Obiettivi Formativi

L'obiettivo del corso di Geotecnica Sismica è quello di fornire allo studente di Ingegneria Civile le conoscenze per valutare la risposta dei terreni naturali e delle opere in terra alle azioni sismiche e gli effetti delle caratteristiche meccaniche dei terreni sulla risposta sismica delle strutture, delle infrastrutture e, in generale, delle opere di ingegneria. Tale obiettivo viene conseguito attraverso la comprensione dei principi di propagazione delle onde sismiche nei terreni, del comportamento dei terreni sottoposti a carichi ciclici e dinamici in relazione al livello deformativo, delle tecniche sperimentali per la determinazione dei parametri meccanici da prove in sito e di laboratorio, dei fenomeni di risposta locale dei terreni alla propagazione di onde sismiche, del fenomeno della liquefazione dei depositi sabbiosi saturi, e delle teorie alla base delle analisi in condizioni sismiche di opere e sistemi geotecnici. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite e la comprensione dei principi fondamentali della disciplina per: a) definire il piano delle indagini in sito e delle prove in laboratorio necessarie per lo studio della risposta sismica locale di un sito; b) interpretare i risultati di prove in sito e di laboratorio; c) eseguire analisi di risposta sismica locale monodimensionale sia con metodi basati sul modello di comportamento lineare equivalente che con metodi di analisi non lineare, utilizzando codici di calcolo specifici, per prevedere le azioni sismiche attese al piano di campagna, necessarie per le analisi sismiche delle opere di ingegneria; d) valutare l’effetto delle azioni sismiche sulle pressioni interstiziali, la suscettibilità alla liquefazione di depositi sabbiosi saturi e le condizioni di sicurezza riguardo alla stabilità nei confronti della liquefazione. Gli elementi di teoria consentiranno allo studente di identificare, formulare e risolvere problemi utilizzando metodi, tecniche e strumenti aggiornati, in modo da poter affrontare con successo problemi di geotecnica ricorrenti nella prassi professionale dell’ingegnere civile. La comprensione degli argomenti è volta a sviluppare la capacità di elaborazione dei concetti con piena autonomia di giudizio ed è supportata dall’apprendimento di un linguaggio tecnico appropriato e rigoroso, utile a presentare i risultati e sostenere argomentazioni teoriche su temi applicativi dell'Ingegneria, con particolare riferimento a quelli di ingegneria geotecnica finalizzati anche alla progettazione di opere in zona sismica, e a permettere una sicura ed efficace comunicazione sia con interlocutori esperti nella materia che con interlocutori non specialisti e di diversa formazione.

Learning Goals

The aim of the course of Earthquake geotechnical engineering is to provide the student of Civil Engineering with the knowledge to evaluate the response of natural soils and earthworks to seismic actions and the effects of mechanical characteristics of soils on seismic response of structures, infrastructures and, in general, engineering works. This aim is achieved by understanding the principles of seismic wave propagation in soils, the behaviour of soils subjected to cyclic and dynamic loads in relation to the deformation level, experimental techniques for the determination of mechanical properties from in-situ and laboratory tests, local soil response phenomena to the propagation of seismic waves, liquefaction of saturated sandy deposits, and the basic theories for the analysis of geotechnical systems in seismic conditions. At the end of the course the student will be able to apply the acquired knowledge and the understanding of the basic principles of the discipline for: a) define the plan of in-situ investigations and laboratory tests necessary for the study of the local seismic response of a site; b) interpret the results of in-situ and laboratory tests; c) perform one-dimensional equivalent-linear and non-linear seismic response analysis using, using specific computer codes, to predict the seismic actions expected at the ground surface in the free field conditions; d) assess the effect of seismic actions on pore water pressures, the susceptibility to liquefaction of saturated sandy deposits and the safety conditions with regard to liquefaction stability. Elements of theory will allow the student to identify, formulate and solve problems using up-to-date methods, techniques and tools, in order to successfully address geotechnical problems frequently recurring in professional practice. The understanding of the topics is aimed at developing the ability to process concepts with complete autonomy of judgment and is supported by the learning of an appropriate and rigorous technical language, useful to present the results and to support theoretical arguments on practical issues of Engineering, with particular reference to those of earthquake geotechnical engineering, and aimed also at allowing an effective communication both with interlocutors experienced in the field of soil dynamics and earthquake geotechnical engineering and with interlocutors not specialized in this field having a different education background.

Metodi didattici

Il corso viene erogato mediante lezioni frontali (24 ore) ed esercitazioni in aula (24 ore). Le lezioni sono svolte alla lavagna stimolando frequentemente l'interazione con gli studenti. Le esercitazioni vengono svolte dagli studenti sotto la guida del docente. Esse rappresentano un momento fondamentale di interazione e di partecipazione nel quale è incoraggiato il lavoro di gruppo e il confronto tra i risultati ottenuti. Nel corso delle esercitazioni gli studenti vengono chiamati a illustrare i risultati ottenuti in modo da stimolare la loro capacità di formulare soluzioni elaborate in autonomia o in gruppo, da acquisire dimestichezza con la presentazione dei loro risultati e daaffinare la loro capacità di espressione utilizzando un linguaggio rigoroso. Il confronto tra gli studenti è volto alla loro complessiva maturazione, che va oltre il mero apprendimento della disciplina.

Teaching Methods

The course is delivered through lectures (24 hours) and classroom exercises (24 hours). Lessons are given at the blackboard, frequently stimulating interaction with students. The exercises are carried out by the students under the guidance of the teacher. They represent a fundamental moment of interaction and participation in which teamwork and comparison among different solutions and results are encouraged. During the classroom exercises the students are asked to explain the results they obtained in order to stimulate their ability to formulate solutions developed independently or in groups, to become familiar with the presentation of their results and to refine their ability to express technical information using rigorous language. Dialogue between students is aimed at their personal and professional growth, which goes beyond the mere learning of the subject.

Prerequisiti

Sono necessarie le conoscenze di base di Meccanica delle terre e di Geotecnica.

Prerequisites

Basic knowledge of soil mechanics and geotechnical engineering are required.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento è effettuata attraverso una provadi esame orale. La prova consiste nella discussione di almeno tre argomenti ed è volta a valutare il grado di preparazione dello studente, l'approfondimento degli argomenti e la capacità di collegarli tra loro finalizzandoli alla risoluzione di problemi di ingegneria geotecnica sismica. Sono altresì oggetto di valutazione il rigore metodologico e la proprietà di linguaggio nell'esposizione degli argomenti. Ciascuno degli argomenti trattati all’esame è oggetto di separata valutazione. La valutazione finale è il risultato di un giudizio complessivo della prova d’esame.

Assessment

The level of learning is checked by an oral examination. The exam consists in the discussion of at least three topics and is aimed at evaluating the degree of preparation of the student, the depth of understanding of the topics and the ability to connect them to each other finalizing them to the solution of problems of soil dynamics and earthquake geotechnical engineering. The methodological rigour and appropriate vocabulary in the presentation of the topics are also assessed. Each of the subjects dealt with during the exam is assessed separately. The final mark is the result of an overall assessment of the examination.

Programma del Corso

Il corso è suddiviso in sei capitoli che, a partire dai concetti di propagazione delle onde nei terreni fino ai metodi di analisi per la valutazione della risposta sismica locale e delle condizioni di stabilità nei confronti della liquefazione, forniscono tutti gli strumenti necessari all’ingegnere civile per affrontare i problemi relativi allo studio della stabilità sismica del sito e alla progettazione delle strutture in zona sismica. L'elenco dettagliato degli argomenti trattati è il seguente: 1.ELEMENTI DI SISMOLOGIA Struttura della Terra, onde sismiche e tettonica a placche. Terremoti: epicentro, misure di intensità, magnitudo ed energia. Registrazioni sismiche, parametri sismici e spettri. 2. PROPAGAZIONE DELLE ONDE Propagazione monodimensionale di onde di compressione e torsione. Propagazione tridimensionale di onde di volume, equazioni delle onde di compressione e di taglio. Onde di superficie: equazione d'onda, velocità di propagazione e ampiezza degli spostamenti, dispersione. Propagazione monodimensionale di onde in mezzi stratificati. Riflessione e rifrazione delle onde in condizioni tridimensionali. Attenuazione delle onde:smorzamento materiale e smorzamento radiativo. 3. COMPORTAMENTO DEI TERRENI SOTTOPOSTI A CARICHI CICLICI Alterazione dello stato tensionale e rotazionedelle direzioni principali. Comportamento ciclico dei terreni. Prove di laboratorio e prove in sito per la caratterizzazione dei terreni ai fini delle analisi dinamiche. 4. RISPOSTA SISMICA LOCALE Analisi nel dominio del tempo e delle frequenze, funzione ditrasferimento e di amplificazione. Soluzioni per uno strato elastico o visco-elastico su substrato rigido o deformabile. Risposta sismica locale di sottosuoli reali: effetto della eterogeneità, effetto della non-linearità, analisilineare equivalente, analisi non lineare. Effetto della geometria di bacini alluvionali sulla risposta sismica locale Effetti topograficisull'amplificazione del moto 5.LIQUEFAZIONE DEI DEPOSITI SABBIOSI SATURI Valutazione della suscettibilità di un deposito alla liquefazione: criteri storici,criteri geologici, criteri basati sulla composizione granulometrica, criteri di stato. Innesco della liquefazione: evidenza sperimentale da percorsi di carico in prove monotone e cicliche, superficie di liquefazione, mobilità ciclica. Valutazione del potenziale di liquefazione. Metodi empirici per la valutazione di cedimenti indotti dallaliquefazione. Cenni sui metodi di miglioramento del terreno per la mitigazione della liquefazione

Course Syllabus

The course is divided into six chapters which, from seismic wave propagation and seismic response analysis to liquefaction analysis and stability analysis of geotechnical works, provide the main tools needed by the civil engineer to address problems related to the study of site seismic stability and design of engineering structures in seismic areas. The detailed list of subjects covered is as follows: 1. Fundamentals of seismology 2. Seismic waves propagation 3. Soil behaviour under cyclic loading 4. Seismic response analysis 5. Liquefaction