UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZE DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE e AMBIENTALE Sezione Geotecnica Leggi di attenuazione e zonazione sismica ZS9 Prof. Ing. Claudia Madiai Correlazioni tra parametri sismici Sono state studiate molte correlazioni tra i diversi parametri sismici Ad esempio: Intensità-magnitudo Intensità-a max Es.: Richter (1956) log a max =(1/3)I 0 1/2 Es.: Karnik (1971) M=0.51 I 0 + 1 a max -magnitudo 2 1
Leggi di attenuazione Le correlazioni più note e utilizzate includono anche il parametro distanza e sono chiamate leggi di attenuazione Le leggi di attenuazione permettono di ricavare il valore di un parametro sismico (a max, v max,, Intensità, durata, ordinate spettrali, ecc.) in funzione di altri parametri sismici (di norma la magnitudo) e della distanza epicentrale (o ipocentrale) Sono relazioni di tipo empirico, elaborate su basi statistiche, a partire da dati strumentali o macrosismici La forma delle leggi di attenuazione è generalmente del tipo: log Y = a + b M - c log (R + C) + F + S ± σ logy con: Y parametro rappresentativo del moto M magnitudo R distanza dalla sorgente o dall'epicentro C fattore correttivo dell attenuazione F, S parametri di sorgente e di sito a, b, c coefficienti empirici σ logy deviazione standard di log y 3 Esempi Leggi di attenuazione dell intensità Esteva e Rosenblueth (1964) I = 1.45 M 2.46 ln R + 8.16 Crespellani et al., 1992 I = 6.39 + 1.756 M 2.747 ln (R +7) I è riferita alla scala MM ed R (distanza epicentrale) è in km 4 2
Barosh, 1969 Leggi di attenuazione dell intensità 5 Leggi di attenuazione del picco di accelerazione Boore, 1982 log a max = -1.19 + 0.276 M w log R 0.00259 R R=(D 2 +7.3 2 ) 0.5 con D distanza epicentrale (in km) M w =magnitudo momento Valida per terremoti con 5.0 M w 7.7 6 3
Leggi di attenuazione del picco di accelerazione Sabetta e Pugliese, 1987 log A= 0.306 M w -log ( D 2 + 5.8 2 ) + 0.169 S1-1.56 ± 0.19 A= picco di accelerazione in g M W = magnitudo momento D distanza epicentrale (in km) S1= 0 per depositi profondi e rigidi; S1=1 per depositi poco profondi e deformabili Valida per terremoti con 4.6 M w 6.8 7 Leggi di attenuazione del picco di velocità Sabetta e Pugliese, 1987 log V = 0.455 M w -log ( D 2 + 3.6 2 ) + 0.133 S3-0.71 ± 0.22 V= picco di velocità in cm/s M w = magnitudo momento D distanza epicentrale (in km) S3= 0 per depositi profondi e rigidi; S3=1 per depositi poco profondi e deformabili Valida per terremoti con 4.6 M w 6.8 8 4
Leggi di attenuazione della durata [0.05g] (sec) bracketed duration [ rocce NB: Poiché l ampiezza decresce con la distanza, la durata decresce con la distanza se definita in termini assoluti (come in figg.), cresce con la distanza se definita in termini relativi (es. durata di Trifunac) bracketed duratio on [0.05g] (sec) Chang e Krinitzsky, 1977 terreni 9 Leggi di attenuazione delle ordinate spettrali Pugliese e Sabetta, 1989 log S v =a+bm W -log ( x 2 + h 2 ) + e 1 s 1 +e 2 s 2 ±σ S V = pseudo-velocità (in cm/s) M W = magnitudo momento h = distanza focale (in km) x = distanza epicentrale (in km) a,b,c,e 1,e 2 = coefficienti dipendenti da T S 1 = 1 per alluvioni di spessore<10m S 2 = 1 per alluvioni di spessore>10m S 1 = S 2 =0 per depositi rigidi (Vs>800m/s o minore per spessori<5m) Le ordinate in pseudo-accelerazione possono essere derivate da quelle in pseudo-velocità mediante l espressione: S a S v 2π/T 10 5
Pericolosità sismica Il primo passo per la progettazione in zona sismica è la definizione dei parametri del moto sismico di riferimento per il sito in studio (definizione della pericolosità sismica del sito) Infatti a partire da tali parametri vengono poi determinate le azioni sismiche di progetto La definizione della pericolosità sismica è un operazione assai complessa, affetta da un elevato grado di incertezza. Viene eseguita a due differenti livelli, lli distinguendo d tra: pericolosità sismica di base pericolosità sismica locale 11 Pericolosità sismica Con la pericolosità sismica di base si identifica il moto sismico di riferimento per il sito considerato, nelle condizioni ideali di terreno rigido (V s >800 m/s) e superficie topografica orizzontale Con la pericolosità sismica locale si identifica il moto sismico di riferimento per il sito considerato, tenendo conto dei fattori geologici, morfologici e geotecnici (condizioni locali) che lo caratterizzano L operazione Loperazione scientifica finalizzata alla determinazione della pericolosità di base su aree estese (ad es. il territorio nazionale) è la Zonazione Sismica 12 6
Pericolosità sismica Le analisi di pericolosità sismica possono essere condotte seguendo due tipi diapproccio: deterministico (basato sull assunzione di un determinato scenario sismico) probabilistico (in cui si tiene conto delle incertezze legate alla dimensione, localizzazione e tempo di ritorno dell evento) Entrambi gli approcci richiedono che siano preliminarmente individuate e caratterizzate le sorgenti sismiche in grado di produrre un significativo ifi risentimento t nel sito considerato. A questo scopo è necessaria la conoscenza della sismicità regionale 13 Sismicità regionale Le analisi di sismicità regionale di un certo territorio (ad es. quello nazionale) consistono nell identificazione delle potenziali sorgenti sismiche e nella determinazione di alcune caratteristiche della loro attività Si basano su informazioni relative a: geologia strutturale (evidenze geologiche e tettoniche) registrazioni strumentali sismicità storica (notizie di terremoti non registrati) 14 7
Sismicità regionale ZS9 - Zonazione sismogenetica del territorio italiano Classi di profondità INGV- Gruppo di lavoro per la redazione della mappa di pericolosità sismica (O.P.C.M. 3274) 15 METODO DETERMINISTICO (terremoto trattato come evento non casuale) 1. localizzazione e caratterizzazione delle sorgenti sismiche con risentimento significativo al sito 2. applicazione delle leggi di attenuazione per il parametro di interesse 3. scelta del massimo valore del parametro di pericolosità ottenuto con i diversi scenari METODO PROBABILISTICO (terremoto trattato come evento casuale caratterizzato da una sua probabilità di occorrenza) 1. identificazione delle sorgenti sismiche con risentimento al sito, della distribuzione spaziale di probabilità degli epicentri e della legge di ricorrenza degli eventi all interno delle sorgenti 2. applicazione delle leggi di attenuazione in termini probabilistici per il parametro di interesse 3. calcolo della probabilità di eccedenza al sito di un dato valore del parametro di pericolosità, in un prefissato intervallo di tempo 16 8
MAPPE DI PERICOLOSITÀ La pericolosità sismica di base, ricavata mediante studi di zonazione su vasta scala, può essere rappresentata in mappe di pericolosità sismica nelle quali sono riportati, per un dato periodo di ritorno dell evento sismico, alcuni dei principali parametri: PGA (peak ground acceleration) Intensità macrosismica ordinate spettrali in pseudo-velocità e pseudo-accelerazione in corrispondenza di vari periodi T La pericolosità sismica di base fornisce l input per la definizione della pericolosità sismica locale : rappresenta quindi il punto di partenza per le successive analisi a scala locale (microzonazione) e a scala di manufatto (progettazione) 17 MAPPE DI PERICOLOSITÀ Mappa della pericolosità sismica del globo terrestre (http://www.seismo.ethz.ch/gshap) 18 9
PERICOLOSITÀ DI BASE IN ACCELERAZIONE DEL TERRITORIO ITALIANO Il periodo di ritorno T R di un evento sismico di una certa entità è legato alla probabilità ( probabilità di eccedenza, P VR ) che in un determinato intervallo di tempo ( periodo di riferimento, V R ) si verifichi almeno un evento sismico di entità pari al valore prefissato: T R =-V R / ln(1-p VR ) (http://esse1-gis.mi.ingv.it) 19 PERICOLOSITÀ DI BASE IN INTENSITÀ MCS DEL TERRITORIO ITALIANO Intensità macrosismica MCS La carta mostra le intensità macrosimiche attese secondo la scala MCS. Secondo la scala MCS l inizio del danno agli edifici si ha a partire dal 6 grado da Romeo e Pugliese (www.uniurb.it/geoappl/gislab/progetti/seismic_hazard/pericolosità.htm) 20 10
PERICOLOSITÀ DI BASE IN ACCELERAZIONE SPETTRALE DEL TERRITORIO ITALIANO Accelerazioni spettrali a 5Hz (T=0.2 s) Le accelerazioni spettrali si riferiscono ad un valore dello smorzamento critico del 5%. da Romeo e Pugliese (www.uniurb.it/geoappl/gislab/progetti/seismic_hazard/pericolosità.htm) 21 PERICOLOSITÀ DI BASE IN ACCELERAZIONE SPETTRALE DEL TERRITORIO ITALIANO Accelerazioni spettrali a 1Hz (T=1 s) Le accelerazioni spettrali si riferiscono ad un valore dello smorzamento critico del 5%; le accelerazioni spettrali a 1Hz (T=1 s) si considerano rappresentative del ramo dello spettro a velocità costante da Romeo e Pugliese (http://www.uniurb.it/geoappl/gislab/progetti/seismic_hazard/pericolosita.htm) 22 11
Pericolosità sismica Sito di interesse per ricavare dati sulla pericolosità sismica italiana : http://esse1-gis.mi.ingv.it Sito per la definizione delle azioni sismiche di progetto secondo il D.M. 14.01.2008 (NTC 2008): http://www.cslp.it/cslp/ dal quale è possibile scaricare un foglio di Excel ( Normative tecniche per le costruzioni Azioni sismiche Spettri di risposta) che consente di: identificare la pericolosità di base del sito (così come indicata nella Mappa di Pericolosità All. B alle NTC 2008 per 9 periodi di ritorno (da 30 a 2475 anni) in corrispondenza dei nodi di un reticolo che copre tutto il territorio nazionale) in termini di : - accelerazione massima su terreno duro di riferimento, a g - parametri F 0 e T * C (insieme ad a g servono per definire gli spettri di progetto) determinare l azione sismica di progetto (spettro elastico e inelastico) in funzione dei requisiti del manufatto e delle condizioni locali del sottosuolo 23 Conclusioni In assenza di dati strumentali il valore di un parametro rappresentativo del motosismicoalsuolopuòesserestimatoattraversorelazioniempiriche;quelle che includono anche il parametro distanza sono chiamate leggi di attenuazione In letteratura esistono numerose leggi di attenuazione (per lo più molto disperse); le più affidabili sono quelle a carattere regionale Il moto sismico in un dato sito ( pericolosità sismica ) dipende dalla pericolosità di base e dalla pericolosità locale La pericolosità sismica può essere definita in termini di diversi parametri (i più importanti: PGA, ordinate dello spettro elastico) e determinata con metodi deterministici o probabilistici Entrambi gli approcci richiedono l identificazione delle aree sismogenetiche che influenzano la sismicità del sito e la definizione di opportune leggi di attenuazione Con il metodo deterministico il parametro di pericolosità è ottenuto sulla base dei diversi scenari ipotizzabili dalle varie sorgenti sismiche Con il metodo probabilistico il parametro di pericolosità è espresso in termini di probabilità di superamento al sito in un prefissato intervallo di tempo 24 12