Convenzione INGV-DPC 2012-2013

Convenzione INGV-DPC 2012-2013 Progetti sismologici Progetto S_2 Constraining OBservations into Seismic hazard (COBAS) Unità di Ricerca RU4, UNIURB Titolo : Liquefazione e Scuotibilità 1. Responsabile UR 4 UNIURB Roberto Romeo, Prof. Associato di Geologia Applicata (S.S.D. GEO/05), Università degli Studi di Urbino, Dipartimento di Scienze della Terra della Vita e dell Ambiente (DiSTeVA) - Già Membro della Commissione Grandi Rischi, sezione Rischio Sismico (2002-2006); membro dell International Seismic Safety Centre della IAEA (United Nations); membro del Gruppo di Lavoro permanente sulla Microzonazione del Dipartimento Nazionale della Protezione Civile; membro della Commissione tecnico-scientifica della Regione Marche per gli studi e le indagini di microzonazione sismica regionale; responsabile di progetti di ricerca sul rischio sismico in ambito nazionale e internazionale; già coordinatore di un progetto PRIN sulle fenomenologie sismoindotte. 5 pubblicazioni significative relative ai temi di ricerca del progetto 1) Martino S., Prestininzi A., Romeo R.W., 2012. An upgrade of the Italian catalogue of earthquake-induced ground failures CEDIT. 15th World Conference of Earthquake Engineering, Lisboa 2012. 2) Prestininzi A., Romeo R.W., 2000. Earthquake-Induced Ground Failures in Italy. Engineering Geology, 58(3-4), 387-397 3) Romeo R.W., 2000. Seismically-induced landslide displacements: a predictive model. Engineering Geology, 58, 337-351 4) Romeo R.W., Paciello A., Rinaldis D., 2000. Seismic hazard maps of Italy including site effects. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 20, 85-92 5) Romeo R.W., 2012. Emilia (Italy) M5.9 Earthquake on 20 May 2012: un unusual pattern of liquefaction. Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2(2012), (available in preview) 2. Personale dell'ur Nominativo (Cognome e Nome) Romeo Roberto Martino Salvatore Lenti Luca Qualifica Prof. Associato Ricercatore Researcher Ente/Istituzione Dipartimento di Scienze della Terra della Vita e dell Ambiente, Univ. degli Studi di Urbino Dipartimento Scienze della Terra, Università di Roma Sapienza French Institute for sciences and technology for transport development and networks, Paris East University Giorni/Persona (personale non a carico del progetto) I anno 120 90 30 1

Monaco Paola Totani Ferdinando Madiai Claudia Ricercatore Dottorando Prof. Associato Dipartimento di Ingegneria Civile Edile-Architettura e Ambientale, Univ. dell Aquila Dipartimento di Ingegneria Civile Edile-Architettura e Ambientale, Univ. dell Aquila Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Univ. di Firenze Rinaldis Dario Ingegnere ENEA-Casaccia, Roma 30 TOTALE 480 90 60 60 3. Descrizione del contributo 3a. Versione italiana 3a.1 Stato dell'arte. La liquefazione è un processo che richiede la convergenza di fattori sismologici e geotecnico-stratigrafici e rappresenta pertanto un fenomeno sismoindotto non comune ma fortemente indicatore delle modalità di rilascio dell energia nei siti in cui il fenomeno si manifesta. Da questo punto di vista la liquefazione è comunemente utilizzata negli studi paleosismologici per il riconoscimento di paleoterremoti e, pertanto, ai fini dell arricchimento del database dei cataloghi sismici e in seconda istanza, sulla base delle caratteristiche geotecniche dei terreni coinvolti e delle condizioni stratigrafiche dei siti interessati, del contenuto energetico in termini di durata dello scuotimento (numero dei cicli di carico) e intensità del segnale (accelerazioni di picco), consentendo quindi una stima indiretta dello scuotimento. Questi aspetti hanno portato alla definizione di criteri di esclusione storicamente formulati (Seed & Idriss, 1982) rivisti alla luce dei più recenti terremoti (Idriss & Boulanger, 2008) specie per quanto riguarda la capacità di formulare modelli a scala regionale (Bardet et al., 2002). Negli ultimi anni vi è stato un crescente interesse della comunità scientifica nazionale verso i fenomeni deformativi sismoindotti (Prestininzi e Romeo, 2000; Galli, 2000; Martino et al., 2012) sia per quanto riguarda aspetti della pericolosità sismica a scala locale che per la formulazione di scenari (Romeo et al., 2011). Tali studi hanno permesso di definire meglio sia il quadro della pericolosità da sismoinduzione che di corroborare le stime di scuotimento in termini di soglie minime necessarie a produrre tali tipologie di fenomeni. Parallelamente, lo sviluppo di metodiche sperimentali per l analisi in-sito della capacità di resistenza dei terreni alla liquefazione (Moss et al., 2006; Monaco & Marchetti,2007), offre la possibilità di confinare meglio i limiti di sollecitazione capaci di produrre fenomeni deformativi permanenti. Bardet J.P, Tobita T., Mase N., Hu J., 2002. Regional Modeling of Liquefaction-Induced Ground Deformation. Earthquake Spectra, 18(1), 19-46. Galli P., 2000. New Empirical Relationships Between Magnitude and Distance for Liquefaction. Tectonophysics, 324, 169-187. Idriss I.M., Boulanger R.W., 2008. Soil Liquefaction During Earthquakes. EERI Monograph MNO- 12, Oakland, CA, 262 pp. Monaco P., Marchetti S., 2007. Evaluating liquefaction potential by seismic dilatometer (SDMT) accounting for aging/stress history. Proc. 4 th Intnl. Conf. on Earthquake Geotechnical Engineering, Thessaloniki, Greece, 25-28 June, Paper 1626. 2

Moss R.E.S., Seed R.B., Kayen R.E., Stewar, J.P., Der Kiureghian A., Cetin K.O., 2006. CPT- Based Probabilistic and Deterministic Assessment of In Situ Seismic Soil Liquefaction Potential. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, 132(8), 1032-1051. Prestininzi A., Romeo R.W., 2000. Earthquake-Induced Ground Failures in Italy. Engineering Geology, 58(3-4), 387-397. Romeo R.W., Mari M., Pappafico G., Tiberi P., Gori U., Veneri F., Tonelli G., Paletta C., 2011. Hazard and Risk Scenarios of Landslides Triggered by Earthquakes. Proc. 2 nd World Landslide Forum, Rome, Italy, 3-7 October, in press. Seed H.B., Idriss I.M., 1982. Ground Motion and Soil Liquefaction During Earthquakes. EERI Monograph MNO-5, Berkeley, CA, 134 pp. 3a.2 Obiettivi Obiettivo della ricerca è finalizzare lo studio dei casi storicamente documentati e, per gli eventi più recenti, sperimentalmente indagati, alla definizione di soglie di scuotimento capaci di aver prodotto gli effetti osservati o riportati. Mentre per le manifestazioni di carattere storico, documentate dai cataloghi delle fenomenologie sismoindotte, verranno definite le soglie di scuotimento in funzione della magnitudo e della distanza dalla sorgente responsabile della manifestazione, per gli eventi recenti saranno utilizzate tutte le metodologie di valutazione della resistenza dei terreni come derivabili dalle diverse tecniche di indagine in sito e in laboratorio, per restringere il campo dei valori di sollecitazione compatibili con le diverse modalità osservate. Laddove possibile si cercherà inoltre di individuare eventuali anomalie di manifestazione dello scuotimento locale rispetto al modello di propagazione generale (separazione dello scuotimento di base rispetto alla risposta locale), come pure a individuare eventuali sovrastime della intensità di sito. 3a.3 Attività Le attività saranno suddivise fra individuazione e parametrizzazione delle soglie di scuotimento per le fenomenologie storicamente documentate, rispetto alla sperimentazione su aree campione (tra cui la Pianura Padane e selezionate aree dell Appennino Meridionale) di litologie suscettibili alla liquefazione. Le due attività procederanno parallelamente ciascuna suddivisa in due fasi: la prima di localizzazione degli areali di studio in funzione della casistica documentata, la seconda di definizione delle soglie o dei range di scuotimento ammissibili. 3a.4 Metodologia Correlazioni magnitudo-distanza per definire le soglie di scuotimento che possano spiegare il fenomeno osservato. Analisi a ritroso dei valori di sollecitazione che possono giustificare, data la resistenza del terreno, lo scuotimento necessario a innescare la liquefazione Esportazione dei risultati sui casi di studio dei fenomeni osservati nel corso della sequenza dei terremoti Emiliani ad altri areali di applicazione nell Appennino Meridionale. 3a.5 Cronoprogramma Fase I anno Semestre 1 2 Attività 1: analisi storico-geografica dei casi documentati di liquefazione Individuazione dei casi di studio e recupero delle informazioni Soglie di scuotimento e fenomeni di risposta 3

Attività 2: investigazione geotecnica di terreni assoggettati a fenomeni di liquefazione 3b. English version: Liquefaction and Seismic Shaking relative alla localizzazione e modalità Analisi comparata delle diverse metodologie di definizione della resistenza alla liquefazione sismica locale differenziata Definizione dei range di scuotimento compatibili con il potenziale di liquefazione 3b.1 State of the art Liquefaction is given by the joint occurrence of seismological and geotechnical causative factors whose occurrence is highly indicative of the energy released. This is why liquefaction is commonly used in paleoseismological studies to constrain the magnitude and distance of paleoearthquakes as well as to constrain the local seismic shaking. These topics have led to the definition of exclusion criteria based on the observations of past phenomena (Seed & Idriss, 1982) reviewed in the light of the most recent earthquakes (Idriss & Boulanger, 2008) with also an emphasis to the ability to formulate models on a regional scale (Bardet et al., 2002). In recent years there has been a growing interest in the Italian scientific community to the seismically-induced ground failures (Prestininzi and Romeo, 2000; Galli, 2000, Martino et al., 2012) and to the formulation of earthquaketriggered ground failure scenarios (Romeo et al., 2011). These studies allowed a better definition of the local hazard and provided a proxies for the assessment of the seismic shaking. Analogously, the development and improvement of experimental methods for the analysis on-site of the soil resistance to liquefaction (Moss et al., 2006; Monaco & Marchetti, 2007), provided the ability to better constrain the limits of strain capable of producing ground permanent deformations. Bardet J.P, Tobita T., Mase N., Hu J., 2002. Regional Modeling of Liquefaction-Induced Ground Deformation. Earthquake Spectra, 18(1), 19-46. Galli P., 2000. New Empirical Relationships Between Magnitude and Distance for Liquefaction. Tectonophysics, 324, 169-187. Idriss I.M., Boulanger R.W., 2008. Soil Liquefaction During Earthquakes. EERI Monograph MNO- 12, Oakland, CA, 262 pp. Monaco P., Marchetti S., 2007. Evaluating liquefaction potential by seismic dilatometer (SDMT) accounting for aging/stress history. Proc. 4 th Intnl. Conf. on Earthquake Geotechnical Engineering, Thessaloniki, Greece, 25-28 June, Paper 1626. Moss R.E.S., Seed R.B., Kayen R.E., Stewar, J.P., Der Kiureghian A., Cetin K.O., 2006. CPT- Based Probabilistic and Deterministic Assessment of In Situ Seismic Soil Liquefaction Potential. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, 132(8), 1032-1051. Prestininzi A., Romeo R.W., 2000. Earthquake-Induced Ground Failures in Italy. Engineering Geology, 58(3-4), 387-397. Romeo R.W., Mari M., Pappafico G., Tiberi P., Gori U., Veneri F., Tonelli G., Paletta C., 2011. Hazard and Risk Scenarios of Landslides Triggered by Earthquakes. Proc. 2 nd World Landslide Forum, Rome, Italy, 3-7 October, in press. Seed H.B., Idriss I.M., 1982. Ground Motion and Soil Liquefaction During Earthquakes. EERI Monograph MNO-5, Berkeley, CA, 134 pp. 3b.2 Goals The research aims to finalize the study of historically documented liquefaction cases and of the experimentally investigated ones, to the definition of seismic shaking thresholds 4

above which the reported effects have occurred. For the historical events thresholds of seismic shaking will be defined as a function of the magnitude and distance from the earthquake source; for the most recent and investigated events, a comprehensive approach to the definition of the soil resistance to liquefaction will provide a better constrain to the values of the earthquake shaking that match the pattern of the observed phenomena. Wherever possible the identification of seismic shaking thresholds producing permanent ground deformations will make possible, too, to identify potential anomalies in the pattern of ground motion due to the occurrence of site amplifications or to identify overestimations of the local site intensities. 3b.3 Activity The activities are divided into (1) the identification and parameterization of the seismic shaking thresholds for historically documented liquefaction phenomena, and (2) the experimental analyses in sample test areas (including the River Po Plain and selected areas of the Southern Apennines) of lithology susceptible to liquefaction. The activities will proceed in parallel each one divided into two phases: the first phase concerning the location of the distribution areas of case-studies according to the documented effects, the second phase concerning the definition of the thresholds or allowable ranges of the seismic shaking. 3b.4 Metodology Magnitude-distance correlations to define the thresholds of seismic shaking that can explain the observed liquefaction phenomena. Back-analyses of the stress values which may justify, given the strength of the soil, the earthquake shaking necessary to trigger liquefaction. Export the results of selected case-studies (such as those of the Emilia seismic sequence) to other areas in Southern Apennines. 3b.5 Timetable Phase I anno Semester 1 2 Activity 1: analysis of historically documented liquefaction phenomena 4a. Prodotti Activity 2: geotechnical investigation and parameterization of liquefied soils Recovering of information and data regarding the location and style of documented effects Comparison of different methods for the assessment of the cyclic shear resistance of soil Seismic shaking thresholds and differential local seismic response Range of seismic shaking values compatible with the liquefaction potential Database dei fenomeni di liquefazione storicamente documentati e relazioni magnitudodistanza Correlazioni tra parametri geotecnici per la valutazione robusta della resistenza alla liquefazione Analisi a posteriori del potenziale di liquefazione per la definizione delle soglie minime di scuotimento (domanda di resistenza) 5

4b. Deliverables Database of documented liquefaction case-histories and magnitude-distance relationships Correlation among geotechnical parameters for the assessment of the cyclic resistance of soils to liquefaction Back-analysis of the liquefaction potential to infer the seismic shaking threshold above which liquefaction is incurred (seismic demand of resistance) 5. Interazioni con altri Enti/Istituzioni Regione Emilia-Romagna nell ambito delle attività integrate DPC-Regione per l analisi e la mitigazione del rischio di liquefazione nelle aree colpite dalla sequenza di terremoti Emiliani. Ottimizzazione delle risorse per lo studio e la investigazione dei fenomeni osservati nel corso della sequenza sismica. 6. Possibili interazioni con altri Progetti DPC (indicare quali progetti) Interazione con progetto S1 (coordinatore Argnani) sul miglioramento delle conoscenze per la definizione del potenziale sismogenetico Integrazione con il programma di investigazione DPC-Regione Emilia-Romagna per l analisi e la mitigazione del rischio di liquefazione 7. Piano finanziario (in Euro) Categoria di spesa Importo previsto 1) Spese di personale 2.100 2) Spese per missioni 7.000 3) Costi amministrativi (solo per i responsabili di programma) - 4) Spese per studi, ricerche ed altre prestazioni professionali 8.000 5) Spese per servizi - 6) Materiale tecnico durevole e di consumo 1.800 7) Spese indirette (spese generali) 2.100 Totale 21.000 6