ATTIVITÀ IN CAMPO SISMICO RECENTI STUDI E SVILUPPI FUTURI Attività in campo sismico. LA SCELTA DEL SITO DI RIFERIMENTO NELL ANALISI DELLA RISPOSTA SISMICA LOCALE
ALCUNI ELEMENTI DI BASE (da Indirizzi e Criteri per la MZS DPC Conferenza delle Regioni e delle Province Autonome) A(f) = G(f) P(f) S(f) ai fini della definizione dell azione sismica di progetto sia valutato l effetto della risposta sismica locale mediante specifiche analisi che consentano di definire le modifiche che un segnale sismico, relativo ad un sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (sottosuolo di categoria A) subisce, a causa delle caratteristiche topografiche e stratigrafiche dei depositi di terreno e degli ammassi rocciosi e delle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali che li costituiscono
ALCUNI ELEMENTI DI BASE In un caso ideale di terreni soffici a stratificazione orizzontale, che appoggiano su un terreno rigido (bedrock), la funzione di amplificazione si potrebbe ottenere facendo il rapporto spettrale tra i segnali registrati in superficie e quelli registrati da uno strumento posto sull interfaccia bedrock-terreni di copertura sulla verticale dello strumento in superficie. In tale ipotesi la funzione di amplificazione ottenuta rappresenta la vera funzione di trasferimento della colonna di terreno corrispondente ai livelli di deformazione osservati al bedrock. Naturalmente tale condizione non è quasi mai verificata e quindi i rapporti spettrali vengono effettuati usando come bedrock siti rocciosi poco distanti.
ALCUNI ELEMENTI DI BASE L utilizzo di dati strong motion ai fini di una MS rappresenta uno strumento estremamente utile in quanto consente di stimare in maniera diretta il comportamento differenziale dei siti su cui sono installati gli strumenti di registrazione e, quindi, valutare le amplificazioni locali nel caso i siti scelti siano effettivamente rappresentativi delle variazioni delle caratteristiche dei terreni nell area in studio. La più grossa limitazione che tale metodo implica è che raramente, durante installazioni strumentali temporanee, è possibile registrare eventi di magnitudo elevata, visto il lungo periodo di ritorno che li contraddistingue. Generalmente, quindi, si è obbligati all utilizzo di eventi di piccola magnitudo. Le funzioni di amplificazione calcolate da eventi weak motion tendono però in molti casi a sovrastimare le ampiezze di amplificazione e a spostarle verso frequenze più elevate, fornendo stime a volte troppo conservative e a volte poco realistiche, soprattutto su terreni a forte comportamento non lineare (terreni più soffici).
ALCUNI ELEMENTI DI BASE Una ulteriore complicazione viene dalla difficoltà di disporre, in molti casi, di un sito di riferimento affidabile. In questi casi si può ricorrere a spettri di sorgente teorici calcolati una volta nota la distanza e la direzione di provenienza dell evento e attenuati al sito tramite leggi di attenuazione note. Tali spettri sintetici sono quindi in grado di simulare la registrazione che si sarebbe ottenuta su un ipotetico sito ideale su roccia. Nella modellazione degli effetti locali il moto di riferimento è in genere riferito a condizioni di suolo rigido affiorante e in assenza di effetti topografici come è, ad esempio, nel caso dei risultati degli studi di pericolosità di base. Alcuni algoritmi sono in grado di utilizzare questo moto direttamente, mentre altri hanno bisogno che tale moto sia riportato alla base del modello, ossia all interfaccia bedrock-terreni di copertura.
ALCUNI ELEMENTI DI BASE
ALCUNE CONSIDERAZIONI È riconosciuta l importanza della sperimentazione (strumentazione fissa e/o temporanea), ma ci si rivolge a modelli teorici e leggi empiriche di attenuazione senza quantificare l errore derivante dalle lacune conoscitive degli effetti di percorso e di sorgente e dall empirismo delle leggi di attenuazione Ci si affida pesantemente agli strumenti di calcolo senza stressare il peso rilevante che può avere, in un assetto geologico molto complesso quale quello italiano, la geometria del sottosuolo che può introdurre, anche per weak motion, importanti non linearità.
UN ESEMPIO: SAN GIULIANO DI PUGLIA Le indagini e le analisi effettuate per ricostruire il moto sismico alla base della scuola crollata sono un chiaro esempio delle enormi limitazioni che comporta la mancanza o la limitatezza di dati sperimentali relativi al moto sismico e alla conoscenza del sottosuolo. È possibile una valutazione anche se approssimativa dei valori di accelerazione di picco, a partire dalla ricostruzione di accelerogrammi sintetici basati su modelli di sorgente teorici. L approccio metodologico seguito si basa sull applicazione del modello stocastico proposto da Beresnev & Atkinson (1997, 1998).
Accelerazione (cm/s/s) 2 4 6 Tempo (s) Attività in campo sismico. STIMA DEL MOTO SU BASE TEORICA (da ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DI DATI SISMOLOGICI NEL COMUNE DI S. GIULIANO DI PUGLIA (CB) DPC Ufficio Sismico 23) 18 15 12 Accelerogramma simulato componente orizzontale S. Giuliano di Puglia A max = 179,39 cm/s/s 9 6 3-3 -6-9 -12-15 -18
PRIMO MODELLO NUMERICO (da Relazione dei Periti Tecnici del G.I.P. Procedimento penale n. 297/2 RGNR e n. 455/3 REG. GIP CAMPOBASSO Crollo dell'edificio scolastico "F.Jovine" di S.Giuliano di Puglia a seguito dell'evento sismico del 31.1.2 )
VARIAZIONE DEL PGA NELLA STAZIONE CHIESA
ACCELEROGRAMMI In corrispondenza della scuola la PGA è pari a circa.23g.
SECONDO MODELLO NUMERICO (da Consulenza Tecnica d Ufficio Procedimento penale n. 297/2 RGNR e n. 455/3 REG. GIP CAMPOBASSO Crollo dell'edificio scolastico "F.Jovine" di S.Giuliano di Puglia a seguito dell'evento sismico del 31.1.2 )
ATTENUAZIONE
SCELTA DELL INPUT Si osservi inoltre che, per le regressioni esponenziali di Fig. 65b (sito della scuola), il coefficiente di correlazione R2 è inferiore a quelle di Fig. 65a (sito della chiesa), e pertanto estrapolazioni a valori superiori di magnitudo possono risultare fuorvianti. Infatti, la figura mostra che condurrebbero a valori di PGA orizzontali ben superiori sia a quello stimato con la relazione di Sabetta & Pugliese (.17g) che a quello, non molto diverso (.18g), determinato dal D.P.C. mediante una simulazione numerica dell'evento in questione. Come moto sismico di riferimento, si sono quindi assunti gli accelerogrammi EW, NS, UD registrati il 12 novembre 22 am (M=4.2), rispettivamente scalati per i valori di.9g,.11g e.7g
CONSIDERAZIONI In tutti i casi gli estensori hanno sottolineato diverse lacune conoscitive sia sull input che sulla geometria del sottosuolo Hanno comunque forzato l analisi. Basta osservare come siano stati scalati eventi di bassa magnitudo alla magnitudo del main shock (modelli numerici) Per i modelli numerici è stato scelto l input su roccia affiorante in vicinanza per la quale era stato subito evidenziata la presenza di notevoli effetti locali (diapo successiva)
(da BSSA The Role of Site Effects on the Intensity anomaly of San Giuliano di Puglia Inferred from Aftershocks of the Molise, Central Southern Italy, Sequence, November 22 by F. Cara, A. Rovelli, G. Di Giulio, F. Marra, T. Braun, G. Cultrera, R. Azzara, and E. Boschi)
UNO STUDIO ULTERIORE (da INGV Task3 Molise- Deliverable D9-D1-D11 Risposta Sismica Locale a San Giuliano di Puglia (CB) e in alcuni comuni confinanti ) SU RICHIESTA DEL DPC L INGV HA EFFETTUATO DETTAGLIATE INDAGINI E UNA MODELLAZIONE 3D DEL SITO Sono state individuate due faglie (una delle quali corre lungo la dorsale di San Giuliano con quattro sblocchi nella zona più danneggiata) Queste faglie originano un cuneo e individuano tre diversi ricoprimenti Il bedrock non è stato individuato
PIANI DI FAGLIA
MODELLO DIGITALE 3D
METODOLOGIA
RISULTATI
CONSIDERAZIONI La ricostruzione 3D molto dettagliata ha permesso di ricostruire la variabilità della risposta sismica locale, affetta in modo evidente, sia dalle caratteristiche meccaniche che dalle relazioni geometriche dei vari terreni in presenza anche delle faglie Pur nella complessità e nell affidabilità della ricostruzione il moto di input è stato definito in modo teorico
UN CASO DI STUDIO IN CORSO SUL TERREMOTO AQUILANO La sequenza aquilana ha dato registrazioni al sito dei Laboratori sotterranei e al sito Assergi, laboratori esterni (vedi diapositiva seguente) Sono stati esaminati 12 eventi registrati ai due siti nell ipotesi che il sito laboratorio sotterraneo sia rappresentativo dell input sismico per il sito esterno Questa ipotesi appare molto ragionevole rispetto alla meccanica dei terreni ma ha alcune limitazioni: distanza tra i due siti, circa 5 Km presenza in prossimità della faglia di Campo Imperatore molto probabile complessità geometrica delle relazioni tra le diverse formazioni geologiche presenti che interessano il percorso sorgente-sito
KM DA ASSERGI 1 Stazioni di misura GALLERIA-GSG ASSERGI GSA ed eventi registrati 4/9 19:38 ML=5. 4/13 21:14 ML=5. 9/24 16:14 ML=4.1 6/22 2:58 ML=4.6 4/9 4:32 ML=4.2 GALLERIA ASSERGI 7/3 11:2 ML=4.1-1 4/6 1:32 ML=5.9 7/12 8:38 ML=4.2 4/9 3:14 ML=4.6 4/7 17:47 ML=5.4-2 4/23 15:13 ML=4. 4/23 21:48 ML=4.2-3 -16-12 -8-4 4 KM DA ASSERGI
acc (cm/s/s) acc (cm/s/s) acc (cm/s/s) acc (cm/s/s) acc (cm/s/s) acc (cm/s/s) Attività in campo sismico. REGISTRAZIONI ACCELEROMETRICHE 3 2 1 Galleria GS 6 aprile 29 1:32 comp NS 2 1 Galleria GS 7 aprile 29 17:47 comp UP -1-2 -1-3 -2 2 1 12 16 2 24 28 t (s) Assergi 12 8 12 16 2 24 28 t (s) Assergi 4-1 -4-2 -8 16 2 24 28 32 t (s) 16 2 24 28 32 t (s) 1 Galleria GS 9 aprile 29 19:38 comp WE -1 6 4 16 2 24 28 32 t (s) Assergi 2-2 -4 16 2 24 28 32 t (s)
FAS (cm/s) FAS (cm/s) Adimensional Adimensional Attività in campo sismico. SPETTRI E RAPPORTI H/V 8 6 L'Aquila Assergi 622258 NS/UP WE/UP 6 4 L'Aquila Galleria GS 622258 NS/UP WE/UP 4 2 2.1 1 1 1 f (Hz).1 1 1 1 f (Hz) 2 16 L'Aquila Assergi 622258 NS UP WE 16 12 L'Aquila Galleria GS 622258 NS UP WE 12 8 8 4 4.1 1 1 1 f (Hz).1 1 1 1 f (Hz)
Adimensional Attività in campo sismico. RAPPORTI SPETTRALI 2 L'AQUILA 622258 Rapporti spettrali Assergi/Galleria GS NS UP WE 16 12 8 4 2 4 6 8 1 f (Hz)
CONSIDERAZIONI I confronti in termini di time history, spettri e rapporti spettrali (H/V e Assergi/Galleria) non evidenziano elementi certi a parte le rilevanti differenze tra i due siti Si è quindi scelto di esaminare il parametro integrale FA come rapporto tra le Intensità di Housner ai due siti SI H 2.5.1 SV ( T, ) dt Il rapporto è stato calcolato per i dodici eventi sia in termini di velocità che in termini di accelerazione e spostamento, oltre che in termini di PSV, per smorzamento 5% L Intensità è stata calcolata sia tra.1 e 2.5 s, FA1, che tra.1 e 1 s, FA2
DISP (cm) ACC (cm/s/s) VEL (cm/s) PSV (cm/s) Attività in campo sismico. SPETTRI DI RISPOSTA L'Aquila 4.7 17:47 Response spectra - damping 5% Galleria GS Assergi 3 3 2 2 1 1 3.1.1 1 1 1 T (s) 1.1.1 1 1 1 T (s) 8 2 6 1 4 2.1.1 1 1 1 T (s).1.1 1 1 1 T (s)
FA Fattore di amplificazione dell'intensità alla Housner sullo spettro di velocità Comp NS 16 FA1 FA2 14 12 1 8 6 4 2 4/6 1:32 ML=5.9 4/7 17:47 ML=5.4 4/9 3:14 ML=4.6 4/9 4:32 ML=4.2 4/9 19:38 ML=5. 4/13 21:14 ML=5. Evento 4/23 15:13 ML=4. 4/23 21:48 ML=4.2 6/22 2:58 ML=4.6 7/3 11:2 ML=4.1 7/12 8:38 ML=4.2 9/24 16:14 ML=4.1
FA Fattore di amplificazione dell'intensità alla Housner sullo spettro di accelerazione Comp NS 14 FA1 FA2 12 1 8 6 4 2 4/6 1:32 ML=5.9 4/7 17:47 ML=5.4 4/9 3:14 ML=4.6 4/9 4:32 ML=4.2 4/9 19:38 ML=5. 4/13 21:14 ML=5. Evento 4/23 15:13 ML=4. 4/23 21:48 ML=4.2 6/22 2:58 ML=4.6 7/3 11:2 ML=4.1 7/12 8:38 ML=4.2 9/24 16:14 ML=4.1
FA Fattore di amplificazione dell'intensità alla Housner sullo spettro di spostamento Comp NS 4 FA1 FA2 35 3 25 2 15 1 5 4/6 1:32 ML=5.9 4/7 17:47 ML=5.4 4/9 3:14 ML=4.6 4/9 4:32 ML=4.2 4/9 19:38 ML=5. 4/13 21:14 ML=5. Evento 4/23 15:13 ML=4. 4/23 21:48 ML=4.2 6/22 2:58 ML=4.6 7/3 11:2 ML=4.1 7/12 8:38 ML=4.2 9/24 16:14 ML=4.1
FA Fattore di amplificazione dell'intensità di Housner Comp NS 18 FA1 FA2 16 14 12 1 8 6 4 2 4/6 1:32 ML=5.9 4/7 17:47 ML=5.4 4/9 3:14 ML=4.6 4/9 4:32 ML=4.2 4/9 19:38 ML=5. 4/13 21:14 ML=5. Evento 4/23 15:13 ML=4. 4/23 21:48 ML=4.2 6/22 2:58 ML=4.6 7/3 11:2 ML=4.1 7/12 8:38 ML=4.2 9/24 16:14 ML=4.1
CONCLUSIONI Per ottenere informazioni certe sulla risposta sismica locale la via principe non può che essere dettata dalle seguenti note: Il sito di riferimento deve essere molto prossimo al sito in studio Il sito di riferimento non può che essere quello al contatto tra depositi superficiali e terreni con cui si ha elevato contrasto meccanico Per ottenere ciò l unica via è quella sperimentale