"La lezione del terremoto de l Aquila" Francesco Silvestri DIGA Università di Napoli Federico II

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1 "La lezione del terremoto de l Aquila" "Aspetti geotecnici nell'interpretazione del danneggiamento, nella gestione dell'emergenza e nella ricostruzione" Francesco Silvestri DIGA Università di Napoli Federico II

2 1. Gli aspetti geotecnici evidenziati dal danneggiamento 2. La caratterizzazione geotecnica dei siti del Progetto C.A.S.E. 3. Gli studi di risposta sismica locale per la Microzonazione Sismica

3 Effetti macrosismici vs. schema sismogenetico Area sismogenetica ver. DISS3 ( La distribuzione dei danni principali sembra allineata verso SE (direttività sorgente) I danni potrebbero essere stati in parte influenzati dalle repliche più forti

4 Inquadramento geologico generale della valle dell Aterno Larghezza della valle (affioramento-affioramento) tra 1-2km e 5-6km Profondità bedrock circa 1/1 larghezza della valle Spesso terreni a grana grossa sovrastanti terreni fluvio-lacustri fini ( inversioni di velocità) - circa 3 centri edificati lungo versanti di breccia e ghiaia - circa 1 su bedrock rigido (marna, calcare) - solo 4 su morfologia pseudo-piatta (Onna, Bazzano, Coppito, parte de l Aquila) Santo et al, 29

5 La spedizione GEER Missione GEER con la collaborazione di AGI-ReLuis Web GEER GEER report

6 Criteri di valutazione del danno Classi di danno per edifici (adattato da Bray & Stewart, 2) Livello di danno D D1 D2 D3 D4 D5 Descrizione Nessun danno Fessurazione di elementi non strutturali, come muri a secco, rivestimenti esterni in mattoni o intonaci Danno significativo a elementi non strutturali, come collasso di interi pannelli di tamponatura; danno minore a elementi strutturali portanti Danno significativo a elementi strutturali, ma non collasso Collasso strutturale portante (intero solaio o parte di edificio) Collasso totale Livello Classi di danno per fenomeni deformativi del terreno Danni alle strutture Legg & Slosson (1984) D (cm) Idriss (1985) D (cm) Danni alle infrastrutture Silvestri et al. (26) Livello D (cm) Trascurabile <.5 < 3 Trascurabile < 2 Modesto Riparabile 2 1 Elevato/Moderato Interruzione 1 5 Severo/Forte Catastrofico > 5 3 Collasso > 5 Colore

7 Ricognizione sui danni agli edifici intorno L Aquila (I MCS = 8-9) Zona Sud-Est: danni concentrati nei depositi olocenici nelle incisioni dei terrazzi alluvionali Pleistocenici Zona Nord-Ovest: rilievi di dettaglio sui danni agli edifici in prossimità della traccia della faglia di Pettino Zona (a): prevalenza D3, alcuni D5 Zona (b): danno minore, livello D2 Zona (c): livello di danno tende a D3 Zona (d): danno non uniforme (D2-D5), anche su costruzioni simili

8 Danno disuniforme a edifici in c.a. identici (Pettino) D3 D Meccanismi di piano soffice Meccanismi di piano soffice D5 D5

9 Stazioni sismiche RAN e assetto geologico AQV AQK AQG

10 Evidenze di effetti di sito da rapporti spettrali H/V: stazioni valle Aterno AQA AQG AQK AQV

11 Evidenze di effetti di sito da confronti tra spettri di risposta: AQV vs. AQG Evento 6 apr 29 Mw=6.3 2 comp. NS = 5% 2 comp. EW = 5% S a (g) S a (g) AQG (cat. A) AQV (cat. B).5.5 S a (g) Periodo (s) comp. NS Evento 9 apr Mw=5.4 Periodo (s) = 5% S a (g) comp. EW = 5% AQG (cat. A) AQV (cat. B).1.1 S a (g) Periodo (s) comp. NS Evento 9 apr Mw=5.3 Periodo (s) = 5% S a (g) comp. EW = 5% AQG (cat. A) AQV (cat. B) Periodo (s) Periodo (s)

12 Evidenze di effetti di sito non lineari: AQV vs. AQG 6 apr 29 M w =6.3 7 apr 29 17:48 M w =5.6 9 apr M w =5.4 9 apr M w =5.3 V S (m/s) Sa(AQV)/Sa(AQG) AR FL argilla limosa ghiaia calcarea in matrice limosa/argillosa Profondità (m) alternanza di sabbie limose, limi sabbiosi e ghiaie calcaree calcari m/s 125 m/s Periodo (s) Comportamento non lineare del terreno diminuzione di amplificazione e frequenza naturale

13 Evidenze di effetti di sito da confronti tra spettri di risposta: AQK T =.7 s comp. NS Mainshock Evento 6 apr = 5% 1 Mw=6.3 comp. EW T =.7 s = 5% S a (g).8.6 S a (g).8.6 T = 1.67 s S a (g) Periodo (s) T.7 s comp. NS = 5% Aftershocks Repliche S a (g) Periodo (s) comp. EW = 5% 7 apr 29 17:48 M w =5.6 9 apr M w =5.4 9 apr M w =5.3 T = 1.67 s Periodo (s) Periodo (s)

14 Evidenze di effetti di sito da dati attuali e precedenti: AQK S a /PGA f =.6 Hz T = 1.67 s = 5% Periodo (s) (De Luca et al., 21)

15 Danni nei centri abitati lungo la valle dell Aterno (SE de l Aquila) I MCS ulteriori sopralluoghi

16 Danni inter-centro: Monticchio - Onna Distanza epicentrale 12 km

17 Danni a Monticchio (I MCS = 6) Danno minore o trascurabile per edifici di ogni tipologia D D1 Formazione calcarea Giurassica affiorante a SW del centro = bedrock sismico dell intera area. Il bedrock è ricoperto da breccia calcarea continentale di età Pleistocenica, profonda più di 1 m (clasti eterometrici debolmente cementati)

18 Danni a Onna (I MCS = 9-1) Circa l 8% degli edifici in muratura interessati da danno D5, soprattutto intorno la piazza e la via principali. D1 D4 D2 Sottosuolo: depositi alluvionali recenti (Olocene), costituiti in prevalenza da ghiaie calcaree in matrice sabbiosa, alternate con livelli limo-argillosi spessi più di 5 m. Nella villa di Onda né tampoco restò casa impiedi (Anton Ludovico Antinori, XVIII secolo, sul terremoto del 1461) D5

19 Monitoraggio aftershocks a Onna (INGV Mi) e Monticchio (AMRA-CIMA) I MCS = IX-X I MCS = VI Marzorati et al. (29)

20 Interpretazione repliche per valutazione effetto di sito HVSR (H/V) su 12 terremoti con M L 3 Polarigramma degli H/H medi Onna SSR (H/H Onna/Monticchio), M L 3 Monticchio Marzorati et al. (29)

21 Danni intra-centro: Castelnuovo Distanza epicentrale 25 km Il villaggio è fondato su un colle di creta bianca (formazione di S. Nicandro) Prima e dopo il terremoto Alluvial and colluvial sediments (Holocene) Gravel and conglomerates interbedded with cemented sands (medium Pleistocene) Carbonate silts with thin sand lenses (lower Pleistocene) Come Onna, il centro fu già distrutto (I = X) dal terremoto storico del 1461

22 Danni a Castelnuovo (I MCS = 9-1) Il danno osservato tende a diminuire (D5 D2) lungo il versante del colle Rete mobile installata da UniBas & GFZ Potsdam per registrare aftershocks e microtremori

23 Evidenze di effetti di sito a Castelnuovo HVSR da microtremori (registrazioni UniBas) Aftershock 9.VI.29 h :51, M=5.1 (registrazione GFZ) Aftershocks e microtremori mostrano picchi di risonanza tra 1 Hz (stazioni in cresta) e 2 Hz (piede versante)

24 1. Gli aspetti geotecnici evidenziati dal danneggiamento 2. La caratterizzazione geotecnica dei siti del Progetto C.A.S.E. 3. Gli studi di risposta sismica locale per la Microzonazione Sismica

25 Il Progetto C.A.S.E. C.A.S.E. = Complessi Antisismici Sostenibili Ecocompatibili 119 edifici da 2-3 piani costruiti a secco su piastre in c.a. isolate alla base. Il programma ha previsto la consegna di circa 3 abitazioni a settimana, completati entro fine anno, cioè meno di 9 mesi dopo il terremoto (6 mesi dopo l apertura dei cantieri). Danno alloggio a circa 13. senzatetto nell emergenza, e poi forse agli studenti...

26 I siti (originari) del Progetto C.A.S.E.

27 Comportamento degli edifici isolati e risposta dinamica del sottosuolo Requisito di progetto: T > 3-4 s Sottosuolo con frequenza naturale f S >.5 Hz

28 Determinazione della risposta in frequenza del sito via empirica: via razionale: componente vert, vz componente hz, vx (mm/s) (mm/s) profondità, z (m) rapporto spettri componenti H/V tempo, t (s) tempo, t (s) velocità onde S, V S (m/s) componente H (mm/s) componente V (mm/s) i... n frequenza, f (Hz) frequenza, f (Hz) h i, i, V Si, D i r, V Sr amplificazione, A amplificazione, A funzione trasferimento HVSR frequenza, f (Hz) frequenza, f (Hz) confronto 35 misura V S definizione modello geotecnico calcolo funzione di trasferimemto

29 Attività sperimentale AGI-ReLuis nei siti C.A.S.E. SITO Frequenza di vibrazione Aftershocks Microtremori Attive MASW Passive Sondaggi DH SDMT Lab S. Antonio INGV Milano UniNa - UniMol Geotrivel Polo Geologico Il Moro 1 INGV Roma PoliTo PoliTo Cese di Preturo INGV Milano Geotrivel Polo Geologico UnivAq UniNa + AMRA Pagliare di Sassa TecnoSoil Polo Geologico ISMGEO S. Giacomo INGV Milano UniNa - UniMol Geotrivel Polo Geologico Tempera1 Bazzano INGV Milano UniNa - UniMol Polo Geologico Sant'Elia1 INGV Milano Polo Geologico Sant'Elia2 INGV Milano Polo Geologico Roio Piano INGV Roma PoliTo PoliTo Tecnosoil Polo Geologico UnivAq UniFi ISMGEO UniRoma1 UniFi UniRc UniRoma1 UniCt PoliTo UniNa+AMRA Sassa-NSI INGV Milano TecnoSoil Polo Geologico ISMGEO Paganica Nord INGV Milano Monticchio INGV Roma/Milano Geo (Taddei) Polo Geologico UniNa+AMRA Pianola INGV Roma PoliTo PoliTo Geo (Taddei) Polo Geologico UnivAq UniRoma1 Camarda INGV Milano Polo Geologico PoliTo Prove in situ (SWM) Attività AGI-ReLuis Prove di lab (7 lab x 1 apparecchiature) Prove in situ + lab

30 Un sito con bedrock superficiale: BAZZANO Prove MASW eseguite da UniNa-UniMol UniBas MASW Im po ssi MASW Im po ssi Alluvioni incoerenti Unità arenaceo-pelitico-marnosa Cavuoto & Moscatelli (29)

31 BAZZANO - Prove MASW UniNa-UniMol UniMol (aprile 29) Curva di dispersione teorica vs sperimentale Funzioni di amplificazione da MASW HVSR da microtremori (UniBas) Inversione con metodo Monte Carlo Boiero et al. (29)

32 Un sito con bedrock profondo: ROIO PIANO Substrato calcareo Depositi colluviali + sabbie SDMT DH SWM Depositi colluviali + alt. sabbie e limi Detrito di falda + alt. sabbie e limi Prove SWM eseguite da PoliTo (tecnica attiva e passiva) S 1 S 2 G 1 G 24 G 48 X -1 2 m 72.5 m 75.5 m Δx =1..5 m SWM Tallini et al. (29)

33 ROIO PIANO - Prove attive + passive PoliTo (aprile 29) Curve di dispersione teorica vs sperimentale Inversione con metodo Monte Carlo Profili con il minimo scarto

34 ROIO PIANO Sondaggio e prove DH - SDMT (maggio 29) Velocità delle onde di taglio, Vs (m/s) MASW ( 1 ) MASW ( 2 ) DH SDMT Limo argilloso Alt. limo argilloso e sabbia 2 25 Limo argilloso con livelli sabbiosi consistente Profondità, z (m) Limo argilloso con livelli marnosi

35 ROIO PIANO - Risposta in frequenza per via empirica e analitica HVSR da aftershocks (INGV Roma) Funzione di amplificazione da SWM

36 Considerazioni riassuntive sui siti esaminati Sito f rec (Hz) z max SWM (m) z max DH (m) Profondità bedrock (m) Note BAZZANO Assenza sondaggio e DH SANT ANTONIO 9.5 (1) (SWM) 1 (DH) > 25 V S SWM-DH < 8 m/s Inversione impedenza nelle ghiaie? SAN GIACOMO (abbandonato) (DH) V S SWM < 8 m/s V S DH > 8 m/s (ghiaie) ROIO PIANO (abbandonato) (sond. 5) > 4 (8?) Sondaggio non intercetta strato rigido V S DH < 8 m/s V S SWM > 8 m/s PIANOLA > 5 (1?) Sondaggio non intercetta strato rigido V S DH < 8 m/s V S SWM > 8 m/s Superficiale bedrock Incerto Profondo

37 1. Gli aspetti geotecnici evidenziati dal danneggiamento 2. La caratterizzazione geotecnica dei siti del Progetto C.A.S.E. 3. Gli studi di risposta sismica locale per la Microzonazione Sismica

38 La microzonazione sismica della Macroarea 4 Cosa Rilievi geologici modello geologico, carte livello 1 Monitoraggi strumentali (terremoti e microtremori) Indagini geoelettriche Sondaggi Prove Down-Hole Prove MASW Prove lab Caratterizzazione geotecnica Analisi numeriche RSL Chi RER-SGSS UniBas-DiSGG, CNR-IMAA Pz, GFZ Potsdam, INGV Mi-Pv CNR-IMAA Pz GEO s.a.s. (AQ) CNR-IAMC Na UniNa-UniMol CONGEO UniNa, UniRoma1 CGG (BO) AGI-ReLuis (UniNA Federico II -DIGA, UniRoma La Sapienza -DISG, UniFi-DICEA, UniCal-DDS, UniMol-SAVA, UniSannio-DIng)

39 La Macroarea 4 Comuni interessati: Poggio Picenze Barisciano S. Pio delle Camere (CarG 5. F. 359 L Aquila APAT, 25)

40 Relazioni tra intensità macrosismiche e condizioni locali I MCS =VI-VIIVII I MCS =VI I MCS =VIII-IXIX Castelnuovo I MCS =IX =IX-X I MCS =V-VIVI SS17 CarG 5. F. 359 L Aquila (APAT, 25)

41 Schema dei rapporti stratigrafici (Regione Emilia Romagna) SW alluvioni recenti + detrito superficiale brecce NE alluvioni conglomerati limi brecce? substrato carbonatico N.B.: spessori non in scala

42 Carte di microzonazione di livello I (Regione Emilia Romagna) Castelnuovo S. Pio delle Camere Poggio Picenze

43 Sezioni individuate per le analisi di RSL di livello III Petogna Picenze Barisciano Poggio Picenze Castelnuovo S. Pio delle Camere

44 Schematizzazione geometrica e scelta dei modelli d analisi Stratigrafia e topografia regolari Modelli monodimensionali Stratigrafia e/o topografia irregolari Modelli bidimensionali

45 Lottizzazione analisi RSL (AGI-ReLuis): Petogna Picenze Poggio Picenze San Martino UniFi (QUAD4M) UniRoma1 (QUAD4M, ProSHAKE) UniRoma1 (QUAD4M) UniNa (EERA, QUAD4M/QUAKE) UniSannio (EERA)

46 Lottizzazione analisi RSL (AGI-ReLuis): Barisciano Castelnuovo San Pio delle Camere UniMol (EERA) UniNa (EERA, QUAD4M/QUAKE) UniCal (FLAC5.)

47 Moto sismico di riferimento Approccio deterministico 3 accelerogrammi (.35-.4g) a (g) t (s) a (g) t (s) a (g) t (s).4.4 Approccio probabilistico.32g a (g) a (g) Compatibile con NTC.23g t (s) t (s) determ1 determ2 determ determ1 determ2 determ3 prob. LADE.8 prob. LADE comp. NTC 28 8 comp. NTC 28 S a (g).6 NTC SLV NTC SLC Sv (cm/s) T (s) T (s)

48 Modello geotecnico di sottosuolo Profili di velocità da (6) prove Down-Hole Prove di laboratorio sui limi bianchi Vs (m/s) modulo di taglio normalizzato, G/G Castelnuovo Poggio Picenze 1 Poggio Picenze 2 Castelnuovo Poggio Picenze 1 Poggio Picenze fattore di smorzamento, D (%) z (m) d b3 a3-dt brp cglp (affioranti) cglp (sepolti) L (stepwise) L (linear) bb bedrock G/G Curve di non-linearità assunte nelle analisi d / a3 b3 / dt cglp-w / brp-w cglp-c / brp-c cglp-s / bb L(Poggio Picenze) L(Castelnuovo) deformazione tangenziale, (%) D (%) (%)

49 Parametri geotecnici del modello Denominazione Litologia interpretazione spessori d detrito superficiale a3 detrito di falda dt detrito torrentizio b3 alluvioni terrazzate cglp conglomerati brp brecce di versante L limi bianchi bb transizione limi-bedrock bedrock calcari (kn/m 3 ) V S (m/s) limo-clasti dromocrone -15m ghiaie (Anh Dan et al., 21), media fuso Rollins et DH11-DH m al. (1998) limo-clasti analogia con dt qualsiasi ghiaie (Anh Dan et al., 21), media fuso Rollins et al. (1998) prove RC PoliTo su Camarda (progetto CASE) con limo-clasti analogia con dt qualsiasi D ridotto; detriti-colluvioni Benevento (Marcellini et al., 1995) limi, sabbie, ciottoli prove RC PoliTo su Camarda (progetto CASE) con dromocrone 5-1 m D DH12-DH13 ridotto; detriti-colluvioni Benevento (Marcellini et > 1 m al., 1995) cglp-w: alterati ghiaie addensate (Modoni & Gazzellone, 21) (-1 m) dromocrone cglp-c: conglomerati cementati (Benevento: Marcellini et al., DH1-DH14 cementati ; Gerace: Costanzo, 27) (1-25m) ciottoli in matrice sabbio-limosa, spesso cementati clasti poco arrotondati in matrice sabbiosa limi bianchi e argille chiare, con lenti sabbia/ghiaia brecce e conglomerati calcareniti, calciruditi con livelli di marne, calcari V P (m/s) DH CASE cglp-c: cementati CH INGV (>25m) cglp-s: se sepolti sotto detriti brp-w: DH CASE alterate (-1m) SDMT UnivAq brp-c: cementate (>1m) dromocrone -5 m z DH9-DH1-DH m (z-5) V S DH12-DH13 >9m (z-9) caratteristiche intermedie tra limi e bedrock G( )/G D( ) conglomerati cementati (Benevento: Marcellini et al., 1995; Gerace: Costanzo, 27) curva intermedia tra cglp-w e cglp-c stesse curve per cglp-w stesse curve per cglp-c 5 m stesse curve per cglp-s CH AQV lineare (D =.5%) da prove CTS laboratorio UniNa, curve differenziate per Castelnuovo - San Pio e Poggio Picenze - Petogna - Barisciano

50 BARISCIANO Sezioni Modelli analisi 1D (EERA) e 2D (QUAD4M, QUAKE) 4A2 4A1 4A3 Sezione 4 4B 4C 4D 4D2 4E 4F 4F2 4G 4H 4I 4I2 4J 4J2 SW d cglp b3 Sezione 9 a3 brp brp bedrock 9 bedrock 85 8 bedrock bedrock limi limi 11 Sezione 1 brp 15 1 SW a3 limi S4 b3 a3 bedrock 95 bedrock bedrock bedrock bedrock 9

51 BARISCIANO Sezioni Validazione del modello sez. 4 BAR1 (noise) Amplification Ratio MI3 (terremoti) Frequency (Hz) BAR8 (noise) Amplification Ratio BAR4 (noise) Frequency (Hz) Amplification Ratio BAR5 (noise) BAR5 BAR4 BAR2 sez. 9 BAR8 BAR1 MI3 Frequency (Hz) Amplification Ratio sez. 1 Amplification Ratio Frequency (Hz) BAR2 (noise) Frequency (Hz)

52 BARISCIANO Sezione 4 - Analisi 1D (EERA) Amplificazione. Amplificazione PGA(sup erficie) F PGA PGA(bedrock) FPGA(NTC) FPGA(det1) FPGA(det2) FPGA(det3) FPGA(prob) I H (superficie) F H IH (bedrock) FH(NTC) FH(det1) FH(det2) FH(det3) FH(prob) I H SVdT.1 F H(.1-.5) meno sensibile al segnale di input rispetto a F PGA (S S )

53 BARISCIANO Sezione 9 - ANALISI 1D vs 2D (Input Sismico: NTC) Amplificazione. Amplificazione QUAD4 più cautelativo FH EERA (NTC) FH QUAD (NTC) FH QUAKE (NTC) QUAKE sovrastima gli effetti di bordo FA 1D EERA (NTC) FA 2D QUAD (NTC) FA 2D QUAKE (NTC) SW 1 95 d cglp b3 a3 brp brp bedrock 9 bedrock 85 8 bedrock bedrock limi limi

54 BARISCIANO Sezione 1 Suddivisione in microzone Amplificazione FH medio FH max/min +/- dev.standard Amplificazione significativa nei terreni fluvio-lacustri 1. brp 15 1 SW a3 limi S4 b3 a3 bedrock 95 bedrock bedrock bedrock bedrock 9 85

55 Barisciano: Carta di microzonazione sismica

56 Castelnuovo limi bianchi

57 CASTELNUOVO Sezioni 5 e 6 Modelli analisi e validazione 6 5 CTNV5 CTNV1 CTNV9 CTNV6 CTNV2 CTNV1 CTNV7 CTNV9 CTNV5 ERT3 CTNV1 CTNV3 CTNV4 S1 ERT22 CTNV5 SSR f (HVSR > 2) Lineare-2D-Sez.5 Lineare-2D-Sez.6 Lineare-1D Frequenza [Hz]

58 CASTELNUOVO Sezione 5 - Versione estesa vs. ridotta Amplificazione, FA Amplificazione, Amplificazione, FH s FH conferma amplificazione sperimentale a 1 Hz sul rilievo Sez. 5 - estesa Sez. 5

59 CASTELNUOVO Sezione 6 - Suddivisione in microzone Amplificazione, FH.7-1.3s Amplificazione, FH.1-.5s amplificazione topografica evidente a basse frequenze (< 2 Hz)

60 SAN PIO delle CAMERE Sezione 7 Amplificazione da analisi non lineari 4 Amplificazione Amplificazione, FH.1-.5s 4 amplificazione sui detriti maggiore che sul deposito fluvio-lacustre (b3 su L)

61 Castelnuovo - S. Pio delle Camere: Carta di microzonazione sismica

62 In conclusione L intenso danneggiamento nei piccoli centri anche a distanze epicentrali elevate è stato diverse volte caratterizzato da effetti di sito, registrati da dati strumentali e interpretabili in base alle condizioni stratigrafiche e morfologiche locali del sottosuolo Le indagini in sito e le prove di laboratorio hanno confermato in genere l idoneità della scelta (o dell abbandono) dei siti C.A.S.E. e rappresentano un utile base di conoscenza sulle proprietà dei terreni per le analisi di risposta sismica locale ( studi di MS) L esperienza in corso di maturazione negli studi di MS in Abruzzo indica che un interazione virtuosa tra diverse competenze (sismologia, geologia, geofisica, ingegneria geotecnica e strutturale, urbanistica) può fornire risultati di estrema qualità ed affidabilità. I parametri di riferimento per le carte di MS di III livello sono ancora però oggetto di discussione con il DPC