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GLI EFFETTI GLI EFFETTI DIDI SITO E LASITO E LA
MICROZONAZIONE SISMICAMICROZONAZIONE SISMICA
Studi di Microzonazione
sismica: Teoria e Applicazioni
Prof. Claudio EvaProf. Claudio Eva
Corso di aggiornamento per geologi: Aosta 18-19 Ottobre 2011
Con DM del 14/1/ 2008 vengono emanati i nuovi dati di pericolosità
sismica per le Nuove Norme
Tecniche per le Costruzioni (NTC).
Nel giugno 2008 vengono emanate le nuove norme tecniche la cui applicazione diviene obbligatoria nel Giugno 2009.
Le NTC recepiscono tutte le indicazioni dei vari DM emanati a partire dal 2003
Nel marzo 2009 vengono pubblicati dal SSN gli Indirizzi e Criteri per la Microzonazione
Sismica
(ICMS)
Elementi legislativi di riferimento
MODIFICHE APPPORTATE
•
Introduzione di valori puntuali di pericolosità
sismica•
Maggiore flessibilità
sulla zonazione con l’uso di
sottozone•
Suddivisione delle costruzioni per classe di importanza.
•
Definizione migliore di SLU, SLD•
Introduzione di valori di probabilità
di eccedenza
(PGA) per le diverse classi di edifici•
Introduzione dello spettro per lo SLD
•
Revisione delle norme che regolano l’uso di sismogrammi simulati(sintetici), artificiali e naturali
•
Possibilità
di non utilizzazione di prove DH
Le NTC prendono le mosse dalle seguenti considerazioni:
La “pericolosità sismica di base”, costituisce l’elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche.
La pericolosità sismica in un generico sito deve essere descritta in modo da renderla compatibile con le NTC e da dotarla di un sufficiente livello di dettaglio, sia in termini geografici che in termini temporali; tali condizioni possono ritenersi soddisfatte se i risultati dello studio di pericolosità
sono forniti:·
in termini di valori di
accelerazione orizzontale massima ag
(PGAH)
e dei parametri che permettono di definire gli spettri di risposta
ai sensi delle NTC,
nelle condizioni di sito di riferimento rigido orizzontale ·
in corrispondenza dei punti di un reticolo (reticolo di riferimento) i cui nodi sono sufficientemente vicini fra loro (non distano più
di 10 km);·
per diverse probabilità
di superamento in 50 anni
e/o diversi periodi di ritorno TR
ricadenti in un intervallo di riferimento
compreso almeno tra 30 e 2475 anni, estremi inclusi;
Le zone sismiche vengono definite in base all’accelerazione orizzontale attesa espressa in termini di probabilità
di
superamento pari al 10% in 50 anni (equivalente ad un periodo di ritorno di 475 anni)
La zonazione sismica 2003 La zonazione sismica 2003 La zonazione sismica 2003
Gli stati limite ultimi sono:-
Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV):
a seguito del
terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti
non strutturali ed impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza perazioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali;-
Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC):
a seguito del
terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti
del
collasso per azioni orizzontali.
Stati limite PVR : Probabilità di superamento nel periodo di riferimento VR (50/100 anni)
Stato limite di esercizio SLO 81%
SLD 63%
Stato limite ultimo SLV 10%
SLC 5%
%5.20 IIP
%50 IIP
%100 IIP
%250 IIP
%500 IIP
%630 IIP
%830 IIP
TR per n=50
1975
975
475
175
72
50
30
Probabilità
di eccedenza e periodi di ritorno
DAL
D.M. su Normative tecniche per le costruzioni
Le strutture vengono ripartite in base alla vita utile di progetto e su questa base vengono indicate le probabilità
di eccedenza per cui
deve essere calcolato il valore di ag
Tipologia di struttura
Vita utile Probabilità
di superamento
SLU
Probabilità
di superamento
SLE
Classe 1 50 anni 10% in 50anni
T ~ 475 anni
50%in 50anniT~72
anni
Classe 2 100 anni 5% in 50 anniT ~ 975 anni
30% in 50anni
T ~ 140 anni
Le forme spettrali
previste dalle NTC sono definite, su sito di riferimento rigido orizzontale, in funzione dei tre parametri:· ag
accelerazione orizzontale massima
del terreno;· F0
valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro
in accelerazione orizzontale;· T’C
periodo di inizio del tratto a velocità
costante dello spettro
in accelerazione orizzontale.Per ciascun nodo del reticolo di riferimento e per ciascuno dei periodi di ritorno TR considerati dalla pericolosità sismica, i tre parametri si ricavano riferendosi ai valori corrispondenti al 50esimo percentile ed attribuendo a:·
ag
il valore previsto dalla pericolosità sismica,
· F0
e T’C
i valori ottenuti imponendo che le forme spettrali in accelerazione, velocità
e spostamento previste dalle NTC scartino al minimo dalle corrispondenti
forme spettrali previste dalla pericolosità sismica (la condizione di minimo è imposta operando ai minimi quadrati, su spettri di risposta normalizzati ad uno,
per ciascun sito e ciascun periodo di ritorno).Le forme spettrali previste dalle NTC sono caratterizzate da prescelte probabilità
di superamento vite di riferimento.
TB TC TD
ag
F0
Valore di ancoraggio dello spettro
Fattore di amplificazione spettrale massima
Inizio del tratto dello spettro ad accelerazione costante,
Inizio del tratto a velocità
costante dello spettro
Inizio del tratto a spostamento costante dello spettro,
Spettro di risposta elastico e definizione dei parametri identificativi
20
0
0
00
...
.
11. 0
TTTF.S.ηaTSTT
TT.S.ηSaT S TTT
F.S.ηaTS TTT
TT
η.FTTF.S.ηaTSTT
DCgeD
cgeDc
gecB
gggeB
Lo spettro di risposta elastico della componente orizzontale è
definito dalle espressioni seguenti:
T ed Se sono, rispettivamente, periodo di vibrazione ed accelerazione spettrale orizzontaleAccelerazione massima su terreno rigido
Fattore del suolo (Ss+St)
Fo è il fattore che quantifica l’amplificazione spettrale massima, su sito di riferimento rigido orizzontale, ed ha valore minimo pari a 2,2;TC è il periodo corrispondente all’inizio del tratto a velocità costante dello spettro, dato da
TC = CC ×T’C , doveTC ’ è il periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale, e CC è un coefficiente funzione della categoria di sottosuoloTB è il periodo corrispondente all’inizio del tratto dello spettro ad accelerazione costante,TB = TC /3 , TD è il periodo corrispondente all’inizio del tratto a spostamento costante dello spettro, espresso in secondi mediante la relazione:
6.10.4 ga
T gD
TR
=30 TR
=50 TR
=72 TR
=101
ID Lon LAT ag Fo Tc ag Fo Tc ag Fo Tc ag Fo Tc
13111 6.5448 45.134 0.263 2.50 0.18 0.340 2.51 0.21 0.394 2.55 0.22 0.469 2.49 0.24
13333 6.5506 45.085 0.264 2.49 0.18 0.341 2.51 0.21 0.395 2.55 0.22 0.469 2.49 0.24
13555 6.5564 45.035 0.264 2.50 0.18 0.340 2.51 0.20 0.393 2.55 0.22 0.466 2.50 0.24
13777 6.5621 44.985 0.263 2.50 0.18 0.338 2.52 0.20 0.391 2.55 0.22 0.462 2.51 0.24
12890 6.6096 45.188 0.284 2.46 0.19 0.364 2.51 0.21 0.431 2.50 0.22 0.509 2.48 0.24
13112 6.6153 45.139 0.286 2.46 0.19 0.366 2.51 0.21 0.433 2.50 0.22 0.511 2.48 0.24
Tabella tratta dalle NTC che riporta in modo puramente indicativo i parametri utili per il computo dello spettro elastico da utilizzare
Nelle Tabelle delle NTC vengono forniti, per 10751 punti del reticolo di riferimento e per 9 valori del periodo di ritorno TR (30 anni, 50 anni, 72 anni, 101 anni, 140 anni, 201 anni, 475 anni, 975 anni, 2475 anni), i valori dei parametri ag, F0, T*C
da utilizzare per definire l’azione sismica
nei modi previsti dalle NTC.I punti del reticolo di riferimento sono definiti in termini di Latitudine e Longitudine ed ordinati a Latitudine e Longitudine crescenti, facendo variare prima la Longitudine e poi la Latitudine.L’accelerazione al sito ag
è
espressa in g/10; F0
è
adimensionale, T*
C è
espresso in secondi.
Categ.suolo
Descrizione
A Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di Vs,30 superiori a 800 m/s,eventualmente comprendenti in superficie
uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 m.
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 Vs,30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT,30 > 50 nei terreni a grana grossa e cu,30 > 250 kPa
nei terreni a grana fina).
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 Vs,30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu,30 < 250 kPa
nei terreni a grana fina).
Definizione di nuove classi di suolo
Cat.suolo Descrizione
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 Vs,30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT,30 < 15 nei terreni a grana grossa e cu,30 < 70 kPa
nei terreni a grana fina).
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).
La classificazione in 5 categorie appare purtroppo carente perché non prevede tutte le situazioni geologico-tecniche
e quelle previste
sono individuate con criteri insufficienti (utilizzo del solo parametro VS,30).
Categoria Descrizione
S1
Depositi di terreni caratterizzati da valori di Vs,30 inferiori a 100 m/s (ovvero 10 < cu,30 < 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
S 2 Depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive o qualsiasi altra categoria di sottosuolo
Categorie aggiuntive di sottosuolo
Per sottosuoli appartenenti alle categorie S1 ed S2 è
necessario predisporre specifiche analisi per la definizione delle azioni sismiche, particolarmente nei casi in cui la presenza di terreni suscettibili di liquefazione e/o di argille d’elevata sensitività
possa comportare fenomeni di collasso del terreno.
Bonefro area PIP: argille di copertura sovrapposte a formazione di Tufillo
BONEFRO Area PIP: formazione di Tufillo
(basale?)
Cat.suolo
SS CC
A 1.00 1.00
B
C
D
E
201400401001 0 .ga
F.-.. g
50.160.070.100.1 0 ga
F g
80.150.140.290.0 0 ga
F g
60.110.100.200.1 0 ga
F g
20.0'10.1 CT
33.0'05.1 CT
50.0'25.1 CT
40.0'15.1 CT
Prof. Claudio Eva-
Università
degli Studi di Genova
Categoria Caratteristiche della superficie topografica
Ubicazione dell’opera o dell’intervento ST
T1 Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con inclinazione media i ≤
15°
----------
T2 Pendii con inclinazione media i > 15°
In corrispondenza della sommità
del pendio1.2
T3 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media 15°
≤
i ≤
30°
In corrispondenza della cresta del rilievo
1.2
T4 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media i > 30°
In corrispondenza della cresta del rilievo
1.4
Amplificazione topografica Per configurazioni superficiali semplici si può adottare la seguente classificazione
ELEMENTI DI APPROFONDIMENTO NECESSARI PER L’INTERPRETAZIONE DELLA NORMATIVA
•
Pericolosità
sismica•
Input sismico
•
Spettro di sorgente e spettro al bedrock•
Spettro a probabilità
costante
•
Spettro di risposta elastica•
Amplificazione stratigrafica, topografica
•
Determinazione delle caratteristiche dei suoli•
Microzonazione
Da un punto di vista prettamente sismologico per descrivere compiutamente le caratteristiche di un terremoto sono sufficienti le coordinate spazio-temprali e le dimensioni della sua sorgente
e talora il meccanismo di
rottura.
Dal punto di vista ingegneristico la descrizione del terremoto è
espressa dallo scuotimento ossia dalle
vibrazioni prodotte dall’evento al sito considerato. Lo scuotimento è
rappresentato da grandezze quali l’Intensità
o valori derivati da misure strumentali (accelerometria).
Lo scuotimento è
correlato con le dimensioni dell’evento, le sue caratteristiche genetiche, la sua distanza dal sito oltre che con le condizioni del suolo di fondazione
Grandezze legate al terremoto:
Magnitudo : Scale MicrosismicheMomento sismico: legato alla sorgente
Grandezze legate allo scuotimentoScale empiricheScale empiriche
Scale Macrosismiche (scale Mercalli)Misure strumentali
Massima accelerazione del suolo (PGA)Massima velocità
del suolo (PGV)
Massimo spostamento del suolo (PGD)Durata significativa del moto del suolo
I descrittori di un terremoto
Registrazioni in accelerazione, velocità e spostamento e determinazione del picco massimo di accelerazione PGAPicco massimo di velocità PGVPicco massimo di spostamento PGD
Registrazioni in accelerazione, velocità e spostamento e determinazione del picco massimo di accelerazione PGAPicco massimo di velocità PGVPicco massimo di spostamento PGD
DEFINIZIONE DI PGA, PGV, PGD,
xsenAvtsenAA
tT
senAtsenAA
2)(2
2
00
00
A
ω
A
λ
Passaggio dal dominio del tempo a quello della frequenza
Prof. Claudio Eva-
Università
degli Studi di Genova
Trasformazioni di un segnale dal dominio del tempo al dominio
delle frequenze
Lo spettro è caratterizzato da contenuti in frequenze che dipendono dal meccanismo di rottura alla sorgente, dalla magnitudo, dal percorso del
raggio sismico, dal tipo di suolo
Lo spettro è caratterizzato da contenuti in frequenze che dipendono dal meccanismo di rottura alla sorgente, dalla magnitudo, dal percorso del
raggio sismico, dal tipo di suolo
Il contenuto in frequenza del moto del suolo viene descritto in generale da:
Spettri di FourierSpettri di Fourier
Dipendenti dal terremoto
Magnitudo e/o momento sismico
Distanza tra sito e sorgente
Caratteristiche geologico-strutturali
lungo il percorso sorgente sit
Meccanismo di sorgente
Direzione e velocità
di rottura (direttività)
Durata
FATTORI CHE INFLUENZANO LO FATTORI CHE INFLUENZANO LO SPETTROSPETTRO
Condizioni locali del sitoCondizioni locali del sito
••
Geometria del Geometria del bedbed--rockrock
e focalizzazionee focalizzazione••
Smorzamento internoSmorzamento interno
••
Stato Stato deformativodeformativo••
Caratteristiche dei suoli Caratteristiche dei suoli
( ( stratigrafia, natura, granulometria, composizione, condizioni distratigrafia, natura, granulometria, composizione, condizioni di drenaggio, parametri geotecnici drenaggio, parametri geotecnici ))
Schematizzazione di uno spettro di rispostaSchematizzazione di uno spettro di rispostaSchematizzazione di uno spettro di risposta
Schematizzazione di uno spettro di rispostaSchematizzazione di uno spettro di rispostaSchematizzazione di uno spettro di risposta
Oscillatore semplice ad un grado di libertà e suoi rapporti con lo spettro del suoloIn alto vengono idealizzati tre edifici con diversa altezza e quindi con diverso periodo proprio di oscillazione.(Oscillatore ad un solo grado di libertà)Al centro viene riportato un accelerogrammaIn basso viene riportato lo spettro dell’accelerogramma e le frequenze di interazione
Accelerogrammi Accelerogrammi registrati da una registrati da una stazione sulla costa stazione sulla costa messicana e relativi a messicana e relativi a terremoti di diversa terremoti di diversa magnitudomagnitudo
Gli studi per la valutazione della Pericolosità
Sismica Locale
PericolositPericolositàà indotta sullindotta sull’’ambiente ambiente fisico:fisico:
Effetti sui terreni di fondazioneEffetti sui terreni di fondazione
Effetti sullEffetti sull’’ambiente fisicoambiente fisico
SorgenteSorgenteSorgente
PercorsoPercorsoPercorso
SitoSitoSito
(Meletti et al., 2008)
Liquefazione e Liquefazione e DensificazioneDensificazione
Attivazione e/o Attivazione e/o riattivazione di franeriattivazione di frane
Deformazioni del Deformazioni del terrenoterreno
FenomeniFenomeni di di AmplificazioneAmplificazione
Figura a lato tratta dal volume: “Risposta sismica locale”(G. Lanzo e F Silvestri –
Hevelius Edizioni srl, 1999)
E’ la descrizione del moto sismico in superficie. I parametri descrittivi del moto vengono ad essere modificati nel
passaggio dal substrato roccioso ai terreni di copertura, sulla base delle caratteristiche dinamiche di questi ultimi
E’ la descrizione del moto sismico in superficie. I parametri descrittivi del moto vengono ad essere modificati nel
passaggio dal substrato roccioso ai terreni di copertura, sulla base delle caratteristiche dinamiche di questi ultimi
La risposta sismica locale
Amplificazione sismica
Effetto Effetto TopografiaTopografia
Effetto Effetto Litologia Litologia
Fenomeni di Fenomeni di riflesioneriflesione multiplamultipla
Interferenza costruttiva delle ondeInterferenza costruttiva delle onde
Focalizzazione geometrica per Focalizzazione geometrica per irregolaritirregolaritàà topografiche e del topografiche e del substratosubstrato
Effetti di risonanza nei terreniEffetti di risonanza nei terreni
CauseCause
FattoriFattori
TopografiaTopografiaTopografia
Caratteristiche dell’onda incidente (frequenza, inclinazione, piano di polarizzazione)
Caratteristiche Caratteristiche delldell’’onda incidente onda incidente (frequenza, (frequenza, inclinazione, piano di inclinazione, piano di polarizzazione)polarizzazione)
StratigrafiaStratigrafiaStratigrafia
Figura a lato tratta dal volume:
“Risposta sismica locale”(G. Lanzo e F Silvestri –
Hevelius Edizioni srl, 1999)
La microzonazione sismica ha lo scopo di La microzonazione sismica ha lo scopo di riconoscere ad una scala sufficientemente di riconoscere ad una scala sufficientemente di dettaglio le condizioni di sito che possono dettaglio le condizioni di sito che possono modificare sensibilmente le caratteristiche modificare sensibilmente le caratteristiche del moto sismico atteso (moto sismico di del moto sismico atteso (moto sismico di riferimento) o possono produrre effetti riferimento) o possono produrre effetti cosismici rilevanti (fratture, frane, cosismici rilevanti (fratture, frane, liquefazioni, ...) per le costruzioni e le liquefazioni, ...) per le costruzioni e le infrastruttureinfrastrutture
••
In In sostanzasostanza
lo studio lo studio didi
microzonazione microzonazione restituiscerestituisce unauna
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••
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o o deformazionideformazioni
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dovutidovuti
al al sismasisma
o o incrementatiincrementati
dada
essoesso..••
La microzonazione rappresenta uno strumento di La microzonazione rappresenta uno strumento di base propedeutico alle attivitbase propedeutico alle attivitàà
di progettazione e di di progettazione e di
ricostruzionericostruzione..Lo studio di microzonazione fornisce una base conoscitiva della pericolosità sismica locale delle diverse zone e consente di stabilire gerarchie di pericolosità utili per la programmazione di interventi di riduzione del rischio sismico, a varie scale.
Risposta sismica locale(amplificazione locale)
Modificazione in ampiezza, frequenza e durata dello scuotimento sismico dovuta alle specifiche condizioni lito-
stratigrafiche e morfologiche di un sito. Si può quantificare mediante il rapporto tra il moto sismico alla superficie del sito e quello che si osserverebbe per lo stesso evento sismico su un ipotetico affioramento di roccia rigida con morfologia orizzontale. Se questo rapporto è
maggiore di 1,
si parla di amplificazione locale.
Risposta Sismica Locale
Fattori
Input sismico al bedrock
Litostratigrafia
Geometria e profondità del bedrock
Rapporto rigidità acustiche tra gli strati
Fattori di smorzamento e moduli elastici
Grado di saturazione
Topografia
• Il livello 1 è un livello propedeutico ai veri e propri studi di microzonazione, in quanto consiste in una raccolta di dati preesistenti, elaborati per suddividere il territorio in microzone qualitativamente omogenee • Il livello 2 introduce l’elemento quantitativo associato alle zone omogenee, utilizzando allo scopo ulteriori e mirate indagini, ove necessarie, e definisce la Carta di microzonazione sismica;• il livello 3 restituisce una Carta di microzonazione sismica con approfondimenti su tematiche o aree particolari.
Livelli di approfondimento
Il livello 1
è
un livello esclusivamente qualitativo propedeutico ai veri e propri studi di MS , in quanto consiste in una raccolta di dati preesistenti, elaborati per suddividere il territorio in microzone
qualitativamente omogenee rispetto alle fenomenologie riscontrabili (amplificazioni locali, stabilità
dei pendii, liquefazione, densificazione,
fagliazione
superficiale ecc).
In generale il livello 1 costituisce uno studio propedeutico e obbligatorio per affrontare i successivi livelli di approfondimento. I risultati di questo livello possono orientare la scelta del livello successivo di approfondimento (livello 2 e/o livello 3).
Le informazioni raccolte ed analizzate portano alla determinazione della Carta delle microzone omogenee in prospettiva sismica.
. Il livello 2 introduce elementi quantitativi associati alle zone omogenee, con l’obiettivo di: • compensare alcune incertezze del livello 1 con approfondimenti conoscitivi;• fornire quantificazioni numeriche, con metodi semplificati (abachi, modellazione 1D, leggi empiriche), della modificazione locale del moto sismico in superficie (zone stabili suscettibili di amplificazioni locali) e dei fenomeni di deformazione permanente (zone suscettibili di instabilità).
Per il raggiungimento di tali obiettivi si possono determinare modificazioni delle geometrie delle zone individuate precedentemente. Il livello 2 porta alla costruzione della carta di microzonazione sismica
Il livello 3
restituisce una Carta di microzonazione sismica con approfondimenti su tematiche o aree particolari. Il terzo livello di approfondimento si applica:
nelle zone stabili suscettibili di amplificazioni locali, nei casi di
situazioni geologiche e geotecniche complesse, non risolvibili con l’uso degli abachi, o qualora l’estensione della zona in studio renda conveniente un’analisi globale di dettaglio o, infine, per opere di particolare importanza;nelle zone suscettibili di instabilità
particolarmente gravose per
complessità
del fenomeno e/o diffusione areale, non risolvibili con l’uso di metodologie speditive.
I risultati di questo livello potranno, limitatamente alle aree studiate con approfondimenti, modificare la Carta di microzonazione sismica.
Pianificazione territoriale e urbanistica
Piani provinciali e piani territoriali Pianificazione comunale Pianificazione per l’emergenza Progettazione delle opere
La risposta sismica locale
Figure tratte dal volume: “Risposta sismica locale”
(G. Lanzo e F Silvestri – Hevelius Edizioni srl, 1999)
Il moto sismico alla superficie del deposito è condizionato dalle caratteristiche del moto atteso al basamento roccioso
Il moto sismico alla superficie del deposito è condizionato dalle caratteristiche del moto atteso al basamento roccioso
Risposta sismica di un Risposta sismica di un sottosuolo omogeneo sottosuolo omogeneo poggiante su bedrockpoggiante su bedrock
Risposta
sismica
localeRispostaRisposta
sismicasismica
localelocaleLe caratteristiche del moto del terreno alla superficie di un sito in assenza di manufatti (condizioni di free-field), sono il risultato di un insieme di fenomeni (complessi) che possono essere raggruppati in tre categorie:
Le caratteristiche del moto del terreno alla superficie di un sito in assenza di manufatti (condizioni di free-field), sono il risultato di un insieme di fenomeni (complessi) che possono essere raggruppati in tre categorie:
Sorgente (meccanismo, direttività)
Propagazione (attenuazione, conversione di fasi..)
Risposta sismica locale
L’insieme delle modifiche apportate al moto sismico di ingresso dalle particolari caratteristiche del sito (proprietà fisico meccaniche dei terreni, geometrie stratigrafiche morfologia superficiale) costituisce il problema della “risposta sismica locale”
La valutazione quantitativa della
risposta sismica locale può effettuarsi sulla base del confronto tra le diverse grandezze rappresentative del moto sismico alla superficie del terreno quello di riferimento (roccia di base o affiorante)
Dal punto di vista fisico, per risposta sismica locale, si intende
l’insieme delle modifiche (ampiezza, contenuto in frequenza, durata ecc ecc) che un moto sismico al bedrock ar (t) subisce attraversando gli strati di terreno fino alla superficie S ove assume il valore di as (t).
Nel dominio del tempo, è possibile confrontare l’accelerazione
massima alla superficie con quella in corrispondenza del riferimento (fattore di amplificazione)
La valutazione della risposta sismica locale solo in termini di
variazione di ampiezze massime è poco significativa: il terreno agisce come un “filtro” incrementando l’ampiezza del moto sismico in corrispondenza di alcune frequenze e riducendola per altre.
E’ piu conveniente rappresentare la risposta sismica locale, in
termini di funzione di trasferimento S(f), che corrisponde al rapporto tra lo spettro di Fourier del moto alla superficie del terreno e quello dell’analoga componente in corrispondenza del basamento roccioso
fafafS
r
s
La funzione di amplificazione è
estramamente significativa: indica quali componenti del moto sismico sono state amplificate, quali sono state smorzate e in quale rapporto.
Solo nel caso di terreno elastico lineare (quasi mai) la funzione di amplificazione è “univoca” e può considerarsi una proprietà del sito definita dalle geometrie e dalle proprietà meccaniche del sottosuolo. Nella maggior parte dei casi, la risposta sismica, a causa della non linearità del terreno, è funzione delle specifiche caratteristiche dell’input sismico e non si può definire una funzione di trasferimento
Nel caso (ideale) di uno strato elastico omogeneo di spessore H e
velocità di propagazione delle onde di taglio Vs su un substrato deformabile è possibile calcolare la funzione di trasferimento s(f).
La funzione di amplificazione s(f) (sempre maggiore di uno) è
periodica. Si hanno valori massimi in corrispondenza di:
1)(2nV4H
f1T
snn
Il parametro I indica il rapporto tra l’impedenza sismica della roccia di base e quella del terreno:
ss
rr
VρVρI
Per I -> ∞
substrato rigido
Il “periodo fondamentale” dello strato vale:
sV4HT
Coperture sedimentarie caratterizzate da bassa rigidità amplificano le
componenti a bassa frequenza dello scuotimento sismico
Il fattore di amplificazione è correlabile con il contrasto di impedenza
acustica tra substrato e coperture
Potenti spessori di coperture sedimentarie amplificano le componenti
a bassa frequenza dello scuotimento sismico
I risultati ottenuti nel caso molto semplice di strato omogeneo su substrato deformabile possono essere, qualitativamente, estesi a situazioni più complesse:
G
sV
La velocità di propagazione delle onde di taglio Vs è funzione del modulo di taglio (per “piccole” deformazioni) secondo la relazione:
UniversitUniversitàà degli studi di Genovadegli studi di Genova
UNIVERSITÀ
DEGLI STUDI DI TRIESTEMASTER in “Progettazione Antisismica delle Costruzioni”
–
MUPAC –
2008/09
Prof. Claudio Eva-
Università
degli Studi di Genova
Effetto della variazione della roccia di basecaso prova di un solo stratoRapporto tra le accelerazioni di picco
Prof. Claudio Eva-
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degli Studi di Genova
Effetto della variazione della roccia di basecaso prova di un solo strato
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Prof. Claudio Eva-
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Effetto della variazione della roccia di basecaso prova di un solo strato
Spettri di risposta
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2008/09
Prof. Claudio Eva-
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degli Studi di Genova
Moto alla basespettri di risposta per uno strato singolo
Effetto della nonlinearità
Dati di base Metodi di indagine raccomandati
Input sismico di riferimento Analisi di pericolosità
di base e/o dati strumentali
Morfologia del sito Modello digitale del terreno, cartografia topografica di dettaglio
Litostratigrafia Rilevamento geologico, sondaggi
Profondità
bedrock sismico e morfologia sepolta
Sondaggi, sezioni geologiche 2D, indagini geofisiche
Falda acquifera Sondaggi, indagini geoelettriche
Caratterizzazione geotecnica e geomeccanica
Analisi geomeccaniche, prove in sito, prove di laboratorio, correlazioni con SPT e CPT
Profilo Vs Down-Hole, Cross-Hole, sismica a rifrazione, SASW, MASW, array
sismici, correlazioni con proprietà
geotecnichePeriodo fondamentale Misure di microtremori
Caratterizzazione proprietà
dinamiche dei terreni
Colonna risonante, taglio torsionale ciclico, taglio semplice ciclico con doppio provino
Metodi ed indagini per la valutazione delle amplificazioni locali
Risposta
sismica
localeRispostaRisposta
sismicasismica
localelocale
“Calcolare”
“Misurare”
1)Ricostruzione geologico-geotecnica del sottosuolo e parametrizzazione dinamica dei terreni
2) Simulazione numerica
Utilizzo dei dati sperimentali per verificare i metodi e/o modelli delle simulazioni numeriche
UTILIZZO DELLA MS COME STRUMENTO DISCRIMINANTE PER L’UTILIZZO
DELL’APPROCCIO SEMPLIFICATO (CAP 3.2.2 NTC08) O DI
SPECIFICHE ANALISI (CAP 7.11.3
NTC08-RSL) DELLE NTC
Le procedure proposte dal Livello 3 delle ICMS08 sono del tutto simili a quelle previste dalle NTC08-RSL, per lo meno nel punto di indagine. Le NTC08-RSL si attuano in fase di progettazione, quando è
conosciuto il punto preciso di indagine e il tipo di opera
mentre la MS si utilizza maggiormente per la pianificazione di un’area, pur rappresentando la stessa cosa.Le NTC08 prevedono in alternativa alle analisi specifiche di RSL
l’utilizzo
in determinate condizioni di un approccio semplificato. La problematica generale è
come la MS può fornire indicazioni sulla
scelta tra i due approcci.
Qualora la Regione o l’Ente locale si sia dotata di una MS di Livello 2 o di Livello 3, così
come definiti negli ICMS, si pone il
quesito su Quale livello di approfondimento di MS (2 o 3) permette di discriminare tra l’utilizzo dell’approccio semplificato di NTC08 e delle specifiche analisi di RSL?
•Se la scelta procedurale, è
quella di applicare, in fase di pianificazione del territorio, il Livello 2 (senza arrivare quindi al Livello 3), Il Livello 2 non può fornire
le indicazioni definitive e l’utilizzo del
Livello 2 si deve limitare a:
stabilire una graduatoria di idoneità
utilizzabile ai fini prettamente
urbanistici;
fornire ulteriori indicazioni sulle aree nelle quali è
necessario
effettuare il Livello 3.
La graduatoria di pericolosità
potrà
utilizzare un qualsiasi parametro di amplificazione litostratigrafica e topografica.( FA e FV , così
come definiti
negli ICMS08, o FH)i.Nel caso di una pianificazione di un’area, sarà
buona norma assicurarsi
che i risultati delle modellazioni operate nel Livello 2 siano rappresentativi di tutte le situazioni sismiche omogenee presenti in quell’area, al fine di poterla suddividere efficacemente in microzone
e
caratterizzare sismicamente
nel miglior modo possibile, anche tenendo conto degli strumenti, studi ed indagini pregresse e/o nuovi (indagini ad hoc). In questo senso, anche l’acquisizione dei dati del Livello 2 (indagini geofisiche) e la scelta degli input sismici per la costruzione degli abachi
dovranno essere fortemente condizionati dall’assetto geologico-tecnico
e sismotettonico
locale (abachi regionalizzati
o, ancora meglio, sub
regionalizzati).
Per le indicazioni su quali aree è
necessario effettuare studi di Livello 3, la verifica sarà
effettuata paragonando il valore del Fattore di
amplificazione ricavato dal Livello 2 (abachi regionalizzati) con il parametro Ss
previsto dalle NTC.
Se il valore di amplificazione rappresentativo di una specifica area, cosi come calcolato al Livello 2, supera per più
del 10% il
corrispondente valore di Ss, l’area in oggetto dovrà
essere analizzata con studi di Livello 3.
Qualora la scelta procedurale degli Enti competenti fosse quella
di applicare, in fase di pianificazione, il Livello 3 degli ICMS, il potere discriminante tra l’applicabilità
dell’approccio semplificato NTC08 o
delle specifiche analisi di NTC08-RSL è
assicurato, anche perché, in tal caso, il paragone viene fatto direttamente sull’andamento degli spettri di risposta elastici.
.In particolare si confronteranno gli spettri di risposta elastici in accelerazione al 5% dello smorzamento critico calcolati in free field
e
riferiti ad un determinato livello di pericolosità
sismica (ovvero ad un determinato tempo di ritorno, che normalmente per studi di MS è
riferito
a 475 anni) con il corrispondente spettro di risposta elastico assegnato dall’approccio semplificato di NTC08.
Lo spettro di risposta elastico calcolato dovrà
essere standardizzato riportandolo nella forma usata da NTC08, ovvero delimitando i tratti ad accelerazione, velocità
e spostamento costante.
Il confronto sarà
eseguito in termini di valori spettrali e si riterrà accettabile lo spettro proposto da NTC08 qualora lo spettro calcolato
presenti differenze inferiori al 10% in corrispondenza del periodo proprio della struttura di progetto.
Qualora la Regione o l’Ente locale si sia dotata di una MS di Livello 3, così
come definiti negli ICMS,, quali informazioni si possono
trasferire a chi deve progettare?
In questo caso, l’informazione da trasferire è
la possibilità
di utilizzo diretto della categoria di sottosuolo e dei vari parametri determinati (applicazione dell’approccio semplificato NTC08) oppure l’obbligatorietà
dell’applicazione delle specifiche analisi di RSL.
Per il Livello 3, l’estrapolabilità
risulta essere più
limitata in conseguenza del dettaglio utilizzato, ma l’affidabilità
è
più
elevata e
quindi, nel caso di possibilità
di utilizzo dei metodi semplificati, si assegnerà
direttamente la categoria di sottosuolo.
Rimane comunque stabilito che le RSL sono indispensabili in tutti i casi nei quali il sito non è
classificabile nelle 5 categorie di sottosuolo.
Un elenco delle situazioni geologiche e geomorfologiche complesse, per le quali i risultati del Livello 2 daranno indicazioni in base ai dati raccolti e i risultati del Livello 3 saranno esaustivi per discriminare l’utilizzo o meno dell’approccio semplificato, a seguito del confronto tra gli spettri calcolati e quelli proposti dalla Norma, viene sinteticamente proposto sotto:
substrato rigido sepolto a geometria articolata (presenza di
paleoalvei, substrato rigido disarticolato da faglie, andamento del substrato a Horst e Graben);
zona di raccordo tra rilievo e pianura (zona di unghia con substrato
rigido sepolto in approfondimento sotto la pianura, in maniera continua o discontinua);
successione litostratigrafica che preveda terreni rigidi su terreni
soffici (profilo di Vs
con inversioni di velocità);
geometria del substrato rigido che crea una valle stretta colmata di
sedimenti soffici (la valle stretta è
definita dal coefficiente di forma, C=h/l, dove h è
lo spessore della coltre alluvionale, l la sua
semiampiezza, se il valore di C è
superiore a 0.25, la valle può essere definita “stretta”
oppure può essere definita stretta se è
verificata la formula h/l ≥
0.65/√Cv
–
1, dove Cv è
il rapporto tra la velocità
Vs
del substrato rigido e quella media dei sedimenti soffici);
substrato rigido profondo alcune decine di metri; presenza di marcati contrasti di impedenza sismica;
eventuale presenza di aree soggette a instabilità
(frane,
liquefazioni, cavità
sepolte, ecc. nelle quali sono possibili aggravi delle amplificazioni).
Si noti che queste stesse situazioni dovrebbero essere state già valutate preliminarmente nel Livello 1.
L’approccio semplificato previsto nelle NTC08 appare purtroppo carente perché
non prevede tutte le situazioni geologico-tecniche
e quelle
previste sono individuate con criteri insufficienti (utilizzo del solo parametro VS,30).
Raccomandazioni generali
Da quanto sopra esposto si suggeriscono le seguenti raccomandazioni:•
predisporre proposte tecnico-scientifiche di miglioramento
della norma per l’approccio semplificato, in modo da rendere possibile, con maggiore consapevolezza e coerenza l’utilizzo di questo tipo di approccio;•
definizione della procedura di applicazione di quanto sopra
illustrato rientri nelle competenze delle singole Amministrazioni Regionali all’atto normativo di recepimento degli ICMS.
•
nelle aree identificate con il Livello 3 come “aree ad approccio semplificato di NTC08”, questa procedura non potrà
essere ritenuta
valida se nell’area sono presenti Edifici Strategici e/o Rilevanti ai fini di Protezione Civile (Municipi, Ospedali, Scuole, Caserme, etc.) per i quali sarà
sempre obbligatoria la RSL;
PIANIFICAZIONE PROGETTAZIONE
MS1
MS 2
Abachi ICMS Abachi Regionalizzati
Graduatorie ai fini urbanistici
MS 3
Spettri elastici
Confronto Ss
Obbligo RSL
Procedura semplificata NTC con utilizzo di categoria di suolo determinata
Confronto spettri elastici
