VIBRAZIONI DELLA SUPERFICIE TERRESTRE
I TERREMOTI
LO STUDIO DEI TERREMOTI
• Il terremoto non è un fenomeno casuale ma è un evento naturale molto diffuso.
• Il fatto che si ...
IL MODELLO DEL RIMBALZO ELASTICO
• Un sisma è prodotto dalla deformazione o dalla frattura di masse rocciose nel sottosuol...
I binari della ferrovia tra Izmit e Sakanya deformati dal terremoto che
ha colpito la Turchia nel 1999.
IL CICLO SISMICO
• In base alla teoria del rimbalzo elastico, in seguito ad un sisma si dovrebbe aver
raggiunto un periodo...
I DIFFERENTI TIPI DI ONDE SISMICHE
• I movimenti all‟ipocentro producono differenti tipi di deformazioni, per cui in
super...
ONDE LONGITUDINALI
• Al passaggio di queste onde, le particelle di roccia oscillano avanti e indietro nella
direzione di p...
ONDE TRASVERSALI
• Sono date dallo scivolamento delle masse rocciose lungo il piano di faglia.
• Le oscillazioni sono perp...
ONDE SUPERFICIALI
• Quando le onde raggiungono la superficie, si propagano dall‟epicentro lungo la
superficie terrestre sm...
COME SI REGISTRANO LE ONDE SISMICHE?
• Le onde sismiche vengono registrate tramite l‟impiego
del sismografo: un pennino sc...
LA “FORZA” DI UN TERREMOTO
• Già verso la fine del „700 si cercò di stabilire una scala di confronto per poter classificar...
SCALA MERCALLI MCS
• Scale più precise iniziarono a comparire solamente a fine dell‟ 800. Un esempio è la
scala Mercalli d...
SCALA RICHTER
• Per misurare la forza di un terremoto invece, nel 1935 il sismologo Richter propose
di misurare la magnitu...
MAGNITUDO E INTENSITÀ
• Può accadere che due terremoti di diversa magnitudo provochino effetti classificati nel
medesimo g...
GLI EFFETTI DEL TERREMOTO
• EFFETTI PRIMARI:
① danni agli edifici
② fratture nel terreno
③ sollevamento o abbassamento del...
DANNI AGLI EDIFICI
• I danni agli edifici sono provocati soprattutto dai movimenti orizzontali del suolo.
• Dipendono da:
...
TSUNAMI
• Se il terremoto avviene sotto il fondo del mare si verifica un maremoto (o “tsunami”
in giapponese).
• MAREMOTO:...
CAUSE
• collasso di isole vulcaniche
• frane sottomarine
• eruzioni vulcaniche
• movimento del fondo marino (terremoto)
Fe...
SE LA CAUSA È UN TERREMOTO
• Il movimento della faglia che provoca il terremoto fa sollevare o abbassare un tratto
del fon...
I TERREMOTI E L‟INTERNO DELLA TERRA
• In base ai dati sismici si può identificare la struttura interno della Terra: le ond...
La velocità di propagazione delle onde sismiche dipende dalle caratteristiche
elastiche del materiale e della sua densità
...
• TRAIETTORIE DELLE ONDE P:
 in un mezzo omogeneo sono rettilinee
 quando attraversano mezzi con caratteristiche meccani...
SUPERFICIE DI DISCONTINUITÀ
• DISCONTINUITA‟ (sismica): superficie che separa due materiali diversi per le
caratteristiche...
• L‟indagine sismica fornisce un “modello” del pianeta formato da 3 involucri
concentrici che si comportano in modo divers...
DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA DEI TERREMOTI
• I terremoti non hanno distribuzione casuale, gli epicentri risultano allineati lu...
FASCE DI SISMICITÀ
• Una fascia di sismicità significativa e con ipocentri superficiali segue le dorsali
oceaniche. Lungo ...
• Una fascia di forte sismicità segue le catene montuose, in particolare quelle di
recente formazione. Tali terremoti non ...
LA DIFESA DAI TERREMOTI
• I terremoti ogni anno provocano in media dalle 10000 alle 15000 vittime e danni
incalcolabili al...
PREVISIONE DETERMINISTICA
• Vi sono alcuni fenomeni che regolarmente compaiono prima dell‟arrivo del terremoto.
Questa pre...
• Con l‟analisi di questi fenomeni si riuscì a prevedere il terremoto che nel febbraio del
1975 colpì la Cina settentriona...
PREVISIONE STATISTICA
• Si basa sull‟osservazione che la distribuzione delle aree sismiche non è casuale
e dal fatto che i...
RISCHIO SISMICO
Il rischio sismico può essere rappresentato da una funzione che dipende da tre parametri:
R.sismico= f(per...
INDIVIDUAZIONE DELLA SISMICITÀ DI UN AREA
 Si guarda nei cataloghi sismici l‟intensità e la forza con cui in passato è av...
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  1. 1. VIBRAZIONI DELLA SUPERFICIE TERRESTRE I TERREMOTI
  2. 2. LO STUDIO DEI TERREMOTI • Il terremoto non è un fenomeno casuale ma è un evento naturale molto diffuso. • Il fatto che si verifichino continuamente nel tempo non vuol dire che si verifichino ovunque. • I sismi si manifestano quasi esclusivamente entro certe fasce della superficie terrestre dette aree sismiche o sismicamente attive, mentre mancano in altre aree, definite asismiche. ( La distribuzione generale delle fasce sismiche coincide con il decorso delle grandi catene montuose, delle dorsali oceaniche e fosse abissali). • Un area è detta asismica perché al suo interno non si generano terremoti, ma ciò non significa che in essa non se ne risentano gli effetti. • Un terremoto è una vibrazione più o meno forte della terra prodotta da una rapida liberazione di energia meccanica in qualche punto al suo interno. • Il punto nella crosta terrestre da cui si propaga l‟energia per onde sferiche, si dice ipocentro e può trovarsi a diverse profondità, sino a circa 700 Km. • Il punto sulla superficie terrestre situato sulla verticale dell‟ipocentro si dice epicentro ed è qui che il sisma si manifesta con la sua massima intensità.
  3. 3. IL MODELLO DEL RIMBALZO ELASTICO • Un sisma è prodotto dalla deformazione o dalla frattura di masse rocciose nel sottosuolo; infatti, sottoposte ad un qualche sforzo, le rocce si comportano elasticamente deformandosi progressivamente fino a raggiungere il limite di rottura momento in cui si crea una faglia lungo la quale le rocce scorrono l‟una contro l‟altra. • Le due parti riacquistano il loro volume e la loro posizione di equilibrio con una serie di rapide vibrazioni. • Se nella massa rocciosa esiste già una faglia ogni movimento viene impedito e le rocce si deformano elasticamente; se la tensione supera la resistenza dovuta all‟attrito, la faglia si riattiva e il movimento avviene lungo di essa.
  4. 4. I binari della ferrovia tra Izmit e Sakanya deformati dal terremoto che ha colpito la Turchia nel 1999.
  5. 5. IL CICLO SISMICO • In base alla teoria del rimbalzo elastico, in seguito ad un sisma si dovrebbe aver raggiunto un periodo di equilibrio fino ad un successivo punto di rottura dovuto all‟accumulo di nuova energia. • Il ciclo sismico consta di più stadi: 1) il pre-sismico in cui le rocce subiscono alcune variazioni. 2) Il post-sismico quando andando verso un nuovo equilibrio, si verificano scosse successive o repliche. • La nozione di ciclo sismico è di grande importanza in quanto è il presupposto che giustifica una serie di ricerche sulla previsione dei terremoti. Si può pensare di individuare per una regione sismica il probabile intervallo tra crisi sismiche successive. Il meccanismo di accumulo di energia indica che i terremoti possono verificarsi solo là dove esistono strutture geologiche in movimento.
  6. 6. I DIFFERENTI TIPI DI ONDE SISMICHE • I movimenti all‟ipocentro producono differenti tipi di deformazioni, per cui in superficie si distinguono tre tipi di onde: ① LONGITUDINALI ( o di compressione ) ② TRASVERSALI ( o di taglio ) ③ SUPERFICIALI
  7. 7. ONDE LONGITUDINALI • Al passaggio di queste onde, le particelle di roccia oscillano avanti e indietro nella direzione di propagazione dell‟onda stessa: la roccia si comprime e si dilata. • Sono le onde più veloci dette onde prime od onde P. si muovono con velocità tra i 4 e 8 km/s. • Il rombo che accompagna l‟inizio della scossa è dovuto alla onde P che arrivano in superficie e provocano spostamenti d‟aria.
  8. 8. ONDE TRASVERSALI • Sono date dallo scivolamento delle masse rocciose lungo il piano di faglia. • Le oscillazioni sono perpendicolari alla direzione di propagazione; la roccia subisce variazioni di forma, ma non di volume. • Sono più lente e prendono il nome di onde seconde o S. viaggiano con velocità tra i 2,3 e 4,6 km/s. • Differentemente da quelle longitudinali, non possono propagarsi attraverso i fluidi.
  9. 9. ONDE SUPERFICIALI • Quando le onde raggiungono la superficie, si propagano dall‟epicentro lungo la superficie terrestre smorzandosi con la profondità. • Si dividono in: - onde di Love: le particelle oscillano trasversalmente alla direzione di propagazione nel piano orizzontale e si muovono più lentamente di quelle interne ma con lunghissime distanze. - onde di Rayleigh: descrivono orbite ellittiche in un piano verticale lungo la direzione di propagazione.
  10. 10. COME SI REGISTRANO LE ONDE SISMICHE? • Le onde sismiche vengono registrate tramite l‟impiego del sismografo: un pennino scrivente rimane immobile mentre il sostegno si muove insieme al suolo. • Per studiare un terremoto occorre utilizzare tre sismogrammi: uno che abbia registrato i movimenti verso l‟alto e il basso, gli altri due quelli sul piano orizzontale. • Da questi possiamo dedurre la potenza e la durata del terremoto, la posizione dell‟epicentro, la profondità dell‟ipocentro e dati della struttura interna della Terra.
  11. 11. LA “FORZA” DI UN TERREMOTO • Già verso la fine del „700 si cercò di stabilire una scala di confronto per poter classificare i terremoti in generale: questa suddivisione era molto semplice ed aveva come primo scopo quello di ripartire gli aiuti in base al danno. • Scala Pignataro: Scala di confronto con quattro categorie leggero, moderato, forte, fortissimo; studiata in base ai danni e alle vittime. Era una suddivisione molto semplice ma era un primo tentativo di classificazione valida per i terremoti in generale e non per i singoli eventi.
  12. 12. SCALA MERCALLI MCS • Scale più precise iniziarono a comparire solamente a fine dell‟ 800. Un esempio è la scala Mercalli del 1897: inizialmente articolata in 10 gradi, questa scala è stata in seguito modificata varie volte per tener in conto delle innovazioni come il cemento armato.Lo sviluppo della scala Mercalli ha portato alla nascita della più usata e moderna scala MCS (Mercalli- Cancani- Solberg)
  13. 13. SCALA RICHTER • Per misurare la forza di un terremoto invece, nel 1935 il sismologo Richter propose di misurare la magnitudo di un terremoto, confrontando l‟ ampiezza massima delle onde registrate da un sismogramma relativo a quel terremoto (indicato con A) con l‟ampiezza massima (A0) delle onde di un terremoto scelto come riferimento (terremoto standard). Quindi Richter formulò l equazione : M=Log A/A0 • Non esiste un limite teorico della magnitudo, ne massimo ne minimo, anche se essendo una scala logaritmica una magnitudo di grado 8 è 100 volte più forte di uno di magnitudo 6 e libera una quantità di energia 900 volte maggiore. Questo fa si che raramente si superi una magnitudo 8 o 9 , e gli strumenti più precisi sono arrivati a percepire magnitudo di -2 e -3 gradi. La magnitudo e l‟ energia sono comparabili attraverso relazioni empiriche, per l‟ Italia vale l‟ equazione: logE = 9,15 + 2,15M
  14. 14. MAGNITUDO E INTENSITÀ • Può accadere che due terremoti di diversa magnitudo provochino effetti classificati nel medesimo grado d‟ intensità. • Infatti mentre il valore della magnitudo è il medesimo da qualunque punto della terra, l‟ intensità si riferisce invece agli effetti provocati dal terremoto in una certa zona; perciò i concetti d‟ intensità e magnitudo non sono intercambiabili.
  15. 15. GLI EFFETTI DEL TERREMOTO • EFFETTI PRIMARI: ① danni agli edifici ② fratture nel terreno ③ sollevamento o abbassamento del suolo (deviazione del corso dei fiumi) ④ tsunami • EFFETTI SECONDARI: ① Oscillazione del suolo (vistosa nell‟epicentro) ② variazione del livello d‟acqua nei pozzi ③ rombo
  16. 16. DANNI AGLI EDIFICI • I danni agli edifici sono provocati soprattutto dai movimenti orizzontali del suolo. • Dipendono da: ① movimenti orizzontali del suolo ② durata delle oscillazioni ③ Tipo di costruzione (oggi si possono realizzare strutture molto resistenti ai terremoti) ④ Natura geologica del terreno • Possono modificarsi le caratteristiche di certi terreni: alcuni subiscono la liquefazione (a cause delle vibrazioni) perdono consistenza  gli edifici affondano • I movimenti del suolo si amplificano quando le onde sismiche, risalendo in superficie, passano da un basamento roccioso rigido a sedimenti non consolidati (depositi alluvionali)
  17. 17. TSUNAMI • Se il terremoto avviene sotto il fondo del mare si verifica un maremoto (o “tsunami” in giapponese). • MAREMOTO: onda d‟acqua che si muove a grande velocità sulla superficie del mare e può percorre vasti spazi prima di investire la costa per poi esaurirsi
  18. 18. CAUSE • collasso di isole vulcaniche • frane sottomarine • eruzioni vulcaniche • movimento del fondo marino (terremoto) Fenomeni che possono scaricare bruscamente in mare grandi volumi di materia
  19. 19. SE LA CAUSA È UN TERREMOTO • Il movimento della faglia che provoca il terremoto fa sollevare o abbassare un tratto del fondo del mare • L‟oscillazione del fondo del mare provoca nella massa d‟acqua una perturbazione che si manifesta in superficie come onde molto lunghe • le onde si propagano con velocità tra i 500 e i 900 km/h (le onde normali al massimo a 90 km/h) • in mare aperto l‟altezza dell‟onda non supera il metro • Al diminuire della profondità del mare (man man che si avvicina alla costa) diminuisce la velocità ma aumenta l‟altezza dell‟onda • sulle coste arrivano onde alte fino a 30 m. • il maremoto può percorre enormi distanze: 1960 terremoto in Cile provoca uno tsunami che raggiunge Hawaii e Giappone.
  20. 20. I TERREMOTI E L‟INTERNO DELLA TERRA • In base ai dati sismici si può identificare la struttura interno della Terra: le onde sismiche portano con sé informazioni sui terreni attraversati (in base al tipo di terreno che incontrano, cambiano velocità e direzione). • La velocità di propagazione delle onde dipende da: • Caratteristiche elastiche del materia • densità del materiale
  21. 21. La velocità di propagazione delle onde sismiche dipende dalle caratteristiche elastiche del materiale e della sua densità • VELOCITA‟ DI PROPAGAZIONE PER LE ONDE DI COMPRESSIONE:  Nel granito: Vp=5,5 km/s  nell‟acqua: Vp=1,5 km/s • VELOCITA‟ DI PROPAGAZIONE PER LE ONDE DI TAGLIO:  Nel granito: Vs=3 km/s  nell‟acqua (e tutti i fluidi): Vs=0 • LEGENDA:  k = resistenza di un materiale alla compressione  resistenza al taglio  densità del materiale
  22. 22. • TRAIETTORIE DELLE ONDE P:  in un mezzo omogeneo sono rettilinee  quando attraversano mezzi con caratteristiche meccaniche diverse cambiano direzione (si propagano verso l‟interno della terra lungo linee curve) • ZONA D’OMBRA:  Per ogni terremoto esiste una zona d‟ombra all‟interno della quale non arrivano onde P dirette perché a una certa profondità (fascia tra 11000 e 16000 km dall‟epicentro) vengono deviate dal nucleo.  le onde P perdono velocità nell‟attraversare il nucleo  Le onde S non possono penetrare il nucleo il nucleo nella parte più esterna è fluido
  23. 23. SUPERFICIE DI DISCONTINUITÀ • DISCONTINUITA‟ (sismica): superficie che separa due materiali diversi per le caratteristiche fisiche che influenzano la propagazione delle onde (variazione velocità e cambiamento di direzione) • Superficie di Gutenberg: 2900 km di profondità; separa il nucleo e il materiale che lo avvolge • Superficie di Lehmann: 5170 km di profondità; è il limite del nucleo interno (solido) • Superficie di Mohorovicic: modesta profondità separa le rocce che costituiscono il mantello (che si estende dal nucleo fino alla superficie, senza però affiorare) e quelle che formano la crosta.
  24. 24. • L‟indagine sismica fornisce un “modello” del pianeta formato da 3 involucri concentrici che si comportano in modo diverso nei confronti delle onde sismiche: • nucleo (solido all‟interno, fuso all‟esterno) • Mantello • Crosta • Velocità delle onde: diminuisce tra i 70 e i 250km; torna a crescere con la profondità • ASTENOSFERA: (dal greco debolezza) fascia in cui il mantello ha un comportamento più plastico; zona in cui il materiale è parzialmente fuso • PLASTICITA‟: attitudine dei materiali solidi a subire deformazioni permanenti quando sottoposti a sollecitazioni (le rocce che reagiscono in modo plastico si dicono duttili) • LITOSFERA: Involucro rigido di rocce che ricoprono l‟astenosfera; la litosfera comprende crosta e parte del mantello (separate dalla Moho)
  25. 25. DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA DEI TERREMOTI • I terremoti non hanno distribuzione casuale, gli epicentri risultano allineati lungo fasce che coincidono in particolare con le dorsali oceaniche, le fosse abissali e le catene montuose. Le stesse strutture sono caratterizzate da intenso vulcanismo(lungo le dorsali oceaniche vulcanismo esplosivo, lungo le fosse abissali vulcanismo effusivo). • oceaniche vulcanismo esplosivo, lungo le fosse abissali vulcano effusivo).
  26. 26. FASCE DI SISMICITÀ • Una fascia di sismicità significativa e con ipocentri superficiali segue le dorsali oceaniche. Lungo le dorsali oceaniche i terremoti sono quindi superficiali. • Una fascia di sismicità molto intensa segue le fosse abissali, nelle quali i terremoti da superficiali vanno a grandi profondità. Gli ipocentri infatti è come se fossero distribuiti lungo una superficie ideale, detta superficie di Benioff, che scende progressivamente nell‟interno della terra, fino 700 km di profondità. Questa sismicità intensa segue ad esempio tutte le fosse oceaniche dell‟oceano Pacifico, o anche l‟arco delle Isole della sonda e delle Antille.
  27. 27. • Una fascia di forte sismicità segue le catene montuose, in particolare quelle di recente formazione. Tali terremoti non superano di norma i 100km di profondità. Questa fascia va dal Mediterraneo all‟Himalaya, con un ramo che prosegue verso la Cina. • Vi sono poi i terremoti vulcanici, cosi detti in quanto prodotti dal movimento del magma in risalita entro la crosta e nel camino vulcanico.
  28. 28. LA DIFESA DAI TERREMOTI • I terremoti ogni anno provocano in media dalle 10000 alle 15000 vittime e danni incalcolabili alle strutture sociali. • I geologi riescono a indicare dove e con quale intensità si verificherà un terremoto, il quando si verificherà non lo riescono a dire con esattezza, motivo dei “falsi allarmi”. • In ogni caso il problema della previsione dei terremoti viene affrontato secondo due diverse linee: la previsione deterministica e la previsione statistica.
  29. 29. PREVISIONE DETERMINISTICA • Vi sono alcuni fenomeni che regolarmente compaiono prima dell‟arrivo del terremoto. Questa previsione si occupa dell’analisi di tali fenomeni precursori, alla base dei quali sta il modello del rimbalzo elastico. In una roccia sottoposta a sforzo, si verifica una deformazione elastica. Prima della rottura però la roccia tende a dilatarsi. Tale fenomeno detto DILATANZA causa alcune anomalie tra cui, la variazione della velocità nella propagazione delle onde P, i sensibili sollevamenti di ampie aree e l’aumento della quantità di gas radon(gas radioattivo emesso naturalmente dal terreno)o nelle acque delle falde o quello che si libera dalla superficie del suolo tramite microfessure. Tutte queste anomalie vengono considerati fenomeni precursori.
  30. 30. • Con l‟analisi di questi fenomeni si riuscì a prevedere il terremoto che nel febbraio del 1975 colpì la Cina settentrionale; danneggiò quasi tutte le costruzioni, ma su 3 milioni di persone vi furono solo poche centinaia di vittime. • Non sempre però questi fenomeni compaiono o riescono a dare abbastanza informazioni per prevenire un terremoto. Questo spiega la catastrofe che ci fu nel 1976 a Tangshan in cui si contano 650mila vittime.
  31. 31. PREVISIONE STATISTICA • Si basa sull‟osservazione che la distribuzione delle aree sismiche non è casuale e dal fatto che in esse la storia sismica si ripeta in modo simile nel tempo. Questa previsione non può essere che a lungo termine e quindi di scarsa utilità per un allarme sismico però è di grande importanza nell‟individuare aree in cui statisticamente è probabile l‟imminenza di un terremoto. In tale aree poi si iniziano ricerche per una previsione deterministica. Motivo per cui le due previsioni sono complementari.
  32. 32. RISCHIO SISMICO Il rischio sismico può essere rappresentato da una funzione che dipende da tre parametri: R.sismico= f(pericolosità sismica, vulnerabiità sismica, esposizione sismica). • La pericolosità sismica indica la frequenza e la forza dei terremoti che avvengono in una certa area. • La vulnerabilità sismica indica la capacità delle strutture a sopportare un evento sismico. È nelle nostre mani!! • L‟esposizione sismica indica tutte quelle strutture che rappresentano la storia di un paese e che potrebbero venire danneggiate. In tal caso oltre ai costi elevati per la ricostruzione si perde anche una parte di storia.
  33. 33. INDIVIDUAZIONE DELLA SISMICITÀ DI UN AREA  Si guarda nei cataloghi sismici l‟intensità e la forza con cui in passato è avvenuto un terremoto in una certa area.  Si suddivide il territorio in base alla diversa intensità: zonazione sismica.  Dopo questa previsione statistica si passa a una fase operativa con l‟applicazione di opportune tecniche di edilizia antisismica, non solo per nuove costruzioni, ma anche per la ristrutturazione dell‟esistente.

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