ANALISI DELL'INTERAZIONE DINAMICA TERRENO-STRUTTURA IN PRESENZA DI DEPOSITI LIQUEFACIBILI ATTRAVERSO L'UTILIZZO DI MODELLAZIONI NUMERICHE E PROGETTAZIONE DI UN LAMINAR SHEAR BOX BIASSIALE

Liquefaction is one of the major reasons for damage during an earthquake. The phenomenon occurs as a result of build-up of pore pressure and hence a reduction of soil strength. A better understanding of this phenomenon is of relevant interest in geotechnical earthquake engineering. In this study, the soil-structure interaction analysis on liquefiable soil of a strategic building located in the city of Messina (Sicily, Italy) have been investigated by means of PLAXIS3D software. The 1908 Messina earthquake, that was the strongest seismic event of the 20th century in Italy, has been chosen as a scenario earthquake. A parametric study with three different seismograms of the 1908 earthquake has been carried out. In order to validate the three-dimensional finite element model and to evaluate the influence of stratigraphic effects in the seismic response of the soil, simpler 1D free-field soil analyses have been carried out using the linear equivalent codes STRATA and EERA. Results in time and frequency domains obtained by EERA, STRATA and PLAXIS3D are in good agreement. The free field site responses have been compared with the full-coupled system analyses in order to investigate how the DSSI modifies the free-field motion and the design accelerations. PLAXIS3D adopts the UBC3D-PLM model to simulate the seismic response of liquefiable soils. For the generic and initial calibration of the UBC3D-PLM model, the input parameters have been obtained according to the relationships proposed by Beaty and Byrne (2011), revised by Makra (2013), based on the (N1)60 values. Then, the model has been calibrated to SPT-based liquefaction triggering curves(Boulanger and Idriss, 2014) by means of the simulation of cyclic direct simple shear tests (CDSS) using PLAXIS3D software. The seismic behaviour of the soil-structure system on liquefiable soil has been analysed in terms of liquefaction potential, excess pore pressures (EPPs), accelerations, response spectra, amplification functions and displacements. Moreover, the SSI condition considering the presence of liquefiable layer has been compared with the results obtained without considering the liquefaction phenomenon. The design process of the biaxial laminar box system at L.E.D.A. of “Kore” University (Sicily, Italy) has been also presented in this study. It has been described along its various components, properties and design advantages. The new laminar box has a rectangular cross section and consists of 16 layers. Each layer is composed of two frames: an inner frame and an outer frame. The inner frame has an internal dimension of 2570 mm by 2310 mm, while the outer frame has an internal dimension of 2700 mm by 2770 mm. Between the layers, there is a 20 mm gap, making the total height 1600 mm.

La liquefazione è una delle maggiori cause di danno e di perdita delle vite umane durante un terremoto. Il fenomeno si verifica a seguito dell’incremento delle pressioni interstiziali e quindi riduzione della resistenza del terreno. Una migliore comprensione del fenomeno è di rilevante interesse nell’ambito dell’ingegneria geotecnica sismica. Nel presente progetto, l’analisi dell’interazione dinamica terreno-struttura in presenza di depositi liquefacibili è stata studiata attraverso l’utilizzo del codice di calcolo agli elementi finiti PLAXIS3D per un edificio strategico sito nella città di Messina (Sicilia, Italia). Il terremoto di Messina del 1908, che fu l’evento sismico più distruttivo del XX secolo in Italia, è stato scelto come terremoto di scenario nel presente studio. In particolare, è stata effettuata un’analisi parametrica utilizzando tre differenti sismogrammi del 1908. A fine di validare il modello tridimensionale agli elementi finiti e valutare l’influenza degli effetti stratigrafici sulla risposta dinamica del terreno, sono state effettuate delle analisi lineari equivalenti utilizzando i codici monodimensionale EERA e STRATA. I risultati nel dominio nel tempo e della frequenza ottenuti da STRATA, EERA e PLAXIS3D sono in ottimo accordo. La risposta dinamica del terreno è stata dunque confrontata con quella del sistema accoppiato terreno-struttura al fine di comprendere come l’interazione cinematica ed inerziale modifica il moto di free field. Un modello avanzato per la simulazione del fenomeno della liquefazione è l’UBC3D-PLM model implementato nel codice agli elementi finiti PLAXIS3D. Per la generica ed iniziale calibrazione del modello, i parametri di input sono stati ottenuti dalle equazioni di Beaty e Byrne (2011), aggiornate da Makra (2013), a partire dal numero di colpi corretto ottenuto dalle prove SPT, (N1)60. Successivamente il modello è stato calibrato alle curve di innesco della liquefazione proposte da Boulanger and Idriss (2014) sulla base delle prove SPT attraverso la simulazione di prove di taglio cicliche utilizzando il codice PLAXIS3D. L’interazione terreno-struttura in presenza di depositi liquefacibili è stata analizzata in termini di potenziale di liquefazione, sovrappressioni, accelerazioni, spettri di risposta, funzioni di amplificazione e spostamenti. Inoltre, la condizione SSI in presenza di liquefazione è stata confrontata con i risultati ottenuti in assenza di liquefazione. Il processo di progettazione di un laminar box biassiale per il Laboratorio L.E.D.A. dell’Università “Kore” di Enna è stato anche presentato in questo studio. Esso è stato descritto lungo i suoi componenti, proprietà e vantaggi progettuali. Il nuovo laminar box ha una sezione rettangolare ed è costituito da 16 strati, ciascuno dei quali possiede un telaio interno ed uno esterno. Il telaio interno ha dimensioni interne di (2570 x 2310) mm2 , mentre il telaio esterno ha dimensioni interne di (2700 x 2770) mm2. Tra gli strati c’è un gap di 20 mm, che rende l’altezza totale pari a 1600 mm.