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Reductive coeffi cients for pseudostatic analysis of seismic toppling of rock blocks

Maiorano Rosa Maria Stefania Mennitti Mariano Aversa Stefano
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ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2025
Numero:
4
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 4/2025
DOI:
10.19199/0557-1405.rig.25.011

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Coefficienti riduttivi dell’accelerazione di picco per l’analisi sismiche di ribaltamento di blocchi rocciosi mediante approccio pseudo-statico 

L’analisi numerica sulla risposta di rocking di blocchi rocciosi snelli e indipendenti ha mostrato che il criterio pseudostatico, basato sull’applicazione dell’accelerazione massima al suolo (PGA) nelle analisi di stabilità sismica, è spesso troppo cautelativo. Questo approccio, ampiamente diffuso nei codici di progettazione, non è in grado di catturare il potenziale di ribaltamento ma indica solo la condizione di sollevamento. Questo studio presenta i risultati delle analisi di ribaltamento di blocchi rocciosi rettangolari in condizioni bidimensionali, considerando anche la presenza di una parete posteriore, che rappresenta uno scenario tipico per blocchi rocciosi completamente distaccati dalla parete, ma vicini ad essa. La validazione di questo nuovo modello è stata effettuata confrontando i risultati disponibili in letteratura per impulsi ciclici semplici idealizzati utilizzati come eccitazione. Un campione di 149 registrazioni di terremoti su affioramento roccioso (provenienti da Stati Uniti, Europa e Asia), caratterizzati da diversi intervalli di PGA, PGV, intensità di Arias e contenuto in frequenza, è stato utilizzato come input di eccitazione sismica. Le analisi numeriche, condotte per diverse distanze tra il blocco e la parete posteriore, hanno evidenziato l’effetto negativo della parete sul potenziale di ribaltamento. Allo stesso tempo, anche in questo caso, l’applicazione pseudostatica della PGA nelle analisi di stabilità sismica appare cautelativa. L’articolo è principalmente rivolto alla valutazione di un coefficiente riduttivo prudenziale, da applicare alla PGA, al fine di effettuare analisi di stabilità sismica pseudostatica del rocking. Inoltre, l’analisi critica sui parametri del moto ha mostrato che la PGV è un buon indice per il potenziale di ribaltamento dei blocchi, come già evidenziato in letteratura.

The numerical investigation of the rocking response of freestanding slender rock blocks showed that the pseudo-static criterion, based on the application of peak ground acceleration in seismic stability analyses, is often too conservative. This approach, largely widespread in design codes, is not able to capture overturning potential but only indicates the uplift condition. This study presents the results of overturning analyses of rectangular rock blocks in plane conditions considering also the presence of a rear wall, that is a typical scenario for the rock blocks completely detached from the cliff but close to it. Validation of this new model has been conducted by comparing literature results for idealized simple cyclic pulses as excitation. A sample of 149 recorded earthquake motions on rock soil (from US, Europe and Asia), characterized by different range of PGA, PGV Arias Intensity, energy flux and frequency content, has been used as input seismic excitation. The numerical analyses, carried out for different distances between the block and the rear wall, showed the detrimental effect of the wall for the toppling potential. At the same time, also in this case, the pseudo-static application of PGA in seismic stability analyses appears conservative. The paper is mainly addressed to the evaluation of a cautious reductive coefficient, to be applied to the PGA, in order to carry out pseudo-static rocking stability analyses. Furthermore, a critical analysis on motion parameters showed that PGV is a good index for the toppling potential of the blocks, as already shown in literature. 

Keywords: dynamic analysis, earthquake engineering, rock mechanics, slope stability, toppling.