envelope 0,1 mc
Bounce Height Envelope 1 mc
Bounce Height Envelope 10 mc
Andamenti dei grafici in funzione della massa dei blocchi
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30
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sez 1 sez 4 sez 8 sez 10 sez 11 sez 14 sez 17 sez 19 sez 27
reach probability
reach probability
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
50
100
150
200
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300
350
400
Total Kinetik Energy(KJ)
Traslational Velocity(m/s)
Valori di alcuni parametri caratteristici delle traiettorie in corrispondenza della mezzeria della carreggiata stradale
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Conclusioni
• Mediante ROCFALL sono stati analizzati 10 profili rappresentativi delle reali condizioni topografiche e geomorfologiche locali.
• Le simulazioni sono state effettuate sulla base di dati in input (coefficienti di restituzione, angoli d’attrito al rotolamento, velocità iniziali di caduta , etc.) scaturiti da analisi a ritroso di crolli reali verificatisi in passato.
• E’ stato posto in evidenza il ruolo svolto dai terrazzamenti presenti lungo i pendii nel modificare le altezze delle traiettorie ed i punti di arresto dei massi.
• La probabilità che essi intersechino la sede stradale, durante il loro moto di caduta e per diverse volumetrie di progetto, è sempre molto alta.
• Si rendono tuttavia necessarie altre analisi di dettaglio, anche modificando opportunamente i dati in input.
• Anche in considerazione degli elevati valori di velocità ed energie cinetiche con i quali i massi potrebbero intersecare la strada, è apparsa evidente la necessità di realizzare opere passive a protezione delle carreggiate (barriere paramassi e reti d’acciaio con funi ancorate mediante chiodature)