Comune di San Pietro in Guarano Provincia di Cosenza

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1 Coune di San Pietro in Guarano Provincia di Cosenza Miglioraento sisico edificio strategico OCDPC 171 del Municipio Sede C.O.C. Corso Uberto I PROGETTO ESECUTIVO R03. RELAZIONE SULLA PERICOLOSITA SISMICA Il Sindaco Il R.U.P. I Progettisti Il Geologo Francesco Cozza Arch. Alfonso Quintieri Arch. Giulio Cesare Guccione Dott. Giovanni Marra Ing. Marco Lanza C.S.P. e C.S.E. Dott. Salvatore Acri

2 INDICE 1 PREMESSA 2 2 STORIA SISMICA DEL SITO Pericolosità sisica del sito Zone Sisogenetiche 5 3 DEFINIZIONE DELLE AZIONI SISMICHE CON RISPOSTA SISMICA LOCALE 9 4 PROCEDURA DI CALCOLO 14 5 ANALISI DINAMICA PER LO STATO LIMITE SLO 20 6 ANALISI DINAMICA PER LO STATO LIMITE SLD 26 7 ANALISI DINAMICA PER LO STATO LIMITE SLV 32 8 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE 38 1

3 1 PREMESSA Il sottoscritto geologo Dott. Giovanni MARRA, su incarico ricevuto dall Ainistrazione Counale di San Pietro in Guarano, giusta deterinazione n.251 del 14/09/2015, ha redatto la presente Relazione sulla Pericolosità Sisica Locale Modellazione Sisica di Sito relativa al progetto di LAVORI DI MIGLIORAMENTO SISMICO DEL MUNICIPIO DI SAN PIETRO IN GUARANO - SEDE COC (OCDPC n.171 del art.2 coa 1, punto b). Al Coune di San Pietro in Guarano è stato riconosciuto dalla Regione Calabria, a valere sui fondi di cui all art. 2 coa 1 punto b) dell OCDPC 171/2014, un finanziaento di ,59 per l intervento di iglioraento sisico proposto con il presente progetto; questo ha l obiettivo di conseguire il valore inio del rapporto capacità/doanda pari al 60% e counque un auento della capacità non inferiore al 20% a quella corrispondente all adeguaento sisico. Lo scopo principale di tale intervento è quello di stabilire se l edificio esistente è in grado o eno di resistere alla cobinazione di progetto richiesta dalla nora; a tal fine le NTC e la Circolare applicativa forniscono gli struenti per la valutazione della sicurezza dell edificio. Le costruzioni esistenti cui si applicano le nore sopra citate sono quelle la cui struttura sia copletaente realizzata alla data della redazione della valutazione di sicurezza e/o del progetto di intervento. La valutazione della sicurezza sisica del fabbricato in questione viene condotta nel rispetto dei requisiti e dei procedienti che vengono esposti dalle NTC 2008 integrate con la Circolare applicativa, relativaente agli edifici a struttura ista. Per vulnerabilità sisica di un edificio si intende pertanto l attitudine dello stesso a resistere ad un terreoto di progetto per ezzo delle capacità di deforazione e resistenza delle sue strutture verticali ed orizzontali. Il fabbricato in oggetto,risalente al 1600, è costituito da n 3 ipalcati più copertura a falde. L altezza edia di piano è di La casa unicipale Palazzo Collice fa parte di un aggregato con strutture che si estendono principalente lungo una direzione, Via Corso Uberto I, per circa 60,00, entre l altra direzione presenta diensioni di un singolo fabbricato, circa 14,00. La conforazione condiziona il coportaento strutturale, sollecitando con coportaento torsionale la parte centrale dell aggregato, in grado di innescare rotture per sforzo di taglio, oggetto di analisi per la ricerca della soluzione strutturale di progetto. Dal punto di vista altietrico, non sono presenti significative differenze tra prospetti dell aggregato. Il terreno naturalente presenta circa 4 di dislivello tra il lato di onte e quello 2

4 di valle. Il corpo centrale presenta un altezza aggiore rispetto agli altri, questa caratteristica coporta una irregolarità in altezza, oltre quella in pianta già enunciata. Le urature della casa unicipale sono costituite da pietrae a spacco di discreta qualità, leggerente sbozzato e disposto in aniera irregolare. La tipologia uraria è pressoché unifore su tutto l aggregato, a eno dell ultio piano con paraenti urari in attoni forati, a causa di intervento successivo di sopraelevazione. Gli eleenti orizzontali sono costituiti da diverse tipologie costruttive. In particolare si distinguono volte e solai piani. Tutti i solai di copertura sono realizzati con travi prefabbricate e laterizi con sovrastante anto di copertura in coppi. Tutti gli eleenti orizzontali, sia solai piani che di copertura, sono provvisti di cordolatura perietrale. Dall analisi storico-critica, reperendo tutta la docuentazione progettuale dell iobile disponibile dall archivio unicipale, è stato possibile ottenere inforazioni riguardo i lavori e le odifiche subite dall iobile nel tepo. Tali inforazioni sono state utili alla conoscenza del fabbricato e alla caratterizzazione degli interventi di iglioraento sisico. La struttura in oggetto ha subito in passato un intervento di ristrutturazione durante il quale sono stati realizzati cordoli di piano in c.a. ai vari ipalcati ed interventi di rinforzo dei setti urari con intonaco arato. Sulla struttura originaria è stata inoltre realizzata una sopraelevazione con uratura in attoni forati del tipo a 21 fori, con copertura a falde in travetti prefabbricati e laterizi. I vari ipalcati sono raggiungibili traite corpo scala interno o ascensore con struttura in acciaio. Lo stato di conservazione dell edificio, a seguito del rilievo effettuato, è da ritenersi nel coplesso ediocre. L analisi dello stato fessurativo non ha evidenziato lesioni riconducibili ne ad azioni sisiche subite dalla struttura ne a cedienti in fondazione. Gli interventi proposti tendono a igliorare le condizioni generali dell edificio e sotto un azione sisica igliorano la risposta in terini di vulnerabilità. La valutazione delle insufficienze di resistenza ha reso possibile la progettazione del iglioraento sisico. Si è scelto di utilizzare ateriali con quantitativi, tecniche e odalità di installazione tali da ottenere, in opera, il assio delle loro prestazioni eccaniche. La concezione dell intervento strutturale individuata fra le possibili applicabili in linea con i dettai norativi (N.T.C e s..i.), favorisce il conseguiento delle prestazioni in terini di rapporto capacità/doanda pari al 60% richiesta. Il presente studio, finalizzato alla deterinazione della Risposta Sisica Locale, consiste odellazione sisica del sito, contiene quindi indicazioni della zona sisogenetica, della classificazione sisica regionale, delle risultanze di eventuali studi di icrozonazione sisica o di 3

5 pericolosità sisica contenuti negli struenti urbanistici, valutazione dell azione sisica e relativi paraetri, indicazione degli effetti di sito (risposta sisica locale) e dei relativi coefficienti di aplificazione sisica e verifica delle pericolosità (liquefazione dei terreni ecc.). Per la deterinazione della categoria di sottosuolo si è proceduto alla isura della Vs30 con etodi geofisici attraverso indagini indirette (sisica a rifrazione, M.A.S.W. e Down-Hole). Il presente studio è redatto ai sensi della seguente norativa di riferiento: D.M. 14/01/2008 e circolari esplicative: Nore tecniche per le costruzioni. Ordinanza P.C.M. n del : Prii eleenti in ateria di criteri generali per la classificazione sisica del territorio nazionale e di norative tecniche per le costruzioni in zona sisica. Regolaento Regionale n 7 del 28/06/2012 e s..i. Sono stati quindi calcolati e stiati, in osservanza del D.M. sopra indicato, i valori relativi alla categoria di suolo di fondazione, alla categoria topografica ed agli spettri di risposta elastico e di progetto. In osservanza del Regolaento Regionale n 7 del 28/06/2012 e s..i., essendo la struttura in progetto annoverata nella Classe d Uso IV riportata nel D.M. 14/01/2008, è stata in definita la Risposta Sisica Locale (RSL) attraverso studi di aggior dettaglio che prevedono l utilizzo di odelli sofisticati di analisi basati sull ipiego di accelerograi reali rappresentativi della sisicità del sito e su una conoscenza siso stratigrafica dettagliata del sottosuolo. Detti odelli perettono la definizione di una funzione di aplificazione e di trasferiento dell ipulso sisico dal bedrock (strato profondo) in superficie, ottenendo in uscita uno spettro elastico periodo/accelerazione, inseribile nei prograi di calcolo strutturale per la valutazione dell azione sisica di progetto. Questa tipologia di approccio, che prevede strati piano paralleli e orfologie sub-pianeggianti, è definita coe Risposta Sisica Locale ediante analisi onodiensionale (analisi 1D). Tale etodologia è suggerita all interno delle N.T.C per particolari categorie costruttive ed è raccoandata, coe già evidenziato, dal Regolaento Regionale della Regione Calabria n. 7 del 28/06/2012 e s..i.. 4

6 2 STORIA SISMICA DEL SITO 2.1 PERICOLOSITÀ SISMICA DEL SITO Per quanto concerne gli eventi sisici storici con effetti acrosisici sul territorio, la tabella seguente riporta i aggiori terreoti storici, i cui effetti acrosisici sono stati risentiti nel territorio counale di SAN PIETRO IN GUARANO (CS) (M. Locati, R. Caassi e M. Stucchi (a cura di), DBMI11, la versione 2011 del Database Macrosisico Italiano. Milano, Bologna, Storia sisica dell area di San Pietro in Guarano [ lat N 39,342 - long E 16,311] (DBMI11) Is An Me Gi Or Mi Se Area epicentrale Studio nmdp Io Mw Calabria CFTI Crotonese CFTI Calabria CFTI Crotonese CFTI Cosentino CFTI Calabria settent. CFTI Cosentino CFTI Calabria CFTI Calabria settentrion CFTI Irpinia-Basilicata CFTI POTENTINO BMING COSENTINO BMING :13:43 Cosentino :02:20 Cosentino :42:55 Costa calabra Or PARAMETRI DESCRIZIONE: Is - Intensità sisica; An - Anno; Me - Mese; Gi - giorno; Or - Ora; Mi - Minuti; Se Secondi; AE - Denoinazione dell'area dei aggiori effetti; Io - Intensità epicentrale (MCS); Mw - Magnitudo oento. Il prio terreoto docuentato risale al 1638 (int.epic.11.0 ed int.ris.8.0): la scossa causò crolli e lesioni in 78 case e la orte di una persona. Anche in seguito al sisa del 1783 (int.epic.11.0 ed int.ris.7.5) si rilevarono crolli e lesioni in varie abitazioni. Danni gravi all abitato anche in seguito ai sisi del 1832 (int.epic.10.0 ed int.ris.7.0), del 1835 (int.epic.9.0 ed int.ris.9.0), del 1836 (int.epic.9.0 ed int.ris.6.5), del 1854 (int.epic.10.0 ed int.ris.7.5) e del 1905 (int.epic.10.0 ed int.ris.7.0). Più lievi i danni rilevati nel 1913 (int.epic.8.0 ed int.ris.7.0) e nel 1980 (int.epic.10.0 ed int.ris.5.0). 2.2 ZONE SISMOGENETICHE Negli ultii anni, e fino al 2002, la zonazione sisogenetica ZS4 ha rappresentato il punto di riferiento per la aggior parte delle valutazioni di pericolosità sisica nell area italiana. 5

7 Figura 1 - Zonazione sisogenetica ZS4 adottata dal GNDT nel 1996 e relativa legenda. Tale zonazione era stata realizzata da Scandone e colleghi nel 1996; ZS4 rappresentava la traduzione operativa del odello sisotettonico a grande scala riassunto in Meletti et al. (2000). Gli sviluppi più recenti delle conoscenze in ateria di sisogenesi hanno evidenziato alcune inconsistenze di tale odello di zonazione. Per superare questo stato di cose e rendere disponibile, nel breve tepo a disposizione, una zonazione utilizzabile, si è convenuto di disegnare una nuova zonazione, denoinata ZS9. La zonazione sisogenetica ZS9 è il risultato di odifiche, accorpaenti ed elisioni delle nuerose zone di ZS4 e dell introduzione di nuove zone. L obiettivo di questa ricerca è stato la realizzazione di un odello più coerente con i nuovi dati e con il quadro sisotettonico oggi disponibile. Con ZS9 non si è inteso introdurre drastici eleenti di novità in riferiento al quadro cineatico generale su cui si basava ZS4. Il vero eleento di novità, oltre naturalente al catalogo sisico, è rappresentato dall'introduzione delle conoscenze più recenti sulla geoetria delle sorgenti sisogenetiche. Negli ultii anni, infatti, la quantità di inforazioni sulla sisogenesi del territorio italiano (sia per quanto riguarda gli aspetti geoetrici delle sorgenti che per quanto attiene il loro coportaento atteso) è notevolente auentata rispetto a quella disponibile nel periodo in cui i ricercatori procedevano alla realizzazione di ZS4. Tali conoscenze rappresentano uno degli eleenti chiave per il tracciaento delle nuove zone. Un iportante eleento di novità rispetto al passato è rappresentato dall utilizzo del database delle soluzioni dei eccanisi focali dei terreoti italiani, recenteente pubblicato da Vannucci e Gasperini (2003). 6

8 Riassuendo, in ZS9 le inforazioni sulle sorgenti sisogenetiche si innestano sul quadro di evoluzione cineatica Plio-Quaternaria su cui si basava ZS4. Tuttavia, l elaborazione di ZS9 si fonda su una base inforativa notevolente più ricca e affidabile di quella disponibile all epoca della pria realizzazione di ZS4. Nel processo che ha portato alla redazione di ZS9, l'unione di più zone di ZS4 è avvenuta in base alle peculiarità del doinio cineatico al quale ognuna delle zone veniva attribuita. L'unione di zone di ZS4 adiacenti e con siile coportaento cineatico non ha, controindicazioni di tipo sisotettonico. Conteporaneaente alla riduzione del nuero di zone si è provveduto a odificare la geoetria delle stesse in funzione delle utate conoscenze sisotettoniche. Le odifiche ai liiti delle zone di ZS4 sono state basate su nuovi dati relativi alle geoetrie di singole sorgenti o di insiei di queste. Tali inforazioni hanno anche consentito di inglobare all interno delle zone-sorgente di ZS9 alcune aree escluse dalla zonazione ZS4 e, viceversa, di escluderne altre. Figura 2 - Zonazione sisogenetica ZS9. Le diverse zone sono individuate da un nuero. Inoltre è stato ripensato uno dei criteri usati nel disegno di ZS4, vale a dire quello di definire zone sorgente estese fino a inglobare al loro interno tutta la sisicità al di sopra di una certa soglia di agnitudo, giustificando questo odo di procedere coe aggiorente cautelativo verso queste aree. Si è verificato invece che in olti casi l auento di superficie portava a ridurre in aniera non corretta la stia di pericolosità nelle aree centrali della zona, caratterizzate dai terreoti più iportanti per agnitudo e nuero. Si è ritenuto pertanto che un procediento più corretto fosse quello di disegnare zone sorgente più vincolate rispetto alle sorgenti sisogenetiche e alla sisicità storica e struentale e di cautelare le aree circostanti attraverso i norali effetti di propagazione della pericolosità sisica al di fuori delle zone sorgente. Calabria (ZS 929 e 930): Le zone-sorgente della Calabria fino allo Stretto di Messina sono state odificate in due nuove zone, una sul lato tirrenico della regione (ZS929) e una sul lato ionico (ZS 930). L esistenza di queste due distinte zone rispecchia livelli di sisicità ben differenti. I terreoti con più elevata agnitudo hanno infatti interessato i bacini del Crati, del Savuto e del Mesia fino allo Stretto di Messina (ZS 929). Tra questi eventi spiccano la sequenza del 1783 e i 7

9 terreoti del 1905 e 1908 (tra la scarsa letteratura sui terreoti di questo settore si vedano Valensise e Pantosti, 1992; Valensise e D'Addezio, 1994; Galli e Bosi, 2002). Viceversa sul lato ionico della Calabria solo 4 eventi hanno superato un valore di agnitudo pari a 6, e tra questi il terreoto del 1638 appare coe l'evento più forte verificatosi. Peraltro recenti studi paleosisologici (Galli e Bosi, 2003) porrebbero l'evento del 9 giugno 1638 in relazione con la faglia dei Laghi posta sulla Sila. L area della Sila, che in ZS4 veniva equiparata al background, nella nuova proposta viene divisa in due parti attribuite alle due zone appena descritte. Secondo lo stesso criterio si è deciso di attribuire alla zona 929 l'area che in ZS4 era copresa tra le zone 71 e 72. (Zonazione sisogenetica ZS9 (a cura di C. Meletti e G. Valensise (arzo 2004) con contributi di R. Azzaro, S. Barba, R. Basili, F. Galadini, P. Gasperini, M. Stucchi e G. Vannucci)) 8

10 3 DEFINIZIONE DELLE AZIONI SISMICHE CON RISPOSTA SISMICA LOCALE Con la Risposta Sisica Locale (RSL) ediante analisi 1D si intende, in generale, valutare i cabiaenti che un onda sisica subisce in terini di apiezza e contenuto in frequenza, nel suo percorso dal basso verso l alto nel passare da forazioni rocciose denoinate bedrock (caratterizzate da velocità delle onde sisiche Vs > 800/s) e poste in generale in profondità, fino alla superficie libera passando per strati con caratteristiche fisico eccaniche differenti. Tale fenoeno è sicuraente influenzato: dalle caratteristiche del oto sisico in corrispondenza del bedrock; dalla geoetria e profondità del bedrock; dalla presenza o eno di terreni con caratteristiche fisico eccaniche diverse tra il bedrock e la superficie. L insiee dei fattori sopra enzionati, pertanto, condiziona in superficie il oto del suolo che può essere soggetto ad ipulsi di apiezza, ad esepio, aggiori di quelli che partono dal bedrock e/o caratterizzati da coponenti in frequenza parzialente diverse. In particolare, può succedere che alcune delle frequenze che costituiscono il oto sisico in superficie possano risultare oderataente o consistenteente aplificate, entre altre possono risultare attenuate. A seguito di terreoti distruttivi, è infatti frequente osservare distribuzioni anoale del danneggiaento alle costruzioni, con forti differenziazioni fra zone contigue anche di piccole diensioni. Tali anoalie sono in generale da ettere in relazione con una varietà di cause, anche concoitanti, tra cui la differente vulnerabilità intrinseca delle costruzioni e le diversità delle caratteristiche dinaiche edie delle tipologie edilizie prevalenti. Spesso accade che a causare le anoalie siano principalente le odificazioni delle caratteristiche del oto al suolo, indotte coe già detto da condizioni geologiche e geoorfologiche locali. La Risposta Sisica Locale è quindi il risultato di interazioni olto coplesse tra le onde sisiche e le condizioni locali, cioè l insiee delle caratteristiche orfologiche e stratigrafiche di depositi di terreno ed aassi rocciosi e delle proprietà fisiche e eccaniche dei ateriali che li costituiscono. Essa rappresenta un eleento iportante e, spesso, fondaentale nella caratterizzazione del oto sisico. Negli anni sono state elaborate ed affinate nuerose tecniche per l analisi della Risposta Sisica Locale, diverse tra loro a seconda delle odalità di rappresentazione del problea e degli eleenti di coplessità introdotti al fine di rendere lo schea ideale e rappresentato col odello il più vicino possibile alla situazione reale. Ovviaente non esiste un odello universalente valido ed applicabile in tutte le situazioni, bensì una soluzione, ogni volta diversa, da adattare al caso in esae. Tali odelli si raggruppano in varie categorie e principalente in funzione della 9

11 diensionalità con cui rappresentano la situazione reale; potranno quindi essere delineati odelli onodiensionali, bidiensionali e tridiensionali. I odelli più seplici e couneente utilizzati sono i odelli onodiensionali (1D), che si basano su una serie di ipotesi e di seplificazioni introdotte nella caratterizzazione geoetrica e eccanica del deposito e nelle leggi di propagazione delle onde sisiche e di coportaento dei terreni. L analisi nuerica utilizzata nel presente lavoro per la valutazione della risposta di sito, sarà pertanto coe accennato in preessa del tipo onodiensionale, seplificazione in ogni caso accettabile in quanto nell area in esae esiste una discreta continuità stratigrafica laterale. Al fine di realizzare la suddetta analisi, è quindi necessario: acquisire un segnale sisico di input ediante accelerograi, possibilente reali, dell area in studio o counque spettro copatibili; definire una stratigrafia corredata di paraetri fisico eccanici aleno fino a quello che può essere considerato un bedrock; definire la funzione di trasferiento e di aplificazione del segnale dal bedrock alla superficie e calcolare il nuovo segnale che tenga conto delle odificazioni indotte dalla stratigrafia. La pria fase di acquisizione è stata realizzata attraverso l apposito software gratuito REXEL (I. Iervolino, C, Galasso, E, Cosenza (2010). REXEL: coputer aided record selection for codebased seisic structural analysis. Bulletin of Earthquake Engineering, 8: ), entre per le elaborazioni per la definizione delle funzioni di trasferiento ed aplificazione e degli output acceleroetrici e di spettro, è stato utilizzato il software RSL III della GeoStru S.R.L. - Via C. Colobo 89, BIANCO (RC). I dati di input necessari per una valutazione quantitativa del verificarsi di aplificazioni nell onda sisica incidente sul sito in oggetto, saranno i seguenti: n 7 accelerograi spettro copatibili. dati stratigrafici, geotecnici e geofisici dei terreni costituenti il sottosuolo. Per la odellazione sisica sono stati utilizzati i paraetri geoeccanici e sisici ricavati durante la capagna di indagini geognostiche, eseguita per la caratterizzazione geotecnica e geofisica del terreno di fondazione. Coe evidenziato nella relazione geologica, la stessa è raffigurabile in: n.1 sondaggio a carotaggio continuo fino a 30 l di profondità dal p.c. attrezzato per prova Down-Hole; n. 3 prove SPT eseguite nei fori di sondaggio; n.2 prelievi di capioni indisturbati analizzati in laboratorio con esae tipo identificazione, analisi granuloetrica, deterinazione dei liiti di Atterberg e prova di taglio diretto CD; n.1 prova geofisica Down-Hole fino a 30 di profondità dal p.c. con acquisizione ogni.; 10

12 n.2 stendienti di sisica a rifrazione sis1 da 60 l e sis2 da 96 l, coplessivi 156 l; n.1 stendiento di sisica tipo MASW; n 1 registrazione di HVSR (Microtreori). Per i risultati e le conclusioni derivanti dalla capagna di indagini geognostiche, si rianda alla Relazione Geologica di progetto ed all allegato Rapporto Tecnico Indagini. Inoltre per la odellazione abbiao considerato: Vita Noinale VN = 50 anni. - La vita noinale di un opera strutturale VN, secondo le NTC08, è definita coe il nuero di anni nel quale la struttura, purché soggetta alla anutenzione ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al quale è destinata e viene definita attraverso tre diversi valori, a seconda dell iportanza dell opera e perciò delle esigenze di durabilità: - VN 10 anni per le opere provvisorie, provvisionali e le strutture in fase costruttiva che però abbiano una durata di progetto 2 anni. - VN 50 anni per le opere ordinarie, ponti, infrastrutture e dighe di diensioni contenute o di iportanza norale. - VN 100 anni per grandi opere, ponti, infrastrutture e dighe di grandi diensioni o di iportanza strategica. Classe d uso IV a cui è associato il coefficiente d uso CU = 2. - Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche iportanti, anche con riferiento alla gestione della protezione civile in caso di calaità. Industrie con attività particolarente pericolose per l abiente. Reti viarie, ponti e reti ferroviarie di iportanza critica per il anteniento delle vie di counicazione, particolarente dopo un evento sisico. Dighe connesse al funzionaento di acquedotti e a ipianti di produzione di energia elettrica. CU = 2.0; Una volta ottenuti VN e CU, è possibile calcolare il periodo di riferiento VR, che qui vale: VR = 50 2 = 100 anni. Categoria sottosuolo: B - Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa olto addensati o terreni a grana fina olto consistenti, con spessori superiori a 30, caratterizzati da un graduale iglioraento delle proprietà eccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 copresi tra 360 /s e 800 /s (ovvero NSPT30 aggiore di 50 nei terreni a grana grossa e cu30 aggiore di 250 kpa nei terreni a grana fine). Categoria topografica: T3 - Rilievi con larghezza in cresta olto inore che alla base e inclinazione edia copresa tra 15 e 30. Gli accelerograi selezionati traite il software REXEL (I. Iervolino, C, Galasso, E, Cosenza (2010). REXEL: coputer aided record selection for code-based seisic structural analysis. Bulletin of Earthquake Engineering, 8: ) si riferiscono ad eventi sisici reali e spettro copatibili. La selezione è inoltre avvenuta, ai sensi del D.M. 14/01/2008, ipostando coe stati liite di riferiento l SLO, SLD ed SLV, classe d uso IV, e vita noinale della struttura 50 anni. Coe target della ricerca è stato utilizzato lo spettro di norativa al substrato sisico, quindi considerando una categoria di sottosuolo di tipo A. E stata poi operata la disaggregazione 11

13 degli eventi sisici che hanno contribuito alla definizione della pericolosità sisica del sito di progetto in terini di agnitudo e distanza epicentrale ai vari stati liite SLE ed SLU. La ricerca è stata eseguita, quindi, utilizzando tali paraetri con una tolleranza sul target spectru del 30% verso l alto e del 10% verso il basso. Si è inoltre optato nella ricerca, di scalare l intensità, favorendo la siilarità della fora spettrale. Sono stati così estratti 7 accelerograi rientrati nei argini di tolleranza prefissati, i cui spettri sono essi a confronto con il target spectru nei grafici di seguito allegati: SLO SLD 12

14 SLV Gli accelerograi di questi eventi, sono stati successivaente scalati in terini di accelerazione di base per gli stati liite SLO, SLD ed SLV ed applicati al substrato sisico locale, per coe risultato nelle indagini eseguite nel sito di progetto, soprattutto in relazione alla stratigrafia sisica definita ediante le indagini geofisiche. Per quanto concerne i paraetri eccanici dinaici, in particolare il variare del daping e del odulo di taglio con la deforazione, non disponendo di isure dinaiche di laboratorio, si è effettuata una ricerca in letteratura a partire dalle litologie presenti e traite le varie opzioni esse a disposizione dal software GeoStru RSL III. Nei calcoli della risposta sisica di sito, quindi, sono stati applicati gli accelerograi individuati con Rexel al tetto del substrato, e si è calcolato coe l azione sisica sia stata odificata nel percorso copreso tra esso e la superficie del suolo. Nel calcolo dello spettro di risposta elastico in accelerazione al sito, è stato adottato un valore del daping pari al 5%. Per i vari stati liite sono stati quindi deterinati, per ognuno dei 7 eventi reali ipotizzati: gli accelerograi alla superficie del suolo; gli accelerograi al tetto del substrato sisico; gli spettri di risposta alla superficie del suolo ed al bedrock sisico; la funzione di trasferiento dell accelerazione tra il substrato sisico e la superficie del suolo, calcolata coe rapporto tra le apiezze al suolo e l apiezza al substrato al variare della frequenza; gli spettri di risposta edio e noralizzato. Ai tecnici progettisti saranno forniti su supporto inforatico, sia i file nuerici generati dal prograa REXEL che quelli ricavati dall elaborazione con RSL III. 13

15 4 PROCEDURA DI CALCOLO La procedura di calcolo adoperata da RSL per la valutazione della funzione di trasferiento presuppone coe base di partenza uno o più accelerograi, od uno spettro di risposta in accelerazione, e la conoscenza della stratigrafia del sito attraverso i seguenti paraetri geotecnici per ogni strato: peso per unità di volue; velocità di propagazione delle onde di taglio; coefficiente di spinta laterale; odulo di taglio iniziale (opzionale); spessore; indice di plasticità. La non linearità del calcolo è introdotta dalla dipendenza del odulo di deforazione al taglio e del coefficiente di sorzaento viscoso dalla deforazione. Scheaticaente la procedura è riassuibile nel seguente odo: 1. Valutazione dello spettro di Fourier dell accelerograa (oessa nel caso si debba analizzare uno spettro); 2. Ricerca di un errore relativo piccolo seguendo la procedura di: 2.1. Stia della funzione di trasferiento; 2.2. Valutazione della deforazione indotta in ciascuno strato; 2.3. Correzione del odulo di deforazione al taglio e del coefficiente di sorzaento viscoso per ogni strato; Le operazioni 2.1, 2.2 e 2.3 sono ripetute fino a quando la differenza di deforazione tra un iterazione e la precedente non riane al di sotto di una soglia ritenuta accettabile; 3. Trasforazione inversa di Fourier dello spettro precedenteente calcolato ed opportunaente pesato per ezzo della funzione di trasferiento calcolata. Attraverso questa procedura è possibile trasferire l accelerograa dal bedrock in superficie. La deforazione per ciascuno strato viene corretta sulla base del rapporto fra deforazione effettiva e assia coe suggerito dalla letteratura scientifica, ovvero dove M rappresenta la agnitudo del sisa. Per la valutazione della funzione di trasferiento, RSL considera un suolo variaente stratificato coposto da N strati orizzontali di cui l N-esio è il letto di roccia (bedrock). Ponendo z, t G coe ipotesi che ciascuno strato si coporti coe un solido di Kelvin-Voigt zt la propagazione delle onde di taglio che attraversano gli strati verticalente può essere definita dall equazione dell onda:, 14

16 2 u 2 t 2 3 u u G 2 2 z z t (1) dove: rappresenta lo spostaento; il tepo; la densità; il odulo di deforazione al taglio; coe: la viscosità. Per onde aroniche lo spostaento può essere scritto che sostituita nella (1) pone u i z, t U z t (2) 2 d U 2 dz 2 G it U (3) dove rappresenta la frequenza angolare. La (3) può essere riscritta coe G 2 d U 2 dz 2 U (4) avendo posto, ovvero il odulo di deforazione al taglio coplesso. Questo può essere ulteriorente riscritto coe avendo posto G G 1 2i (5) 2G (6) dove rappresenta il coefficiente di sorzaento viscoso. Ciò posto, e fatta convenzione che l apice indica la natura coplessa della variabili in gioco, la soluzione dell equazione generica dell onda è la seguente: u i t k z it k z z, t Ee Fe (7) 15

17 Figura 1: Esepio di stratigrafia per riferiento. dove E e F dipendono dalle condizioni al contorno e rappresentano l apiezza d onda che viaggia rispettivaente verso l alto (-z) e verso il basso (+z), entre d onda coplesso dato dalla seguente espressione: rappresenta il nuero Il taglio invece è dato da: du dz k G (8) it e it i t k z it k z z, t G e ik G Ee Fe Per il generico strato di spessore h gli spostaenti, rispettivaente in soità (z = 0) ed al fondo (z = h), sono: u u it 0, t E F e ikh ikh it h, t E e F e e (9) (10) (11) Poiché deve essere rispettata la congruenza sullo spostaento all interfaccia tra gli strati, ovvero lo spostaento in soità ad uno strato deve essere uguale allo spostaento sul fondo di quello iediataente sopra, se ne deduce che: u z h, t u 1z 0 t (12), Usando la (10), (11) e la (12), ne consegue che E 1 F 1 E ikh e F e ikh Il taglio in soità ed al fondo dell -esio strato è dato da: it 0, t ik G E F e ikh ik h it h, t ik G E e Fe e Poiché fra uno strato e l altro il taglio deve essere continuo si ha ovvero E 1 F z h, t 1z 0 t, 1 k k 1 G G 1 E e ik h F Soando la (13) alla (17) e sottraendo la (17) alla (13) si ottiene E e ik h ikh 1 ikh 1 e F e 1 1 E (13) (14) (15) (16) (17) (18) 16

18 F ikh 1 ikh 1 e F e 1 1 E (19) dove rappresenta il coefficiente di ipedenza coplesso al contorno tra gli strati ed +1, ed è dato dalla seguente espressione: Poiché in superficie il taglio è nullo, (20) si deduce che E1 = F1. it, t ik G E F1e Le equazioni (18) e (19) possono essere successivaente applicate agli strati successivi da 2 ad. La funzione di trasferiento An che lega gli spostaenti in soità degli strati ed n è definita dalla seguente espressione: A n u u n E E n F F An rappresenta la funzione di trasferiento, ovvero la funzione che ette in relazione il odulo della deforazione tra i punti e n. In pratica lo stato deforativo di una stratigrafia riane definito una volta nota la deforazione di un suo qualsiasi punto. Inoltre, poiché la velocità e l accelerazione sono legati allo spostaento, u t 2 u z, t iuz, t u z, t uz, t La funzione di trasferiento An può essere espressa anche in funzione delle velocità e dell accelerazione al tetto degli strati n ed : A n u u n u u n u u n n n 2 u 2 t E F E F La deforazione tangenziale riane definita alla profondità z e al tepo t dalla relazione: n (21) (22) (23) u z ik z ik z it z, t ik Ee Fe e E la corrispondente tensione tangenziale, dalla seguente espressione: z, t G z, t (24) (25) 17

19 Ai fini di una corretta interpretazione del problea della risposta sisica locale, risulta utile riprodurre la rappresentazione scheatica di Figura 2 in cui è riportata la terinologia utilizzata per lo studio del oto sisico di un deposito che poggia su un basaento roccioso. Figura 2: Schea di riferiento e terinologia utilizzata. Le onde di taglio si propagano verticalente attraverso il bedrock con apiezza pari ad EN; al tetto del bedrock, sotto il deposito degli strati di terreno, il oto ha un apiezza pari a EN+FN. Sulla roccia affiorante, poiché le tensioni tangenziali sono nulle (EN = FN), il oto avrà apiezza pari a 2EN. La funzione di trasferiento dal bedrock al bedrock-affiorante è la seguente: A NN 2EN E F N A è non lineare poiché G è funzione di γ. Nella procedura di calcolo infatti, da una stia iniziale del odulo di deforazione al taglio, si ottiene la tensione ipotizzando un legae lineare, per poi ottenere un nuovo valore di γ. Grazie a questo valore aggiornato si valuta un nuovo odulo G così da ripetere la procedura fino a quando la differenza tra la deforazione aggiornata e quella ottenuta dalla precedente iterazione viene ritenuta accettabile. Il odello per G(γ) adoperato è quello suggerito da Ishibashi e Zhang (1993) che tiene conto degli effetti della pressione di confinaento e dell indice di plasticità: (24) N (26) 18

20 (25) (26) (27) dove è dato dalla relazione dove è la densità del terreno e la velocità di propagazione delle onde di taglio nello (28) stesso. La (28) fornisce il valore iniziale di per la pria iterazione. Figura 2: Influenza della pressione di confinaento e della plasticità sul odulo di deforazione al taglio. Per quanto riguarda invece il coefficiente di sorzaento viscoso odello introdotto dalla (24) si ha:, in conseguenza del (29) da cui si deduce che anche deve essere ricalcolato ad ogni iterazione. Figura 3: Influenza della plasticità sul coefficiente di sorzaento viscoso. 19

21 5 ANALISI DINAMICA PER LO STATO LIMITE SLO Dati generali Latitudine [ ] Longitudine [ ] Terreni Idriss (1990) Rock Deforazione % G/Gax Deforazione % Sorzaento % Idriss (1990) Sand (Seed and Idriss 1970) Deforazione % G/Gax Deforazione % Sorzaento %

22 Stratigrafia n. Profondità [] Spessore [] Terreno Idriss (1990) Sand (Seed and Idriss 1970) Nuero sottostrati Gax [MPa] Sorzaento critico [%] Peso unità vol. [kn/³] Vs [/s] Tensione verticale [kpa] Idriss (1990) Rock oo -- Sorzaento costante Strato rilevaento accelerograa: 3 Affiorante 21

23 Elaborazione Nuero di iterazioni 50 Rapporto tra deforazione a taglio effettiva e deforazione assia 0.5 Tipo di odulo elastico Shake Massio errore percentuale di convergenza -- Fattori di aplificazione Tai [s] Tvi [s] Tao [s] Tvo [s] Sai [/s²] Svi [/s] Sao [/s²] Svo [/s] Fa [-] Fv [-] TB [s] TC [s] TD [s] SA(0) [/s²] SA(TB) [/s²] Spettro edio di risposta elastico one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²]

24 Spettro noralizzato di risposta elastico one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²]

25 Paraetri spettro noralizzato Ag [/s²] F0 Tc TB [s] TC [s] TD [s] Se(0) [/s²] Se(TB) [/s²] Confronto tra gli spettri 24

26 Confronto spettro norativa - SLO Tipo di spettro: Spettro di risposta elastico Operatività SLO Cat. A Danno SLD Cat. A Salvaguardi a vita SLV Cat. A Prev. collasso SLC Cat. A Operatività SLO Cat. B Danno SLD Cat. B Salvaguardi a vita SLV Cat. B Prev. collasso SLC Cat. B Tr [anni] ag [/s²] Fo Tc [s] Ss St Cc TB [s] TC [s] TD [s] Se(0) [/s²] Se(TB) [/s²]

27 6 ANALISI DINAMICA PER LO STATO LIMITE SLD Dati generali Latitudine [ ] Longitudine [ ] Terreni Idriss (1990) Rock Deforazione % G/Gax Deforazione % Sorzaento % Idriss (1990) Sand (Seed and Idriss 1970) Deforazione % G/Gax Deforazione % Sorzaento %

28 Stratigrafia n. Profondità [] Spessore [] Terreno Idriss (1990) Sand (Seed and Idriss 1970) Idriss (1990) Rock 3 oo -- Sorzaento costante Strato rilevaento accelerograa: Nuero sottostrati Gax [MPa] Sorzaent o critico [%] Peso unità vol. [kn/³] Vs [/s] Tensione verticale [kpa] Affiorante 27

29 Elaborazione Nuero di iterazioni 50 Rapporto tra deforazione a taglio effettiva e deforazione assia 0.5 Tipo di odulo elastico Shake Massio errore percentuale di convergenza -- Fattori di aplificazione Tai [s] Tvi [s] Tao [s] Tvo [s] Sai [/s²] Svi [/s] Sao [/s²] Svo [/s] Fa [-] Fv [-] TB [s] TC [s] TD [s] SA(0) [/s²] SA(TB) [/s²] Spettro edio di risposta elastico one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²]

30 Spettro noralizzato di risposta elastico one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²]

31 Paraetri spettro noralizzato Ag [/s²] F0 Tc TB [s] TC [s] TD [s] Se(0) [/s²] Se(TB) [/s²] Confronto tra gli spettri 30

32 Confronto spettro norativa - SLD Tipo di spettro: Spettro di risposta elastico Operatività SLO Cat. A Danno SLD Cat. A Salvaguardi a vita SLV Cat. A Prev. collasso SLC Cat. A Operatività SLO Cat. B Danno SLD Cat. B Salvaguardi a vita SLV Cat. B Prev. collasso SLC Cat. B Tr [anni] ag [/s²] Fo Tc [s] Ss St Cc TB [s] TC [s] TD [s] Se(0) [/s²] Se(TB) [/s²]

33 7 ANALISI DINAMICA PER LO STATO LIMITE SLV Dati generali Latitudine [ ] Longitudine [ ] Terreni Idriss (1990) Rock Deforazione % G/Gax Deforazione % Sorzaento % Idriss (1990) Sand (Seed and Idriss 1970) Deforazione % G/Gax Deforazione % Sorzaento %

34 Stratigrafia n. Profondità [] Spessore [] Terreno Idriss (1990) Sand (Seed and Idriss 1970) Nuero sottostrati Gax [MPa] Sorzaent o critico [%] Peso unità vol. [kn/³] Vs [/s] Tensione verticale [kpa] Idriss (1990) Rock oo -- Sorzaento costante Strato rilevaento accelerograa: 3 Affiorante 33

35 Elaborazione Nuero di iterazioni 50 Rapporto tra deforazione a taglio effettiva e deforazione assia 0.5 Tipo di odulo elastico Shake Massio errore percentuale di convergenza 2.33 E-05 Fattori di aplificazione Tai [s] Tvi [s] Tao [s] Tvo [s] Sai [/s²] Svi [/s] Sao [/s²] Svo [/s] Fa [-] Fv [-] TB [s] TC [s] TD [s] SA(0) [/s²] SA(TB) [/s²] Spettro edio di risposta elastico one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²]

36 Spettro noralizzato di risposta elastico one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²] one [/s²]