Effectiveness of Soil Parameters for Ground Response Characterization and Site Classification

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1 28 Convegno GNGTS, Novembre 2009, Trieste Simone Barani Università di Genova - Dip.Te.Ris. Roberto De Ferrari Gabriele Ferretti Claudio Eva Università di Genova - Dip.Te.Ris. Università di Genova - Dip.Te.Ris. Università di Genova - Dip.Te.Ris. of corresponding author: barani@dipteris.unige.it Effectiveness of Soil Parameters for Ground Response Characterization and Site Classification Scopo del Lavoro: definizione del set di parametri più efficaci per la predizione dell amplificazione sismica al sito ovvero per la classificazione dei suoli (Barani et al., 2008, Earthquake Spectra, Vol. 24, pp ). Quale più informativo tra velocità media delle onde di taglio nei primi 30m di terreno (V S,30 ), frequenza fondamentale (F 0 ) e contrasto d impedenza (I W )?

2 Effectiveness of Soil Parameters for Ground Response Characterization and Site Classification Metodo 1. Analisi di pericolosità sismica propedeutica alla definizione dell input sismico 2. Definizione dell input sismico quale set di accelerogrammi reali compatibili con la pericolosità sismica al sito 3. Analisi dinamiche di risposta sismica e verifica con dati sperimentali 4. Confronto tra spettri di risposta da analisi numeriche e spettri di normativa 5. Predizione dell amplificazione sismica

3 Effectiveness of Soil Parameters for Ground Response Characterization and Site Classification 1. Analisi di Pericolosità Sismica (a) Confronto tra gli spettri a pericolosità uniforme (periodo medio di ritorno, MRP = 475 anni) per alcuni Comuni della Lunigiana-Garfagnana (Toscana settentrionale) e quelli di normativa. Gli spettri NTC05 e EC8 sono ancorati ad un valore di PGA pari a 0.25g (zona 2) mentre quello proposto da NTC08 è ancorato al valore locale di PGA per un MRP di 475 anni (Gruppo di Lavoro MPS, 2004). (b) Come sopra ma per alcuni Comuni della Provincia di Campobasso.

4 2. Definizione dell Input Sismico Criteri per la selezione degli accelerogrammi di input: 1. Classe di sito: roccia 2. Valori M-R da disaggregazione pericolosità sismica (sia PGA che Sa(1.0s)) 3. Regime tettonico (normale-trascorrente) (a) Confronto tra lo spettro a pericolosità uniforme di riferimento per i Comuni della Lunigiana- Garfagnana e lo spettro medio calcolato dagli accelerogrammi di input. (b) Come sopra ma per i Comuni della Provincia di Campobasso.

5 3. Analisi di Risposta Sismica Toscana Molise Profili di terreno e loro caratteristiche: 1. Spessore del deposito: 4m < h < 66m m/s < V S,30 < 1220m/s 3. Velocità media del deposito: 150m/s < V S,soil < 800m/s 4. Velocità media del bedrock: 690m/s < V S,bedrock < 1500m/s

6 3. Analisi di Risposta Sismica Attendibilità delle analisi numeriche: confronto con misure sperimentali (es. per un sito in Lunigiana-Garfagnana)

7 4. Confronto Spettri di Risposta Toscana Molise Influenza dei terreni di riporto (strato superficiale con spessore h < 5m e Vs < 180m/s). Cfr. tra gli spettri medi per suoli tipo A in Toscana (a) e Molise (b). Confronto tra spettri di risposta da analisi numeriche e spettri di normativa per suoli tipo A (a) e tipo B (b). Confronto tra spettri di risposta da analisi numeriche e spettri di normativa per suoli tipo A (a), tipo B (b) e tipo (C) (c).

8 5. Predizione Amplificazione Sismica L amplificazione sismica è quantificata da un fattore di amplificazione frequencyindependent definito come il rapporto tra l Intensità di Housner in superficie, SI S, e l Intensità di Housner su roccia affiorante, SI R (es., Pergalani et al., 1999 & 2003): F a SI SI S R dove l intensità di Housner è calcolata come: SI PSV ( T ) dt e PSV(T) indica il valor medio dello spettro di pseudo-velocità (media sugli n accelerogrammi di input) riferito ad uno smorzamento del 5%.

9 5. Predizione Amplificazione Sismica F a Vs V S,30 F a Vs F 0 F a Vs I W

10 5. Predizione Amplificazione Sismica Valori di deviazione standard (a), σ ln(fa), e coefficiente di determinazione (b), R 2 (adj), per diversi modelli di regressione. All aumentare di R 2 (adj) aumenta l efficacia predittiva del modello a cui corrisponde un più basso valore di σ ln(fa). Funzionale di regressione: lnfa a b1 lnx1 b2 lnx 2 b n lnx n

11 Variazione Spazio-Temporale della Deformazione Sismica nell Area dell Aquilano CONCLUSIONI Se confrontati con gli spettri di risposta ottenuti dalle analisi numeriche, gli spettri definiti da EC8, NTC05 e NTC08 appaiono non del tutto cautelativi, in quanto non inviluppano in tutta la banda di periodi gli spettri considerata gli spettri ottenuti da simulazione. Es., si è osservato che il 55% dei siti classificati come rock sites (VS,30 > 800m/s) amplifica lo scuotimento per più di un fattore Fa=1.10. Le analisi di regressione condotte su differenti data set di profili stratigrafici hanno evidenziato che Fa è strettamente dipendente da F0. Rispetto all impiego della sola VS,30, l uso congiunto di VS,30 con altri parametri che tengono conto della variazione di rigidità tra bedrock e suoli sovrastanti (es., F0 or Iw) conduce ad un minor errore nella predizione dell amplificazione del terreno. Sebbene l analisi condotta non possa essere estrapolata ad altre aree caratterizzate da diverse condizioni geologiche (es., terreni soffici profondi), VS,30 and Iw risultano meno informativi rispetto a F0 e, pertanto, meno utili a fini di classificazione dei suoli. Da ciò segue che la frequenza fondamentale non dovrebbe essere trascurata nelle norme tecniche per quanto concerne la caratterizzazione dell azione sismica. A bassi livelli di deformazione, una stima di F0 può essere ottenuta da VS,soil e h. In alternativa, nonostante alcuni limiti applicativi, F0 può essere ottenuta da misure speditive di microtremore.

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