Caratterizzazione dinamica dei terreni nell area del nuovo laboratorio di dinamica strutturale e geotecnica L.E.D.A. di Enna

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1 Caratterizzazione dinamica dei terreni nell area del nuovo laboratorio di dinamica strutturale e geotecnica L.E.D.A. di Enna Francesco Castelli, Eusebio Castellano, Francesco Contino, Valentina Lentini Facoltà di Ingegneria e Architettura, Università degli Studi di Enna Kore Via delle Olimpiadi, Enna Parole chiave: Terreni, caratterizzazione dinamica, prove in situ, prove di laboratorio. SOMMARIO Nel presente lavoro sono riportati i risultati relativi alla caratterizzazione statica e dinamica di un area ricadente nella zona industriale di Enna, dove è prevista la realizzazione di un polo integrato di Ricerca, Alta Formazione ed Innovazione denominato Progetto L.E.D.A. (Laboratory of Earthquake engineering and Dynamic Analysis), dotato di strutture specialistiche nel settore della dinamica strutturale e geotecnica. L utilizzo di un apparecchiatura di Colonna Risonante/Taglio Torsionale Ciclico, mediante l esecuzione di prove di laboratorio su campioni di terreno prelevati dal sito, ha permesso di ottenere risultati sui valori del modulo di taglio G e sullo smorzamento D e quindi di ricavare le leggi di degradazione di G e di incremento di D in funzione del livello di deformazione. I risultati sperimentali sono in sostanziale accordo con le più accreditate curve di letteratura relative a terreni di uguale natura. Sulla base dei risultati ottenuti si è successivamente proceduto all analisi della risposta sismica locale mediante l utilizzo di un codice di calcolo monodimensionale. 1 INTRODUZIONE Le tematiche geotecniche legate alla salvaguardia sismica sono di grande attualità in Italia, ed assumono rilevanza scientifica anche in relazione agli studi sugli effetti causati dai recenti terremoti che hanno colpito l Aquila (29) e l Emilia (212). In passato l esame di queste problematiche si è spesso limitato alla sola caratterizzazione geotecnica dei siti ed all analisi di fenomeni quali, ad esempio, la liquefazione, la subsidenza o l amplificazione sismica locale, senza pervenire a concreti suggerimenti circa la possibilità di intervenire per garantire la salvaguardia delle strutture. Di contro, le proposte d intervento di tipo strutturale sono a volte disgiunte dalla caratterizzazione statica e dinamica dei siti, dalla modellazione geotecnica del sottosuolo e dai possibili interventi per il miglioramento delle fondazioni degli edifici. Per raggiungere l obiettivo della riduzione del rischio sismico è necessario lo sviluppo di attività sperimentali innovative che consentano l approfondimento delle conoscenze nel campo della valutazione della pericolosità sismica dei siti e della vulnerabilità delle strutture in relazione all effettiva azione sismica. In tale valutazione un ruolo fondamentale è esercitato dalle condizioni locali del terreno, che possono determinare variazioni dell azione sismica con fattori di amplificazione variabili da 1 a 3 volte l azione originaria al bedrock. Una adeguata valutazione della risposta del terreno e dell interazione terreno-struttura richiede accurate indagini geotecniche, non soltanto in campo statico ma anche in quello dinamico. La determinazione del modulo di taglio iniziale G o del terreno, in particolare, ha assunto notevole importanza in numerosi problemi di geotecnica, specie per quanto riguarda la modellazione dinamica e la zonazione sismica locale, nonché per la sua correlazione a problemi

2 di interazione terreno-struttura anche di tipo statico. Con riferimento al comportamento dinamico dei terreni, può essere definito un piccolo campo di variazione delle deformazioni, limitato da una deformazione elastica limite di soglia, entro cui il comportamento rimane principalmente di tipo elastico e quindi con deformazioni reversibili. In questo intervallo le proprietà del terreno possono essere espresse dal modulo elastico di taglio iniziale G o, che rappresenta un modulo di tipo drenato capace di descriverne il comportamento. La difficoltà di una corretta e completa determinazione dei parametri dinamici dei terreni, comporta spesso il ricorso a correlazioni empiriche che fanno riferimento a grandezze di più facile valutazione in campo statico. L affinamento delle nuove tecniche di sperimentazione e di misura in campo dinamico, viceversa, permette di stimare i moduli di deformazione statici partendo da quelli dinamici, determinabili con più precisione per un campo di deformazioni lontano dalla rottura, in genere situato all interno della superficie di snervamento del terreno. Sotto il profilo geotecnico, gli scenari che possono aversi durante un sisma di prefissate caratteristiche, legati alle condizioni dei siti ed alle proprietà dei terreni di fondazione, possono essere suddivisi in due grandi categorie: la prima categoria comprende le aree in cui possono aversi fenomeni di instabilità dei terreni (aree instabili). E il caso dei terreni liquefacibili, dei pendii franosi, dei depositi argillosi soffici, dove, sotto l azione del terremoto, possono aversi collassi del terreno, scivolamenti o cedimenti incompatibili con la stabilità delle strutture (effetti locali). La seconda categoria comprende il caso di terreni di buona consistenza, ma in cui per effetto di particolari condizioni geomorfologiche e geotecniche, le caratteristiche del moto sismico alla superficie sono diverse rispetto a quelle del moto alla base rocciosa, di cui amplificano alcune componenti e ne attenuano altre ( effetti di sito ). Mentre nelle aree stabili in genere è sufficiente limitarsi a definire il comportamento dinamico del terreno nel campo delle basse e medie deformazioni (in condizioni cioè abbastanza lontane dalla rottura), nelle aree potenzialmente instabili è necessario caratterizzare il terreno anche in condizioni ultime e analizzare il comportamento post-sismico, dal momento che molti fenomeni di instabilità (ad esempio legati alla dissipazione delle pressioni interstiziali) possono verificarsi dopo il sisma. I corrispondenti campi deformativi possono essere esaminati con le diverse prove geotecniche cicliche e dinamiche in relazione al livello deformativo investigato. Nell ambito del Programma Operativo Nazionale Ricerca e Competitività per le regioni dell obiettivo convergenza (Campania, Puglia, Calabria, Sicilia) - Asse I: Sostegno ai mutamenti strutturali (Obiettivo Operativo Potenziamento delle strutture e delle dotazioni scientifiche e tecnologiche - Azione: rafforzamento strutturale ), il MIUR - ha finanziato all Università di Enna Kore un progetto per la realizzazione di un polo integrato di Ricerca, Alta Formazione ed Innovazione denominato Progetto L.E.D.A. (Laboratory of Earthquake engineering and Dynamic Analysis), dotato di strutture specialistiche nel settore dell Ingegneria Sismica e della Dinamica Sperimentale e di un Laboratorio di Dinamica dei Terreni (Figura 1). Figura 1. Il laboratorio L.E.D.A. Il progetto prevede la realizzazione di un centro dotato di due tavole vibranti di grandi dimensioni e capacità, la prima delle quali avrà dimensioni di circa 4 metri per lato, possibilità di riprodurre le storie temporali di accelerazioni su sei gradi di libertà. La seconda tavola vibrante avrà dimensioni e carico utile analoghe alla prima ma potrà muoversi secondo i due gradi di libertà corrispondenti alle traslazioni orizzontali. Le due tavole potranno essere usate separatamente per campagne di indagini diverse, ovvero utilizzate in maniera sincrona o asincrona per la simulazione sismica su strutture di grande luce come impalcati da ponte o sezioni di edifici industriali. Il laboratorio sarà anche attrezzato con un piastrone (strong floor) e muri di contrasto (strong walls) utili per eseguire prove su componenti strutturali in campo statico o pseudo-dinamico. Il progetto ha previsto anche il potenziamento del Laboratorio di Ingegneria Geotecnica e l acquisizione di alcune apparecchiature per la caratterizzazione dinamica dei terreni, con la costituzione di un apposita sezione di dinamica dei terreni. 1.1 Laboratorio di dinamica dei terreni L approfondimento delle conoscenze nel campo della caratterizzazione dinamica dei

3 terreni rappresenta il primo passo per la valutazione della risposta sismica locale e la zonazione sismica del territorio. Infatti, è possibile definire il comportamento dei terreni in condizioni sismiche attraverso l interpretazione dei risultati di prove di laboratorio finalizzate all osservazione sperimentale del comportamento ciclico e dinamico. Le tecniche adoperate ricorrono a misure locali di pressioni, carichi e spostamenti in condizioni cicliche e/o all interpretazione dei fenomeni di propagazione di onde di taglio generate all interno di provini di terreno da sollecitazioni dinamiche di tipo armonico o impulsivo. Nel campo delle procedure di testing avanzato, le prove di laboratorio permettono la misura locale delle deformazioni e delle tensioni, nonché di imporre deformazioni e percorsi tensionali simili a quelli che si verificano in caso di terremoto. In relazione al livello deformativo investigato le prove dinamiche e cicliche di laboratorio possono essere accorpate in due gruppi principali: prove a livelli deformativi medio-bassi e prove a livelli deformativi elevati. Nel primo gruppo rientrano le prove di Colonna Risonante (RC) e di Taglio Torsionale Ciclico (CLTST), mentre il secondo gruppo è rappresentato principalmente dalle prove Triassiali Cicliche (TXC). Le apparecchiature utilizzate nel presente studio sono in dotazione presso l Università di Enna Kore - Sezione di Ingegneria Geotecnica - e sono state impiegate per caratterizzare in campo dinamico i terreni nell area del nuovo laboratorio L.E.D.A., al fine di ottenere informazioni sui valori del modulo G e sullo smorzamento D del terreno e ricavare le leggi di degradazione di G e di incremento di D in funzione della variazione del livello di deformazione, nonché di caratterizzarne il comportamento tensiodeformativo ad elevati livelli di deformazione. Lo studio delle proprietà dinamiche di questi terreni assume particolare interesse, in quanto specie in presenza di depositi organici, per la loro bassa rigidezza al taglio e limitata capacità dissipativa, possono verificarsi fenomeni di amplificazione sismica anche ad elevate deformazioni tangenziali (Stokoe et al., 1994; Boulanger et al., 1998; Pagliaroli e Lanzo, 1999). Nel caso in esame, le proprietà dinamiche dei terreni, espresse in termini di modulo di taglio G e rapporto di smorzamento D, sono state determinate in un campo di deformazioni tangenziali compreso tra γ =.91% e.44% e per diverse tensioni di confinamento. La frequenza di applicazione della deformazione tangenziale è stata fatta variare tra 2 e 8 Hz. Le curve di decadimento del modulo di taglio e quelle di incremento del rapporto di smorzamento con la deformazione tangenziale sono state confrontate con altre famiglie di curve di letteratura, riscontrando un buon accordo con quelle più accreditate relative a terreni di uguale natura. 2 PROGRAMMA SPERIMENTALE 2.1 Premessa Considerata l importanza dell opera da realizzare, il progetto delle strutture è stato preceduto da una dettagliata campagna d indagine (Figura 2), comprendente prove in situ (sondaggi, prove geosismiche, ecc.) e di laboratorio in campo statico e dinamico. Figura 2. Planimetria dell area investigata. 2.2 Prove in situ Sono stati eseguiti n.3 sondaggi verticali a carotaggio continuo (Figura 2), spinti il n.1 (S1) fino alla profondità di 2, m dall attuale piano campagna, il n.2 (S2) fino a 3, m ed il n.3 (S3) fino a 2, m. Il sondaggio S2 è stato attrezzato per eseguire prove sismiche in foro del tipo Down-Hole (DH), mentre i sondaggi denominati S1 e S3 sono stati attrezzati con piezometro, allo scopo di monitorare il livello della falda acquifera, rilevata in due dei tre sondaggi eseguiti a profondità variabile tra 3, e 5, m dalla bocca foro. Dall esame delle stratigrafie risultanti dai sondaggi si evince che nell area interessata dalla costruzione del centro il terreno di fondazione è

4 costituito, nei primi metri di profondità, da sabbia fine limosa e/o limo argilloso debolmente sabbioso, passante più in profondità (a circa 6, m dal p.c.) ad argilla limosa di colore grigio azzurro. In tutti i tre sondaggi effettuati lo strato più superficiale (di spessore pari a circa 1,5 m) è costituito da terreno vegetale. Per determinare la velocità di propagazione delle onde di volume, note le quali è possibile risalire ai parametri di deformabilità del terreno, è stata programmata una prova Down-Hole (DH) in corrispondenza del sondaggio S2. Tra i vantaggi delle prove dinamiche in sito, infatti, si può ricordare che queste permettono di ottenere una descrizione più continua delle caratteristiche geotecniche con la profondità, oltre a consentire di esaminare un volume maggiore di terreno, permettendo così di definire in modo più rappresentativo i parametri di deformabilità. Tra gli svantaggi, quello principale è legato alle difficoltà nella determinazione delle condizioni al contorno del problema in esame; inoltre i risultati che si ottengono non sempre sono di agevole interpretazione, in quanto l esecuzione stessa della prova può introdurre fattori di disturbo che ne falsano l esito. Per queste ragioni le prove in situ e di laboratorio devono essere considerate classi di prove complementari e non alternative, che applicate in parallelo permettono di ottenere informazioni utili per la caratterizzazione dei terreni sia in campo statico che dinamico. Nella Figura 3 sono riportati i profili della velocità di propagazione delle onde di compressione (V p ) e di taglio (V s ) ricavati in sito attraverso la prova Down-Hole. L andamento dei due profili evidenzia un progressivo incremento con la profondità sia dei valori di V s che di V p, con un range di variazione compreso rispettivamente tra circa 124 e 384 m/sec (V s ) e tra circa 351 e 134 (V p ). Tali valori risultano in buon accordo sia con quelli di V s ricavati mediante un indagine sismica di superficie di tipo MASW (Tokimatsu, 1995), i cui risultati sono riportati nella Tabella 1, che con quelli di V p ricavati mediante una tomografia sismica di superficie (Figura 4). Tabella 1. Risultati prova MASW. Strato Profondità Spessore V s (m) (m) (m/sec) H/V s 1 1,51 1,51 111, ,4 1,89 121, ,77 2,36 175, ,72 2,95 2, ,41 3,69 286, ,3 4,62 32, , 12,98 281,462 Figura 3. Profili delle velocità ricavati da una prova DH. 2.3 Prove di laboratorio Per la caratterizzazione geotecnica e la valutazione delle proprietà meccaniche dei terreni di fondazione sono state eseguite sui campioni prelevati nel corso dei sondaggi prove di laboratorio comprendenti: analisi granulometrica, determinazione del peso dell unità di volume e del peso specifico dei grani, del contenuto naturale d acqua, del grado di saturazione e dei limiti di consistenza (Tabelle 2 e 3). Figura 4. Sezione tomografica. Sono state eseguite inoltre alcune prove di compressione edometrica (Figura 5), prove di taglio diretto per la determinazione dei parametri di resistenza in condizioni drenate e sui campioni di natura limo-argillosa prove triassiali di tipo non consolidato non drenato (UU). I risultati di tali prove sono riportati nella Tabella 3. Tabella 2. Parametri geotecnici 1/2. Camp. Prof. A L S γ w n (m) (%) (%) (%) (kn/m 3 ) (%) S1/C2 6, 39,36 41,31 19,32 2,21 19,9 S2/C1 2, 12,34 14,46 71,59 19,26 19,33 S2/C2 5,5 3,73 39,5 25,61 19,66 31,26 S2/C4 15,5 35,33 44,94 19,74 2,1 2,2 S3/C1 1,5 11,75 17,97 64,41 19,1 2,99 S3/C2 4, 5,39 2,25 89,38 19,67 13,76 S3/C3 8, 2,6 27,7 52,29 2,26 2,27 S3/C4 15,3 28,5 48,71 22,79 2,5 22,74

5 Tabella 3. Parametri geotecnici 2/2. Camp. Prof. γ s I p e o c u φ (m) (kn/m 3 ) (%) (kn/m 2 ) ( ) S1/C2 6, 24, S2/C1 2, 25, S2/C2 5,5 25,52 33,47, S2/C4 15,5 24,87 42,12, S3/C1 1,5 25,47 11, S3/C2 4, 25,57 -, S3/C3 8, 27,3 8,58, S3/C4 15,3 25,23 48,84, La composizione granulometrica dei campioni di terreno sottoposti a prova comprende sia quelli di natura prevalentemente sabbiosa (S2/C1, S3/C1 e S3/C2), che quelli di natura limoargillosa (S1/C2, S2/C2, S2/C4, S3/C3 e S3/C4). I limiti di Atterberg, eseguiti sul passante al vaglio 4 della serie ASTM, sono risultati pari a w l = 29 66%, I p = 9 34%, mentre il contenuto naturale in acqua è risultato w n = 14 31%. Indice dei vuoti e Log σ ' v (kpa) Figura 5. Risultati prove di compressione edometrica. La resistenza al taglio in condizioni non drenate dei campioni di terreno a prevalente composizione limo-argillosa, stimata con prove triassiali di tipo U-U, è c u = kn/m 2, mentre in condizioni drenate l angolo di resistenza al taglio dei campioni a prevalente composizione sabbiosa, stimato mediante prove di taglio diretto, è φ = CARATTERIZZAZIONE DINAMICA DEI TERRENI 3.1 Premessa S2/C2, prof. 5.5 m S3/C2, prof m S3/C3, prof. 8.4 m S3/C4, prof m S2/C4, prof m Per valutare le proprietà dinamiche del terreno sono state eseguite diverse prove al variare della pressione di confinamento. Per la determinazione sperimentale delle leggi di variazione del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D, su alcuni provini ricavati dai campioni S1/C2, S2/C1 e S2/C4, sono state eseguite misure di rigidezza con l apparecchio di Colonna Risonante, a pressioni di confinamento corrispondenti a circa la pressione litostatica efficace. Nelle prove RC si applicano in genere carichi variabili con legge sinusoidale e con frequenze elevate, in modo da raggiungere le condizioni di risonanza. A livelli deformativi bassi e medi i carichi sono generalmente applicati con frequenze comprese fra 1 e 1Hz. A livelli deformativi elevati i carichi hanno frequenze generalmente comprese fra.1 e 1Hz. Se non si deve indagare sul comportamento a rottura di un terreno, le prove di Colonna Risonante (RC) e Taglio Torsionale Ciclico (CLTST) risultano sufficientemente adeguate per la caratterizzazione in condizioni sismiche. Per investigare invece il comportamento tensio-deformativo ad alti livelli di deformazione (ε a > 1-2 %), per determinare la resistenza ultima in campo dinamico, nonché per analizzare il comportamento post-ciclico, possono essere utilizzate le prove triassiali cicliche (TXC). Dai risultati di una prova TXC, infatti, possono essere rappresentati su un piano (τ - γ) i cicli di isteresi e quelli che forniscono l andamento nel tempo dei carichi, delle deformazioni assiali e delle pressioni interstiziali. Dai cicli di isteresi è possibile ricavare i parametri di deformabilità e di smorzamento ad alti livelli deformativi ed osservare il comportamento in compressione ed in estensione dei campioni esaminati. Le apparecchiature di Colonna Risonante (RC) e Taglio Torsionale Ciclico (CLTST) e Triassiale Ciclico (TXC) utilizzate nel presente studio sono in dotazione presso il Laboratorio di Geotecnica dell Università di Enna Kore (Figura 6). 3.2 Modulo di taglio e rapporto di smorzamento da prove di laboratorio Il modulo di taglio G è il modulo di scaricoricarico valutato attraverso le prove RC e CLTST, mentre G o è il valore massimo od anche il valore di plateau osservato sulla curva G-log(γ). Generalmente G è costante fino a quando non viene superato un valore limite di deformazione. Questo limite è chiamato soglia di deformazione elastica e si ritiene che per deformazioni inferiori il terreno esprima un comportamento elastico. Le prove RC sono state condotte su provini di forma cilindrica con raggio di 5 mm ed altezza di 1 mm, utilizzando attuatori di carico di tipo elettromagnetico per eseguire nella stessa apparecchiatura anche prove di taglio torsionale ciclico.

6 Le leggi di variazione del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D per alcuni dei campioni sottoposti a prova (Tabella 4) sono riportate rispettivamente nelle Figure 7 e 8. I risultati sperimentali sono stati utilizzati per determinare i parametri empirici dell equazione: G( γ) 1 = G 1+ αγ(%) o β (1) proposta da Yokota et al. (1981) per descrivere il decadimento del modulo di taglio normalizzato G(γ)/G o, in cui: G(γ) = modulo di taglio; G o = modulo di taglio iniziale; γ = deformazione tangenziale; α, β = costanti dipendenti dal tipo di terreno. L espressione (1) consente di valutare la degradazione completa del modulo di taglio con il livello di deformazione. Modulo di taglio, G (MPa) in cui: D(γ) = smorzamento dipendente dalla deformazione; γ = deformazione tangenziale; η, λ = costanti dipendenti dal tipo di terreno S1/C2 S2/C1 S2/C4,1,1,1,1 1, Figura 7. Variazione del modulo di taglio G. 2 Deformazione, γ (%) Rapporto di smorzamento, D (%) S1/C2 S2/C4 S2/C1 Figura 6. Apparecchio Triassiale Ciclico (TXC). Tabella 4. Risultati delle prove RC. Camp. Prof. σ' v G o α β (m) (kn/m 2 ) (MPa) S1/C2 6, ,19 21,22 1,325 S2/C1 2, 39 25,93 32,52 1,25 S2/C4 15, ,4 21,22 1,325 Per i campioni denominati S1/C2 e S2/C4, costituiti entrambi da argilla limosa di colore grigio-azzurro, sono stati ottenuti i valori di α = 21,22 e β = 1,325; per il campione denominato S2/C1, costituito da sabbia limosa-argillosa, sono stati ottenuti i valori di α = 32,52 e β = 1,25 (Figura 9). Sulla base di quanto proposto da Yokota et al. (1981), la variazione inversa dello smorzamento rispetto al modulo di taglio normalizzato G(γ)/G o assume un andamento esponenziale espresso dalla seguente relazione: G( γ) D( γ)(%) = η exp λ G o (2) Modulo di taglio normalizzato, G/G o,1,1,1,1 1, 1,2 1,,8,6,4,2 S1/C2 Yokota et al. (1981) S2/C1 S2/C4 Deformazione γ, (%) Figura 8. Variazione del rapporto di smorzamento D. Nelle Figure 9 e 1 sono riportate le curve del modello di Yokota et al. (1981), ottenute per regressione sui valori sperimentali, rappresentanti rispettivamente la variazione del modulo di taglio normalizzato G/G o con la deformazione γ e la variazione inversa dello smorzamento D, espressa dalla relazione (2), rispetto al modulo di taglio normalizzato.,,1,1,1,1 1, Deformazione γ, (%) Figura 9. Variazione modulo di taglio normalizzato G/G o.

7 Rapporto di smorzamento, D (%) S1/C2 S2/C4 S2/C1 Yokota et al. (1981),1,2,3,4,5,6,7,8,9 1, Modulo di taglio normalizzato G/G o Figura 1. Relazione tra rapporto di smorzamento e G/G o. Nel caso dei campioni sottoposti a prova, sono stati ottenuti i seguenti valori per le espressioni delle curve di regressione del modello di Yokota et al. (1981): η = 18,69 e λ = -1,642 per S1/C2, η = 15,35 e λ = -1,651 per S2/C1 e η = 19,57 e λ = - 1,491 per S2/C4 (Figura 1). 4 VALUTAZIONE RISPOSTA SISMICA Per lo studio e la valutazione di eventuali effetti di sito è stato utilizzato il codice di calcolo 1-D EERA (Bardet et al., 2), che permette di valutare la risposta sismica del terreno in campo monodimensionale piano. In tale modello, infatti, le differenti litologie sono disposte secondo strati di terreno orizzontali, paralleli ed infinitamente estesi. Il codice EERA è implementato tramite un foglio di calcolo EXCEL e consente di descrivere i diversi strati di terreno, oltre alla possibilità di inserire i risultati ottenuti da prove di colonna risonante, per ciò che attiene le leggi di variazione del modulo di taglio G e dello smorzamento D utilizzate nell elaborazione della risposta sismica. La schematizzazione del profilo del sito è stata condotta mediante la definizione di strati di terreno con diverso spessore, caratterizzati dai valori del peso dell unità di volume ricavati mediante le prove di laboratorio e dai valori di V s ricavati dalla prova Down-Hole (Figura 3). Per l analisi della risposta sismica è stato considerato un profilo di riferimento costituito da terreno di riporto fino alla profondità -1,5 m, seguito da limo argilloso debolmente sabbioso fino alla profondità di -6, m e da argilla limosa fino a una profondità max variabile tra -5 e -7 m dal p.c. Relativamente alla scelta dell input sismico al bedrock (H = 5 7 m), tenuto conto dei valori della accelerazione previsti dalla normativa vigente (Figura 11), si è ritenuto rappresentativo uno studio basato sulle registrazioni del terremoto della Sicilia orientale del 13 dicembre 199. Gli studi precedenti su tale terremoto (Rovelli et al., 1991; Frenna e Maugeri, 1995) hanno evidenziato come abbiano giocato un ruolo determinante i fenomeni di amplificazione della risposta sismica locale. Tali fenomeni sono stati riscontrati molto chiaramente nella località Saline della città di Augusta, nonché nella Piana di Catania (Castelli et al., 2; Cavallaro et al., 22; Grasso et al., 25; Capilleri et al., 28). Durante il terremoto del , nella stazione accelerometrica dell ENEL ubicata a Sortino (SR) a circa 9 km dall area in studio, è stata registrata su roccia una accelerazione massima di circa 1, m/sec 2 (Figura 12), compatibile con quella prevista dalla normativa per il sito in esame (Maugeri & Frenna, 1995). Per quanto riguarda le leggi di variazione dei parametri dinamici, modulo di taglio G e smorzamento D, in funzione della deformazione tangenziale γ, si è fatto uso delle equazioni proposte da Yokota et al. (1981) con i parametri ricavati dalle prove di Colonna Risonante (RC) eseguite sui campioni di terreno prelevati in sito. Figura 11. Pericolosità sismica di base nell area in esame. L analisi 1-D con il codice EERA (Bardet et al., 2) ha restituito i risultati riportati nelle Figure in termini rispettivamente di: accelerogramma ottenuto mediante risposta sismica in superficie, profilo delle accelerazioni massime e fattore di amplificazione. Figura 12. Terremoto del registrato a Sortino.

8 È da notare che i risultati dell elaborazione permettono di apprezzare modeste amplificazioni della risposta sismica locale, con un valore massimo dell accelerazione in superficie pari a,135g (Figure 13 e 14). Accelerazione (g),15,1,5 -,5 -,1 -, Tempo (sec) Figura 13. Accelerogramma ottenuto mediante risposta in superficie. Profondità (m) Accelerazione massima (g),5,1,15 Figura 14. Profilo valori massimi di accelerazione indotti in uno strato rigido di profondità 6 m. Il sito studiato ricade in un area con sismicità moderata, ed il valore dell accelerazione massima in superficie che si ricava dall analisi di risposta sismica locale, è in linea con l accelerazione orizzontale massima attesa a g fornita dalla vigente normativa (NTC, 28) in condizioni di campo libero e superficie topografica orizzontale, tenuto conto del coefficiente stratigrafico S s relativo alla categoria di sottosuolo di riferimento a cui appartiene l area in esame. 5 CONCLUSIONI Nel presente lavoro vengono riportati i risultati preliminari della caratterizzazione in campo statico e dinamico dei terreni di un sito della città Rapporto di amplificazione di Enna. L area è stata scelta per la costruzione di un centro destinato ad ospitare un polo integrato di Ricerca, Alta Formazione ed Innovazione, denominato Progetto L.E.D.A., dotato di strutture specialistiche nel settore dell Ingegneria Sismica e della Dinamica Sperimentale e di un Laboratorio di Dinamica dei Terreni. Partendo dalla modellazione geotecnica del sottosuolo, mediante un noto codice di calcolo 1- D, sono stati valutati gli effetti in superficie dello scenario di pericolosità al bedrock. Le simulazioni numeriche sono state condotte ipotizzando che quest ultimo sia collocato a profondità di -5 m, -6 m e -7 m dal p.c. La possibilità di usufruire di numerose prove in situ e di laboratorio ha permesso una buona caratterizzazione dei terreni e soprattutto di definire il modello di sottosuolo finalizzato alla valutazione della risposta sismica locale. La finalità del presente lavoro è innanzitutto quella di evidenziare l importanza di una adeguata caratterizzazione geotecnica nell ambito delle problematiche connesse al comportamento dei terreni sotto carichi ciclici e dinamici. L utilizzo di un apparecchiatura di Colonna Risonante ha permesso di ricavare le leggi di variazione del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D in funzione del livello di deformazione, successivamente impiegate per la analisi della risposta sismica locale. I risultati ottenuti sono stati utilizzati per un confronto con la procedura di classificazione del sottosuolo e di valutazione dell azione sismica prevista dalla vigente normativa, rilevando che la accelerazione massima in superficie che si ricava dall analisi di risposta sismica locale è in linea con l accelerazione orizzontale massima attesa Frequenza (Hz) Figura 15. Fattore di amplificazione massimo tra superficie e basamento (H m = 6 m) indotto dal sisma. RINGRAZIAMENTI La presente ricerca è stata parzialmente finanziata con i fondi del Progetto Triennale

9 DPC/RELUIS , Task MT2 (Fondazioni superficiali e su pali). REFERENCES Bardet, J. P., Ichii, K., and Lin, C.H., 2. EERA - A computer program for equivalent-linear earthquake site response analyses of layered soil deposits. University of Southern California, Department of Civil Engineering. Boulanger, R.W., Arulnathana, R., Harder, L.F., Torres, R.A., and Driller, M.W Dynamic properties of Sherman Island Peat, Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, ASCE, 124(1), Capilleri, P., Grasso, S., Maugeri, M., and Cavallaro, A.M. 29. Caratterizzazione geotecnica e amplificazione sismica nella zona industriale di Catania. Atti XIII Convegno ANIDIS - L Ingegneria Sismica in Italia, Bologna, 28 Giugno - 2 Luglio 29, 9 p., S7-5. Castelli, F., Cavallaro, A., Grasso, S., and Maugeri, M., 2. Seismic Geotechnical Hazard of the City of Catania (Italy). Proceedings of the 3 rd Japan-Turkey Workshop on Earthquake Engineering, Istanbul, February 2, Cavallaro, A., Grasso, S. and Maugeri, M., 22. Seismic Geotechnical Hazard and Soil Response Analysis for the Historical Ecclesiastical Buildings of the City of Catania (Italy). Proceedings of the 7 th U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Boston, July 22. Frenna, S.M. & Maugeri, M., Analisi della risposta del terreno nella Piana di Catania durante il terremoto del Atti VII Convegno Nazionale ANIDIS - L Ingegneria Sismica in Italia, Siena, Settembre 1995, Grasso, S., Laurenzano, G., Maugeri, M., and Priolo, E., 25. Seismic response in Catania by different methodologies. Chapter IV in: Seismic Prevention of Damage: A Case Study in a Mediterranean City. M. Maugeri Editor. WIT Press, Southampton (UK), Lanzo, G. & Pagliaroli, A. 27. Comportamento ciclico di terreni argillosi della città di Roma. Atti XIII Convegno ANIDIS - L Ingegneria Sismica in Italia, Bologna, 28 Giugno - 2 Luglio 29, 11 p., S7-19. Maugeri, M. & Frenna, S.M Soil-response analyses for the 199 South-East Sicily earthquake. Proceedings 3 rd International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Eng. and Soil Dynamics, St. Louis, Vol. II, no.9.17, N.T.C Norme Tecniche per le Costruzioni (Decreto Ministeriale 14 Gennaio 28). Rovelli, A., Boschi, E., Cocco, M., Di Bona, M., Berardi, R., and Longhi, G., Il terremoto del 13 dicembre 199 della Sicilia Orientale: analisi dei dati accelerometrici. Contributi allo studio del terremoto della Sicilia Orientale del 13 Dicembre 199. Istituto Nazionale di Geofisica, Roma. Stokoe, K.H., Bay, J.A., Rosenbald, B.L., Hwang, S.K., and Twede, M.R In situ seismic and dynamic laboratory measurements of geotechnical materials at Queensboro Bridge and Roosevelt Island. Geotechnical Engineering Report No.GR94-5, Civil Engineering Dept., University of Texas at Austin. Tokimatsu, K Geotechnical site characterization using surface waves. Proceedings First International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, IS-Tokyo 95, Tokyo, Balkema, Rotterdam, Yokota, K., Imai, T., and Konno, M Dynamic deformation characteristics of soils determined by laboratory tests. Tokyo OYO Technical Reports, no.3,