08 fp amplificazioni: geomorfologia e terremoti

Microzonazione sismica: livello 1, 2 e 3Normative e casi studio

1 marzo 2016

Floriana Pergalani

2016 Workshop

Conoscenza e tecnologie appropriate per la sostenibilità e la resilienza in urbanistica

Knowledge and Appropriate Technologies for Sustainability and Resilience in Planning

Lisa Astolfi, Funda Atun, Maria Pia Boni, Annapaola Canevari, Massimo Compagnoni, Luca Marescotti, Maria Mascione, Scira Menoni, Pierluigi Paolillo, Floriana Pergalani, Mauro

Salvemini

• Microzonazione sismica• Amplificazioni• Instabilità• Liquefazioni• Fattori di amplificazione• Spettri di risposta• Fattori di sicurezza• Spostamenti attesi

Parole chiave

• Valutazione dei fattori di amplificazione einstabilità:• modificazioni del moto del suolo per effetti

geologici e geomorfologici• Individuazione delle zone che producono

amplificazioni e instabilità• Esperienze in passati terremoti• Catalogazione delle situazioni tipo e

valutazione degli effetti

Effetti locali

Tramite osservazione degli effetti prodotti da passati terremoti

EFFETTI DI INSTABILITA ’EFFETTI DI SITO

EFFETTI DI INSTABILITA ’EFFETTI DI SITO

Effetti locali

Effetti locali

Effetti locali

Effetti locali

Effetti locali

Effetti locali

Effetti locali

Effetti locali

Sigla SCENARIO PERICOLOSITA’ SISMICA LOCALE EFFETTIZ1a Zona caratterizzata da movimenti franosi attivi Z1b Zona caratterizzata da movimenti franosi quiescenti

Z1c Zona potenzialmente franosa o esposta a rischio di frana

Instabilità

Z2 Zone con terreni di fondazione particolarmente scadenti (riporti poco addensati, terreni granulari fini con falda superficiale)

Cedimenti e/o liquefazioni

Z3a Zona di ciglio H > 10 m (scarpata con parete subverticale, bordo di cava, nicchia di distacco, orlo di terrazzo fluviale o di natura antropica)

Z3b Zona di cresta rocciosa e/o cocuzzolo: appuntite - arrotondate

Amplificazioni topografiche

Z4a Zona di fondovalle con presenza di depositi alluvionali e/o fluvio-glaciali granulari e/o coesivi

Z4b Zona pedemontana di falda di detrito, conoide alluvionale e conoide deltizio-lacustre

Z4c Zona morenica con presenza di depositi granulari e/o coesivi (compresi le coltri loessiche)

Z4d Zone con presenza di argille residuali e terre rosse di origine eluvio-colluviale

Amplificazioni litologiche e geometriche

Z5 Zona di contatto stratigrafico e/o tettonico tra litotipi con caratteristiche fisico-meccaniche molto diverse

Comportamenti differenziali

Effetti locali

Effetti di instabilità• Movimenti franosi• Cedimenti, densificazioni, liquefazioniTerreni con comportamento INSTABILE neiriguardi del sisma

Effetti di sito o di amplificazione sismica• Litologiche• MorfologicheTerreni con comportamento STABILE nei riguardidel sisma

Effetti locali

Effetti di sito di tipo areale estesi su tutta l’area con modalità diverseEffetti di instabilità di tipo puntuale concentrati in piccoli areali

Comportamento non linearedescritto dall’evoluzione deiparametri G e D al crescere di

l = soglia elastica o di linearità (0.0001 – 0.01 %)

v = soglia volumetrica(0.01 – 0.1 %)

a) Modello elastico lineare (seD0=0) o visco-elastico (D0)

b) Modello elastico lineareequivalente (coppie G-D)

c) Modello non lineare elasto-plastico con incrudimento(accoppiamento deformazionidistorsionali e volumetriche)

Effetti locali

In funzione della scala di lavoro e dei risultati che si intende ottenere:

• Approccio qualitativo – Livello 1 (ICMS)

• Approccio semiquantitativo – Livello 2 (ICMS)

• Approccio quantitativo – Livello 3 (ICMS)

Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica

Due categorie:

– Amplificazioni

– Instabilità


Livello 1Studio propedeutico e obbligatorio per affrontare i successivilivelli di approfondimento

Indagini

• raccolta dei dati pregressi: rilievi geologici, geomorfologici, geologico-tecnici e sondaggi

Elaborazioni

• sintesi dei dati e delle cartografie disponibili

Prodotti

• carta delle indagini

• carta geologico tecnica e sezioni

• carta delle Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS), scala1:5.000-1:10.000

• relazione illustrativa


Le microzone sono distinte in:

Zone stabili, senza effetti di modificazione del moto sismicorispetto ad un terreno rigido (Vs ≥800 m/s) e pianeggiante(pendenza < 15°)

Zone stabili suscettibili di amplificazioni locali:• amplificazioni litostratigrafiche per Vs<800 m/s e spessori >5 m• amplificazioni topografiche

Zone suscettibili di instabilità (instabilità di versante, liquefazioni,faglie attive e capaci, cedimenti differenziali)

Livello 1



Gli studi di MS1:• Forniscono indicazioni propedeutiche all’approfondimento degli

studi di MS per ciascuna microzona omogenea

• Permettono di individuare quelle aree che non possono essereanalizzate con studi di MS2, in quanto caratterizzate da:• forme sepolte (amplificazioni 2D)• inversioni di velocità (rigido su soffice)• forte contrasto di impedenza e che devono quindi essere

analizzate direttamente con studi di MS3

Livello 1


Attraverso l’uso di specifiche tabelle e/o classificazioni si ricava il valore di undeterminato parametro scelto come indicatore dell’amplificazione.

Alcuni esempi:“Manual for Zonation on Seismic Geotechnical Hazards”, redatto nel 1993 dal Comitato TC4(Technical Committee n° 4 for Earthquake Geotechnical Engineering) della ISSMFE (lnternationalSociety of Soil Mechanics and Foundation Engineering)

“Guidelines for seismic microzonation studies”, redatto nel 1995 dal Scientific and TechnicalCommittee della AFPS (Association Francaise du Genie Parasismique - French Association forEarthquake Engineering) nell’ambito della “Delegation of Major Risks of the French Ministry of theEnvironment – Direction for Prevention, Pollution and Risks”

NEHRP Recommended provisions for seismic regulations for new buildings and other structures(FEMA 450) - Part 1: Provisions (Cap. 3) - 2003

Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General rules, seismic actionsand rules for buildings 1998-2003

Norme Tecniche per le costruzioni – DM 14/1/2008

Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica – Conferenza delle Regioni e delle Provincieautonome – Dipartimento della Protezione Civile, Roma, 2008

Criteri ed indirizzi per la definizione della componente geologica, idrogeologica e sismica del PGT, inattuazione dell’art. 57 della L.R. 11 marzo 2005, n. 12 - ALLEGATO 5 DGR VIII/7374 (28-05-2008)

Abachi Regionali per gli studi di Livello 2 di Microzonazione Sismica ai sensi della DGR Lazio n. 545del 26 novembre 2010

Approccio semiquantitativo

Norme Tecniche per le CostruzioniA19.a - VALUTAZIONE DELLA CATEGORIA DI SOTTOSUOLO Ss

A Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di Vs30 superiori a 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 m

Vs30 > 800 m/s 1.0

B

Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT30 > 50 nei terreni a grana grossa e cu30 > 250 kPa nei terreni a grana fina)

360 < Vs30 ≤ 800 m/s 1.0-1.2

C

Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu30 < 250 kPa nei terreni a grana fina)

180 < Vs30 ≤ 360 m/s 1.0-1.5

D

Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a grana fina scarsamente consistenti, con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT30 < 15 nei terreni a grana grossa e cu30 < 70 kPa nei terreni a grana fina)

Vs30 ≤ 180 m/s 0.9-1.8

E Terreni dei sottosuoli di tipo C o D per spessore non superiore a 20 m, posti sul substrato di riferimento (con Vs > 800 m/s)

180 < Vs30 ≤ 360 m/s Vs30 ≤ 180 m/s 1.0-1.6

S1Depositi di terreni caratterizzati da valori di Vs30 inferiori a 100 m/s (ovvero 10 < cu30 < 20 kPa), che includono uno strato di almeno 8 m di terreni a grana fina di bassa consistenza, oppure che includono almeno 3 m di torba o di argille altamente organiche

Vs30 < 100 m/s Specifiche analisi

S2 Depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive o qualsiasi altra categoria di sottosuolo non classificabile nei tipi precedenti - Specifiche

analisi

Norme Tecniche per le Costruzioni

A19.b - VALUTAZIONE DELLA CATEGORIA TOPOGRAFICA Inclinazione media (i) ST

T1 Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con inclinazione media i ≤ 15° i ≤ 15° 1,0

T2 Pendii con inclinazione media i > 15° i > 15° 1,2

T3 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media 15° ≤ i ≤ 30° 15° ≤ i ≤ 30° 1,2

T4 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media i > 30° i > 30° 1,4

Risolve le incertezze del livello 1 con approfondimenti

Fornisce quantificazioni numeriche degli effetti con metodisemplificatiIndagini

• indagini geofisiche in foro (DH/CH), sismica a rifrazione, analisi contecniche attive e passive per la stima delle Vs, microtremori ed eventisismici

Elaborazioni

• correlazioni e confronti con i risultati del livello 1, revisione del modellogeologico, abachi per i fattori di amplificazione

Prodotti• carta delle indagini• carta di Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS), scala

1:5.000-1:10.000• relazione illustrativa

Livello 2


Carta di Microzone Omogenee in ProspettivaSismica (MOPS), con metodi semplificati (livello 2)

Zone stabili e zone stabili suscettibili di amplificazioni locali,caratterizzate da fattori di amplificazione relativi a due periodi delloscuotimento (FA ed FV)

Zone di deformazione permanente, caratterizzate da parametriquantitativi (spostamenti e aree accumulo per frana, calcolodell’indice del potenziale di liquefazione)

Livello 2


Rapporti di intensità spettrale (SI)calcolati per gli spettri elastici dirisposta in accelerazione evelocità, 5% di smorzamento:

Fa = SIout / SIinp


Modello di sottosuolo di terreni omogenei a strati orizzontali,piani e paralleli, di estensione infinita, considerando 3 diversigradienti di Vs con la profondità, su un bedrock sismico(Vs=800 m/s)

Livello 2

∫∫=Tai5.1

Tai5.0

Tao5.1

Tao5.0dT)T(SAi

Tai1

dT)T(SAoTao1

FA

∫∫=Tvi2.1

Tvi8.0

Tvo2.1

Tvo8.0dT)T(SVi

Tvi1

dT)T(SVoTvo4.01

FV


Le tabelle degli abachi sono ordinate per :• litotipo (ghiaia, sabbia, argilla)• tipo di profilo di Vs (costante, gradiente max, gradiente

intermedio)• ag, accelerazione dell’evento di riferimento (0,06-0,18-0,26)

Per trovare il valore di FA o FV devo conoscere:• ag, accelerazione dell’evento di riferimento (0,06-0,18-0,26)• litotipo prevalente della copertura• spessore della copertura• Vs media della copertura fino al raggiungimento del bedrock

sismico

Livello 2


Livello 2


Parametri geometrici: altezza, larghezza, pendenza CORRELAZIONE H/L - Fa 0.1-0.5 s

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6H/L

Fa

CRESTE APPUNTITE L > 350 m CORRELAZIONE H/L - Fa 0.1-0.5 s

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6H/L

Fa

CRESTE APPUNTITE250 m < L< 350 m

CORRELAZIONE H/L - Fa 0.1-0.5 s

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6H/L

Fa

CRESTE APPUNTITE150 m < L< 250 m


1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6H/L

Fa

CRESTE APPUNTITEL < 150 m


1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6H/L

Fa

CRESTE ARROTONDATE

Classe altimetrica Classe di inclinazione Valore di Fa Area di influenza 10 m ≤ H ≤ 20 m 10° ≤ ≤ 90° 1.1 Ai = H

20 m < H ≤ 40 m 10° ≤ ≤ 90° 1.2 Ai = 43 H

10° ≤ ≤ 20° 1.1 20° < ≤ 40° 1.2 40° < ≤ 60° 1.3 60° < ≤ 70° 1.2

H > 40 m

> 70° 1.1

Ai = 32 H

MORFOLOGIA (creste e ciglio di scarpata)


Il risultato che si ottiene con gli abachi non va bene nel caso di:• forme sepolte (amplificazioni 2D)• inversioni di velocità (rigido su soffice)• forte contrasto di impedenza

Gli abachi dovrebbero essere regionalizzati a partire da:• input sismici (studi di pericolosità di base)• modelli litologici• curve di decadimento del modulo di taglio (G) e di incremento del

rapporto di smorzamento smorzamento (D) con la deformazione, perciascun litotipo

• profili di Vs• valori del Fattore di amplificazione FH calcolato come rapporto di

intensità spettrale sugli spettri di risposta in accelerazione di output edinput considerando i periodi tra 0.1-0.5 s

• confronto con valori di soglia comunali (SH) calcolati come gli FHderivanti dagli spettri delle NTC per le varie categorie di suolo edeventuale prescrizione dell’applicazione del livello 3 se FH > SH

Livello 2


• Sono stati analizzati i Comuni che hanno subito un’intensitàmacrosismica pari o superiore al VII grado della scala MCS

• L’operazione ha visto il coinvolgimento di:10 università:

L’Aquila, Chieti-Pescara, Genova, Politecnico Torino, PolitecnicoMilano, Firenze, Basilicata, Roma 1, Roma 3, Siena

7 istituti di ricerca:CNR, INGV, AGI, RELUIS, ISPRA, ENEA Frascati, OGS Trieste,GFZ Postdam

3 Regioni e 2 Provincie:Lazio, Emilia-Romagna, Toscana, Provincia di Trento, Provincia diPerugia

Ordine dei Geologi della Regione AbruzzoPer un totale di circa 200 unità di personale

Applicazione – Area Aquilana

• Il coordinamento del gruppo di lavoro è affidato a Dipartimentodella Protezione Civile e alla Regione Abruzzo

• I lavori, iniziati all’inizio di maggio 2009, si sono conclusi il 30settembre 2009, solo 6 mesi dopo l’evento

• Il costo dell’operazione è stata di circa 400.000 euro che hannofinanziato alcune indagini particolari

(tutte le Università, gli Enti di Ricerca, le Regioni e le Provinciehanno contribuito quasi a costo zero)


AREA INVESTIGATA


PROCEDURA• Selezione delle aree più danneggiate;• Reperimento dei dati geologici, geomorfologici, geofisici e

geotecnici esistenti;• Rilievi geologici e geomorfologici a scala di dettaglio (1:5.000 o

1:2.000);• Nuove indagini geofisiche e geotecniche e definizione dei modelli

geofisici e geotecnici;• Definizione dell’input sismico per le analisi numeriche;• Calcolo delle amplificazioni attese attraverso modelli mono-

dimensionali (1D) e bidimensionali (2D);• Analisi sperimentali utilizzando sia registrazioni di terremoti sia

rumore ambientale;• Valutazione delle amplificazioni attese attraverso parametri quali

Fattori di amplificazione e spettri di risposta in accelerazione perogni situazione analizzata utile in fase di pianificazione e diprogettazione.

• Si presentano i risultati dell’area di Paganica-Tempera-Onna-SanGregorio localizzata tra l’epicentro del mainshock e la fagliasismogenetica


Carta geologico tecnica e geomorfologica

Nuove indagini:

7 ERT

3 MASW

13 ReMi

6 Sondaggi con DH

58 HVSR


SONDAGGI e DH

MASW


ERT


Carta livello 1 Colonne stratigrafiche

zone 1, 2, 3 sono stabili, zone 4 - 30 sonosuscettibili di amplificazioni stratigrafiche;EFZ-A, EFZ-B sono affette da fratture/fagliecosismiche


Sezioni geologiche con l’indicazione dei punti di analisi


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 100 200 300 400 500 600 700 800Vs (m/s)

D (m

)

DH1

DH2

DH3

DH4

DH5

DH6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 100 200 300 400 500 600 700 800Vs (m/s)

D (m

)

P1

P2

P3-P4

P5

P6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Vs (m/s)

D (m

)

P7

P8

P9

P10

P11

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Vs (m/s)

D (m

)

P12

P13

P14

P15

P16

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Vs (m/s)

D (m

)

P17

P18

P19

P20

P21

Modelli 1D dellesequenze analizzate:profili di Vs con laprofondità (27 punti: 6punti corrispondonoai DH)

Modelli geotecnici e geofisiciApplicazione – Area Aquilana

Risultati

Estrapolazione di FA ed FV, uso in fase di pianificazione per:Graduatoria di priorità ed esclusione per nuove edificazioni2 mappe con 2 diversi periodi: FA per strutture più rigide; FV per strutture più flessibili


Due metodologie:

• Analisi numeriche

• Analisi sperimentali

Approccio quantitativo

Livello di approfondimento di zone suscettibili di amplificazioni o di instabilità, nei casi di situazioni geologiche e geotecniche complesse, non risolvibili con abachi o metodi semplificati

Può modificare sostanzialmente le carte di microzonazione di livello 2 (es. inversione di velocità)Indagini• campagne di acquisizione dati sismometrici, sondaggi, prove in foro e in superficie

per la determinazione di profili di Vs, sismica a rifrazione, prove geotecniche in situ ein laboratorio, microtremori, finalizzate alla definizione del modello del sottosuolo diriferimento

Elaborazioni• Definizione dell’input sismico• analisi numeriche 1D, 2D e 3D per le amplificazioni e/o analisi sperimentaliProdotti• carta delle indagini• carta di Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS), con approfondimenti e

relazione illustrativa

Livello 3


Zone di deformazione permanente

Zone stabili suscettibili di amplificazionecaratterizzate da spettri di risposta inaccelerazione al 5% dello smorzamentocritico

Zone stabili

Livello 3


Dati e strumenti necessari:

• Moto sismico di riferimento (input sismico)

• Stratigrafia del sottosuolo

• Proprietà meccaniche dei materiali

• Codici di calcolo

Analisi numerica

MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO• 5 registrazioni (ITACA, 2006);

• Caratteristiche sismogenetiche della sorgente;

• Coppia magnitudo-distanza dalla sorgente (da dati didisaggregazione prodotti dal Gruppo di Lavoro, 2004);

• Massima accelerazione orizzontale attesa (Gruppo di Lavoro,2004);

• Registrazioni effettuate su bedrock sismico (sottosuolo dicategoria A, NTC).

Le registrazioni scelte possono essere oggetto di scalatura, perottenere un valore medio del picco di accelerazione scalato piùvicino possibile al valore di amax atteso conformemente a quantoprevisto dalle NTC.

Analisi numerica

Analisi numerica

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0T(s)

Sa (g

)

NZZ_NS*0.9 NZZ_WETRT_NS*2 TRT_WEPNR_NS*2 mediaNTC-Categoria di sottosuolo A

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (g

)

NZZ_NS*0.9

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0 5 10 15 20Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (g

)

PNR_NS*2

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (g

)

NZZ_WE

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0 5 10 15 20 25 30 35 40Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (g

)

TRT_NS*2

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0 5 10 15 20 25 30 35 40Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (g

)

TRT_WE

MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

CARATTERIZZAZIONE DELLE SITUAZIONI• Costruzione delle sezioni da modellare

• Reperimento dei parametri geotecnici egeofisici necessari per la modellazione(velocità onde S, velocità onde P,modulo di taglio, coefficiente di Poisson,rapporto di smorzamento, densità, curvedi decadimento)

Analisi numerica

MODELLAZIONE

• Scelta dei programmi di calcolo(monodimensionali, bidimensionali, ecc.)

• Scelta dei parametri che definisconol’amplificazione (Pga, accelerogrammi,spettri di risposta, ecc.)

Analisi numerica

PROGRAMMI DI CALCOLO MONODIMENSIONALI

Shake: modello a strati continui parallelidominio frequenze lineare equivalentesforzi totali

Desra - Onda: modello a masse concentratenon linearesforzi efficaci

Analisi numerica

Modello a strati continui

Analisi numericaModello a masse

concentrate

Analisi numerica

PROGRAMMI DI CALCOLO MONODIMENSIONALI

Limiti:modello a volte troppo semplicistico peralcune situazioni reali

Vantaggi:applicabilità su aree vaste (colonnine tipo)

non necessita della conoscenza dellageometria sepolta bidimensionale

PROGRAMMI DI CALCOLO BIDIMENSIONALIFlac: differenze finite (DFM)

varie leggi costitutiveQuad - Flush: elementi finiti (FEM)

modello a masse concentratelineare equivalentedominio del tempo

Besoil – Elco: elementi di contorno (DEM)elasticodominio delle frequenze

Else: elementi spettrali (SM)elasticopossibili versioni 3D

Ahnse: metodo ibrido SM-FEM

Analisi numerica

Analisi numerica

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

0 50 100 150 200 250 300 350 400

FEM

BEM

Analisi numericaPROGRAMMI DI CALCOLO BIDIMENSIONALI

Limiti:complessità nella costruzione del modello

necessità di conoscenza delle caratteristichegeometriche sepolte (> indagini)

Vantaggi:buona rispostapossibilità di modellazione per casi particolari

RISULTATI

• Accelerogrammi in superficie• Spettri risposta elastici e di Fourier in

superficie• Fattori di amplificazione (Fa)

Rapporti di intensità spettrale (SI) calcolati per glispettri in pseudovelocità, 5% di smorzamento, perdiversi intervalli di periodo (es: 0.1-0.5s)

Fa = SIout / SIinp

Analisi numerica

Due metodologie:




• Acquisizione di dati strumentali attraversocampagne di registrazione eseguite in sitousando velocimetri o accelerometri

• Registrazioni di rumore di fondo (microtremoredi origine naturale o artificiale) o eventi sismicidi magnitudo variabile; i dati acquisiti elaboratipermettono di definire la direzionalità delsegnale sismico e la geometria della zonasismogenetica-sorgente

I metodi di analisi strumentale più diffusi edutilizzati sono il metodo HVSR di Nakamura(1989) e il metodo dei rapporti spettrali HHSR diKanai e Tanaka (1961)


METODO DI NAKAMURA - HVSR• Componente verticale del moto non risente di effetti di

amplificazione• Al bedrock il rapporto tra la componente verticale e

quella orizzontale è prossimo all’unità• Il rapporto tra la componente orizzontale e quella

verticale fornisce un fattore di amplificazione e ilperiodo proprio dei depositi

• In generale è necessario effettuare la media di quantipiù eventi possibile; in questo modo si può inoltrevalutare l'effetto di più sorgenti di rumore tra lorocombinate, superando il problema di una loroeventuale accentuata localizzazione


METODO DEI RAPPORTI SPETTRALI - HHSR

• Basato su registrazioni accelerometriche,velocimetriche o di spostamento incorrispondenza di varie stazioni tra cui unaconsiderata di riferimento (posta su bedrock)

• Il rapporto tra lo spettro di Fourier dellestazioni e lo spettro di Fourier del riferimentopermette di calcolare le funzioni ditrasferimento del deposito che, applicate almoto di input, forniscono il grado diamplificazione


HVSRFunzione ricevitore

HHSRFunzione di

trasferimento


HVSR - HHSRLimiti:Risposta solo in campo elastico

Difficoltà nella scelta del sito di riferimento (HHSR)

Tempi di acquisizione sufficientemente lunghi

Vantaggi:Semplicità ed economicità (HVSR)

Determinazione periodo proprio deposito (HVSR)

Determinazione funzione di trasferimento (HHSR)


OBIETTIVI

• Microzonazione sismica di livello 3utilizzando sia analisi numeriche siaanalisi sperimentali del centro urbano;

• Rendere disponibili strumenti operativiper la pianificazione urbanistica, per lapianificazione delle emergenze per laprotezione civile e per la progettazione.

Applicazione - Umbertide

ENTI COINVOLTI• Regione Umbria• Comune di Umbertide

ENTI DI RICERCA• INOGS di Trieste• CNR-IDPA di Milano• Politecnico di Milano• Professionisti


FASI FONDAMENTALI DELLO STUDIORilevamento geologico di 5 sezioni (scala 1:10.000)

Raccolta dati geologici, geomorfologici, geofisici egeotecnici sia esistenti sia da indagini in sito e inlaboratorio effettuate nell’ambito del progetto

Redazione di carte geologiche e di pericolosità sismicalocale

Costruzione del modello geologico-geofisico edindividuazione delle sezioni rappresentative

Studio storico e d’archivio sul danneggiamento daterremoti della città di Umbertide


FASI FONDAMENTALI DELLO STUDIO

Individuazione dell’input sismico

Modellazione numerica 2D e 1D e determinazione deifattori di amplificazione e degli spettri di risposta elasticiin accelerazione

Analisi strumentale in punti significativi (Priolo et al.,2013) e confronto delle modellazioni numeriche esperimentali

Prime proposte per l’uso dei risultati sia in ambitopianificatorio sia in ambito progettuale.


RACCOLTA DATIIndagini geologiche e geotecniche (110 sondaggi)

Informazioni sul danneggiamento storico da terremoti (457dati, eventi 1984 e 1997)

Nuova campagna geognostica:• 13 sondaggi a carotaggio continuo con profondità di 30-

45 m ciascuno, con relativi Down Hole• 60 prove SPT• 83 siti con H/V, 20 siti H/H, 3 siti con MASW/Remi• prove di laboratorio statiche e dinamiche su 20

campioni indisturbati (proprietà fisiche, analisigranulometrica, prova edometrica, prova triassiale ecolonna risonante)




MODELLO GEOLOGICO GEOFISICO

Denominazione unità geologicaDenominazione unità geofisica

Sigla unità geofisica

Vs (m/s)

Vp(m/s)

(kN/mc)

alluvioni recentiunità limosa alluvionale b 300 1200 20,3

alluvioni terrazzate unità limo-ghiaiosa bn 340 1450 19,9Sintema Citerna Subsintema Molin dell'Olio

unità limo-ghiaio-sabbiosa CTA1-2 (<40m) 480 1850 20,4

Sintema Citerna Subsintema Molin dell'Olio

unità limo-ghiaio-sabbiosa CTA1-2 (>40m) 540 2120 20,4

Sintema Citerna Subsintema Molin dell'Olio

unità limo-ghiaio-sabbiosa CTA1-2 alterato 200 1000 20,4

Sintema Citerna Subsintema M. Rotondo

unità conglomeratica

(40m)CTA2c 460 1970 19,9

Sintema di Fighille unità argillosa FGH 700 2300 20,5Formazione Marnoso-arenacea umbra Membro C. Spertaglia

unità pelitico arenacea MUM1 480 1850 20,4

--------------------------unità torbiditica

alterata TA 540 2120 21

Scaglia Toscana Membro c. Dudda litofacies di Montanare

unità calcareo-argillitica fratturata

STO4a 460 1740 20,9

-------------------------- substrato rigido ----------------- 800 2400 22


SEZIONI GEOLOGICHE - GEOFISICHEApplicazione - Umbertide

INPUT SISMICOCome previsto dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 14/01/08):

5 accelerogrammi registrati su suolo di categoria A

Compatibili con le caratteristiche sismogenetiche dell’area (distensivo)

Compatibili con valore di amax atteso (GdL, 2004) (0.222g)

Compatibili con coppia magnitudo-distanza da analisi di disaggregazione(Mw 4.5-5.0; D 0-10Km)

Spettro-compatibilità

Database ITACA (2010)

SiglaLat

(°)

Long

(°)Distanza epicentrale

(km) Evento Stazione Comp. LitologiaPga

(g)SC

CSC 42.719 13.013 9.3 VAL NERINA Cascia W-E Roccia 0.203 1.4

PTL 43.427 12.449 26.1 GUBBIO Pietralunga W-E Roccia - 0.177 1.3

ASS 43.075 12.604 24.1UMBRIA-MARCHE

1° SHOCKAssisi N-S Roccia 0.155 1.3

ASS 43.075 12.604 21.4UMBRIA-MARCHE

2° SHOCKAssisi W-E Roccia 0.188 1.3

BSC 41.010 15.376 28.0 IRPINIA Bisaccia NS Roccia 0.096 2.3


INPUT SISMICOApplicazione - Umbertide

INPUT SISMICO

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0 5 10 15 20 25 30

Acc

eler

azio

ne (g

)

Tempo (s)

VALNERINA_CSC_WE x 1.4

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0 5 10 15 20 25 30

Acc

eler

azio

ne (g

)

Tempo (s)

GUBBIO_PTL_WE x 1.3

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0 5 10 15 20 25 30A

ccel

eraz

ione

(g)

Tempo (s)

UM1°_ASS_NS x 1.3

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0 5 10 15 20 25 30

Acc

eler

azio

ne (g

)

Tempo (s)

UM2°_ASS_WE x 1.3

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0 5 10 15 20 25 30 35

Acc

eler

azio

ne (g

)

Tempo (s)

IRPINIA_BSC_NS x 2.3


INPUT SISMICO

Sigla registrazione Fattore di scalapga pgv pgd si si05 si15 a.i. d90 Pd90 dt Pdf

g cm/s cm cm cm cm cm/s s cms s cms

VALNERINA_CSC_WE 1.4 0.28 -19.73 2.83 51.00 5.85 26.95 33.50 4.28 0.131 14.00 0.186

GUBBIO_PTL_WE 1.3 -0.23 10.35 1.02 27.58 6.28 14.90 20.98 4.98 0.189 26.10 0.368

UM1_ASS_NS 1.3 0.20 7.74 -0.37 13.19 6.67 4.36 19.03 3.58 0.152 25.60 0.210

UM2_ASS_WE 1.3 0.24 -13.29 -1.06 29.90 10.91 13.16 39.61 4.14 0.597 29.42 0.511

IRPINIA_BSC_NS 2.3 -0.22 49.32 26.78 169.58 9.03 51.67 98.34 24.32 6.919 38.00 6.146


CODICI DI CALCOLO

In relazione alle caratteristiche morfologiche,geologiche, geotecniche e geofisiche dell’areain esame, che presentano un andamento tipicodi valle, è stato scelto di utilizzare un codice dicalcolo bidimensionale nato dalla revisione delprogramma QUAD4M (Hudson et al., 1993);esso permette di modellare qualsiasi sezionecaratterizzata da diversi materiali con qualsiasiandamento geometrico.


RISULTATI

Nei punti di indagine, riportati nelle sezioni, scelti inmodo da avere una rappresentatività dei profilicaratterizzati da diverse sequenze di unità geofisiche ediversi spessori.

I risultati sono stati espressi in termini:

Fattori di amplificazione Fa (0.1-0.5s; 0.5-1.5s; 0.1-2.5s)

Spettri di risposta elastici in accelerazione al 5% dellosmorzamento critico


RISULTATISEZ. 1


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

1 2 3 4 12 CAT. B

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

5 6 7 8 9 10 11 CAT. C

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

1 2 3 4 5 6 7 8 CAT. B

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

9 10 11 12 13 14 15 16 CAT. B

SEZ. 1

SEZ. 2


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

1 2 3 4 5 6 7 CAT. B

SEZ. 3


0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

1 2 3 4 CAT E

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

5 6 7 8 9 10 11 CAT. B

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

12 13 14 15 16 17 18 CAT. B

SEZ. 4


0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

1 2 3 4 CAT B

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

5 6 7 8 CAT. B

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

15 16 17 18 19 20 CAT. B

SEZ. 5


Due metodologie:




ANALISI SPERIMENTALI – OGS TriesteMetodo dei rapporti spettrali

20 siti di cui 3 di riferimento su substrato rigido

Sensori a 3 componenti Lennartz 3D-lite 1 s

Registrazioni marzo 2012-febbraio 2013

METODOLOGIA:

Calcolo rapporti spettrali

Funzione di amplificazione

Calcolo di Fa e spettri di risposta ai siti utilizzando input sismici della modellazione numerica


UBICAZIONE SITI REGISTRAZIONI


RAPPORTI SPETTRALI


RISULTATI


CONFRONTO RISULTATI I risultati ottenuti dalle analisi numeriche stati confrontati con quelliottenuti dalla campagna strumentale: sono in generale tra loroconcordi sia in termini di Fa sia in termini di spettri di risposta(sezione 1, sezione 3)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PSA (g)

T (s)

3 CAT. B


Considerando la robustezza dei risultati ottenuti si prevede:

• per i valori di Fa un utilizzo in fase di pianificazione per definireuna graduatoria di pericolosità delle aree, previa estrapolazionegeologica e geofisica e relativa redazione di opportune carte

• per gli spettri di risposta elastici un utilizzo diretto in fase diprogettazione oppure un utilizzo indiretto per l’ottimizzazione dellascelta dello spettro di norma che meglio rappresenta la situazioneanalizzata

Applicazione - UmbertideUTILIZZO DEI RISULTATI

UTILIZZO DEI RISULTATI

In particolare:1. pianificazione area vasta ed emergenza: carte di pericolosità

sismica locale alla scala 1:10.000 contenenti di fattol’individuazione delle zone suscettibili di amplificazione e dellezone suscettibili di instabilità;

2. pianificazione urbanistica comunale di tipo operativo-attuativo escenari di danno per l’emergenza: carte delle zone acomportamento sismico omogeneo alla scala almeno 1:10.000con informazioni sulla consistenza delle amplificazioni;

3. politiche di riduzione del rischio sismico, progettazione su edificiesistenti e di nuova costruzione: carte con l’individuazione el’assegnazione degli spettri di risposta sismica, direttamente odopo aver accertato che nell’area ricorrono le stesse condizionigeologico-geofisiche individuate.



Procedura

Date post:	16-Apr-2017
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08 fp amplificazioni: geomorfologia e terremoti

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