Giornata di studio. Approfondimenti sul paragrafo 4 dello Standard Minimo Modellazione sismica

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1 ORDINE DEI GEOLOGI DELLA REGIONE UMBRIA Aggiornamento Professionale Continuativo Giornata di studio Metodo d'approccio e stato di applicazione dello Standard minimo per la redazione della Relazione Geologica ai sensi delle NTC08 e prime indicazioni sullo standard per la Relazione Geotecnica Approfondimenti sul paragrafo 4 dello Standard Minimo Modellazione sismica Relatore: Dott. Geol. Sandro Zeni 26 OTTOBRE 2011 CAOS Centro Arti Opificio Siri - TERNI

2 STANDARD MINIMO PER LA REDAZIONE DELLA RELAZIONE GEOLOGICA AI SENSI DELLE NTC08 Delibera del Consiglio dell Ordine dei Geologi dell Umbria n.37/2011 Circolare dell Ordine dei Geologi dell Umbria n.4/ Omissis. 4. MODELLAZIONE SISMICA 4.1. Finalità e metodologia di studio 4.2. Caratterizzazione sismica dell area (sismicità storica) 4.3. Pericolosità sismica di base ( 3.2) 4.4. Azione sismica ( 3.2.2; ) Determinazione dell approccio più idoneo ai fini della definizione dell azione sismica derivante dalla valutazione dell effetto di Risposta Sismica Locale ( C ): - Approccio numerico => Studi di RSL (modellazioni specifiche) - Approccio semplificato => Categoria sottosuolo e Categoria topografica Caratterizzazione dei terreni ai fini sismici ( ) Approccio numerico: Modelli numerici Accelerazione massima attesa al suolo e history time (accelerogramma di input) Spettro di risposta elastico Approccio semplificato: Categoria di profilo stratigrafico del suolo di fondazione e amplificazione stratigrafica Condizioni topografiche e amplificazione topografica Spettro di risposta elastico (è possibile ometterlo) Stabilità nei confronti della liquefazione (verifica numerica o evidenziazione dei motivi per i quali è giustificata l omessa verifica) ( ).. Omissis.

3 4.2. SISMICITA STORICA Esempio per la città di Terni Assessorato Protezione Civile provincia di Terni Massime intensità macrosismiche Terni Imax = 9 Fonte ufficiale INGV-GNDT Stucchi et alii. (2007). DBMI04, il database delle osservazioni macrosismiche dei terremoti italiani utilizzate per la compilazione del catalogo parametrico CPTI04 (2004).

4 4.2. SISMICITA STORICA Esempio per il comune di Terni Ordinanza Presidente Consiglio dei Ministri n.3274/03 Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona simica. Comune di Terni è classificato = Zona sismica 2 O.P.C.M. n.3274/03 è stata recepita dalla Regone Umbria mediante D.G.R. n.852/03 Assessorato Protezione Civile provincia di Terni Classificazione sismica Terni = Zona Sismica 2 Ordinanza Presidente Consiglio dei Ministri n.3519/06 Criteri generali per l individuazione delle zone sismiche e per la formazione e l aggiornamento degli elenchi delle medesime zone (Allegato 1B). Norme tecniche per le costruzioni (D.M ) all. B La città di Terni ha valori compresi tra 0,1609 g e 0,1717 g. Valore medio assunto = 0,170 g CARTA DELLA PERICOLOSITA' SISMICA DELLA REGIONE UMBRIA Espressa in accelerazione massima al suolo (ag) con probabilità di eccedenza del 10% in 50 anni (Tr = 475 anni) Suolo rigido con topografia orizzontale (suolo A - topografia T1)

5 4.2. SISMICITA STORICA Esempio per la città di Terni INDIVIDUAZIONE ZONA SISMOGENETICA Città di Terni Zona sismogenetica ZS9 = 920 Mw massima attesa = 6,14 Applicazioni: Caratteristiche dei terremoti locali Mw massima attesa Disaggregazione della pericolosità sismica Scelta ottimale di accelerogrammi naturali Magnitudo per le verifiche di liquefazioni Fonte: Gruppo di lavoro (2004) Redazione mappa pericolosità sismica Ordinanza PCM 3274/03 Fonte: D.P.C. Microzonazione Sismica VOLUME I punto

6 4.3. PERICOLOSITA SISMICA DI BASE Esempio per la Città di Terni Parametri sismici di base: parametri di un sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (sottosuolo di categoria A, definito al NTC08). Sito: Via Gramsci Comune di Terni latitudine: 42, longitudine:12, (Coord. ED50) Tr = periodo di riferimento [anni] PVR = probabilità di superamento [%] Operatività (SLO): Probabilità di superamento: 81% Tr: 30 [anni] ag: 0,058 g Fo: 2,506 Tc*: 0,269 [s] Danno (SLD): Probabilità di superamento: 63 % Tr: 50 [anni] ag: 0,072 g Fo: 2,492 Tc*: 0,281 [s] Salvaguardia della vita (SLV): Probabilità di superamento:10 % Tr: 475 [anni] ag: 0,170 g Fo: 2,449 Tc*: 0,321 [s] Prevenzione dal collasso (SLC): Probabilità di superamento:5% Tr: 975 [anni] ag: 0,212 g Fo:2,479 Tc*: 0,333 [s] Tipo di elaborazione: Fondazioni e Stabilità dei pendii Classe d uso opera: 2 Vita nominale dell opera: 50 anni Periodo di riferimento: 50 anni Coefficiente cu: 1,00 Tr = periodo di riferimento ag = accelerazione orizzontale massima al sito; Fo = valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale. Tc* = periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale.

7 AZIONE SISMICA - SPETTRI DI RISPOSTA ELASTICA e DI PROGETTO NTC08 Punto 3.2. La pericolosità sismica (di base) è definita in termini di accelerazione orizzontale massima attesa ag in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale..omissis.., nonché di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad essa corrispondente Se (T), con riferimento a prefissate probabilità di eccedenza PVR, nel periodo di riferimento TR. Omossis le forme spettrali sono definite, per ciascuna delle probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR, a partire dai valori dei seguenti parametri su sito di riferimento rigido orizzontale: ag, Fo, Tc* (valori presenti su tabelle allegate alla norma). NTC08 Punto Spettro di risposta elastico in accelerazione. Lo spettro di risposta elastico in accelerazione è espresso da una forma spettrale (spettro normalizzato) riferita ad uno smorzamento convenzionale del 5%, moltiplicata per il valore ag su sito di riferimento rigido orizzontale omissis.. Gli spettri così definiti possono essere utilizzati per strutture con periodo fondamentale minore o uguale a 4,0 s. Per strutture con periodi fondamentali superiori lo spettro deve essere definito da apposite analisi ovvero l azione sismica deve essere descritta mediante accelerogrammi. Spettri elastici (spettri forniti dal geologo ) noi operiamo solo su questo tipo di spettri Spettri di progetto (spettri ottenuti dall abbattimento di quelli elastici in funzione della duttilità e del fattore di struttura del manufatto) i valori della duttilità e del fattore di struttura sono competenze dello strutturista/ingegnere SLV: Spettro elastico per suolo tipo A e topografia T1 SLV: Spettro di progetto CD B e q = 3.00

8 AZIONE SISMICA e SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICA IN ACCELERAZIONE SPETTRO ELASTICO IN ACCELERAZIONE DELLE COMPONENTI ORIZZONTALI ag = accelerazione orizzontale massima al sito T = periodo di vibrazione; Se = accelerazione spettrale orizzontale; S = Ss*St essendo: DETERMINAZIONE DEI PERIODI CARATTERISTICI Caso di sottosuolo A e categoria topografica T1 Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV) Città di Terni ag = 0,170 g Fo = 2,449 Tc*=0,321s Ss = 1,00 St = 1,00 S = Ss*St = 1,00 Cc = 1,00 Smorzamento al 5% h = 1,00 TC = Cc*Tc* = 0,321 s TB = TC/3 = 0,107 s TD = 4*ag/g+1,6 = 2,28 s Se(T) max = ag*fo = 0,4163 g Ss coefficiente di amplificazione stratigrafica St coefficiente di amplificazione topografica; h = fattore che altera lo spettro elastico per coefficienti di smorzamento viscosi convenzionali diversi dal 5% ( >0,55); Fo = fattore di amplificazione spettrale massima, su sito di riferimento rigido orizzontale (valore minimo 2,20); TC = periodo corrispondente all inizio del tratto a velocità costante dello spettro, dato da (TC = Cc * Tc*) dove: Cc è un coefficiente funzione della categoria di sottosuolo. TB = periodo corrispondente all inizio del tratto dello spettro ad accelerazione costante: TB = TC/3; TD = periodo corrispondente all inizio del tratto a spostamento costante dello spettro: TD = 4,0 * ag/g + 1,6

9 4.4. VALUTAZIONE DELLA AZIONE SISMICA Esempio per la Città di Terni Il geologo interviene sullo spettro di risposta elastica mediante i coefficienti Ss, St e Cc. Tali coefficienti si ottengono dalla categoria del sottosuolo e dalla categoria topografica, mediante le sottostanti equazioni. VALORI PER IL NS. ESEMPIO Coefficiente di amplificazione stratigrafica Ss varia da 0,90 a 1,80 SLC si ha: Tc* = 0,332 quindi: Cc varia da 1,00 a 2,17 Coefficiente di amplificazione topografica St varia da 1,00 a 1,40 N.B. Valori errati di questi coefficienti possono produrre aumenti fino a 2,52 volte di Se(T) e possono allungare il tratto di accelerazione costante dello spettro di 2,17 volte

10 SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO DELLE COMPONENTI ORIZZONTALI Per generare spettri di risposta elastica e di progetto consiglio: software free Spettro Win ( o software free Spettri NTC ver (

11 OSSERVAZIONI SULLA CATEGORIA TOPOGRAFICA, ai sensi NTC08 NTC08 punto Le categorie topografiche si applicano nel caso di: geometriche bidimensionali (creste o dorsali allungate) altezza maggiore di 30 m. N.B. (NTC08 Punto ) La variazione spaziale del coefficiente di amplificazione topografica è definita da un decremento lineare con l altezza del pendio o rilievo, dalla sommità o cresta fino alla base dove St assume valore unitario. Esempio. Nel caso di Categoria topografica T3 Il valore St è compreso tra 1,00 e 1,20 con tutti i suoi valori intermedi.

12 NTC2008 Punto CARATTERIZZAZIONE DEI TERRENI AI FINI SISMICI Le indagini devono comprendere l accertamento degli elementi che, unitamente agli effetti topografici, influenzano la propagazione delle onde sismiche, quali le condizioni stratigrafiche e la presenza di un substrato rigido o di una formazione ad esso assimilabile. Nota: La norma riporta chiaramente la necessità di dover rilevare un substrato (Formazione in posto) o un bedrock-like equivalente, associato ad una nota stratigrafia locale, in caso contrario le amplificazioni sismiche non sono attendibili qualunque sia l approccio utilizzato (analisi numerica o metodo semplificato). Il substrato va cercato per almeno i primi 30 mt. dal piano fondale del manufatto, altrimenti la classificazione del sottosuolo o la modellazione non è attendibile. NTC2008 Punto In ogni caso, la caratterizzazione geotecnica dei terreni (ai fini sismici) deve consentire almeno la classificazione del sottosuolo secondo i criteri esposti nel Nota: spesso una semplice MASW non è sufficiente per classificare un sottosuolo. A queste prospezioni geofisiche bisogna sempre associare altre indagini che permettano di fare una modellazione sismica attendibile (rifrazione in onde P, ReMi, HVSR, sondaggi penetrometrici, sondaggi geognostici ecc.). Nessuna indagine geofisica potrà mai sostituire una stratigrafia da sondaggio. NTC2008 Punto Nel caso di opere per le quali si preveda l impiego di metodi d analisi avanzata, è opportuna anche l esecuzione di prove cicliche e dinamiche di laboratorio, quando sia tecnicamente possibile il prelievo di campioni indisturbati..omosiss.. Nella caratterizzazione geotecnica è necessario valutare la dipendenza della rigidezza e dello smorzamento dal livello deformativo. Nota: se si vogliono fare modellazioni numeriche di RSL è necessario aver caratterizzato i terreni almeno per i parametri indispensabili per l analisi: peso di volume per ogni sismostrato, spessore di ogni sismostrato, velocità Vs per ogni sismostrato, curve di decadimento (D/Do e G/Go) per ogni sismostrato, altrimenti la modellazione non è attendibile.

13 GRAZIE PER L ATTENZIONE!