APPROCCI PROBABILISTICI E DETERMINISTICI NELLA DEFINIZIONE DELL INPUT SISMICO

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1 Giornata di studio in onore di Dario Rinaldis MONITORAGGIO SISMICO DI SITI E STRUTTURE Stato dell arte e prospettive future Roma, 16 febbraio 2016 ENEA - Via Giulio Romano, 41 APPROCCI PROBABILISTICI E DETERMINISTICI NELLA DEFINIZIONE DELL INPUT SISMICO Fabio Sabetta Dipartimento della Protezione Civile Ufficio Rischio Sismico e Vulcanico Servizio Pericolosità e Rischio Simico

2 Introduzione In letteratura vengono proposti diversi approcci per la selezione del moto di input ai fini della valutazione dell amplificazione del moto del suolo ma manca una indicazione chiara circa la metodologia da adottare Deterministic Seismic Hazard Assessmnent (DSHA) - non fornisce indicazioni sulla probabilità di accadimento del terremoto di riferimento e sull effetto delle incertezze Probabilistic Seismic Hazard Assessment (PSHA) - non fornisce indicazioni sul terremoto di riferimento e le coppie magnitudo-distanza che permettono di definire lo scenario atteso Si tende spesso a presentare DSHA e PSHA come mutualmente esclusivi (Bommer, 2002). In realtà la dicotomia tra i due metodi non è così pronunciata e l approccio ideale dovrebbe coniugare i vantaggi di entrambi i metodi (McGuire, 1995). La scelta migliore è quella di utilizzare entrambi gli approcci integrati (disaggregazione PSHA - Bazzurro e Cornell, 1999) 2

3 Metodologia per la scelta di spettri e accelerogrammi di input 1. Selezione di spettri di risposta UHS su suolo rigido (periodo ritorno 475 anni) ricavati dal PSHA e/o dalla normativa tecnica per il sito in esame. 2. Selezione di uno o più terremoti di riferimento (coppie magnitudo-distanza) in base a: disaggregazione del PSHA individuazione dei principali terremoti storici e strumentali analisi delle faglie attive e delle zone sismogenetiche circostanti il sito in esame. 3. Calcolo degli spettri di risposta su suolo rigido relativi ai terremoti di riferimento in base a una relazione di attenuazione. 4. Confronto e scelta degli spettri ricavati dall approccio probabilistico e deterministico (punti 1 e 3). 5. Selezione in banca dati (ITACA, ESM) di accelerogrammi registrati su suolo rigido e corrispondenti alle coppie magnitudo-distanza individuate al punto Utilizzo di accelerogrammi simulati (SIMNOST, SEISMOARTIF) quando non si trovano (alte M, piccole distanze, suolo rigido) accelerogrammi registrati. 7. Scalatura (IN-SPECTOR, REXEL) degli accelerogrammi per renderli spettro-compatibili con gli spettri UHS e tener conto della sigma inclusa nella PSHA 8. Selezione della spettro compatibilità (IN-SPECTOR) nell intervallo di periodi corrispondente al periodo proprio dell edificio o del terreno in esame 3

4 European Strong Motion database (ESM) three comp accelererograms 4

5 Esempi applicativi: area archeologica Roma-Palatino 1) Approccio probabilistico (spettri UHS e di normativa) 1 Hazard map INGV 475 years rock 2 PSHA 475 years ZS9 SP96 rock renewal BPT 6% exc. in next 30 years 4 NTC08 Roma 475 years Vs30>=800 m/s NTC08 Roma 475 years Vs30= m/s NTC08 Roma 100 years Vs30= m/s 0.25 SA (g) 0.20 Sabetta F. (2013). Seismic hazard and design earthquakes for the central archaeological area of Rome. Bulletin of Earthquake Engineering. DOI: /s T (s) 5

6 Esempi applicativi: area archeologica Roma-Palatino 2) Approccio deterministico (Selezione del terremoto di riferimento ) PSA 1 Hz ZS9 SP96 Tr=475 years 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% 10 Colli Albani Distance (km) Rome has practically no local seismicity apart two earthquakes of intensity VI-VII in years 1091 and 1812 The seismicity is mainly affected by two ZS9 zones: 922 (Colli Albani) and n.923 (Abruzzo Appenines) The same outcome can be inferred by the faults Magnitude reported in DISS 3.1.1: Velletri (ITIS059) and Fucino basin (ITIS002), 110 Fucino Disaggregazione PSHA per Roma 6

7 Esempi applicativi: area archeologica Roma-Palatino SA (g) Fucino SP96 M=7 R=85km rock +0.5 sigma 2 Colli Albani SP96 M=5.5 R=20 km rock +1 sigma 3 Irpinia-Torre NS M=6.9 R=78 km rock 4 Umbria-Assisi EW M=5.1 R=17 km rock 5 Roma 1812 ML=4.5 Mw=4.93 R=5 km 3) Approccio deterministico (Spettri di Risposta ) T (s) No specific indication is given in the literature about the fraction of sigma to be used in the deterministic assessment. In order to get spectra comparable with the probabilistic ones, 1 sigma for the Colli Albani scenario and 0.5 sigma for the Fucino have been selected. An investigation of the ITACA and PEER database yielded three recordings similar to the M=7, R=85 km scenario (one from Italy and two from California) and three for the M=5.5, R=20 km scenario (two from Italy and one from California). Considering the preference for Italian recordings and the requirement of a rock site (class A in NTC08), the accelerograms recorded at Torre del Greco during the Irpinia earthquake of 1980 and at Assisi during the Umbria-Marche earthquake of 1997 have been selected. 7

8 Esempi applicativi: area archeologica Roma-Palatino 4) Selezione degli spettri ricavati dall approccio probabilistico e deterministico PSHA mappa hazard MPS anni 2. DSHA Fucino M=7 R=85km +0.5 sigma SP96 3. DSHA Colli Albani M=5.5 R=20 km +1 sigma SP96 4. Registr. Irpinia-Torre M=6.9 R=78 km 5. Registr Umbria-Assisi M=5.1 R=17 km 0.25 SA (g) T (s) 8

9 Esempi applicativi: area archeologica Roma-Palatino 5-6-7) Simulazione e selezione di accelerog. a) compatibile con lo spettro UHS della mappa di hazard (simulato col software SIMNOST) b) simulato con SIMNOST-SP96 (M=5.5, R=20 km, suolo rigido) scalato con un fattore pari a una deviazione standard c) accelerogramma registrato a Torre del Greco (M=6.9, R=78 km, suolo rigido); d) accelerogramma registrato ad Assisi (M=5.15, R=17 km, suolo rigido) 9

10 SIMNOST Software for the simulation of non-stationary accelerograms Sabetta F. and Pugliese A. (1996). Estimation of response spectra and simulation of nonstationary earthquake ground motions, Bulletin of Seismological Society of America, Vol.86, N 2, pp

11 IN-SPECTOR (Acunzo et al., 2014) Software for accelerograms scaling 33 GNGTS, Bologna,

12 Esempi applicativi: area archeologica Roma-Palatino Risultati di analisi numeriche 2D eseguite su una sezione del colle Palatino La variazione in termini di PGA è piuttosto marcata mentre le differenze in termini di fattore FH, (intensità di Housner per periodi s e s), sono al massimo del 30-40%. La similitudine tra i profili di amplificazione relativi ai vari input può essere giustificata dal modesto grado di non linearità sperimentato dai terreni dell area in esame 12

13 Esempi applicativi: area interessata dal terremoto di L Aquila Pace, Sabetta et al. (2011). Predicted ground motion after the L Aquila 2009 earthquake (Italy, Mw 6.3): input spectra for seismic microzoning. Bulletin of Earthquake Engineering, Vol. 9 n. 1 Il modello selezionato per il PSHA è LADE1 (LAyered Design Earthquake): sorgenti individuali (box) e dipendenza temporale (BPT) condizionata dal tempo trascorso dall ultimo evento, azzerando la sorgente di Paganica per l accadimento dell evento del 6 Aprile. I valori di PGA ottenuti ai 4 siti sono sensibilmente maggiori di quelli che si ricavano da MPS04 e più prossimi a quelli registrati per il terremoto dell Aquila: variano fra 0.3 e 0.5 g per un periodo di ritorno di 475 anni 13

14 Esempi applicativi: area interessata dal terremoto di L Aquila 4) Selezione degli spettri ricavati dall approccio probabilistico e deterministico 1. Spettro mappa pericolosità MPS04 (praticamente uguale per i 4 siti considerati). 2. Spettro deterministico, ottenuto dalla relazione di attenuazione SP96, per una coppia di M-D (Mw=6.7, Repi=10km) ricavata dalle analisi di disaggregazione. 3. Spettro UHS ottenuto con il modello LADE1 e l attenuazione SP96, per il sito di Goriano Sicoli (non si rilevano differenze significative negli altri 3 siti). SA (g) ) Probabilistic MPS04 hazard map 475 years 2) Probabilistic: LADE1 SP96 (Goriano Sicoli) 3) Deterministic: SP96 Mw=6.7 Repi=10 km SP sigma station AQg Mw=6.3 Repi=4.4 km cmp EW soil=a T (s) Lo spettro ricavato da LADE1 è notevolmente superiore a quello della MPS04. Questo è dovuto principalmente all uso di sorgenti più dettagliate e di minori dimensioni rispetto all unica sorgente (923) della zonazione ZS9 e all utilizzo di modelli dipendenti dal tempo 14

15 Esempi applicativi: area interessata dal terremoto di L Aquila 5-6) Simulazione accelerogrammi Approccio deterministico 3 accelerogrammi ( g) a (g) t (s) a (g) t (s) a (g) t (s) Approccio probabilistico 0.32 g a (g) a (g) Compatibile con NTC 0.26 g t (s) t (s) 1.20 determ determ2 determ prob. LADE comp. NTC 2008 S a (g) 0.60 NTC SLV NTC SLC T (s) 15

16 FA (A) FA (H) F H Sezione 3 (Poggio Picenze) Esempi applicativi: area interessata dal terremoto di L Aquila NTC prob det1 det2 det3 Risultati di analisi numeriche 2D eseguite su una sezione del sito di Poggio Picenze (Aq) I NTC prob det1 det2 det H I (sup erficie) H ( bedrock ) I H S V dt distanza (m) Ml 28 PPCZ05 POG4 VGFZ03 PPCZ04 16

17 CONCLUSIONI L approccio proposto per la selezione dell input simico combina i vantaggi del metodo probabilistico (valutazione della probabilità di eccedenza e inclusione delle incertezze) e di quello deterministico (definizione di un terremoto di riferimento). La selezione del terremoto di riferimento avviene sulla base di diversi tipi di informazioni: 1) individuazione dei principali terremoti storici e strumentali; 2) studio delle faglie attive e delle zone sismogenetiche circostanti il sito in esame; 3) disaggregazione del PSHA. L input è rappresentabile sia sotto forma di spettri di risposta elastici che di accelerogrammi. L utilizzo di un apposito software (In-Spector) permette di scalare gli accelerogrammi, in un dato intervallo di periodi spettrali, per renderli compatibili con lo spettro probabilistico e tener conto della deviazione standard dell attenuazione La metodologia proposta è naturalmente applicabile ad altri campi oltre a quello della microzonazione simica dove le differenze dei diversi input in termini di amplificazione sono piuttosto modeste a meno di casi di elevata non linearità nella risposta dei terreni. 17