MODELLAZIONE DELLA RISPOSTA SISMICA LOCALE

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE FACOLTÀ DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI GEORISORSE E TERRITORIO CENTRO STUDI E RICERCHE SPRINT MODELLAZIONE DELLA RISPOSTA SISMICA LOCALE SERM-ACTION Corso universitario di perfezionamento Valutazione della risposta sismica locale ai fini antisismici Tito SANÒ Centro ricerca CERI Università La Sapienza Roma SERM - m.riuscetti Venzone 29 agosto

2 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE Centro studi e ricerche SPRINT Ciclo di corsi di perfezionamento in SEISMIC RISK MANAGEMENT SERM VALUTAZIONE DELLA RISPOSTA SISMICA LOCALE AI FINI ANTISISMICI Gli esiti degli studi di RSL Risultati attesi della RSL La RSL nella microzonazione sismica Caso dell Aquila Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 1

3 Risultati attesi Dipendono dall uso che se ne intende fare: Una funzione che rappresenti istante per istante il moto sismico presente al suolo, per esempio: l accelerogramma, il suo spettro di Fourier, o i suoi spettri di risposta in accelerazione, velocità e/o spostamento in funzione di un valore prefissato di smorzamento critico; Una grandezza scalare che quantifichi l effetto medio di amplificazione locale presente al sito, per esempio: il rapporto tra il valore dell accelerazione di picco (PGA) al suolo e quello di input, il rapporto spettrale tra lo spettro di risposta in accelerazione, velocità e spostamento al suolo e quello di input per un valore prefissato di smorzamento critico e per un determinato valore del periodo di vibrazione o il rapporto tra il valore integrale di output e di input, calcolati su determinati spettri di risposta Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 2

4 Risultati attesi Tra questi ultimi i più usati sono i rapporti degli indici di Housner tra il moto in superficie e quello di riferimento. Possono essere considerati come rapporti medi degli spettri in alcuni campi di frequenza. L'indice di Housner è calcolato mediante l'integrale dello spettro di risposta di pseudo velocità, PSV, nell intervallo di periodi di interesse Ti-Tf. H = PSV( T) dt x T f T i L intervallo d integrazione Ti-Tf, nella definizione originaria di Housner vale s, ma è più corretto far riferimento a più valori a seconda della tipologia di costruzione presente nel sito in studio: FA FA FA FA FA FA = output FA viene usato spesso per edifici più rigidi come quelli in muratura, FA o FA per strutture isolate alla base Questo tipo di risultato viene spesso usato nel caso sia necessario produrre una mappa del territorio con i valori di amplificazione rispetto ad un moto definito dalla normativa. H H input Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 3

5 FA come rapporto tra gli indici di Housner Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 4

6 Le Norme Tecniche per le Costruzioni (2008) Ai fini della definizione dell azione sismica di progetto, si rende necessario valutare l effetto della risposta sismica locale mediante specifiche analisi,... In assenza di tali analisi, per la definizione dell azione sismica si può fare riferimento a un approccio semplificato, che si basa sull individuazione di categorie di sottosuolo di riferimento. La prima delle modifiche più sostanziali rispetto alle norme del 2005 consiste nella dipendenza dell amplificazione spettrale dall intensità del moto, adeguandosi alla normativa USA. La seconda riguarda l eliminazione delle zone sismiche e l assegnazione del moto sismico di riferimento (su terreno piano e rigido) per ogni sito di costruzione in Italia. Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 5

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8 Le Norme Tecniche per le Costruzioni (2008) Le forme spettrali sono definite dai valori dei seguenti parametri: ag accelerazione orizzontale massima al sito; Fo 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. In allegato alla norma, per tutti i siti italiani, sono forniti i valori dei tre parametri. In base a questi parametri e ai coefficienti di amplificazione locale la forma dello spettro di riferimento è la seguente: Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 7

9 Fattori di amplificazione FA e FV Sono i rapporti tra i massimi valori degli spettri di accelerazione e di pseudo-velocità. TC' = 2* π PSVm i SPAm i TC = 2* π PSVm o SPAm o Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 8

10 La microzonazione sismica La microzonazione sismica ha lo scopo di riconoscere ad una scala sufficientemente piccola (scala comunale o sub comunale) le condizioni di sito che possono modificare sensibilmente le caratteristiche del moto sismico atteso (risposta sismica locale) o possono produrre deformazioni permanenti rilevanti per le costruzioni e le infrastrutture. In sostanza lo studio di microzonazione restituisce una mappa del territorio nella quale sono indicate: le zone in cui il moto sismico viene modificato rispetto a quello atteso in condizioni ideali di terreno rigido (suolo A della norma nazionale) e pianeggiante, a causa delle caratteristiche litostratigrafiche del terreno e geomorfologiche del territorio. le zone in cui sono presenti o suscettibili di attivazione fenomeni di deformazione permanenti del territorio indotti o innescati dal sisma (instabilità di versante, assestamenti, liquefazioni, fagliazione superficiale). Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 9

11 La microzonazione sismica La carta di microzonazione fornisce una base conoscitiva sulla pericolosità sismica locale delle diverse zone e consente di stabilire delle gerarchie di rischio, la cui identificazione è indispensabile per la programmazione di interventi di riduzione del rischio sismico nelle aree edificate e per la realizzazione di nuove opere. E pertanto uno strumento essenziale per il governo del territorio nelle zone sismiche Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 10

12 La microzonazione sismica La microzonazione sismica si può effettuare a diverse scale: L'analisi di primo livello può essere effettuata anche a grande scala (1: e inferiori), al limite nazionale. Il prodotto più importante di questa analisi è la raccolta di tutti i dati geologici e geotecnici già esistenti sul territorio ed una indicazione delle zone più o meno stabili. Le analisi di secondo livello, che richiedono una buona conoscenza del territorio, devono necessariamente essere effettuate a livello subregionale e locale (1: :2.000) e conducono alla determinazione delle modifiche dell'azione sismica e degli effetti cosismici. Si usano metodologie semplici ed approssimate, ma adeguate al livello di conoscenza del territorio.. Le analisi di terzo livello richiedono una conoscenza ancor più dettagliata del territorio ed una indagine più approfondita dei fenomeni di amplificazione e di instabilità specie nelle aree in cui i metodi approssimati usati nel secondo livello non sono applicabili. Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 11

13 La microzonazione sismica Le attività volte sia al reperimento di dati conoscitivi sia allo studio dell amplificazione sismica richiedono l impegno di professionalità tecniche e scientifiche ad ampio spettro. Pertanto è necessario seguire un metodo multicriterio, che integri risultati di analisi provenienti da diverse aree disciplinari: geologia e geomorfologia (caratterizzazione dell assetto stratigrafico e strutturale, delle litologie e della geomorfologia dei siti, con indicazioni generali sullo stato di consistenza e fratturazione dei terreni); geofisica (individuazione mediante prospezioni dei profili di velocità delle onde sismiche nei terreni, individuazione sperimentale di fattori di amplificazione relativi a misure a basso livello di energia); geotecnica (individuazione delle proprietà meccaniche dei terreni sulla base delle indagini già disponibili e di quelle appositamente eseguite), con conseguente modellazione di alcune sezioni rappresentative; ingegneria delle strutture (riconoscimento degli indizi di amplificazione locale dall esame del danno agli edifici dovuto ad eventuali terremoti già avvenuti nell area, opportunamente trattato per tenere conto delle differenti vulnerabilità degli edifici e della correlazione spaziale); Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 12

14 Dott. Ing. Tito Sanò esiti della RSL e la normativa sismica 13

15 Terremoto dell Aquila ( ) Non esiste alcuna registrazione su suolo rigido piano da poter assumere come moto di riferimento. Lo scopo del lavoro è la definizione del moto sismico su roccia affiorante e il confronto con la normativa tenendo conto delle registrazioni della scossa principale. Metodo Deconvoluzione del segnale sismico registrato sulla superficie del terreno soffice per riportarlo a quella sul bedrock affiorante. Situazione attuale L unica stazione su un terreno di cui si conosce il profilo stratigrafico e quello delle Vs è quella denominata Centro Valle (AQV) su cui è stato registrato un picco di accelerazione intorno a 0.60 g Il terreno è ghiaioso. E nota la distribuzione della rigidezza con la profondità, ma non sono note le caratteristiche di decadimento delle proprietà con la deformazione e quindi col crescere dell intensità del terremoto. Tali caratteristiche sono rilevanti specie per le scosse di grande intensità.

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17 Registrazioni al sito Centro Valle (AQV) accelerazione g valle-ns tempo accelerazione g valle-ew tempo

18 Spettri di risposta degli accelerogrammi registrati accelerazione g valle-ew Periodo s accelerazione g valle-ns Periodo s

19 Schema di calcolo

20 Profilo di Vs nel sito di Centro Valle H (m) VS m/s

21 G/G0-koku-l G/G0-koku-u G/G0-koku-m G/G0-hata G/G0-anasta G/Go(Idriss) G/G o(roll) G/Go(Garf1) G/Go(Garf2) G/Go(Mess) G/Go(US) G/Gomedia D(%)-koku-l D(%)-koku-u D(%)-koku-m D(%)-hata D-anasta D%(Idriss) D%(Roll) D%(Garf1) D%(Garf2) D%(Mess)) D%(US) D%media gamma % Rollins= lower bound Seed = upper bound gamma %

22 Sono state effettuate le analisi di deconvoluzione al sito di Centro VALLE Sia per la direzione Nord-Sud sia per quella Est-Ovest. I risultati sono riportati in forma di spettri di risposta su bedrock affiorante nei caso medio e lineare Direzione E-W lower-ew medio-ew upper-ew lineare-ew superficie-ew periodo (s)

23 Direzione N-S lower-ns medio-ns upper-ns lineare-ns superficie-ns periodo (s)

24 Risultati nel caso medio confrontati con gli spettri in superficie Accelerazione (g) medio-ew medio-ns superficie-ns superficie-ew periodo (s)

25 Confronto tra gli spettri su terreno rigido calcolati nel caso medio e quelli di Hazard per L Aquila a differenti periodi di ritorno Accelerazione (g) medio-ew medio-ns tr=475 tr=1000 tr= periodo (s)

26 Risultati dell analisi SHAKE nel caso di proprietà medie della ghiaia Accelerazione (g) medio-ew medio-ns tr=475 TR=1000 TR= periodo (g)

27 Risultati di Antonio Costanzo Dipartimento di Difesa del Suolo dell Università della Calabria 2.5 R &VD15 (bed 800 m/s) accelerazione spettrale (g) PGA=0.62g V S,bed =800 m/s PGA=0.55g V S,bed =1250 m/s R &VD15 (bed 1250 m/s) input - superficie NTC08 Tr=475 anni NTC08 Tr=2475 anni periodo (s)

28 Accelerazione (g) Valori di SA e SV superf-ew roccia-ew roccia-ew superf-ew Periodo (s) DIREZIONE EW Roccia SA=1.374 SV=0.057 Tc=0.26 Superficie SA=1.21 SV=0.082 Tc=0.427 Accelerazione (g) superf-ns roccia-ns roccia-ns superf-ns Periodo (s) Direzione NS Roccia SA=1.33 SV=0.06 Tc=0.283 Superficie SA=1.14 SV=0.089 Tc=0.49

29 Spettri di spostamento Spostamento (m) medio-ew medio-ns nor-tr2500 nor-tr475 nor-tr1000 Haz-tr475-50% Haz-tr975-50% periodo (s)