Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio - Environmental Engineering

GIUSEPPE LANZO

Obiettivi generali
Il corso si propone di fornire le basi teoriche e gli strumenti pratici per la valutazione quantitativa e la mitigazione del rischio associato ai terremoti, con particolare attenzione alle problematiche di geotecnica sismica. Il rischio geotecnico sismico è valutato con riferimento a singole strutture/infrastrutture, beni ambientali e culturali o ad un dato ambito territoriale. Verranno descritte le principali metodologie per l’analisi, a differenti scale, dei fenomeni di amplificazione locale, di instabilità sismica e post-sismica di versanti naturali e artificiali, di liquefazione e mobilità ciclica dei terreni, propedeutici alla stima del rischio ad essi connesso. Saranno inoltre illustrati i criteri di zonazione della suscettibilità e della pericolosità connessa ai suddetti rischi geotecnici sismici. Queste valutazioni costituiscono la necessaria premessa per la disciplina dell’uso del territorio e per la pianificazione degli interventi di carattere preventivo (mitigazione del rischio).
Obiettivi specifici:
Conoscenza e capacità di comprensione. Il corso consente agli allievi di acquisire una conoscenza e comprensione approfondita degli argomenti e dei concetti di base per l’analisi e la valutazione del rischio geotecnico sismico nonché per la sua mitigazione, ad una scala territoriale e a quella del manufatto, con riferimento a diversi problemi applicativi (risposta sismica locale, liquefazione, stabilità dei pendii).
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Capacità di eseguire ed interpretare le principali prove geotecniche dinamiche in sito e di laboratorio attraverso la predisposizione di esercitazioni pratiche e visite in laboratorio. Capacità di sviluppare un modello geotecnico di sottosuolo e capacità di risoluzione di problemi di interesse applicativo (risposta sismica locale, liquefazione, stabilità dei pendii in condizioni sismiche).
Autonomia di giudizio. Tale obiettivo è raggiunto mediante la risoluzione di esercitazioni pratiche in cui si misura la capacità di soluzione di problemi più o meno complessi, dove necessario procedendo con ipotesi semplificative adeguate e motivate. La partecipazione a laboratori e la redazione di elaborati è un altro strumento utile per sviluppare ulteriormente la capacità di selezionare le informazioni rilevanti per la risoluzione di un dato problema applicativo.
Abilità comunicative. Capacità di sintesi e di collegamento tra gli argomenti studiati e loro esposizione in modo compiuto ed efficace.
Capacità di apprendimento. Le capacità di apprendimento sono garantite da una padronanza delle conoscenze di base e dallo sviluppo di una visione globale ed unitaria della disciplina, conseguibile attraverso lo studio sistematico e mediante l’impostazione della didattica sotto forma di elaborati con revisioni periodiche.

Conoscenza e capacità di comprensione. Al completamento del corso lo studente ha acquisito una conoscenza e comprensione approfondita dei concetti di base per l’analisi e la valutazione del rischio geotecnico sismico nonché per la sua mitigazione, alla scala del manufatto e a quella territoriale, con riferimento a diversi problemi applicativi (risposta sismica locale, liquefazione, stabilità dei pendii, microzonazione sismica).
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al completamento del corso lo studente è in grado di conoscere i principali aspetti del comportamento dinamico dei terreni soggetto ad azioni sismiche nonché di interpretare le prove geotecniche dinamiche di laboratorio e in sito, attraverso la predisposizione di esercitazioni pratiche e visite in laboratorio. È in grado di sviluppare un modello geotecnico-sismico di sottosuolo e di risolvere problemi di interesse applicativo quali la risposta sismica locale, la liquefazione, la stabilità dei pendii in condizioni sismiche.
Autonomia di giudizio. Tale obiettivo è raggiunto mediante la risoluzione di esercitazioni pratiche in cui si misura la capacità di soluzione di problemi di crescente complessità, dove necessario procedendo con ipotesi semplificative adeguate e motivate. La partecipazione a laboratori e la redazione di elaborati è un altro strumento utile per sviluppare ulteriormente la capacità di selezionare le informazioni rilevanti per la risoluzione di un dato problema applicativo.
Abilità comunicative. Lo studente esercita le proprie capacità comunicative mediante l’esposizione dell’elaborato monografico sul caso reale agli altri studenti. La capacità di sintesi e di collegamento tra gli argomenti studiati e la loro illustrazione in forma compiuta ed efficace è anche valutata al momento dell’esposizione dell’elaborato durante l’esame finale.
Capacità di apprendimento. Lo studente esercita le proprie capacità di apprendimento in forma autonoma sia attraverso le revisioni periodiche degli elaborati, la cui soluzione richiede una padronanza delle conoscenze di base, sia attraverso la redazione dell’elaborato monografico di un caso di studio reale, che necessita una visione globale ed unitaria della disciplina, conseguibile soltanto attraverso una capacità di sintesi delle conoscenze acquisite.

All’inizio dell’attività didattica, lo studente deve avere conoscenze di Meccanica delle Terre e Geofisica Applicata.

L’insegnamento è organizzato secondo tre blocchi. Per ognuno di essi si indica l’articolazione in lezioni.
Il primo blocco ha lo scopo di richiamare i concetti di basse di Meccanica delle Terre, di Geofisica Applicata e di Dinamica delle Strutture. Queste lezioni hanno l’obiettivo sia di ripasso sia di consentire allo studente di valutare il suo livello di preparazione e conseguentemente colmare, in maniera autonoma, eventuali lacune.
Nel secondo blocco si illustrano i fondamenti di Dinamica dei Terreni, con particolare riferimento al legame tensione-deformazione dei terreni sotto azioni variabili nel tempo e alla definizione dei parametri che descrivono le caratteristiche di rigidezza e smorzamento dei terreni, dai più piccoli livelli deformativi fino a rottura. Si descrivono anche le principali tecniche di misura delle proprietà dinamiche dei terreni, in sito e in laboratorio.
Il terzo blocco ha carattere esplicitamente applicativo. Sono trattati i problemi di risposta sismica locale e fattori influenti, i fenomeni di liquefazione e fattori influenti, l’analisi di stabilità dei pendii in condizioni sismiche e la microzonazione sismica. Infine sono illustrate alcune strategie di mitigazione del rischio geotecnico sismico.
Per ognuno dei tre blocchi summenzionati sono previste esercitazioni da svolgere in classe.

Richiami di Meccanica delle Terre, Geofisica Applicata e Dinamica delle Strutture
Lezione 0. Introduzione al corso. Richiami di Meccanica delle Terre.
Lezione 1. Elementi di sismologia. Propagazione delle onde sismiche. Tipi di faglia. Magnitudo e intensità Macrosismica. Parametri rappresentativi del moto sismico.

Lezione 2. Moto armonico. Spettro di Fourier. Spettro di risposta dell’accelerazione.
Lezione 3. Relazioni di attenuazione del moto sismico.

Fondamenti di Dinamica dei Terreni
Lezione 4. Il comportamento sforzi-deformazione del terreno in condizioni cicliche. Parametri di rigidezza e smorzamento.
Lezione 5. Parametri di rigidezza e smorzamento a piccoli livelli di deformazioni. Fattori influenti per terreni a grana grossa e a grana fina.
Lezione 6. Parametri di rigidezza e smorzamento a medi livelli di deformazioni. Fattori influenti per terreni a grana grossa e a grana fina.
Lezione 7. Parametri di rigidezza e smorzamento a grandi livelli di deformazioni fino a rottura. Fattori influenti per terreni a grana grossa e a grana fina. Liquefazione dei terreni a grana grossa saturi.
Lezione 8. Apparecchiature di laboratorio cicliche e dinamiche. Prove geofisiche per la determinazione della velocità delle onde elastiche.

Argomenti applicativi
Lezione 9. Fondamenti di risposta sismica locale. Funzione di amplificazione. Sottosuolo omogeneo e eterogeneo
Lezione 10. Simulazione numerica della risposta sismica locale. Codici di calcolo disponibili in letteratura.
Lezione 11. Selezione dell’input sismico per analisi di risposta sismica locale.
Lezione 12. Procedura semplificata per la verifica a liquefazione. Metodi dinamici semplificati e dinamici avanzati.
Lezione 13. Stabilità dei pendii in condizioni sismiche. Il metodo di Newmark.
Lezione 14. La Microzonazione Sismica. Procedura per l’esecuzione di studi di livello 3 e presentazione di casi di studio
Lezione 15. Strategie per la mitigazione del rischio di liquefazione.

Kramer S. – Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall
Ishihara k. Soil Behaviour in Earthquake Geotechnics. Oxford Science Publications
Crespellani T., Facciorusso J. – Dinamica dei Terreni per le applicazioni sismiche. Dario Flaccovio Editore.
Lanzo G. – Risposta sismica Locale: Teoria ed esperienze
Lanzo G. – Slides del Corso e Dispense delle Lezioni

Il metodo didattico utilizzato consiste in lezioni frontali, con esposizione in tradizionale alla lavagna; parte delle lezioni saranno svolte con l’impiego di supporti multimediali (slides). Alla conclusione della lezione è sempre previsto uno spazio finale riservato alle domande di chiarimento da parte degli studenti.
Sono previste anche numerose esercitazioni pratiche, con l’ausilio del PC, per valutare la capacità degli studenti di mettere a frutto la conoscenza degli argomenti trattati.
La predisposizione di un elaborato monografico, che può anche essere effettuato in gruppo, relativo ad un caso di studio reale, contribuisce al raggiungimento degli obiettivi formativi specifici quali:

a) capacità critica e di giudizio, attraverso la scelta dei parametri geotecnici e sismici di interesse per il problema applicativo e rilevanti per sviluppare il modello geotecnico-sismico di sottosuolo;
b) capacità di comunicare quanto si è appreso durante le lezioni e argomentare le scelte effettuate, sia durante le revisioni sia durante l’esame;
c) capacità di apprendimento con riguardo a problematiche trattate limitatamente o non trattate del tutto nelle lezioni frontali perché specifiche del caso di studio.

La frequenza è facoltativa ed avviene secondo gli orari e nelle aule stabilite dalla Presidenza. La frequenza, pur caldamente incoraggiata, non contribuisce alla valutazione finale.

Le modalità di esame consentono l’accertamento dell’effettivo conseguimento da parte dello studente degli obiettivi formativi, in particolare la capacità di applicare conoscenza e comprensione.

È prevista una prova orale che verte sui temi trattati durante lo svolgimento delle lezioni. In sede di esame saranno anche valutate le esercitazioni svolte durante l’anno e il lavoro di gruppo su un caso di studio reale. Nella valutazione dell'esame lo studente dovrà impiegare un linguaggio appropriato, dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti trattati e di seguire un percorso logico nella risoluzione dei quesiti che gli vengono posti. La durata della prova, essendo sostanzialmente orale, è difficilmente definibile ma generalmente non supera 45 min.

Alcuni degli elementi valutati sono: l’impiego di un lessico tecnico e di una terminologia appropriata; l’esposizione del percorso logico che conduce alla risoluzione di un dato quesito; la consapevolezza e la padronanza degli argomenti esposti.

Domande frequenti riguardano:
1) teoria di propagazione delle onde;
2) parametri del moto sismico;
3) prove cicliche e dinamiche di laboratorio;
4) proprietà dinamiche dei terreni;
5) risposta sismica locale;
6) liquefazione;
7) stabilità dei pendii, metodo di Newmark