Università Mediterranea di Reggio Calabria FACOLTA DI ARCHITETTURA A.A. 2008-2009 ANALISI DEL RISCHIO GEOLOGICO ED IDROGEOLOGICO - Corso A Il Rischio sismico Dott. M.C. Mandaglio
PERICOLO DERIVANTE DA PROCESSO NATURALE TERREMOTO R = H VW Movimento improvviso e rapido che si manifesta sulla superficie terrestre con una serie di scosse, dovuto alle onde elastiche originatesi in profondità (nella crosta terreste o nel mantello), a seguito della rottura di uno stato di equilibrio e della conseguente liberazione di energia.
Distribuzione dei terremoti La litosfera è formata da un insieme di placche rigide in movimento tra loro La litosfera è formata da un insieme di placche rigide in movimento tra loro. I movimenti tra le placche sono la causa della maggior parte dei terremoti.
Terremoti Larotturahainizionell ipocentro(ofuoco)esipropagalungoilpianodi faglia, consentendo lo scorrimento relativo dei due lembi di faglia.
Le onde sismiche La rottura all interno della terra libera energia sotto forma di onde elastiche, che vengono registrate dai sismografi
Le onde sismiche Nell ipocentro In superficie Onde P Onde S Onde L
Le onde sismiche Sono caratterizzate da un trasferimento di energia e non da un trasporto di massa. Onde P, o prime o longitudinali, devono la loro propagazione a successive fasi di compressione e di espansione delle rocce, per cui le particelle vibrano avanti e indietro nella stessa direzione in cui avviene la propagazione. Si propagano in qualsiasi mezzo
Le onde sismiche Onde S, o seconde o trasversali, sono onde di taglio, la vibrazione provoca l oscillazione delle particelle lungo un piano perpendicolare alla direzione i di propagazione. Si propagano soltanto nei solidi.
Le onde sismiche Onde Rayleigh: si trasmettono in qualsiasi mezzo e producono spostamenti retrogradi e di forma ellittica nel piano verticale. Onde Love: producono spostamenti orizzontali, trasversali rispetto alla direzione di propagazione.
Grandezze misurate La misura delle onde sismiche può avvenire in termini di: - energia rilasciata all ipocentro (magnitudo magnitudo) ) oppure - stima degli effetti in superficie (intensità). Magnitudo: grandezza collegata alla quantità di energia che le rocce possono accumulare prima di rompersi e all area della frattura. Il valore dell energia effettivamente liberata da un terremoto si ricava dalla magnitudo mediante relazioni empiriche che variano a secondo delle aree geografiche e soprattutto geologiche. In Italia la relazione che si adopera è la seguente: log E = 9,15 + 2,15 M con E espressa in erg e M magnitudo delle onde di superficie. Intensità sismica: Grado di danneggiamento delle strutture e dell entità dello sconvolgimento del suolo che si verifica in tutta l area lareain cui il terremoto è avvertito.
Grandezze misurate a M = log + T B Amax a = = movimento del terreno μ amplificazione i T = durata oscillazione B = fattore di correzione [] s [ μm]
Grandezze misurate
Grandezze misurate Accelerazione massima al suolo (Pga): parametro espresso come percentuale dell accelerazione di gravità (g) sulla superficie terrestre. Consente di stimare le forze che agiscono sulle strutture durante i terremoti, con particolare riferimento alle spinte orizzontali, le più pericolose per gli edifici. Strumenti di misura accelerografi Per la valutazione della pericolosità sismica, riveste grande importanza l accelerazione massima al suolo orizzontale (ossia la componente orizzontale massima della Pga)
Leggi di attenuazione Le onde sismiche, allontanandosi dall ipocentro, subiscono un assorbimento progressivo (attenuazione), causato dalla capacità di smorzamento delle rocce e dallo smorzamento geometrico. Nel calcolo della pericolosità sismica è necessario adottare leggi di attenuazione che permettono di predire l accelerazione di picco (Pga) in funzione della magnitudo dell evento e della distanza dalla sorgente. Le leggi di attenuazione permettono di calcolare la PGA in ogni punto (x, y) a partire da un terremoto di magnitudo M avvenuto ad una distanza R da (x, y). Generalmente hanno la forma: PGA = a + b M + c log R
Scala di MCS Scala empirica suddivisa in gradi di danneggiamento crescente ognuno dei quali individuatodaunaseriedieffetticheuncertoterremotoriesceaprovocaresulle persone, sugli oggetti, sulle costruzioni iesul territorio i (dati macrosismici) i i) Di solito la successione di effetti è la seguente: Grado di danneggiamento a effetti psichici e meccanici sugli uomini e sugli animali; b effetti sugli oggetti; c effetti sulle costruzioni; d effetti sul suolo; e effetti sulle acque superficiali e sotterranee; f effetti geologici e geomorfologici.
Scale di Misura MCS
Conseguenze dei terremoti 1) Deformazioni: danni/distruzioni di: edifici (pubblici, privati); infrastrutture (strade, ferrovie); tubazioni interrate (es. oleodotti); altre opere antropiche (es. dighe). => rotture nel terreno e riattivazione di faglie; innesco di frane (es. crolli); innesco di valanghe; modifiche di corsi d acqua; svuotamento/riempimento di laghi.
Conseguenze dei terremoti 2) Variazioni di pressione dell acqua : => livello delle falde idriche; portata/temperatura delle sorgenti; liquefazione dei terreni; innesco di frane (per liquefazione). 3) Tsunami: => distruzioni lungo le coste. 4) Conseguenze sociali, politiche, economiche: => panico incontrollato; criminalità indotta; uso del suolo e del territorio.
Effetti dei terremoti sulla superficie
Isosiste o isosisme Linee che uniscono i punti di un area, dove il terremoto è stato risentito con la stessa intensità
Effetti di sito
Effetti di sito Sono l amplificazione delle onde sismiche dovuta alla risonanza a delle coltri sedimentarie ie
Modifica dell accelerazione in corrispondenza di cambiamenti litologici La risposta dinamica dei suoli
Effetti di sito oppure sono dovuti..alla risonanza dei rilievi topografici
Condizioni di possibile amplificazione locale caratteri strutturali (a, b); profilo topografico (morfologia) (c, g); successione stratigrafica (d); proprietà meccaniche (e, f); caratteristiche idrogeologiche (h).
Effetti di sito Gli effetti di sito sono estremamente pericolosi quando la frequenza en di risonanza a del suolo coincide con quella delle strutture.
Effetti dei terremoti sulle costruzioni
La sismica storica o MACROSISMICA Complesso dei dati non strumentali riguardante i terremoti riportati in bibliografia e che necessita di esame critico. FONTI BIBLIOGRAFICHE - Opere a carattere sismologico: cataloghi sismici, riportano gli elenchi delle scosse sismiche con le descrizioni degli effetti sull uomo, sui manufatti e sull ambiente; lavori specifici sui singoli eventi; bollettini sismici, contenenti le informazioni sismiche. - Opere a carattere storico: storie, cronache e diari nazionali, regionali e locali, di monasteri e di monumenti; riviste storiche; documenti di archivio (statali, monastici, vescovili, parrocchiali, comunali); iscrizioni applicate sulle chiese e sui monumenti; stampe e opere grafiche in genere, fotografie; giornali.
Le reti sismiche in Italia Monitorano i fenomeni sismici attraverso la misura delle caratteristiche delle onde sismiche. In Italia: - Reti sismiche locali, installate da istituzioni pubbliche, enti di ricerca, università e strutture private; - Rt Rete sismica i nazionale centralizzata t dell Istituto t Nazionale di Geofisica; - Rete accelerometrica Enea-Enel >>>>>>>
Le reti sismiche in Italia
La valutazione della pericolosità sismica
LA PREVISIONE Dove? Quando? Intensità? Segni precursori: Deformazioni della superficie del suolo; Variazione dei campi magnetico ed elettrico terrestri; Microsismicità; Variazione del v P / v S dell area sottoposta a sforzi; Aumento t di concentrazione del radon nelle falde acquifere; Cambiamento di temperatura e del livello delle falde acquifere; Comportamento anomalo degli animali.
La previsione Dt Deterministica iiti non esistono segni precursori affidabili - Quando - Dove - Quanto grande Finalizzata a procedure di evacuazione e di emergenza NON FUNZIONA! Statistica - Con quale probabilità - Dove - Quanto grande Finalizzata alla prevenzione dei danni da terremoto FUNZIONA!
LA PREVENZIONE Si basa sulla valutazione della pericolosità e contribuisce alla gestione del rischio sismico, minimizzandone i danni e razionalizzando l uso del territorio. Permette di elaborare: - Norme costruttive - Norme di rafforzamento e adeguamento dell edilizia esistente I programmi di PREVENZIONE consistono in: - Regolamentazione (Classificazione sismica del territorio nazionale); - Intervento; - Educazione.
LA STIMA DEL RISCHIO SISMICO SEISMIC RISK
La classificazione sismica del territorio nazionale (2003) Presidenza del Consiglio dei Ministri, Ordinanza n. 3274: Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale edinormative tecniche per le costruzioni in zona sismica (Roma, 20 marzo 2003) 1) Individuazione di 4 Zone, sulla base di altrettanti valori di accelerazioni orizzontali (a g /g) di ancoraggio dello spettro di risposta elastico, in funzione delle norme progettuali e costruttive da applicare. 2) Individuazione per ciascuna zona di valori di accelerazione di picco orizzontale del suolo (a g ) con probabilità di superamento del 10 % in 50 anni. N.B. Recenti proposte di modifiche
Classificazione sismica del territorio nazionale: Italia meridionale
Ordinanza 3274 del 2003 Adotta comeparametro t indicatore dll della pericolosità ità sismica, i il valore di picco dell accelerazione orizzontale al suolo (Pga) con periodo di ritorno di 475 anni (collasso) e 95 anni (danno strutturale) che corrisponde ad una probabilità di superamento del 10% in 50 anni e in 10 anni rispettivamente. Territorio nazionale diviso in quattro zone, ognuna caratterizzata da uno specifico valore di accelerazione orizzontale di ancoraggio dello spettro di risposta elastico. Zona sismica Accelerazione orizzontale con probabilità di superamento pari al 10% in 50 anni (a g /g) Accelerazione orizzontale di ancoraggio dello spettro di risposta elastico (Norme Tecniche) (a g /g) 1 > 0,25 0,35 2 015 0,15 025 0,25 025 0,25 3 0,05 0,15 0,15 4 < 0,05 0,05
Norme tecniche per le costruzioni (2008) Sono appena entrate in vigore le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (2008) che prevedono obbligatoriamente, per tutto il territorio nazionale la classificazione dei suoli di fondazione in categorie su base sismica Questa classificazione deve essere fornita prima della costruzione di qualsiasi opera e in qualsiasi parte d Italia. E comune anche a molti altri paesi europei ed extra-europei europei (USA, Cina, India). da). La legge vuole si classifichino i terreni di fondazione in 5 classi (+ 2) in base al valore di v s30.
Vs30 = velocità media di propagazione p delle onde di taglio nei primi 30 metri di profondità Vs30 = 30 hi Vi i = 1, N dove: h i = spessore dello strato i-esimo in metri V i = velocità delle onde di taglio dello strato i-esimo, per un totale di N strati, presenti nei primi 30 metri di profondità. Se non si hanno valori di Vs, il sito sarà classificato cato con Nspt
Categorie di suolo di fondazione CATEGORIE A B C D E LITOTIPI E CARATTERI GEOMECCANICI Formazioni litoidi o terreni omogenei molto rigidi comprendenti eventuali strati di alterazione di spessore massimo pari a 5 metri. Vs 30 > 800 m/s Ghiaie e sabbie molto addensate o Argille sovraconsolidate molto consistenti, con spessori superiori ai 30 metri, con progressivo miglioramento delle proprietà p geomeccaniche con la profondità. Vs 30 : 800 360 m/s; oppure N spt > 50 oppure Cu > 250 KPa Sabbie e ghiaie mediamente addensate o Argille di media consistenza, con spessori variabili da oltre 30 fino a più di 100 metri. Vs 30 : 360 180 m/s; oppure N spt :50 15 oppure Cu: 250 70 KPa Terreni granulari da poco addensati a sciolti, Terreni coesivi da mediamente a poco consistenti. Vs 30 < 180 m/s; N spt < 15 oppure Cu < 70 KPa Successioni stratigrafiche costituite da terreni alluvionali poco addensati o sciolti, o poco consistenti. Vs 30 a quelli delle categorie C o D e spessore compreso tra 5 e 20 metri, giacenti su un substrato rigido (Vs 30 > 800 m/s)
CATEGORIE di suoli di fondazione SOGGETTE A STUDI SPECIALI CATEGORIE S1 LITOTIPI E CARATTERI GEOMECCANICI Depositi argillo-limosi limosi a bassa consistenza, anche quando costituiscono intercalazioni di almeno 10 metri di spessore in litotipi più consistenti. IP > 40 Vs 30 < 100 m/s Cu: 20 10 KPa S2 Terreni soggetti a liquefazione, i argille sensitive o qualsiasi li i categoria di terreno non classificabile tra quelle precedenti
Fenomeni indotti:i maremoti o Tsunami Sono onde lunghe che si propagano in acqua con periodo generalmente compreso fra 5 e 60 minuti. Possono essere generate da: - Eruzioni vulcaniche; - Frane sottomarine; - Crolli di roccia in mare; - Forti terremoti sottomarini ( 7 magnitudo Scala Richter).
Fenomeni indotti:i maremoti o Tsunami 1) Spostamento to di una grande massa d'acqua a seguito di un: terremoto e sottomarino, crollo di roccia in mare, ecc.. 2) Propagazione progressiva e creazione di onde lunghe (qualche centinaia di chilometri) e di grande durata (qualche decina di minuti). 3) Sollevamento ulteriore dell enorme massa d'acqua che spostandosi in prossimità della costa incontra un fondale marino sempre più basso e tende a sollevarsi ulteriormente.
Fenomeni indotti:i maremoti o Tsunami La forza distruttiva dipende dall'altezza di colonna d'acqua sollevata. Un terremoto in pieno oceano può essere estremamente pericoloso, perché può sollevare e spostare tutta l'acqua presente al di sopra del fondale marino