Pericolosità sismica e generazione di accelerogrammi per verifiche sismiche sulle dighe

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1 32 Convegno GNGTS Trieste novembre 2013 Sessione 2.1: Pericolosità sismica, Vulnerabilità, scenari di scuotimento e di danno Pericolosità sismica e generazione di accelerogrammi per verifiche sismiche sulle dighe G. Fiorentino 1, L. Furgani 1, C. Nuti 1, F. Sabetta 2 1- Facoltà di Ingegneria dell Università degli Studi Roma Tre 2- Dipartimento della Protezione Civile

2 Sommario 1. Introduzione: Sismica e dighe 2. Calcolo degli spettri di risposta Spettri probabilistici (PSHA): NTC 2008, CRISIS 2007 Spettri deterministici (DSHA) 3. Selezione di accelerogrammi reali spettro-compatibili 4. Generazione di accelerogrammi spettrocompatibili con Seismomatch 5. Verifica di dighe a gravità con il metodo Nuti-Basili 6. Conclusioni

3 Introduzione 1 Dighe a gravità Struttura massiccia Resistono per gravità Giunti senza funzione statica Comportamento a mensola Periodo fond.: 0,2-0,3 s Proposta NTC2008 dighe strategiche: tempi di ritorno anni per azione sismica. Studio sismotettonico di pericolosità se a g > 0.15 g per T R =475 anni. Non è sufficiente utilizzare lo spettro di normativa come per le normali strutture civili. Geometria di riferimento Diga Rio Fucino (Campotosto) Altezza max (m) 36,70 ag(g) 0,253 E utile definire una procedura per valutare la pericolosità sismica, per ottenere spettri di risposta e generare accelerogrammi. Procedura di tipo ibrido: utilizzo congiunto di PSHA e DSHA.

4 PSHA 2 Sorgenti sismogenetiche (ZS9) Relazione di ricorrenza (GR) Relazioni di attenuazione Curve di pericolosità e UHS

5 4,0 4,2 4,5 4,7 5,0 5,2 5,5 5,7 5,9 6,2 6,4 6,7 6,9 7,2 7,4 SA (g) PSHA Spettri NTC2008: confronto con spettro di normativa. Dighe esistenti: tempo di ritorno di 1950 anni (P Vr 5% in 100 anni). 1,6 1,4 1,2 1-NTC 2008 TR=1950 anni 3 2-PSHA CRISIS TR=1950 anni CRISIS 2007: Si calcola lo spettro a 1950 anni. Si è scelto di incrementare la magnitudo massima storica di 0,5 unità di M (T R >T C ). Troncamento relazione di attenuazione (SP96): media+3σ. Campotosto PSA(0,2s) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Disaggregazione T (s) 8% 6% 4% 2% 0% Magnitudo M Distanza (km) Gli spettri UHS sono sintetici: non danno informazioni sul terremoto che li ha generati. Con la disaggregazione si individuano le coppie di Magnitudo e distanza che con maggiore probabilità generano le accelerazioni volute.

6 DSHA 4 La disaggregazione deve essere validata da un analisi della sismicità storica e di quella attuale. Indagine sismotettonica: Con DISS si può eseguire una ricerca delle faglie attive nell area di studio e dei terremoti storici ad esse associati per scegliere il terremoto di scenario. Diga Con le combinazioni M-R ottenute dalla disaggregazione si individua un possibile terremoto di scenario per il sito di Campotosto. Terremoto di scenario Terremoto 1703 Mw=6.7 R=15 km Si sceglie il terremoto dell Aquilano (1703) M w =6,7 R=15 km.

7 SA (g) DSHA Spettri 5 Scelto un possibile terremoto di scenario si calcola lo spettro deterministico DSHA con due diverse relazioni di attenuazione relative ai dati italiani, la SP96 (Sabetta e Pugliese, 1996) e la ITA10 (Bindi et al.,2011). 1. Il set di dati è maggiore, inclusi dati terremoto dell Aquila del C è una funzione per tenere conto dei diversi meccanismi di faglia. 3. Viene adottata la classificazione dei terreni dell EC8 (A, B, C, D, E). 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 1-NTC 2008 TR=1950 anni 3-DSHA Aquilano Mw=6.7 R=15 km+1.2 sigma ITA10 4-DSHA Aquilano Mw=6.7 R=15 km +1.2 sigma SP96 Terremoto di scenario Si sceglie il terremoto dell Aquilano (1703) Mw=6,7; R=15 km. In entrambi i casi si sceglie di aggiungere al valore medio 1.2 sigma 0,2 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 T (s)

8 SA (g) Risultati Spettri 6 Gli spettri sono stati ottenuti utilizzando diversi approcci. Come si nota nella Fig.1 per periodi inferiori a 0.5 sec lo spettro probabilistico PSHA e quelli deterministici ottenuti con ITA10 e SP96 sono molto simili e tutti di poco inferiori a quello ottenuto dalle norme tecniche NTC ,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 1-NTC 2008 TR=1950 anni 2-PSHA CRISIS TR=1950 anni 3-DSHA Aquilano Mw=6.7 R=15 km+1.2 sigma ITA10 4-DSHA Aquilano Mw=6.7 R=15 km +1.2 sigma SP96 5-Registr. L'Aquila 2009 Aftershock Mw=5.4 R=6.7 km (Staz. Poggio Cancelli) 6-Registr.L'Aquila 2009 Mainshock Mw=6.3 R=4.4 km (Staz. AQg) Spettro 5: Basso contenuto in frequenza per T>0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 T (s) Spettro 5: aftershock del terremoto dell'aquila (9/4/2009, Mw=5.4, R=6.7 km) Stazione: Diga Poggio Cancelli (PCB) Spettro 6: mainshock dell Aquila (6/4/2009, Mw=6.3, R=4.4 km) Stazione: Val Aterno- Colle Grilli (AQG) Class. Sito: A

9 a(g) Accelerogrammi Rexel 7 Rexel permette di individuare degli accelerogrammi naturali compatibili con gli spettri delle NTC con determinati range di magnitudo e distanza epicentrale. Segnali scelti: Friuli (1976), con Mw=6.5, R=23 km, più simile al terremoto di scenario. In alternativa alla ricerca con Rexel e per mostrare l influenza della scelta del segnale sulla risposta, si è scelto di utilizzare anche il segnale associato al terremoto dell Aquila. 0,35 0,15 Registr. Friuli 1976 Mw=6,5 R=23 km Registr. L'Aquila 2009 Mw=6,3 R=4,4 km -0,05-0,25-0,45 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 T(s) Registrazioni scelte Nome Data Mw Rep (km) Cl. Sito Comp. Stazione PGA(g) Friuli 6/05/ A X Tolmezzo Centrale Diga Ambiesta 1-TLM1 0,348 L Aquila 6/04/ A X Val Aterno Colle Grilli-AQg 0,437

10 SA (g) a(g) Accelerogrammi Seismomatch Seismomatch permette di ottenere accelerogrammi spettrocompatibili attraverso l uso di wavelets (forme d onda sinusoidali) 8 0,60 0,40 0,20 0,00-0,20-0,40-0,60 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Match CRISIS PSHA TR=2500 anni Registr. Friuli 1976 Mw=6,5 R=23 km T(s) NTC 2008 TR=1950 anni Match PSHA CRISIS TR=2500 anni Registr. Friuli 1976 M=6,5 R=23 km Range del match:0-1s 0 0,5 1 1,5 T (s) 2 2,5 3 3,5 4 Procedura 1. Calcola la risposta di un sistema elastico SDOF sotto l azione dell accelerogramma (per ogni T) 2. Confronta i picchi di ogni risposta SDOF con l ampiezza dello spettro target e calcola la differenza 3. Aggiunge delle wavelets alla time series con ampiezza e fase appropriata, in modo che l ampiezza della risposta si accordi (match) con quella dello spettro target.

11 a(g) SA (g) Risultati Seismomatch Friuli 9 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 NTC 2008 TR=1950 anni 1-NTC 2008 TR=1950 anni 2-PSHA CRISIS TR=1950 anni 3-DSHA Aquilano Mw=6.7 R=15 km+1.2 sigma ITA10 4-DSHA Aquilano Mw=6.7 R=15 km +1.2 sigma SP96 Registr. Friuli 1976 M=6,5 R=23 km 0 0,5 1 1,5 T (s) 2 2,5 3 3,5 4 0,60 0,40 0,20 0,00-0,20-0,40-0,60 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 T(s)

12 a(g) SA (g) Risultati Seismomatch Abruzzo 10 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 NTC 2008 TR=1950 anni 1-NTC 2008 TR=1950 anni 2-PSHA CRISIS TR=1950 anni 3-DSHA Aquilano Mw=6.7 R=15 km+1.2 sigma ITA10 4-DSHA Aquilano Mw=6.7 R=15 km +1.2 sigma SP96 Registr. Aquilano 2009 M=6.3 R=4.4 km 0,6 0,4 0,2 0,0 0,60 0 0,5 1 1,5 T (s) 2 2,5 3 3,5 4 0,40 0,20 0,00-0,20-0,40-0,60 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 T(s)

13 Metodo Nuti-Basili 11 Nelle dighe a gravità la risposta può essere valutata con modelli semplificati bidimensionali. Si modella solo il concio più alto della diga con un oscillatore ad un grado di libertà. Il metodo Nuti-Basili permette di valutare lo scorrimento alla base della diga. Scorrimento molla non lineare Attrito alla Coulomb Deformabilità fondazione COMPORTAMENTO PLASTICO ALLA BASE Metodo Semplificato Nuti & Basili [2010] Software: Opensees K f R y Vb D f (t) D(t) H=36,7m Quando il taglio alla base V b raggiunge il valore della resistenza allo scorrimento R y, è possibile che avvenga uno scorrimento D f. K f : rigidezza della fondazione D(t): spostamento in sommità D f (t): spostamento alla base In assenza di informazioni e per mettere in risalto le differenze tra gli accelerogrammi generati è stato scelto un valore dell angolo di attrito di 45.

14 Verifica sismica diga 12 Quando il taglio alla base della diga raggiunge la resistenza alla base la diga scorre. Questa condizione è rappresentata dallo spostamento limite Dy. Ogni volta che Dy viene superato si ha scorrimento. Dy=7,37 mm Match NTC 2008 Friuli Dy=7,37 mm Scorrimenti alla base (mm) Friuli 1976 L'Aquila 2009 NTC PSHA CRISIS 5 26 DSHA ITA DSHA SP D>Dy Registrazione Friuli: la diga subisce uno scorrimento ogni volta che Dy viene superato.

15 Verifica sismica diga 13 La forma del segnale ha una forte influenza sulla risposta non lineare. Questo è dovuto principalmente al diverso numero dei picchi e dall ampiezza dei due accelerogrammi. Match NTC 2008 L Aquila Dy=7,37 mm D>Dy Scorrimenti alla base (mm) L'Aquila Friuli NTC PSHA CRISIS 5 26 DSHA ITA DSHA SP Registrazione dell Aquila: lo spostamento supera un numero maggiore di volte Dy, dunque si ha maggiore scorrimento.

16 Conclusioni 14 La proposta NTC2008 per le dighe impone di eseguire una valutazione della pericolosità sismica specifica per dighe strategiche situate in zone fortemente sismiche. E stata sviluppata una procedura per ottenere accelerogrammi spettrocompatibili da utilizzare nella verifica sismica delle dighe. Gli spettri di risposta vengono calcolati con un approccio ibrido PSHA/DSHA. Gli spettri ottenuti con i diversi metodi risultano piuttosto simili tra loro e leggermente inferiori a quello di norma. Sono stati selezionate 2 registrazioni di eventi naturali, modificate successivamente con Seismomatch per renderle spettro-compatibili. Sono state eseguite delle analisi dinamiche su un concio di diga a gravità, utilizzando i segnali matchati relativi alle registrazioni del Friuli (1976) e dell Aquila (2009). L applicazione del metodo semplificato Nuti- Basili permette di analizzare il comportamento della struttura in campo plastico. La scelta del segnale è molto importante perché la forma dell accelerogramma, nonostante l adattamento allo stesso spettro, ha una forte influenza sulla risposta, dovuta alla differenza del numero di picchi dei segnali.

17 32 Convegno GNGTS Trieste novembre 2013 Sessione 2.1: Pericolosità sismica, Vulnerabilità, scenari di scuotimento e di danno Grazie per l attenzione Gabriele Fiorentino Università degli studi Roma Tre gabriele.fiorentino@uniroma3.it