Carte di Microzonazione di livello 2 e 3: input sismico e casi in studio

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1 Carte di Microzonazione di livello 2 e 3: input sismico e casi in studio Floriana Pergalani Politecnico di Milano Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile-Architettura e Ambientale Università degli Studi dell Aquila L Aquila, 21 febbraio 2013

2 Effetti locali Sigla SCENARIO PERICOLOSITA SISMICA LOCALE EFFETTI Z1a Zona caratterizzata da movimenti franosi attivi Z1b Zona caratterizzata da movimenti franosi quiescenti Instabilità Zona potenzialmente franosa o esposta a rischio di Z1c frana Z2 Zone con terreni di fondazione particolarmente Cedimenti e/o scadenti (riporti poco addensati, terreni granulari fini liquefazioni con falda superficiale) Z3a Z3b Z4a Z4b Z4c Z4d Z5 Zona di ciglio H > 10 m (scarpata con parete subverticale, bordo di cava, nicchia di distacco, orlo di terrazzo fluviale o di natura antropica) Zona di cresta rocciosa e/o cocuzzolo: appuntite - arrotondate Zona di fondovalle con presenza di depositi alluvionali e/o fluvio-glaciali granulari e/o coesivi Zona pedemontana di falda di detrito, conoide alluvionale e conoide deltizio-lacustre Zona morenica con presenza di depositi granulari e/o coesivi (compresi le coltri loessiche) Zone con presenza di argille residuali e terre rosse di origine eluvio-colluviale Zona di contatto stratigrafico e/o tettonico tra litotipi con caratteristiche fisico-meccaniche molto diverse Amplificazioni topografiche Amplificazioni litologiche e geometriche Comportamenti differenziali

3 Effetti locali Effetti di sito o di amplificazione sismica Litologiche Morfologiche Terreni con comportamento STABILE nei riguardi del sisma Effetti di instabilità Movimenti franosi Cedimenti, densificazioni, liquefazioni Terreni con comportamento INSTABILE nei riguardi del sisma Effetti di sito di tipo areale estesi su tutta l area con modalità diverse Effetti di instabilità di tipo puntuale concentrati in piccoli areali

4 Effetti locali Comportamento non lineare descritto dall evoluzione dei parametri G e D al crescere di l = soglia elastica o di linearità ( %) v = soglia volumetrica ( %) a) Modello elastico lineare (se D 0 =0) o visco-elastico (D 0 ) b) Modello elastico lineare equivalente (coppie G-D) c) Modello non lineare elastoplastico con incrudimento (accoppiamento deformazioni distorsionali e volumetriche)

5 Effetti locali In funzione della scala di lavoro e dei risultati che si intende ottenere: Approccio qualitativo Livello 1 (ICMS) Approccio semiquantitativo Livello 2 (ICMS) Approccio quantitativo Livello 3 (ICMS)

6 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica Livello 1 Studio propedeutico e obbligatorio per affrontare i successivi livelli di approfondimento Indagini raccolta dei dati pregressi: rilievi geologici, geomorfologici, geologicotecnici e sondaggi Elaborazioni sintesi dei dati e delle cartografie disponibili Prodotti carta delle indagini carta geologico tecnica e sezioni carta delle microzone omogenee in prospettiva sismica (Mops), scala 1:5000-1: relazione illustrativa

7 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica Le microzone sono distinte in: Livello 1 Zone stabili, senza effetti di modificazione del moto sismico rispetto ad un terreno rigido (Vs 800 m/s) e pianeggiante (pendenza < 15 ) Zone stabili suscettibili di amplificazioni locali: amplificazioni litostratigrafiche per Vs<800 m/s e spessori >3 m amplificazioni topografiche Zone suscettibili di instabilità (instabilità di versante, liquefazioni, faglie attive e capaci, cedimenti differenziali)

8 Approcci semiquantitativo e quantitativo Due categorie: Amplificazioni Instabilità

9 Approccio semiquantitativo Attraverso l uso di specifiche tabelle e/o classificazioni si ricava il valore di un determinato parametro scelto come indicatore dell amplificazione. Alcuni esempi: Manual for Zonation on Seismic Geotechnical Hazards, redatto nel 1993 dal Comitato TC4 (Technical Committee n 4 for Earthquake Geotechnical Engineering) della ISSMFE (lnternational Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering) Guidelines for seismic microzonation studies, redatto nel 1995 dal Scientific and Technical Committee della AFPS (Association Francaise du Genie Parasismique - French Association for Earthquake Engineering) nell ambito della Delegation of Major Risks of the French Ministry of the Environment Direction for Prevention, Pollution and Risks NEHRP Recommended provisions for seismic regulations for new buildings and other structures (FEMA 450) - Part 1: Provisions (Cap. 3) Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings Norme Tecniche per le costruzioni DM 14/1/2008 Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica Conferenza delle Regioni e delle Provincie autonome Dipartimento della Protezione Civile, Roma, 2008 Criteri ed indirizzi per la definizione della componente geologica, idrogeologica e sismica del PGT, in attuazione dell art. 57 della L.R. 11 marzo 2005, n ALLEGATO 5 DGR VIII/7374 ( ) Abachi Regionali per gli studi di Livello 2 di Microzonazione Sismica ai sensi della DGR Lazio n. 545 del 26 novembre 2010

10 Norme Tecniche per le Costruzioni A19.a - VALUTAZIONE DELLA CATEGORIA DI SOTTOSUOLO Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di A V s30 superiori a 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 m Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da B un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di V s30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero N SPT30 > 50 nei terreni a grana grossa e cu 30 > 250 kpa nei terreni a grana fina) Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da C un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di V s30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < N SPT30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu 30 < 250 kpa nei terreni a grana fina) Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a grana fina scarsamente consistenti, con spessori superiori a 30 m, D caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di V s30 inferiori a 180 m/s (ovvero N SPT30 < 15 nei terreni a grana grossa e cu 30 < 70 kpa nei terreni a grana fina) Terreni dei sottosuoli di tipo C o D per spessore non superiore a 20 m, E posti sul substrato di riferimento (con Vs > 800 m/s) Depositi di terreni caratterizzati da valori di V s30 inferiori a 100 m/s (ovvero 10 < cu S1 30 < 20 kpa), che includono uno strato di almeno 8 m di terreni a grana fina di bassa consistenza, oppure che includono almeno 3 m di torba o di argille altamente organiche Depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive o S2 qualsiasi altra categoria di sottosuolo non classificabile nei tipi precedenti Ss V s30 > 800 m/s < V s m/s < V s m/s V s m/s < V s m/s V s m/s V s30 < 100 m/s - Specifiche analisi Specifiche analisi

11 Norme Tecniche per le Costruzioni A19.b - VALUTAZIONE DELLA CATEGORIA TOPOGRAFICA Inclinazione media (i) S T Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con T1 inclinazione media i 15 i 15 1,0 T2 Pendii con inclinazione media i > 15 i > 15 1,2 T3 T4 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media 15 i 30 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media i > i 30 1,2 i > 30 1,4

12 Psa (g) Applicando l accelerogramma di input ad oscillatori con n assegnato (convenzionalmente 0.05 o 5%) e T variabile e riportando il valore massimo di x, x o x si ottengono gli spettri in spostamento, in velocità e in accelerazione 0.1 Oscillatore elementare ad 1 grado di libertà T (s) Costante elastica k Equazione del moto: x + x + x=-a(t) Coefficiente smorzamento b Massa m x=spostamento spettrale x =velocità spettrale x =accelerazione spettrale =b/2 m fattore di smorzamento =k/m pulsazione naturale oscillatore =2 f ove f frequenza propria

13 SPETTRO DI FOURIER

14 SPETTRO DI FOURIER Spettro di ampiezza A i Spettro di fase i Spettro di potenza A i 2

15 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica Risolve le incertezze del livello 1 con approfondimenti Fornisce quantificazioni numeriche degli effetti con metodi semplificati Indagini indagini geofisiche in foro (DH/CH), sismica a rifrazione, analisi con tecniche attive e passive per la stima delle Vs, microtremori ed eventi sismici Elaborazioni correlazioni e confronti con i risultati del livello 1, revisione del modello geologico, abachi per i fattori di amplificazione Prodotti carta delle indagini carta di microzonazione sismica relazione illustrativa Livello 2

16 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica Livello 2 Carta di microzonazione sismica con metodi semplificati (livello 2) Zone stabili e zone stabili suscettibili di amplificazioni locali, caratterizzate da fattori di amplificazione relativi a due periodi dello scuotimento (FA ed FV) Zone di deformazione permanente, caratterizzate da parametri quantitativi (spostamenti e aree accumulo per frana, calcolo dell indice del potenziale di liquefazione)

17 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica Livello 2 Modello di sottosuolo di terreni omogenei a strati orizzontali, piani e paralleli, di estensione infinita, considerando 3 diversi gradienti di Vs con la profondità, su un bedrock sismico (Vs=800 m/s) FA = 1 Tao 1.5Tao 0.5Tao SAo( T )dt 1 Tai 1.5Tai 0.5Tai SAi( T )dt FV = 1 0.4Tvo 1.2Tvo 0.8Tvo SVo( T )dt 1 Tvi 1.2Tvi 0.8Tvi SVi( T )dt

18 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica Livello 2 Le tabelle degli abachi sono ordinate per: litotipo (ghiaia, sabbia, argilla) tipo di profilo di Vs (costante, gradiente max, gradiente intermedio) a g, accelerazione dell evento di riferimento (0,06-0,18-0,26) Per trovare il valore di FA o FV devo conoscere: a g, accelerazione dell evento di riferimento (0,06-0,18-0,26) litotipo prevalente della copertura spessore della copertura Vs media della copertura fino al raggiungimento del bedrock

19 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica Livello 2

20 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica MORFOLOGIA (creste e ciglio di scarpata) Parametri geometrici: altezza, larghezza, pendenza 2.0 CORRELAZIONE H/L - Fa s CRESTE APPUNTITE L > 350 m 2.0 CORRELAZIONE H/L - Fa s CRESTE APPUNTITE 250 m < L< 350 m Fa 1.5 Fa Fa H/L CRESTE APPUNTITE CORRELAZIONE H/L - Fa s 150 m < L< 250 m Fa H/L CRESTE APPUNTITE CORRELAZIONE H/L - Fa s L < 150 m Classe altimetrica Classe di inclinazione Valore di Fa Area di influenza 10 m H 20 m A i = H 20 m < H 40 m A i = H > 40 m < < < > A i = 3 H 4 2 H H/L CORRELAZIONE H/L - Fa s H/L CRESTE ARROTONDATE Fa H/L

21 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica Livello 2 Il risultato che si ottiene con gli abachi non va bene nel caso di: forme sepolte (amplificazioni 2D) inversioni di velocità (rigido su soffice) forte contrasto di impedenza Gli abachi dovrebbero essere regionalizzati a partire da: input sismici (studi di pericolosità di base) modelli litologici curve di decadimento del modulo di taglio (G) e di incremento del rapporto di smorzamento smorzamento (D) con la deformazione, per ciascun litotipo profili di Vs valori del Fattore di amplificazione FH calcolato come rapporto di intensità spettrale sugli spettri di risposta in accelerazione di output ed input considerando i periodi tra s confronto con valori di soglia comunali (SH) calcolati come gli FH derivanti dagli spettri delle NTC per le varie categorie di suolo ed eventuale prescrizione dell applicazione del livello 3 se FH > SH

22 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica PIANIFICAZIONE PROGETTAZIONE MS1 MS2 Abachi ICMS Abachi regionalizzati Graduatorie ai fini urbanistici Confronto FH ( s) MS3 Obbligo RSL Spettri elastici Confronto spettri elastici Procedura semplificata NTC con utilizzo categoria di sottosuolo individuata

23 Applicazione Area Aquilana Sono stati analizzati i Comuni che hanno subito un intensità macrosismica pari o superiore al VII grado della scala MCS L operazione ha visto il coinvolgimento di: 10 università: L Aquila, Chieti-Pescara, Genova, Politecnico Torino, Politecnico Milano, Firenze, Basilicata, Roma 1, Roma 3, Siena 7 istituti di ricerca: CNR, INGV, AGI, RELUIS, ISPRA, ENEA Frascati, OGS Trieste, GFZ Postdam 3 Regioni e 2 Provincie: Lazio, Emilia-Romagna, Toscana, Provincia di Trento, Provincia di Perugia Ordine dei Geologi della Regione Abruzzo Per un totale di circa 200 unità di personale

24 Applicazione Area Aquilana Il coordinamento del gruppo di lavoro è affidato a Dipartimento della Protezione Civile e alla Regione Abruzzo I lavori, iniziati all inizio di maggio 2009, si sono conclusi il 30 settembre 2009, solo 6 mesi dopo l evento Il costo dell operazione è stata di circa euro che hanno finanziato alcune indagini particolari (tutte le Università, gli Enti di Ricerca, le Regioni e le Provincie hanno contribuito quasi a costo zero)

25 Applicazione Area Aquilana AREA INVESTIGATA

26 Applicazione Area Aquilana PROCEDURA Selezione delle aree più danneggiate; Reperimento dei dati geologici, geomorfologici, geofisici e geotecnici esistenti; Rilievi geologici e geomorfologici a scala di dettaglio (1:5.000 o 1:2.000); Nuove indagini geofisiche e geotecniche e definizione dei modelli geofisici e geotecnici; Definizione dell input sismico per le analisi numeriche; Calcolo delle amplificazioni attese attraverso modelli monodimensionali (1D) e bidimensionali (2D); Analisi sperimentali utilizzando sia registrazioni di terremoti sia rumore ambientale; Valutazione delle amplificazioni attese attraverso parametri quali Fattori di amplificazione e spettri di risposta in accelerazione per ogni situazione analizzata utile in fase di pianificazione e di progettazione. Si presentano i risultati dell area di Paganica-Tempera-Onna-San Gregorio localizzata tra l epicentro del mainshock e la faglia sismogenetica

27 Applicazione Area Aquilana Carta geologico tecnica e geomorfologica Nuove indagini: 7 ERT 3 MASW 13 ReMi 6 Sondaggi con DH 58 HVSR

28 Applicazione Area Aquilana SONDAGGI e DH MASW

29 Applicazione Area Aquilana ERT

30 Applicazione Area Aquilana Carta livello 1 Colonne stratigrafiche zone 1, 2, 3 sono stabili, zone 4-30 sono suscettibili di amplificazioni stratigrafiche; EFZ-A, EFZ-B sono affette da fratture/faglie cosismiche

31 Applicazione Area Aquilana Sezioni geologiche con l indicazione dei punti di analisi

32 Applicazione Area Aquilana Modelli geotecnici e geofisici Vs (m/s) Vs (m/s) Vs (m/s) D (m) DH1 DH2 DH3 DH4 DH5 DH6 D (m) 25 P1 30 P2 35 P3-P4 40 P5 45 P6 50 Vs (m/s) D (m) 25 P7 30 P8 35 P9 40 P10 45 P11 50 Vs (m/s) Modelli 1D delle sequenze analizzate: profili di Vs con la profondità (27 punti: 6 punti corrispondono ai DH) D (m) P12 P13 P14 P15 P16 D (m) P17 P18 P19 P20 P21

33 Applicazione Area Aquilana Risultati Estrapolazione di FA ed FV, uso in fase di pianificazione per: Graduatoria di priorità ed esclusione per nuove edificazioni 2 mappe con 2 diversi periodi: FA per strutture più rigide; FV per strutture più flessibili

34 Esercitazione Caso GHIAIA ALLUVIONALE SABBIA ALLUVIONALE GHIAIA ALLUVIONALE LIMO GHIAIA ALLUVIONALE SONDAGGIO SABBIA ALLUVIONALE CONGLOMERATO LITOLOGIA PREVALENTE: GHIAIA ALLUVIONALE

35 Esercitazione Caso 1 DATI SPERIMENTALI (DH) Profondità (m) V S (m/s) Profondità (m) V S (m/s) Profondità (m) V S (m/s) Profondità (m) V S (m/s) Profondità (m) V S (m/s)

36 Esercitazione Caso 1 Profondità dal pc (m) DATI SPERIMENTALI (DH) Vs (m/s) h 1 = 4 m V S1 = 240 m/s h 2 = 4 m V S2 = 310 m/s h 3 = 8 m V S3 = 380 m/s h 4 = 3 m V S4 = 280 m/s h 5 = 6 m V S5 = 450 m/s h 6 = 14 m V S6 = 600 m/s SUBSTRATO RIGIDO 50

37 Esercitazione Caso 1 LITOLOGIA PREVALENTE: GHIAIA ALLUVIONALE H = 39 m V SH = 398 m/s

38 Esercitazione Caso 1

39 Esercitazione Caso 1

40 Esercitazione Caso GHIAIA ALLUVIONALE SABBIA ALLUVIONALE GHIAIA ALLUVIONALE LIMO GHIAIA ALLUVIONALE SABBIA ALLUVIONALE SONDAGGIO LITOLOGIA PREVALENTE: GHIAIA ALLUVIONALE

41 Esercitazione Caso 2 DATI SPERIMENTALI (DH) Profondità (m) V S (m/s) Profondità (m) V S (m/s) Profondità (m) V S (m/s) DH SPINTO FINO A 30 m SENZA INCONTRARE I CONGLOMERATI

42 Esercitazione Caso 2 INTERPRETAZIONE E DISCRETIZZAZIONE DATI SPERIMENTALI a - Il modello geologico del sito indica la presenza dei conglomerati a profondità dell ordine dei 40 m ESTRAPOLAZIONE DATI SPERIMENTALI CON GRADIENTE LINEARE b - Il modello geologico del sito non fornisce indicazioni aggiuntive ASSEGNAZIONE SUBSTRATO RIGIDO A FINE INDAGINE

43 Esercitazione Caso 2 Profondità dal pc (m) Vs (m/s) H=30m V SH = 361 m/s h 1 = 4 m V S1 = 240 m/s h 2 = 4 m V S2 = 310 m/s h 3 = 8 m V S3 = 380 m/s h 4 = 3 m V S4 = 280 m/s h 5 = 6 m V S5 = 450 m/s b Profondità dal pc (m) h 6 = 5 m V S6 = 600 m/s h 7 = 10 m V S7 = 700 m/s H = 40 m V SH = 411 m/s Vs (m/s) h 1 = 4 m V S1 = 240 m/s h 2 = 4 m V S2 = 310 m/s h 3 = 8 m V S3 = 380 m/s h 4 = 3 m V S4 = 280 m/s h 5 = 6 m V S5 = 450 m/s h 6 = 5 m V S6 = 600 m/s 50

44 Esercitazione Caso 2

45 Esercitazione Caso 2

46 Esercitazione Caso 2

47 Esercitazione Caso 2

48 Esercitazione Caso LIMO LIMO LIMO SONDAGGIO GHIAIA ALLUVIONALE ARGILLA ARGILLA GHIAIA ALLUVIONALE LITOLOGIA PREVALENTE: ARGILLA-LIMO

49 Esercitazione Caso 3 DATI SPERIMENTALI (DH) Profondità (m) V S (m/s) Profondità (m) V S (m/s) Profondità (m) V S (m/s) Profondità (m) V S (m/s)

50 Esercitazione Caso 3 DATI SPERIMENTALI (DH) Profondità dal pc (m) Vs (m/s) h 1 = 4 m V S1 = 150 m/s h 2 = 4 m V S2 = 200 m/s h 3 = 12 m V S3 = 250 m/s h 4 = 5 m V S4 = 500 m/s h 5 = 5 m V S5 = 450 m/s h 6 = 5 m V S6 = 550 m/s SUBSTRATO RIGIDO 50

51 Esercitazione Caso 3 LITOLOGIA PREVALENTE: ARGILLA-LIMO H = 35 m V SH = 280 m/s

52 Esercitazione Caso 3

53 Esercitazione Caso 3

54 Regione Lazio Obiettivi Realizzazione di abachi regionali di livello 2 secondo quanto previsto dagli Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica (ICMS - GdL, 2008 e integrazioni Colombi et al., 2011) L esigenza di disporre di abachi regionalizzati deriva dal fatto che gli abachi presenti negli ICMS hanno una valenza generale e poco si prestano a rappresentare situazioni geologiche specifiche e locali presenti nel territorio regionale Inoltre le recenti normative regionali in ambito di pianificazione e mitigazione del rischio sismico richiedono l utilizzo di abachi di livello 2 specifici per il territorio regionale

55 Regione Lazio Procedura La procedura per la predisposizione degli abachi regionalizzati di livello 2 ha previsto i seguenti passi fondamentali: scelta degli input sismici scelta del codice di calcolo scelta della struttura degli abachi analisi dei dati reperiti analisi numeriche costruzione degli abachi definizione delle soglie UAS

56 Regione Lazio Scelta degli input sismici Studio ENEA Analisi della sismicità regionale ai fini dell individuazione di classi di comuni con situazioni omogenee di scuotibilità in occasione di eventi sismici del 2009 (Enea, 2009) Territorio regionale in 5 sottozone (1, 2A, 2B, 3A, 3B), in base al valore di accelerazione orizzontale attesa (a rif ) e la definizione dei sets di accelerogrammi registrati assegnati a ciascuna Unità Amministrativa Sismica (UAS) Al fine di disporre di una sufficiente rappresentatività della pericolosità sismica regionale in termini di accelerogrammi sono state scelte 4 UAS di riferimento quali: Vallerotonda: massimo valore di a rif della sottozona 1 Monte San Giovanni Campano: minimo valore di a rif della sottozona 2A Roma V: minimo valore di a rif della sottozona 3A Ponza: minimo valore di a rif della sottozona 3B

57 Regione Lazio Accelerazione (g) Accelerazione (g) Accelerazione (g) Accelerazione (g) acc Tempo (s) acc Tempo (s) acc Tempo (s) acc Tempo (s) Accelerazione (g) Tempo (s) PSA (g) Accelerazione (g) VALLEROTONDA acc2 Accelerazione (g) acc Tempo (s) acc1 acc2 acc3 acc4 acc5 NORMATIVA CAT A MEDIA Periodo (s) acc4 ROMA V Accelerazione (g) Accelerazione (g) Accelerazione (g) Accelerazione (g) acc Tempo (s) 0.25 acc acc Tempo (s) acc Tempo (s) Accelerazione (g) acc Tempo (s) Accelerazione (g) PSA (g) MONTE SAN GIOVANNI CAMPANO Tempo (s) Accelerazione (g) acc4 acc1 acc2 acc3 acc4 acc5 NORMATIVA CAT A MEDIA Periodo (s) acc4 Accelerazione (g) PONZA Accelerazione (g) acc Tempo (s) acc acc Tempo (s) Tempo (s) acc Tempo (s) Tempo (s) Accelerazione (g) acc1 acc2 acc3 acc4 acc5 NORMATIVA CAT A MEDIA Accelerazione (g) acc1 acc2 acc3 acc4 acc5 NORMATIVA CAT A MEDIA Tempo (s) acc3 PSA (g) Tempo (s) acc3 PSA (g) 0.10 Accelerazione (g) Accelerazione (g) Tempo (s) Periodo (s) Tempo (s) Periodo (s)

58 Regione Lazio Scelta del codice di calcolo Codice di calcolo monodimensionale finalizzato ad analizzare siti caratterizzati da strati piano paralleli Scelta della struttura degli abachi I 2 parametri di ingresso degli abachi regionalizzati sono: la profondità del substrato rigido H la velocità media equivalente V SH, calcolata fino al raggiungimento del substrato rigido, mediante la seguente formula: Il parametro di uscita è: FH = 0. 5 PSAoutput(T, )dt 0.1 PSAinput(T, )dt

59 Regione Lazio Analisi dei dati reperiti Per ciascuna unità geofisica: i valori dello spessore, della densità, della velocità V S, il rapporto di smorzamento iniziale D 0 e le relative curve di decadimento del modulo di taglio normalizzato G/G 0 e del rapporto di smorzamento D con la deformazione tangenziale Per i dati di spessore e velocità V S sono stati reperiti n. 42 indagini geofisiche (sismica in foro DHesismicasuperficiale MASW) eseguite nel territorio regionale z (m da pc) Vs (m/s)

60 Regione Lazio Le diverse litologie sono state accorpate in base ad analoghi andamenti di V S z in 5 gruppi: ghiaie alluvionali, detritiche e sabbie di alterazione (arenarie travertini e tufi) 2 gruppi di sabbie alluvionali e piroclastiti 2 gruppi di argille e limi Curve di decadimento G/G0 1.0 Sabbie di alterazione e Piroclastiti Sabbie alluvionali Ghiaie alluvionali e detritiche Argille e Limi D% 21 Sabbie di alterazione e Piroclastiti Sabbie alluvionali Ghiaie alluvionali e detritiche Argille e Limi G/G D% (%) (%) 0.1 1

61 Regione Lazio Analisi numeriche Per ogni colonna stratigrafica applicazione dei 4 sets di accelerogrammi selezionati (4 x 5 accelerogrammi) Costruzione di colonne stratigrafiche tipo, variando lo spessore h e la velocità V S di ogni unità geofisica nel rispetto del relativo gradiente di velocità Ogni colonna stratigrafica analizzata è stata definita in termini di coppia V SH H e i risultati delle analisi sono espressi in termini di fattore di amplificazione FH; per la costruzione degli abachi ad ogni colonna stratigrafica, analizzata con i diversi accelerogrammi, è stato assegnato il valore medio di FH

62 FH Costruzione degli abachi La stessa coppia V SH H può essere generata da diverse combinazioni di spessori h e velocità V S delle unità geofisiche costituenti la colonna stratigrafica, alle quali corrispondono valori diversi di FH Al fine di ottenere una correlazione a due parametri tra il valore di nfh e 4 h i le coppie di valori V SH H è stato introdotto il parametro T: i= Regione Lazio y = x x R 2 = y = x x R 2 = y = x x R 2 = y = x x R 2 = y = x x R 2 = T (s) CURVA 1 CURVA 2 CURVA 3 CURVA 4 CURVA 5 Profondità dal pc H (m) T = n i=1 Vs n i=1 i h h Velocità media V SH (m/s) FH i i

63 Regione Lazio ABACHI Profondità dal pc H (m) GHIAIE ALLUVIONALI GHIAIE DETRITICHE SABBIE DI ALTERAZIONE DA ARENARIE SABBIE DI ALTERAZIONE DA TRAVERTINI SABBIE DI ALTERAZIONI DA TUFI VULCANICI FH Velocità media V SH (m/s) GRADIENTE DI VELOCITA PER VALIDITA ABACO Profondità dal pc (m) Vs (m/s) V S = 14.5 z ABACO NON VALIDO

64 Regione Lazio ABACHI Profondità dal pc H (m) SABBIE ALLUVIONALI e PIROCLASTITI Profilo di velocità a gradiente minimo FH Velocità media V SH (m/s) GRADIENTI DI VELOCITA PER VALIDITA ABACO Profondità dal pc (m) Profondità dal pc (m) Vs (m/s) ABACO NON VALIDO V S = 16.7 z Vs (m/s) ABACO NON VALIDO V S = 5 z SABBIE ALLUVIONALI e PIROCLASTITI Profilo di velocità a gradiente massimo Profondità dal pc H (m) FH Velocità media V SH (m/s) GRADIENTE DI VELOCITA PER VALIDITA ABACO Profondità dal pc (m) Vs (m/s) ABACO NON VALIDO V S = 6.7 z + 130

65 Profondità dal pc H (m) Regione Lazio ARGILLE e LIMI Profilo di velocità a gradiente minimo FH Velocità media V SH (m/s) ABACHI GRADIENTE DI VELOCITA PER VALIDITA ABACO Profondità dal pc (m) Vs (m/s) ABACO NON VALIDO ARGILLE e LIMI Profilo di velocità a gradiente massimo V S = 10.8 z Profondità dal pc H (m) FH Velocità medie V SH GRADIENTE DI VELOCITA PER VALIDITA ABACO Profondità dal pc (m) Vs (m/s) V S = 4 z per z 50 m ABACO NON VALIDO V S = 7.1 z 57 per z > 50 m

66 Regione Lazio Condizioni geologiche particolari Situazioni con la presenza in superficie di materiali più rigidi rispetto a quelli sottostanti per spessori anche di alcune decine di metri Le analisi numeriche condotte per queste situazioni particolari hanno evidenziato valori di FH inferiori FH% FHindisturbato FHdisturbato FHindisturbato Decremento % Spessore h 1 (m) % -10% -15% -20% V s1 /V s % -20% -30% -40% % -30% -40% -50% Decremento % del fattore di amplificazione applicato al FH ottenuto da una sequenza indisturbata rispetto alla situazione disturbata dalla presenza di uno strato superficiale più rigido di quello sottostante con spessore maggiore di 5 m e differenza di velocità non inferiore a 200 m/s

67 Regione Lazio Definizione soglie Ss e uso degli abachi Il territorio regionale è suddiviso in Unità Amministrative Sismiche (UAS) La soglia Ss è il valore calcolato, sugli spettri di risposta elastici in accelerazione presenti nella normativa, come rapporto tra gli integrali di output (categoria di sottosuolo B-C-D-E) e di input (categoria di sottosuolo A) nell intervallo compreso tra s (NTC 2008). Pertanto per ogni UAS sono forniti 4 diversi valori di soglia riferiti a ciascuna categoria di sottosuolo diversa dalla A Il confronto tra il valore FH, desunto dagli abachi regionalizzati, e il valore di Ss scelto permette di discriminare le aree nelle quali sono necessari gli approfondimenti di livello 3, identificate come quelle aree nelle quali il valore di FH supera il valore di Ss

68 Approccio quantitativo Due metodologie: Analisi numeriche Analisi sperimentali

69 Livello di approfondimento di zone suscettibili di amplificazioni o di instabilità, nei casi di situazioni geologiche e geotecniche complesse, non risolvibili con abachi o metodi semplificati Può modificare sostanzialmente le carte di microzonazione di livello 2 (es. inversione di velocità) Indagini campagne di acquisizione dati sismometrici, sondaggi, prove in foro e in superficie per la determinazione di profili di Vs, sismica a rifrazione, prove geotecniche in situ e in laboratorio, microtremori, finalizzate alla definizione del modello del sottosuolo di riferimento Elaborazioni Definizione dell input sismico analisi numeriche 1D, 2D e 3D per le amplificazioni e/o analisi sperimentali Prodotti Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica carta delle indagini Livello 3 carta di microzonazione sismica con approfondimenti e relazione illustrativa

70 Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica Livello 3 Zone di deformazione permanente Zone stabili suscettibili di amplificazione caratterizzate da spettri di risposta in accelerazione al 5% dello smorzamento critico Zone stabili

71 Analisi numerica Dati e strumenti necessari: Moto sismico di riferimento (input sismico) Stratigrafia del sottosuolo Proprietà meccaniche dei materiali Codici di calcolo

72 Analisi numerica MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO Riferimenti normativi Tipologie di accelerogrammi Banche dati generali e locali Utilizzo degli accelerogrammi Esempi di utilizzo

73 Analisi numerica O.P.C.M. n. 3274/2003 e s.m.i. Il punto degli allegati tecnici definisce: - Accelerogrammi simulati - Accelerogrammi artificiali Generati - Accelerogrammi naturali registrati Utilizzo di almeno 3 gruppi di accelerogrammi (X, Y e se necessario Z) prendendo il risultato più sfavorevole oppure 7 prendendo il valore medio (4.5.5)

74 Analisi numerica DM NTC e circolare esplicativa Al punto e 7.3.5: - Accelerogrammi simulati - sintetici - Accelerogrammi artificiali - Accelerogrammi naturali registrati Utilizzo di almeno 3 gruppi di accelerogrammi (X, Y e se necessario Z) prendendo il risultato più sfavorevole oppure 7 prendendo il valore medio per gli edifici

75 Analisi numerica DM NTC e circolare esplicativa Al punto e : - Accelerogrammi simulati - sintetici - Accelerogrammi artificiali (non ammessi) - Accelerogrammi naturali registrati Utilizzo di almeno 5 accelerogrammi per RSL e opere e sistemi geotecnici

76 Analisi numerica SIMULATI O SINTETICI Ottenuti tramite la simulazione del processo di rottura causato dall evento sismico e generalmente si riferiscono ad uno scenario caratteristico del sito in termini di magnitudo (M), distanza (R) e caratteristiche sismologiche della sorgente. Problemi di necessaria dettagliata conoscenza delle sorgenti, di calcolo e simulazione di certe componenti spettrali ad alta frequenza influenzate da caratteristiche dei materiali lungo il percorso

77 Analisi numerica ESEMPI DI PARAMETRI NECESSARI

78 Analisi numerica ESEMPIO SIMULATO EVENTO MOLISE - BONEFRO

79 Analisi numerica ARTIFICIALI Storie temporali in accelerazione create attraverso la Random Vibration Theory: generati da modelli iterativi di generazione e aggiustamento di segnali nel dominio della frequenza o del tempo Altri definiscono artificiali le registrazioni di eventi reali manipolate nel dominio della frequenza, anche mediante l inserimento di frequenze impulsive, al fine di renderli spettro-compatibili con uno spettro di target (Ibridi) Elevato numero di cicli, eccessivo contenuto di energia, scarsa significatività fisica Problemi quando si adattano a spettro probabilistico ottenuto con contributo sorgenti a distanze e magnitudo diverse

80 Analisi numerica ESEMPIO PARMA target parma acc1 acc2 acc3 acc4 acc5 acc6 acc7 Spettro medio Psa (g) Periodo (s)

81 Analisi numerica ESEMPIO PARMA Acc Acc Accelerazione (g) Accelerazione (g) Tempo (s) Tempo (s) Acc Acc Acc Accelerazione (g) Accelerazione (g) Accelerazione (g) Tempo (s) Tempo (s) Tempo (s) Acc Acc Accelerazione (g) Accelerazione (g) Tempo (s) Tempo (s)

82 Analisi numerica NATURALI O REGISTRATI Ottenuti da registrazioni accelerometriche di eventi sismici Somiglianza del contesto sismotettonico, Compatibilità e coerenza dei segnali (durata, PGA), Compatibilità e coerenza dei parametri sismogenetici (Magnitudo, Distanza, Meccanismo di sorgente) Significatività delle caratteristiche del sito di registrazione (suolo A) Contenuti in diverse BANCHE DATI

83 Analisi numerica BANCHE DATI JAPAN K-NET KiK-net ITALY ITalian ACcelerometric Archive: ITACA ITALY Center for Engineering Strong Ground Motion Data: CESMD USA PEER Strong Motion Database USA d_motion_database U.S. Geological Survey National Strong Motion Project: NSMP EUROPE European Strong-Motion Data Base: ESMD NEW ZEALAND Institute of Geological and Nuclear Sciences: GNS TURKEY Turkish National Strong Motion Project: T-NSMP IRAN Iran Strong Motion Network ISMN

84 Analisi numerica ESEMPIO PARMA Sigla Lat ( ) Long ( ) Distanza epicentrale (km) Evento Data Ora Stazione Comp. SRC Friuli 4 shock :21:18 S. Rocco N-S MTL Umbria-Marche 2 shock :40:25 Matelica W-E CAT Sicilia Orientale :24:26 Catania (Piana) W-E CSN Val Comino :49:43 Cassino Sant Elia W-E NVL Zona Parma :56:01 Novellara W-E CSA_NS CSA_WE App. Umbro Marchigiano 1 App. Umbro Marchigiano :24: :24:53 Castelnuovo (Assisi) Castelnuovo (Assisi) N-S W-E

85 Analisi numerica ESEMPIO PARMA target parma SRC0 CAT NVL CSN0 CSA_NS CSA_WE MTL Spettro medio Psa (cm/s2) Periodo (s)

86 Analisi numerica SRC0 ESEMPIO PARMA MTL Accelerazione (cm/s2) Accelerazione (cm/s2) Tempo (s) Tempo (s) CAT CSN CSA_WE Accelerazione (cm/s2) Accelerazione (cm/s2) Accelerazione (cm/s2) Tempo (s) Tempo (s) Tempo (s) NVL CSA_NS Accelerazione (cm/s2) Accelerazione (cm/s2) Tempo (s) Tempo (s)

87 Analisi numerica ESEMPIO PARMA

88 Analisi numerica ESEMPIO PARMA Psa (g) acc1 acc2 acc3 acc4 acc5 acc6 acc7 media generati target parma Psa (g) SRC0 MTL CAT CSN0 NVL CSA_NS CSA_WE media registrati target parma Periodo (s) Periodo (s) Fa Generati Registrati Psa (g) media registrati media generati target parma Periodo (s)

89 Analisi numerica Esempio Instabilità N - M a n -W n + N e = 0 Ne Te T - M a t -W t + T e = 0 Corpo di frana assimilato ad un blocco rigido libero di muoversi lungo un piano inclinato che simula la superficie di scivolamento Analisi in termini di spostamento attraverso la doppia integrazione dell equazione differenziale del moto negli intervalli in cui l accelerazione è maggiore di quella critica e in tutti gli istanti in cui la velocità relativa del blocco è positiva: SOMMATORIA DEGLI SPOSTAMENTI RELATIVI y M at z x W M an

90 Analisi numerica Esempio Instabilità V (m 3 ) M (t) (t/m 3 ) ( ) ( ) Corpo globale Corpo a-b Corpo c

91 Analisi numerica Accelerogrammi artificiali Accelerazioni (g) Accelerazioni (g) Accelerazioni (g) Tempo (s) Tempo (s) Tempo (s) Accelerazioni (g) Accelerazioni (g) Tempo (s) Tempo (s)

92 Analisi numerica Accelerogrammi registrati Accelerazioni (g) Accelerazioni (g) Accelerazioni (g) Tempo (s) Tempo (s) Tempo (s) Accelerazioni (g) Accelerazioni (g) Tempo (s) Tempo (s)

93 Analisi numerica Spostamenti cumulati attesi (m) Corpo C SATURAZIONE ARTIFICIALI NATURALI 40% % %

94 Analisi numerica Regione Emilia-Romagna: selezione di gruppi di 3 accelerogrammi naturali scalati per ciascun comune banca dati utilizzata ESMD con criterio di similarità degli spettri di risposta (Marcellini et al., 2007) Regione Lombardia: selezione di gruppi di 5 accelerogrammi naturali scalati per ciascuna fascia di pericolosità regionale banca dati utilizzata ITACA (Politecnico di Milano, 2009) Regione Lazio: gruppo di 5 accelerogrammi naturali e di 5 ibridi spettro-compatibili per ciascuna UAS (ENEA, 2011)

95 Analisi numerica MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO 5 registrazioni (ITACA, 2006); Caratteristiche sismogenetiche della sorgente; Coppia magnitudo-distanza dalla sorgente (da dati di disaggregazione prodotti dal Gruppo di Lavoro, 2004); Massima accelerazione orizzontale attesa (Gruppo di Lavoro, 2004); Registrazioni effettuate su bedrock sismico (sottosuolo di categoria A, NTC). Le registrazioni scelte possono essere oggetto di scalatura, per ottenere un valore medio del picco di accelerazione scalato più vicino possibile al valore di a max atteso conformemente a quanto previsto dalle NTC.

96 Analisi numerica CARATTERIZZAZIONE DELLE SITUAZIONI Costruzione delle sezioni da modellare Reperimento dei parametri geotecnici e geofisici necessari per la modellazione (velocità onde S, velocità onde P, modulo di taglio, coefficiente di Poisson, rapporto di smorzamento, densità, curve di decadimento)

97 Analisi numerica MODELLAZIONE Scelta dei programmi di calcolo (monodimensionali, bidimensionali, ecc.) Scelta dei parametri che definiscono l amplificazione (Pga, accelerogrammi, spettri di risposta, ecc.)

98 Analisi numerica PROGRAMMI DI CALCOLO MONODIMENSIONALI Shake: Desra - Onda: modello a strati continui paralleli dominio frequenze lineare equivalente sforzi totali modello a masse concentrate non lineare sforzi efficaci

99 Analisi numerica Modello a strati continui Modello a masse concentrate

100 Analisi numerica PROGRAMMI DI CALCOLO MONODIMENSIONALI Limiti: modello a volte troppo semplicistico per alcune situazioni reali Vantaggi: applicabilità su aree vaste (colonnine tipo) non necessita della conoscenza della geometria sepolta bidimensionale

101 Analisi numerica PROGRAMMI DI CALCOLO BIDIMENSIONALI Flac: Quad - Flush: Besoil Elco: Else: Ahnse: differenze finite (DFM) varie leggi costitutive elementi finiti (FEM) modello a masse concentrate lineare equivalente dominio del tempo elementi di contorno (DEM) elastico dominio delle frequenze elementi spettrali (SM) elastico possibili versioni 3D metodo ibrido SM-FEM

102 Analisi numerica FEM BEM

103 Analisi numerica PROGRAMMI DI CALCOLO BIDIMENSIONALI Limiti: complessità nella costruzione del modello necessità di conoscenza delle caratteristiche geometriche sepolte (> indagini) Vantaggi: buona risposta possibilità di modellazione per casi particolari

104 Analisi numerica RISULTATI Accelerogrammi in superficie Spettri risposta elastici e di Fourier in superficie Fattori di amplificazione (Fa) Rapporti di intensità spettrale (SI) calcolati per gli spettri in pseudovelocità, 5% di smorzamento, per diversi intervalli di periodo (es: s) Fa = SI out / SI inp

105 Approccio quantitativo Due metodologie: Analisi numeriche Analisi sperimentali

106 Approccio quantitativo Acquisizione di dati strumentali attraverso campagne di registrazione eseguite in sito usando velocimetri o accelerometri Registrazioni di rumore di fondo (microtremore di origine naturale o artificiale) o eventi sismici di magnitudo variabile; i dati acquisiti elaborati permettono di definire la direzionalità del segnale sismico e la geometria della zona sismogenetica-sorgente I metodi di analisi strumentale più diffusi ed utilizzati sono il metodo HVSR di Nakamura (1989) e il metodo dei rapporti spettrali HHSR di Kanai e Tanaka (1961)

107 Approccio quantitativo METODO DI NAKAMURA - HVSR Componente verticale del moto non risente di effetti di amplificazione Al bedrock il rapporto tra la componente verticale e quella orizzontale è prossimo all unità Il rapporto tra la componente orizzontale e quella verticale fornisce un fattore di amplificazione e il periodo proprio dei depositi In generale è necessario effettuare la media di quanti più eventi possibile; in questo modo si può inoltre valutare l'effetto di più sorgenti di rumore tra loro combinate, superando il problema di una loro eventuale accentuata localizzazione

108 Approccio quantitativo METODO DI NAKAMURA HVSR Definendo come H S e V S gli spettri di Fourier delle componenti orizzontali e verticali del moto misurato in superficie, come H B ev B quellemisuratesubedrockea S ea B la componente della sorgente locale si ottiene: R V = V S / V B = A S / A B R H = H S / H B = [A S S S ] / A B R H / R V = S S = [H S V B ] / [H B V S ] V B / H B = 1 S S = H S / V S

109 Approccio quantitativo METODO DEI RAPPORTI SPETTRALI - HHSR Basato su registrazioni accelerometriche, velocimetriche o di spostamento in corrispondenza di varie stazioni tra cui una considerata di riferimento (posta su bedrock) Il rapporto tra lo spettro di Fourier delle stazioni e lo spettro di Fourier del riferimento permette di calcolare le funzioni di trasferimento del deposito che, applicate al moto di input, forniscono il grado di amplificazione

110 Approccio quantitativo Il metodo si articola nelle seguenti fasi lettura degli arrivi primari delle onde S calcolo degli spettri di Fourier lisciamento degli spettri calcolo dei rapporti spettrali (FUNZIONE DI TRASFERIMENTO DEL SITO) ottenuti calcolando il rapporto per ogni frequenza tra lo spettro di ciascun sito e lo spettro del sito di riferimento

111 Approccio quantitativo HVSR Funzione ricevitore HHSR Funzione di trasferimento

112 Approccio quantitativo HVSR - HHSR Limiti: Risposta solo in campo elastico Difficoltà nella scelta del sito di riferimento (HHSR) Tempi di acquisizione sufficientemente lunghi Vantaggi: Semplicità ed economicità (HVSR) Determinazione periodo proprio deposito (HVSR) Determinazione funzione di trasferimento (HHSR)

113 Applicazione - Perugia OBIETTIVI Microzonazione sismica di livello 3 utilizzando sia analisi numeriche sia analisi sperimentali del centro urbano; Rendere disponibili strumenti operativi per la pianificazione urbanistica, per la pianificazione delle emergenze per la protezione civile e per la progettazione.

114 Applicazione - Perugia ENTI COINVOLTI Regione Umbria Comune di Perugia ENTI DI RICERCA INOGS di Trieste CNR-IDPA di Milano Politecnico di Milano Dipartimento Scienze della Terra di Pisa

115 Applicazione - Perugia FASI FONDAMENTALI DELLO STUDIO Rilevamento geologico di 4 sezioni (scala 1:10.000) Redazione di carte geologiche e di pericolosità sismica locale Raccolta dati geologici, geomorfologici, geofisici e geotecnici sia esistenti sia da indagini in sito e in laboratorio effettuate nell ambito del progetto Studio storico e d archivio sul danneggiamento da terremoti della città di Perugia Costruzione del modello geologico-geofisico ed individuazione delle sezioni rappresentative

116 Applicazione - Perugia FASI FONDAMENTALI DELLO STUDIO Individuazione dell input sismico Modellazione numerica 1D e 2D e determinazione dei fattori di amplificazione e degli spettri di risposta elastici in accelerazione Analisi strumentale in punti significativi e determinazione dei fattori di amplificazione e degli spettri di risposta elastici in accelerazione Confronti tra i risultati delle modellazioni numeriche e delle analisi sperimentali Prime proposte per un uso dei risultati sia in ambito pianificatorio sia in ambito progettuale

117 Applicazione - Perugia RACCOLTA DATI Indagini geologiche e geotecniche (800 sondaggi) Informazioni sul danneggiamento storico da terremoti (500 dati) Carte geografiche storiche realizzate a partire dal 1572 (156 mappe) Nuova campagna geognostica: 12 sondaggi a carotaggio continuo della profondità di 40 m ciascuno, con relativi Down-Hole 11 prove SPT 11 stendimenti di sismica superficiale a rifrazione (138 m ognuna) con restituzione tomografica per onde SH e P 3 profili sismici con tecniche MASW e REMI prove di laboratorio statiche e dinamiche su 23 campioni indisturbati (proprietà fisiche, analisi granulometrica, prova edometrica, prova triassiale e colonna risonante)

118 Applicazione - Perugia Nuove campagne di indagini Sondaggi Sismica a rifrazione

119 Applicazione - Perugia

120 Applicazione - Perugia

121 Applicazione - Perugia

122 Applicazione - Perugia G/G0 unità geofisica sigla Vs (m/s) Vp (m/s) (kn/m 3 ) riporti R frane F unità eluvio-colluviale EC unità ghiaiosa alluvionale GA unità limosa alluvionale LA unità argillosa Pian di Massiano APM unità argillosa S. Sisto SS unità conglomeratica Tassello CT unità sabbiosa Monterone SM unità argillosa Monteluce AM unità conglomeratica Piscille CP unità torbiditica alterata TA unità Marnoso-Arenacea MA unità Schlier S unità Bisciaro B unità Scaglia Cinerea SC unità Scaglia Rossa SR S1C2 APM S5C2 SS-LA S1C2 APM S5C2 SS-LA S6C2 SM S8C2 AM S6C2 SM S8C2 AM S9C3 TA S12C1 EC-F-R S9C3 TA S12C1 EC-F-R Rollins (1998) CP-CT-GA Sintema di Fighille (2001) AM Rollins (1998) CP-CT-GA Sintema di Fighille (2001) AM Deformazione tangenziale (g%) Deformazione tangenziale (g%) D% MODELLO GEOLOGICO GEOFISICO

123 Applicazione - Perugia

124 Applicazione - Perugia SEZIONI GEOLOGICHE - GEOFISICHE EC 2 TA 3 CT R CT AM R 10 Centro Storico EC AM TA EC 16 GA APM TA Pian di Massiano 3 4 CT 6 5 EC CT TA 7 EC AM F 8 Centro Storico 9 CT 10 R 11 SM CT TA EC CT TA 13 GA TA

125 Applicazione - Perugia INPUT SISMICO Come previsto dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 14/01/08): 5 accelerogrammi registrati su suolo di categoria A Compatibili con le caratteristiche sismogenetiche dell area Compatibili convalore di a max atteso (GdL, 2004) Compatibili con coppia magnitudo-distanza da analisi di disaggregazione Database ITACA Evento Data Ora Lat ( ) Long ( ) Profondità (km) Mw ML Regime tettonico VAL NERINA :35: Faglia normale GUBBIO :03: Faglia normale UMBRIA-MARCHE 1 SHOCK :33: Faglia normale UMBRIA-MARCHE 2 SHOCK :40: Faglia normale

126 Applicazione - Perugia INPUT SISMICO Sigla Lat ( ) Long ( ) Distanza epicentrale (km) Evento Stazione Comp. Litologia Pga (g) CSC VAL NERINA Cascia W-E Roccia PTL GUBBIO Pietralunga N-S Roccia PTL GUBBIO Pietralunga W-E Roccia ASS UMBRIA-MARCHE 1 SHOCK Assisi N-S Roccia ASS UMBRIA-MARCHE 2 SHOCK Assisi W-E Roccia VAL NERINA_CSC_W-E 0.70 GUBBIO_PTL_N-S GUBBIO_PTL_W-E 0.60 U-M 1 shock_ass_n-s U-M 2 shock_ass_w-e 0.50 MEDIA PSA (g) NTC_Categoria A_Perugia Periodo (s)

127 Applicazione - Perugia VAL NERINA_CSC_WE 0.10 Accelerazione (g) Accelerazione (g) GUBBIO_PTL_NS Tempo (s) 0.20 GUBBIO_PTL_WE Accelerazione (g) INPUT SISMICO Tempo (s) Tempo (s) U-M 1 SHOCK_ASS_NS U-M 2 SHOCK_ASS_WE Accelerazione (g) Accelerazione (g) Tempo (s) Tempo (s)

128 Applicazione - Perugia VAL NERINA_CSC_WE Ampiezza (g*s) Frequenza (Hz) Ampiezza (g*s) GUBBIO_PTL_NS Ampiezza (g*s) GUBBIO_PTL_WE INPUT SISMICO Frequenza (Hz) Frequenza (Hz) U-M 1 SHOCK_ASS_NS U-M 2 SHOCK_ASS_WE Ampiezza (g*s) Ampiezza (g*s) Frequenza (Hz) Frequenza (Hz)

129 Applicazione - Perugia CODICI DI CALCOLO In relazione alle caratteristiche geologiche, geotecniche e geofisiche dell area in esame, che presentano un andamento degli strati più superficiali assimilabili a strati piano-paralleli, è stato scelto di utilizzare principalmente un codice di calcolo monodimensionale 1D Lungo la sezione n. 2 sono state individuate due morfologie bidimensionali, che sono state oggetto di analisi 2D: una valle (Pian di Massiano) - FEM un rilievo (centro storico Perugia) - BEM

130 Applicazione - Perugia RISULTATI Nei punti di indagine, riportati nelle sezioni, scelti in modo da avere una rappresentatività dei profili caratterizzati da diverse sequenze di unità geofisiche e diversi spessori. I risultati sono stati espressi in termini: Fattori di amplificazione Fa ( s; s; s) Spettri di risposta elastici in accelerazione al 5% dello smorzamento critico

131 Applicazione - Perugia RISULTATI I risultati delle analisi in termini di fattore di amplificazione mostrano in generale modesti valori di amplificazione se si escludono le aree caratterizzate dalla presenza di riporti (R), coltri eluvio-colluviali (EC) e unità limose e ghiaiose alluvionali (LA e GA) con spessori maggiori di 5 m fa fa fa fa fa fa Fa Fa Profili analizzati Profili analizzati

132 Applicazione - Perugia RISULTATI Gli spettri di risposta elastici in accelerazione mostrano modesti livelli di amplificazione, ben rappresentati dagli spettri di normativa associati alle relative categorie di sottosuolo, ad esclusione dei casi sopra citati. P1 P3 P5-P6 P9 P12 P14 P16 P2 P4 P8 P11 P13 P15 NTC_Categoria B_Perugia SEZIONE 1 PSA (g) Periodo (s) 0.40 PSA (g) P7 P10 NTC_Categoria C_Perugia Periodo (s)

133 RISULTATI P3 P5 P9 P12 P4 P6 P10 NTC_Categoria B_Perugia P1 P2 P7 P8 NTC_Categoria C_Perugia PSA (g) PSA (g) PSA (g) Periodo (s) P11 P13 NTC_Categoria E_Perugia Periodo (s) SEZIONE Periodo (s)

134 RISULTATI P2 P6 P8 P10 P12 P3 P7 P9 P11 NTC Categoria B Perugia P1 P4 NTC_Categoria C_Perugia PSA (g) PSA (g) PSA (g) Periodo (s) P5 NTC_Categoria E_Perugia Periodo (s) SEZIONE Periodo (s)

135 PSA (g) PSA (g) P1 P3 P7 P9 P2 P4 P8 NTC_Categoria B_Perugia Periodo (s) P5 P6 NTC_Categoria C_Perugia RISULTATI Periodo (s) 4 4 PSA (g) SEZIONI 4-5 P1 P3 P5 P7 P9 NTC_Categoria B_Perugia P2 P4 P6 P8 P Periodo (s)

136 RISULTATI P1 P2 P3 P4 P5 NTC_Categoria B_Perugia PSA (g) SEZIONE Periodo (s) P6 NTC_Categoria C_Perugia PSA (g) Periodo (s)

137 RISULTATI PSA (g) P1 P2 P3 NTC_Categoria B_Perugia 7 SEZIONE PSA (g) Periodo (s) P1 P2 P3 NTC_Categoria B_Perugia 8 PSA (g) P1 P3 P5 NTC_Categoria B_Perugia Periodo (s) P2 P4 P Periodo (s)

138 Applicazione - Perugia RISULTATI L analisi 2D effettuata sul rilievo del centro storico non ha evidenziato sostanziali effetti di amplificazione topografica: è mostrato il confronto tra gli spettri di risposta medi ottenuti in corrispondenza del punto sommitale del rilievo (punto 6 sezione 2) dalle analisi 1D e 2D Media_1D Media_2D NTC_Categoria B_Perugia PSA (g) Periodo (s)

139 Applicazione - Perugia RISULTATI L analisi 2D condotta in corrispondenza del Pian di Massiano ha evidenziato valori di amplificazione molto simili a quelli ottenuti dalle analisi 1D, mostrando una scarsa influenza delle geometrie sepolte sull amplificazione: è mostrato il confronto tra gli spettri di risposta medi ottenuti in corrispondenza del punto 2 sezione 2 dalle analisi 1D e 2D Media_1D Media_2D NTC_Categoria C_Perugia PSA (g) Periodo (s)

140 Applicazione - Perugia ANALISI SPERIMENTALI Metodo dei rapporti spettrali 28 siti di cui 2 di riferimento su substrato rigido Sensori a 3 componenti Lennartz Le-3Dlite Registrazioni per 9 mesi 2100 eventi, Ml = , D = Km METODOLOGIA: Calcolo rapporti spettrali Funzione di amplificazione Calcolo di Fa e spettri di risposta ai siti utilizzando input sismici della modellazione numerica

141 Applicazione - Perugia UBICAZIONE SITI REGISTRAZIONI

142 Applicazione - Perugia RAPPORTI SPETTRALI

143 Applicazione - Perugia RISULTATI

144 Applicazione - Perugia CONFRONTO RISULTATI I risultati ottenuti dalle analisi numeriche stati confrontati con quelli ottenuti dalla campagna strumentale: sono in generale tra loro concordi sia in termini di Fa sia in termini di spettri di risposta come mostrato nei due esempi punto 10 sezione n. 1 con presenza di riporto con spessore maggiore di 5 m, punto 2 sezione n. 1 con presenza di coltri eluvio-colluviali con spessore inferiore a 5 m NUMERICA STRUMENTALE INPUT NUMERICA STRUMENTALE INPUT PSA (g) PSA (g) Periodo (s) Periodo (s)

145 Applicazione - Perugia UTILIZZO DEI RISULTATI Considerando la robustezza dei risultati ottenuti si può prevedere: per i valori di Fa un utilizzo in fase di pianificazione per definire una graduatoria di pericolosità delle aree, previa estrapolazione geologica e geofisica e relativa redazione di opportune carte per gli spettri di risposta elastici un utilizzo diretto in fase di progettazione oppure un utilizzo indiretto per l ottimizzazione della scelta dello spettro di norma che meglio rappresenta la situazione analizzata

146 Applicazione - Perugia UTILIZZO DEI RISULTATI