GLI EFFETTI DI SITO E LA MICROZONAZIONE SISMICA

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1 Studi di Microzonazione sismica: Teoria e Applicazioni GLI EFFETTI DI SITO E LA MICROZONAZIONE SISMICA Prof. Claudio Eva Corso di aggiornamento per geologi: Aosta Ottobre 2011

2 Elementi legislativi di riferimento Con DM del 14/1/ 2008 vengono emanati i nuovi dati di pericolosità sismica per le Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC). Nel giugno 2008 vengono emanate le nuove norme tecniche la cui applicazione diviene obbligatoria nel Giugno Le NTC recepiscono tutte le indicazioni dei vari DM emanati a partire dal 2003 Nel marzo 2009 vengono pubblicati dal SSN gli Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica (ICMS)

3 MODIFICHE APPPORTATE Introduzione di valori puntuali di pericolosità sismica Maggiore flessibilità sulla zonazione con l uso di sottozone Suddivisione delle costruzioni per classe di importanza. Definizione migliore di SLU, SLD Introduzione di valori di probabilità di eccedenza (PGA) per le diverse classi di edifici Introduzione dello spettro per lo SLD Revisione delle norme che regolano l uso di sismogrammi simulati(sintetici), artificiali e naturali Possibilità di non utilizzazione di prove DH

4 Le NTC prendono le mosse dalle seguenti considerazioni: La pericolosità sismica di base, costituisce l elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche. La pericolosità sismica in un generico sito deve essere descritta in modo da renderla compatibile con le NTC e da dotarla di un sufficiente livello di dettaglio, sia in termini geografici che in termini temporali; tali condizioni possono ritenersi soddisfatte se i risultati dello studio di pericolosità sono forniti: in termini di valori di accelerazione orizzontale massima ag (PGAH) e dei parametri che permettono di definire gli spettri di risposta ai sensi delle NTC, nelle condizioni di sito di riferimento rigido orizzontale in corrispondenza dei punti di un reticolo (reticolo di riferimento) i cui nodi sono sufficientemente vicini fra loro (non distano più di 10 km); per diverse probabilità di superamento in 50 anni e/o diversi periodi di ritorno TR ricadenti in un intervallo di riferimento compreso almeno tra 30 e 2475 anni, estremi inclusi;

5 La zonazione sismica 2003 Le zone sismiche vengono definite in base all accelerazione orizzontale attesa espressa in termini di probabilità di superamento pari al 10% in 50 anni (equivalente ad un periodo di ritorno di 475 anni)

6 Gli stati limite ultimi sono: - Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali; - Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali.

7 Stati limite PVR : Probabilità di superamento nel periodo di riferimento VR (50/100 anni) Stato limite di esercizio SLO 81% SLD 63% Stato limite ultimo SLV 10% SLC 5%

8 Probabilità di eccedenza e periodi di ritorno TR per n=50 P I I % I I 0 5 % P I P % I I I 0 25 % P I I 0 50% P P P I I 0 63% I I 0 83 %

9 DAL D.M. su Normative tecniche per le costruzioni Le strutture vengono ripartite in base alla vita utile di progetto e su questa base vengono indicate le probabilità di eccedenza per cui deve essere calcolato il valore di a g Tipologia di struttura Vita utile Probabilità di superamento Probabilità di superamento SLU SLE Classe 1 50 anni 10% in 50anni T ~ 475 anni Classe anni 5% in 50 anni T ~ 975 anni 50%in 50anni T~72 anni 30% in 50anni T ~ 140 anni

10 Le forme spettrali previste dalle NTC sono definite, su sito di riferimento rigido orizzontale, in funzione dei tre parametri: a g accelerazione orizzontale massima del terreno; F 0 valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale; T C periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale. Per ciascun nodo del reticolo di riferimento e per ciascuno dei periodi di ritorno TR considerati dalla pericolosità sismica, i tre parametri si ricavano riferendosi ai valori corrispondenti al 50esimo percentile ed attribuendo a: ag il valore previsto dalla pericolosità sismica, F 0 e T C i valori ottenuti imponendo che le forme spettrali in accelerazione, velocità e spostamento previste dalle NTC scartino al minimo dalle corrispondenti forme spettrali previste dalla pericolosità sismica (la condizione di minimo è imposta operando ai minimi quadrati, su spettri di risposta normalizzati ad uno, per ciascun sito e ciascun periodo di ritorno). Le forme spettrali previste dalle NTC sono caratterizzate da prescelte probabilità di superamento vite di riferimento.

11 Valore di ancoraggio dello spettro Fattore di amplificazione spettrale massima Inizio del tratto dello spettro ad accelerazione costante, F 0 Inizio del tratto a velocità costante dello spettro a g Inizio del tratto a spostamento costante dello spettro, T B T C T D Spettro di risposta elastico e definizione dei parametri identificativi

12 T T T.S.η F a T S T T T T.S.ηS a T S T T T.S.η F a T S T T T T T η.f T T.S.η F a T S T T D C g e D c g e D c g e c B g g g e B Lo spettro di risposta elastico della componente orizzontale è definito dalle espressioni seguenti: T ed Se sono, rispettivamente, periodo di vibrazione ed accelerazione spettrale orizzontale Accelerazione massima su terreno rigido Fattore del suolo (Ss+St)

13 Fo è il fattore che quantifica l amplificazione spettrale massima, su sito di riferimento rigido orizzontale, ed ha valore minimo pari a 2,2; T C è il periodo corrispondente all inizio del tratto a velocità costante dello spettro, dato da T C = C C T C, dove T C è il periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale, e C C è un coefficiente funzione della categoria di sottosuolo T B è il periodo corrispondente all inizio del tratto dello spettro ad accelerazione costante, T B = T C /3, T D è il periodo corrispondente all inizio del tratto a spostamento costante dello spettro, espresso in secondi mediante la relazione: T D ag g

14 Tabella tratta dalle NTC che riporta in modo puramente indicativo i parametri utili per il computo dello spettro elastico da utilizzare T R =30 T R =50 T R =72 T R =101 ID Lon LAT ag Fo Tc ag Fo Tc ag Fo Tc ag Fo Tc

15 Nelle Tabelle delle NTC vengono forniti, per punti del reticolo di riferimento e per 9 valori del periodo di ritorno TR (30 anni, 50 anni, 72 anni, 101 anni, 140 anni, 201 anni, 475 anni, 975 anni, 2475 anni), i valori dei parametri ag, F0, T*C da utilizzare per definire l azione sismica nei modi previsti dalle NTC. I punti del reticolo di riferimento sono definiti in termini di Latitudine e Longitudine ed ordinati a Latitudine e Longitudine crescenti, facendo variare prima la Longitudine e poi la Latitudine. L accelerazione al sito a g è espressa in g/10; F 0 è adimensionale, T* C è espresso in secondi.

16 Definizione di nuove classi di suolo Categ. suolo A Descrizione Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di Vs,30 superiori a 800 m/s,eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 m. B C 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 un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT,30 > 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 un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu,30 < 250 kpa nei terreni a grana fina).

17 Cat. suolo D E Descrizione Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a grana fina scarsamente consistenti, con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT,30 < 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, posti sul substrato di riferimento (con Vs > 800 m/s). La classificazione in 5 categorie appare purtroppo carente perché non prevede tutte le situazioni geologico-tecniche e quelle previste sono individuate con criteri insufficienti (utilizzo del solo parametro VS,30).

18 Categorie aggiuntive di sottosuolo Categoria Descrizione S1 S 2 Depositi di terreni caratterizzati da valori di Vs,30 inferiori a 100 m/s (ovvero 10 < cu,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 qualsiasi altra categoria di sottosuolo Per sottosuoli appartenenti alle categorie S1 ed S2 è necessario predisporre specifiche analisi per la definizione delle azioni sismiche, particolarmente nei casi in cui la presenza di terreni suscettibili di liquefazione e/o di argille d elevata sensitività possa comportare fenomeni di collasso del terreno.

19 Bonefro area PIP: argille di copertura sovrapposte a formazione di Tufillo

20 BONEFRO Area PIP: formazione di Tufillo (basale?)

21 Cat. suolo S S C C A B C D a F g g a F g g a F g g T 1.25 ' C T ' C T ' C E a F g g 1.15 T ' C 0.40

22 Prof. Claudio Eva- Università degli Studi di Genova

23 Amplificazione topografica Per configurazioni superficiali semplici si può adottare la seguente classificazione Categoria Caratteristiche della superficie topografica Ubicazione dell opera o dell intervento S T T1 Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con inclinazione media i T2 Pendii con inclinazione media i > 15 In corrispondenza della sommità del pendio 1.2 T3 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media 15 i 30 In corrispondenza della cresta del rilievo 1.2 T4 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media i > 30 In corrispondenza della cresta del rilievo 1.4

24 ELEMENTI DI APPROFONDIMENTO NECESSARI PER L INTERPRETAZIONE DELLA NORMATIVA Pericolosità sismica Input sismico Spettro di sorgente e spettro al bedrock Spettro a probabilità costante Spettro di risposta elastica Amplificazione stratigrafica, topografica Determinazione delle caratteristiche dei suoli Microzonazione

25 Da un punto di vista prettamente sismologico per descrivere compiutamente le caratteristiche di un terremoto sono sufficienti le coordinate spazio-temprali e le dimensioni della sua sorgente e talora il meccanismo di rottura. Dal punto di vista ingegneristico la descrizione del terremoto è espressa dallo scuotimento ossia dalle vibrazioni prodotte dall evento al sito considerato. Lo scuotimento è rappresentato da grandezze quali l Intensità o valori derivati da misure strumentali (accelerometria). Lo scuotimento è correlato con le dimensioni dell evento, le sue caratteristiche genetiche, la sua distanza dal sito oltre che con le condizioni del suolo di fondazione

26 I descrittori di un terremoto Grandezze legate al terremoto: Magnitudo : Scale Microsismiche Momento sismico: legato alla sorgente Grandezze legate allo scuotimento Scale empiriche Scale Macrosismiche (scale Mercalli) Misure strumentali Massima accelerazione del suolo (PGA) Massima velocità del suolo (PGV) Massimo spostamento del suolo (PGD) Durata significativa del moto del suolo

27 DEFINIZIONE DI PGA, PGV, PGD, Registrazioni Registrazioni in in accelerazione, accelerazione, velocità velocità e e spostamento spostamento e e determinazione determinazione del del picco picco massimo massimo di di accelerazione accelerazione PGA PGA Picco Picco massimo massimo di di velocità velocità PGV PGV Picco Picco massimo massimo di di spostamento spostamento PGD PGD

28 λ Passaggio dal dominio del tempo a quello della frequenza 2 A A0 sen t A0 sen t T 2 A A0 sen ( vt) A0 sen 2 x A ω A

29 Lo spettro è caratterizzato da contenuti in frequenze che dipendono dal meccanismo di rottura alla sorgente, dalla magnitudo, dal percorso del raggio sismico, dal tipo di suolo Trasformazioni di un segnale dal dominio del tempo al dominio delle frequenze Il contenuto in frequenza del moto del suolo viene descritto in generale da: Spettri di Fourier Prof. Claudio Eva- Università degli Studi di Genova

30 Dipendenti dal terremoto Magnitudo e/o momento sismico Distanza tra sito e sorgente Caratteristiche geologico-strutturali lungo il percorso sorgente sit Meccanismo di sorgente Direzione e velocità di rottura (direttività) Durata

31 FATTORI CHE INFLUENZANO LO SPETTRO Condizioni locali del sito Geometria del bed-rock e focalizzazione Smorzamento interno Stato deformativo Caratteristiche dei suoli ( stratigrafia, natura, granulometria, composizione, condizioni di drenaggio, parametri geotecnici )

32 Schematizzazione di di uno spettro di di risposta

33 Schematizzazione di di uno spettro di di risposta Oscillatore semplice ad un grado di libertà e suoi rapporti con lo spettro del suolo In alto vengono idealizzati tre edifici con diversa altezza e quindi con diverso periodo proprio di oscillazione.(oscillatore ad un solo grado di libertà) Al centro viene riportato un accelerogramma In basso viene riportato lo spettro dell accelerogramma e le frequenze di interazione

34 Accelerogrammi registrati da una stazione sulla costa messicana e relativi a terremoti di diversa magnitudo

35 Gli studi per la valutazione della Pericolosità Sismica Locale Sito Pericolosità indotta fisico: sull ambiente Effetti sui terreni di fondazione Effetti sull ambiente fisico Percorso Sorgente Fenomeni di Amplificazione Liquefazione e Densificazione Attivazione e/o riattivazione di frane Deformazioni del terreno (Meletti et al., 2008)

36 La risposta sismica locale E la descrizione del moto sismico in superficie. I parametri descrittivi del moto vengono ad essere modificati nel passaggio dal substrato roccioso ai terreni di copertura, sulla base delle caratteristiche dinamiche di questi ultimi Figura a lato tratta dal volume: Risposta sismica locale (G. Lanzo e F Silvestri Hevelius Edizioni srl, 1999)

37 Amplificazione sismica Effetto Topografia Effetto Litologia Fattori Topografia Caratteristiche dell onda incidente (frequenza, inclinazione, piano di polarizzazione) Stratigrafia Cause Fenomeni di riflesione multipla Figura a lato tratta dal volume: Risposta sismica locale (G. Lanzo e F Silvestri Hevelius Edizioni srl, 1999) Interferenza costruttiva delle onde Focalizzazione geometrica per irregolarità topografiche e del substrato Effetti di risonanza nei terreni

38 La microzonazione sismica ha lo scopo di riconoscere ad una scala sufficientemente di dettaglio le condizioni di sito che possono modificare sensibilmente le caratteristiche del moto sismico atteso (moto sismico di riferimento) o possono produrre effetti cosismici rilevanti (fratture, frane, liquefazioni,...) per le costruzioni e le infrastrutture

39 In sostanza lo studio di microzonazione restituisce una mappa del territorio nella quale sono indicate: le zone in cui il moto sismico viene amplificato (e su quali frequenze questa amplificazione avviene) ) a causa delle caratteristiche morfologiche, strutturali, stratigrafiche, geofisiche e geotecniche dei terreni. le zone in cui sono presenti,, o suscettibili di attivazione, dissesti o deformazioni dei suolo dovuti al sisma o incrementati da esso. La microzonazione rappresenta uno strumento di base propedeutico alle attività di progettazione e di ricostruzione. Lo studio di microzonazione fornisce una base conoscitiva della pericolosità sismica locale delle diverse zone e consente di stabilire gerarchie di pericolosità utili per la programmazione di interventi di riduzione del rischio sismico, a varie scale.

40 Risposta sismica locale (amplificazione locale) Modificazione in ampiezza, frequenza e durata dello scuotimento sismico dovuta alle specifiche condizioni litostratigrafiche e morfologiche di un sito. Si può quantificare mediante il rapporto tra il moto sismico alla superficie del sito e quello che si osserverebbe per lo stesso evento sismico su un ipotetico affioramento di roccia rigida con morfologia orizzontale. Se questo rapporto è maggiore di 1, si parla di amplificazione locale.

41 Risposta Sismica Locale Fattori Input sismico al bedrock Litostratigrafia Geometria e profondità del bedrock Rapporto rigidità acustiche tra gli strati Fattori di smorzamento e moduli elastici Grado di saturazione Topografia

42 Livelli di approfondimento Il livello 1 è un livello propedeutico ai veri e propri studi di microzonazione, in quanto consiste in una raccolta di dati preesistenti, elaborati per suddividere il territorio in microzone qualitativamente omogenee Il livello 2 introduce l elemento quantitativo associato alle zone omogenee, utilizzando allo scopo ulteriori e mirate indagini, ove necessarie, e definisce la Carta di microzonazione sismica; il livello 3 restituisce una Carta di microzonazione sismica con approfondimenti su tematiche o aree particolari.

43 Il livello 1 è un livello esclusivamente qualitativo propedeutico ai veri e propri studi di MS, in quanto consiste in una raccolta di dati preesistenti, elaborati per suddividere il territorio in microzone qualitativamente omogenee rispetto alle fenomenologie riscontrabili (amplificazioni locali, stabilità dei pendii, liquefazione, densificazione, fagliazione superficiale ecc). In generale il livello 1 costituisce uno studio propedeutico e obbligatorio per affrontare i successivi livelli di approfondimento. I risultati di questo livello possono orientare la scelta del livello successivo di approfondimento (livello 2 e/o livello 3). Le informazioni raccolte ed analizzate portano alla determinazione della Carta delle microzone omogenee in prospettiva sismica.

44 . Il livello 2 introduce elementi quantitativi associati alle zone omogenee, con l obiettivo di: compensare alcune incertezze del livello 1 con approfondimenti conoscitivi; fornire quantificazioni numeriche, con metodi semplificati (abachi, modellazione 1D, leggi empiriche), della modificazione locale del moto sismico in superficie (zone stabili suscettibili di amplificazioni locali) e dei fenomeni di deformazione permanente (zone suscettibili di instabilità). Per il raggiungimento di tali obiettivi si possono determinare modificazioni delle geometrie delle zone individuate precedentemente. Il livello 2 porta alla costruzione della carta di microzonazione sismica

45 Il livello 3 restituisce una Carta di microzonazione sismica con approfondimenti su tematiche o aree particolari. Il terzo livello di approfondimento si applica: nelle zone stabili suscettibili di amplificazioni locali, nei casi di situazioni geologiche e geotecniche complesse, non risolvibili con l uso degli abachi, o qualora l estensione della zona in studio renda conveniente un analisi globale di dettaglio o, infine, per opere di particolare importanza; nelle zone suscettibili di instabilità particolarmente gravose per complessità del fenomeno e/o diffusione areale, non risolvibili con l uso di metodologie speditive. I risultati di questo livello potranno, limitatamente alle aree studiate con approfondimenti, modificare la Carta di microzonazione sismica.

46 Pianificazione territoriale e urbanistica Piani provinciali e piani territoriali Pianificazione comunale Pianificazione per l emergenza Progettazione delle opere

47 La risposta sismica locale Il moto sismico alla superficie del deposito è condizionato dalle caratteristiche del moto atteso al basamento roccioso Risposta sismica di un sottosuolo omogeneo poggiante su bedrock Figure tratte dal volume: Risposta sismica locale (G. Lanzo e F Silvestri Hevelius Edizioni srl, 1999)

48 Risposta sismica locale Le caratteristiche del moto del terreno alla superficie di un sito in assenza di manufatti (condizioni di free-field), sono il risultato di un insieme di fenomeni (complessi) che possono essere raggruppati in tre categorie: Sorgente (meccanismo, direttività) Propagazione (attenuazione, conversione di fasi..) Risposta sismica locale L insieme delle modifiche apportate al moto sismico di ingresso dalle particolari caratteristiche del sito (proprietà fisico meccaniche dei terreni, geometrie stratigrafiche morfologia superficiale) costituisce il problema della risposta sismica locale

49 Dal punto di vista fisico, per risposta sismica locale, si intende l insieme delle modifiche (ampiezza, contenuto in frequenza, durata ecc ecc) che un moto sismico al bedrock a r (t) subisce attraversando gli strati di terreno fino alla superficie S ove assume il valore di a s (t). La valutazione quantitativa della risposta sismica locale può effettuarsi sulla base del confronto tra le diverse grandezze rappresentative del moto sismico alla superficie del terreno quello di riferimento (roccia di base o affiorante) Nel dominio del tempo, è possibile confrontare l accelerazione massima alla superficie con quella in corrispondenza del riferimento (fattore di amplificazione) La valutazione della risposta sismica locale solo in termini di variazione di ampiezze massime è poco significativa: il terreno agisce come un filtro incrementando l ampiezza del moto sismico in corrispondenza di alcune frequenze e riducendola per altre.

50 E piu conveniente rappresentare la risposta sismica locale, in termini di funzione di trasferimento S(f), che corrisponde al rapporto tra lo spettro di Fourier del moto alla superficie del terreno e quello dell analoga componente in corrispondenza del basamento roccioso La funzione di amplificazione è estramamente significativa: indica quali componenti del moto sismico sono state amplificate, quali sono state smorzate e in quale rapporto. S f a a s r f f Solo nel caso di terreno elastico lineare (quasi mai) la funzione di amplificazione è univoca e può considerarsi una proprietà del sito definita dalle geometrie e dalle proprietà meccaniche del sottosuolo. Nella maggior parte dei casi, la risposta sismica, a causa della non linearità del terreno, è funzione delle specifiche caratteristiche dell input sismico e non si può definire una funzione di trasferimento

51 Nel caso (ideale) di uno strato elastico omogeneo di spessore H e velocità di propagazione delle onde di taglio Vs su un substrato deformabile è possibile calcolare la funzione di trasferimento s(f). Il parametro I indica il rapporto tra l impedenza sismica della roccia di base e quella del terreno: ρrvr I ρ V s s Per I -> substrato rigido La funzione di amplificazione s(f) (sempre maggiore di uno) è periodica. Si hanno valori massimi in corrispondenza di: T n 1 f n 4H V (2n 1) s

52 Il periodo fondamentale dello strato vale: T 4H V s La velocità di propagazione delle onde di taglio V s è funzione del modulo di taglio (per piccole deformazioni) secondo la relazione: V s G I risultati ottenuti nel caso molto semplice di strato omogeneo su substrato deformabile possono essere, qualitativamente, estesi a situazioni più complesse: Coperture sedimentarie caratterizzate da bassa rigidità amplificano le componenti a bassa frequenza dello scuotimento sismico Il fattore di amplificazione è correlabile con il contrasto di impedenza acustica tra substrato e coperture Potenti spessori di coperture sedimentarie amplificano le componenti a bassa frequenza dello scuotimento sismico

53 Università degli studi di Genova

54 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRIESTE MASTER in Progettazione Antisismica delle Costruzioni MUPAC 2008/09 Effetto della variazione della roccia di base caso prova di un solo strato Rapporto tra le accelerazioni di picco Prof. Claudio Eva- Università degli Studi di Genova

55 Effetto della variazione della roccia di base caso prova di un solo strato Prof. Claudio Eva- Università degli Studi di Genova

56 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRIESTE MASTER in Progettazione Antisismica delle Costruzioni MUPAC 2008/09 Effetto della variazione della roccia di base caso prova di un solo strato Spettri di risposta Prof. Claudio Eva- Università degli Studi di Genova

57 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRIESTE MASTER in Progettazione Antisismica delle Costruzioni MUPAC 2008/09 Moto alla base spettri di risposta per uno strato singolo Effetto della nonlinearità Prof. Claudio Eva- Università degli Studi di Genova

58 Metodi ed indagini per la valutazione delle amplificazioni locali Dati di base Input sismico di riferimento Morfologia del sito Litostratigrafia Profondità bedrock sismico e morfologia sepolta Falda acquifera Caratterizzazione geotecnica e geomeccanica Profilo Vs Periodo fondamentale Metodi di indagine raccomandati Analisi di pericolosità di base e/o dati strumentali Modello digitale del terreno, cartografia topografica di dettaglio Rilevamento geologico, sondaggi Sondaggi, sezioni geologiche 2D, indagini geofisiche Sondaggi, indagini geoelettriche Analisi geomeccaniche, prove in sito, prove di laboratorio, correlazioni con SPT e CPT Down-Hole, Cross-Hole, sismica a rifrazione, SASW, MASW, array sismici, correlazioni con proprietà geotecniche Misure di microtremori Caratterizzazione proprietà dinamiche dei terreni Colonna risonante, taglio torsionale ciclico, taglio semplice ciclico con doppio provino

59 Risposta sismica locale Calcolare Misurare 1)Ricostruzione geologico-geotecnica del sottosuolo e parametrizzazione dinamica dei terreni 2) Simulazione numerica Utilizzo dei dati sperimentali per verificare i metodi e/o modelli delle simulazioni numeriche

60 UTILIZZO DELLA MS COME STRUMENTO DISCRIMINANTE PER L UTILIZZO DELL APPROCCIO SEMPLIFICATO (CAP NTC08) O DI SPECIFICHE ANALISI (CAP NTC08-RSL) DELLE NTC Le procedure proposte dal Livello 3 delle ICMS08 sono del tutto simili a quelle previste dalle NTC08-RSL, per lo meno nel punto di indagine. Le NTC08-RSL si attuano in fase di progettazione, quando è conosciuto il punto preciso di indagine e il tipo di opera mentre la MS si utilizza maggiormente per la pianificazione di un area, pur rappresentando la stessa cosa. Le NTC08 prevedono in alternativa alle analisi specifiche di RSL l utilizzo in determinate condizioni di un approccio semplificato. La problematica generale è come la MS può fornire indicazioni sulla scelta tra i due approcci.

61 Qualora la Regione o l Ente locale si sia dotata di una MS di Livello 2 o di Livello 3, così come definiti negli ICMS, si pone il quesito su Quale livello di approfondimento di MS (2 o 3) permette di discriminare tra l utilizzo dell approccio semplificato di NTC08 e delle specifiche analisi di RSL? Se la scelta procedurale, è quella di applicare, in fase di pianificazione del territorio, il Livello 2 (senza arrivare quindi al Livello 3), Il Livello 2 non può fornire le indicazioni definitive e l utilizzo del Livello 2 si deve limitare a: stabilire una graduatoria di idoneità utilizzabile ai fini prettamente urbanistici; fornire ulteriori indicazioni sulle aree nelle quali è necessario effettuare il Livello 3.

62 La graduatoria di pericolosità potrà utilizzare un qualsiasi parametro di amplificazione litostratigrafica e topografica.( FA e FV, così come definiti negli ICMS08, o FH)i. Nel caso di una pianificazione di un area, sarà buona norma assicurarsi che i risultati delle modellazioni operate nel Livello 2 siano rappresentativi di tutte le situazioni sismiche omogenee presenti in quell area, al fine di poterla suddividere efficacemente in microzone e caratterizzare sismicamente nel miglior modo possibile, anche tenendo conto degli strumenti, studi ed indagini pregresse e/o nuovi (indagini ad hoc). In questo senso, anche l acquisizione dei dati del Livello 2 (indagini geofisiche) e la scelta degli input sismici per la costruzione degli abachi dovranno essere fortemente condizionati dall assetto geologico-tecnico e sismotettonico locale (abachi regionalizzati o, ancora meglio, sub regionalizzati).

63 Per le indicazioni su quali aree è necessario effettuare studi di Livello 3, la verifica sarà effettuata paragonando il valore del Fattore di amplificazione ricavato dal Livello 2 (abachi regionalizzati) con il parametro Ss previsto dalle NTC. Se il valore di amplificazione rappresentativo di una specifica area, cosi come calcolato al Livello 2, supera per più del 10% il corrispondente valore di Ss, l area in oggetto dovrà essere analizzata con studi di Livello 3. Qualora la scelta procedurale degli Enti competenti fosse quella di applicare, in fase di pianificazione, il Livello 3 degli ICMS, il potere discriminante tra l applicabilità dell approccio semplificato NTC08 o delle specifiche analisi di NTC08-RSL è assicurato, anche perché, in tal caso, il paragone viene fatto direttamente sull andamento degli spettri di risposta elastici.

64 . In particolare si confronteranno gli spettri di risposta elastici in accelerazione al 5% dello smorzamento critico calcolati in free field e riferiti ad un determinato livello di pericolosità sismica (ovvero ad un determinato tempo di ritorno, che normalmente per studi di MS è riferito a 475 anni) con il corrispondente spettro di risposta elastico assegnato dall approccio semplificato di NTC08. Lo spettro di risposta elastico calcolato dovrà essere standardizzato riportandolo nella forma usata da NTC08, ovvero delimitando i tratti ad accelerazione, velocità e spostamento costante. Il confronto sarà eseguito in termini di valori spettrali e si riterrà accettabile lo spettro proposto da NTC08 qualora lo spettro calcolato presenti differenze inferiori al 10% in corrispondenza del periodo proprio della struttura di progetto.

65 Qualora la Regione o l Ente locale si sia dotata di una MS di Livello 3, così come definiti negli ICMS,, quali informazioni si possono trasferire a chi deve progettare? In questo caso, l informazione da trasferire è la possibilità di utilizzo diretto della categoria di sottosuolo e dei vari parametri determinati (applicazione dell approccio semplificato NTC08) oppure l obbligatorietà dell applicazione delle specifiche analisi di RSL. Per il Livello 3, l estrapolabilità risulta essere più limitata in conseguenza del dettaglio utilizzato, ma l affidabilità è più elevata e quindi, nel caso di possibilità di utilizzo dei metodi semplificati, si assegnerà direttamente la categoria di sottosuolo. Rimane comunque stabilito che le RSL sono indispensabili in tutti i casi nei quali il sito non è classificabile nelle 5 categorie di sottosuolo.

66 Un elenco delle situazioni geologiche e geomorfologiche complesse, per le quali i risultati del Livello 2 daranno indicazioni in base ai dati raccolti e i risultati del Livello 3 saranno esaustivi per discriminare l utilizzo o meno dell approccio semplificato, a seguito del confronto tra gli spettri calcolati e quelli proposti dalla Norma, viene sinteticamente proposto sotto: substrato rigido sepolto a geometria articolata (presenza di paleoalvei, substrato rigido disarticolato da faglie, andamento del substrato a Horst e Graben); zona di raccordo tra rilievo e pianura (zona di unghia con substrato rigido sepolto in approfondimento sotto la pianura, in maniera continua o discontinua); successione litostratigrafica che preveda terreni rigidi su terreni soffici (profilo di Vs con inversioni di velocità);

67 geometria del substrato rigido che crea una valle stretta colmata di sedimenti soffici (la valle stretta è definita dal coefficiente di forma, C=h/l, dove h è lo spessore della coltre alluvionale, l la sua semiampiezza, se il valore di C è superiore a 0.25, la valle può essere definita stretta oppure può essere definita stretta se è verificata la formula h/l 0.65/ Cv 1, dove Cv è il rapporto tra la velocità Vs del substrato rigido e quella media dei sedimenti soffici); substrato rigido profondo alcune decine di metri; presenza di marcati contrasti di impedenza sismica; eventuale presenza di aree soggette a instabilità (frane, liquefazioni, cavità sepolte, ecc. nelle quali sono possibili aggravi delle amplificazioni). Si noti che queste stesse situazioni dovrebbero essere state già valutate preliminarmente nel Livello 1. L approccio semplificato previsto nelle NTC08 appare purtroppo carente perché non prevede tutte le situazioni geologico-tecniche e quelle previste sono individuate con criteri insufficienti (utilizzo del solo parametro VS,30).

68 nelle aree identificate con il Livello 3 come aree ad approccio semplificato di NTC08, questa procedura non potrà essere ritenuta valida se nell area sono presenti Edifici Strategici e/o Rilevanti ai fini di Protezione Civile (Municipi, Ospedali, Scuole, Caserme, etc.) per i quali sarà sempre obbligatoria la RSL; Raccomandazioni generali Da quanto sopra esposto si suggeriscono le seguenti raccomandazioni: predisporre proposte tecnico-scientifiche di miglioramento della norma per l approccio semplificato, in modo da rendere possibile, con maggiore consapevolezza e coerenza l utilizzo di questo tipo di approccio; definizione della procedura di applicazione di quanto sopra illustrato rientri nelle competenze delle singole Amministrazioni Regionali all atto normativo di recepimento degli ICMS.

69 PIANIFICAZIONE PROGETTAZIONE MS1 MS 2 Abachi ICMS Abachi Regionalizzati Obbligo RSL Graduatorie ai fini urbanistici MS 3 Spettri elastici Confronto Ss Confronto spettri elastici Procedura semplificata NTC con utilizzo di categoria di suolo determinata

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