L azione sismica di progetto il ruolo del terreno secondo la sismologia

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1 L azione sismica di progetto il ruolo del terreno secondo la sismologia Silvia Castellaro Dipartimento di Fisica e Astronomia Università di Bologna Forlì, 02 ottobre 2018 Ordine degli Ingegneri della Provincia di Forlì-Cesena INTERBAU RICHIAMI DI INGEGNERIA SISMICA E CONSOLIDAMENTI STRUTTURALI MEDIANTE FRP cortesemente il nulla osta all'autore 1

2 Naturalis Historia, Plinio il Vecchio: «avvenne un grande prodigio della terra nella campagna di Modena: infatti due monti si urtarono con grandissimo fragore (91 a.c.)». cortesemente il nulla osta all'autore 2

3 17/11/ /05/1574 FERRARA (1570) cortesemente il nulla osta all'autore 3

4 ARGENTA (1624) CESENATICO (1875) cortesemente il nulla osta all'autore 4

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7 Data una certa PGA 0 al bedrock cortesemente il nulla osta all'autore 7

8 E stabilito quale sia l effetto delle coperture cortesemente il nulla osta all'autore 8

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10 E D A BC In realtà gli spettri di risposta possono essere molto diversi da quelli dell approccio semplificato. Perché? cortesemente il nulla osta all'autore 10

11 L ingegneria (delle NTC) assume che il moto delle strutture si esplichi ad una sola frequenza f = 1 2π k M cortesemente il nulla osta all'autore 11

12 In fondo sì, se mettiamo un misuratore di vibrazioni su una struttura, osserveremo che essa vibra principalmente solo ad una frequenza (modo proprio). 0.6 Hz cortesemente il nulla osta all'autore 12

13 EQUILIBRIO DINAMICO forza inerzia + forza dissipativa + forza elastica = forza esterna applicata MA t + cv t + ks t = F e t cortesemente il nulla osta all'autore 13

14 M A t + c v t + [k]s t = F e t una equazione per ciasun SDOF, quindi un sistema di equazioni che scriviamo in forma di matrice. [M] è la matrice delle masse [c] è la matrice degli smorzamini [k] è la matrice delle rigidezze FREQUENZE MODALI DEFORMATE MODALI SMORZAMENTO MODALE cortesemente il nulla osta all'autore 14

15 L ingegnere studia le rigidezze e le masse del suo sistema per prevederne il periodo/frequenza proprio/a di vibrazione f = 1 2π k M L ingegnere può anche misurare i periodo/frequenza proprio/a di vibrazione, come abbiamo mostrato poco fa cortesemente il nulla osta all'autore 15

16 Cosa fa il geologo quando deve studiare il comportamento dinamico di un sottosuolo? H H cortesemente il nulla osta all'autore 16

17 f edificio = 1 2π k M H f suolo = V S 4H V s = μ ρ cortesemente il nulla osta all'autore 17

18 Perché per determinare la dinamica di una struttura le NTC impongono all ingegnere di conoscere la distribuzione delle rigidezze e masse con l altezza f = 1 2π k M mentre per determinare la dinamica di un terreno le NTC impongono al geologo di studiare solo la rigidezza media (Vs30) e di far finta che la massa sia sempre 30 m (NTC08)? f suolo = V S 4H Perché per determinare la dinamica di una struttura le NTC impongono all ingegnere di conoscere la distribuzione delle rigidezze e masse con l altezza f = 1 2π k M mentre per determinare la dinamica di un terreno le NTC impongono al geologo di studiare solo la rigidezza media (VsH) e di far finta che la massa sia 30 m se è superiore a 30 m? (NTC18) f suolo = V S 4H cortesemente il nulla osta all'autore 18

19 Forse perché è difficile misurare la risposta dinamica di un terreno? E dal 1985 che la sismologia ha dovuto fare i conti con questo fenomeno cortesemente il nulla osta all'autore 19

20 Perché ha causato la maggior parte dei danni a oltre 200 km di distanza dall epicentro AMPLIFICAZIONE onde dovuta a diminuzione di rigidezza del terreno (V S ) e densità RISONANZA nei suoli stratificati cortesemente il nulla osta all'autore 20

21 EQUAZIONE DELLA RISONANZA La risonanza è dovuta all intrappolamento delle onde tra due superfici in cui si verifica una variazione di impedenza acustica. f suolo = V S 4H Come si misurano i modi di vibrare di un sottosuolo cortesemente il nulla osta all'autore 21

22 COSA RIUSCIAMO A MISURARE POSIZIONANDO SEMPLICEMENTE UN SISMOMETRO A TERRA E REGISTARANDO IL RUMORE AMBIENTALE PER ALCUNI MINUTI? RUMORE SISMICO AMBIENTALE RUMORE DI ORIGINE PREVALENTEMENTE NATURALE (onde, vento, vulcanismo, terremoti ecc.) RUMORE DI ORIGINE PREVALENTEMENTE ANTROPICA cortesemente il nulla osta all'autore 22

23 Il rapporto tra componenti spettrali è stabile: cancellando l effetto di sorgente esso enfatizza quello di sito (legato al percorso delle onde nel sottosuolo e quindi alle caratteristiche del sottosuolo) RAPPORTI H/V H/V cortesemente il nulla osta all'autore 23

24 Quando invece l H/V non è piatto, indica una amplificazione per risonanza (ossia un contrasto di impedenza che intrappola e amplifica le onde nei livelli superficiali) > 300 m limi - calcare 40 m limi - calcare 4 m limi - calcare profondità f suolo = V S 4H superficie PIANURA PADANA 0.2 Hz 0.8 Hz I bacini sedimentari predispongono all intrappolamento delle onde sismiche, oltre che alla loro amplificazione alle di frequenze di risonanza. Questo determina un prolungamento della durata dello scuotimento. cortesemente il nulla osta all'autore 24

25 Tetto delle ghiaie AES7-8 (5-35 m) Argille Azzurre PIANURA 1 PIANURA 2 FASCIA APPENNINICA cortesemente il nulla osta all'autore 25

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27 Uno dei principi dell isolamento sismico è l allungamento del periodo proprio della struttura (T ) cortesemente il nulla osta all'autore 27

28 Questi spettri, costruiti per le categorie semplificate di sito prevedono che l aumento della rigidezza nel sottosuolo (cioè di Vs) sia graduale, ossia che non ci siano frequenze di risonanza. cortesemente il nulla osta all'autore 28

29 Ma le frequenze di risonanza esistono in un sacco di terreni, quindi nei casi reali questi spettri possono avere «rigonfiamenti» a frequenze inattese cortesemente il nulla osta all'autore 29

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