1. 6 marzo 2014 - 13
2014 Workshop
Conoscenza e tecnologie appropriate per la sostenibilità e la resilienza
in urbanistica
Knowledge and Appropriate Technologies for Sustainability and
Resilience in Planning
Funda Atun, Maria Pia Boni, Annapaola Canevari, Massimo Compagnoni, Luca Marescotti,
Maria Mascione, Ouejdane Mejri, Scira Menoni, Floriana Pergalani
2. LAUREA MAGISTRALE DELLA SCUOLA DI ARCHITETTURA E SOCIETÀ
LABORATORIO ORGANIZZATO DA LUCA MARESCOTTI
3. 2014 Workshop
Conoscenza e tecnologie appropriate per la sostenibilità e la resilienza
in urbanistica - Knowledge and Appropriate Technologies for
Sustainability and Resilience in Planning
6 marzo 2014
INTERAZIONE TRA GEOLOGIA E TERREMOTO:
NORMATIVA E CASI STUDIO
Floriana Pergalani
4. Effetti locali
• Valutazione dei fattori di amplificazione
e instabilità:
• modificazioni del moto del suolo per effetti
geologici e geomorfologici
• Individuazione
delle
zone
che
producono amplificazioni e instabilità
• Esperienze in passati terremoti
• Catalogazione delle situazioni tipo e
valutazione degli effetti
13. Effetti locali
Sigla
SCENARIO PERICOLOSITA’ SISMICA LOCALE
Z1a Zona caratterizzata da movimenti franosi attivi
Z1b Zona caratterizzata da movimenti franosi quiescenti
Zona potenzialmente franosa o esposta a rischio di
Z1c
frana
Zone con terreni di fondazione particolarmente
Z2 scadenti (riporti poco addensati, terreni granulari fini
con falda superficiale)
Zona di ciglio H > 10 m (scarpata con parete
Z3a subverticale, bordo di cava, nicchia di distacco, orlo di
terrazzo fluviale o di natura antropica)
Zona di cresta rocciosa e/o cocuzzolo:
Z3b
appuntite - arrotondate
Zona di fondovalle con presenza di depositi alluvionali
Z4a
e/o fluvio-glaciali granulari e/o coesivi
Zona pedemontana di falda di detrito, conoide
Z4b
alluvionale e conoide deltizio-lacustre
Zona morenica con presenza di depositi granulari e/o
Z4c
coesivi (compresi le coltri loessiche)
Zone con presenza di argille residuali e terre rosse di
Z4d
origine eluvio-colluviale
Zona di contatto stratigrafico e/o tettonico tra litotipi con
Z5
caratteristiche fisico-meccaniche molto diverse
EFFETTI
Instabilità
Cedimenti e/o
liquefazioni
Amplificazioni
topografiche
Amplificazioni
litologiche e
geometriche
Comportamenti
differenziali
14. Effetti locali
Effetti di sito o di amplificazione sismica
• Litologiche
• Morfologiche
Terreni con comportamento STABILE nei riguardi
del sisma
Effetti di instabilità
• Movimenti franosi
• Cedimenti, densificazioni, liquefazioni
Terreni con comportamento INSTABILE nei
riguardi del sisma
Effetti di sito di tipo areale estesi su tutta l’area con modalità diverse
Effetti di instabilità di tipo puntuale concentrati in piccoli areali
15. Effetti locali
Comportamento non lineare
descritto dall’evoluzione dei
parametri G e D al crescere di
l = soglia elastica o di linearità
(0.0001 – 0.01 %)
v = soglia volumetrica
(0.01 – 0.1 %)
a) Modello elastico lineare (se
D0=0) o visco-elastico (D0)
b) Modello
elastico
lineare
equivalente (coppie G-D)
c) Modello non lineare elastoplastico con incrudimento
(accoppiamento deformazioni
distorsionali e volumetriche)
16. Effetti locali
In funzione della scala di lavoro e dei risultati
che si intende ottenere:
• Approccio qualitativo – Livello 1 (ICMS)
• Approccio semiquantitativo – Livello 2 (ICMS)
• Approccio quantitativo – Livello 3 (ICMS)
17. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 1
Studio propedeutico e obbligatorio per affrontare i successivi
livelli di approfondimento
Indagini
• raccolta dei dati pregressi: rilievi geologici, geomorfologici, geologicotecnici e sondaggi
Elaborazioni
•
sintesi dei dati e delle cartografie disponibili
Prodotti
•
carta delle indagini
•
carta geologico tecnica e sezioni
•
carta delle Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS), scala
1:5.000-1:10.000
•
relazione illustrativa
18. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 1
Le microzone sono distinte in:
Zone stabili, senza effetti di modificazione del moto sismico
rispetto ad un terreno rigido (Vs ≥800 m/s) e pianeggiante
(pendenza < 15°)
Zone stabili suscettibili di amplificazioni locali:
• amplificazioni litostratigrafiche per Vs<800 m/s e spessori >5 m
• amplificazioni topografiche
Zone suscettibili di instabilità (instabilità di versante, liquefazioni,
faglie attive e capaci, cedimenti differenziali)
20. Approccio semiquantitativo
Attraverso l’uso di specifiche tabelle e/o classificazioni si ricava il valore di un
determinato parametro scelto come indicatore dell’amplificazione.
Alcuni esempi:
“Manual for Zonation on Seismic Geotechnical Hazards”, redatto nel 1993 dal Comitato TC4
(Technical Committee n° 4 for Earthquake Geotechnical Engineering) della ISSMFE (lnternational
Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering)
“Guidelines for seismic microzonation studies”, redatto nel 1995 dal Scientific and Technical
Committee della AFPS (Association Francaise du Genie Parasismique - French Association for
Earthquake Engineering) nell’ambito della “Delegation of Major Risks of the French Ministry of the
Environment – Direction for Prevention, Pollution and Risks”
NEHRP Recommended provisions for seismic regulations for new buildings and other structures
(FEMA 450) - Part 1: Provisions (Cap. 3) - 2003
Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General rules, seismic actions
and rules for buildings 1998-2003
Norme Tecniche per le costruzioni – DM 14/1/2008
Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica – Conferenza delle Regioni e delle Provincie
autonome – Dipartimento della Protezione Civile, Roma, 2008
Criteri ed indirizzi per la definizione della componente geologica, idrogeologica e sismica del PGT, in
attuazione dell’art. 57 della L.R. 11 marzo 2005, n. 12 - ALLEGATO 5 DGR VIII/7374 (28-05-2008)
Abachi Regionali per gli studi di Livello 2 di Microzonazione Sismica ai sensi della DGR Lazio n. 545
del 26 novembre 2010
21. Norme Tecniche per le Costruzioni
A19.a - VALUTAZIONE DELLA CATEGORIA DI SOTTOSUOLO
A
B
C
D
E
S1
S2
Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di
Vs30 superiori a 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno
strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 m
Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a
grana fina molto consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da
un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da
valori di Vs30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT30 > 50 nei terreni a
grana grossa e cu30 > 250 kPa nei terreni a grana fina)
Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana
fina mediamente consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da
un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da
valori di Vs30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT30 < 50 nei
terreni a grana grossa e 70 < cu30 < 250 kPa nei terreni a grana fina)
Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a
grana fina scarsamente consistenti, con spessori superiori a 30 m,
caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche
con la profondità e da valori di Vs30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT30 < 15
nei terreni a grana grossa e cu30 < 70 kPa nei terreni a grana fina)
Terreni dei sottosuoli di tipo C o D per spessore non superiore a 20 m,
posti sul substrato di riferimento (con Vs > 800 m/s)
Depositi di terreni caratterizzati da valori di Vs30 inferiori a 100 m/s
(ovvero 10 < cu30 < 20 kPa), che includono uno strato di almeno 8 m di
terreni a grana fina di bassa consistenza, oppure che includono almeno 3
m di torba o di argille altamente organiche
Depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive o
qualsiasi altra categoria di sottosuolo non classificabile nei tipi precedenti
Ss
Vs30 > 800 m/s
1.0
360 < Vs30 ≤ 800 m/s
1.0-1.2
180 < Vs30 ≤ 360 m/s
1.0-1.5
Vs30 ≤ 180 m/s
0.9-1.8
180 < Vs30 ≤ 360 m/s
Vs30 ≤ 180 m/s
1.0-1.6
Vs30 < 100 m/s
Specifiche
analisi
-
Specifiche
analisi
22. Norme Tecniche per le Costruzioni
A19.b - VALUTAZIONE DELLA CATEGORIA TOPOGRAFICA
Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con
T1 inclinazione media i ≤ 15°
T2 Pendii con inclinazione media i > 15°
Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base
T3 e inclinazione media 15° ≤ i ≤ 30°
Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base
T4 e inclinazione media i > 30°
Inclinazione media (i)
ST
i ≤ 15°
1,0
i > 15°
1,2
15° ≤ i ≤ 30°
1,2
i > 30°
1,4
23. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 2
Risolve le incertezze del livello 1 con approfondimenti
Fornisce quantificazioni numeriche degli effetti con metodi
semplificati
Indagini
• indagini geofisiche in foro (DH/CH), sismica a rifrazione, analisi con
tecniche attive e passive per la stima delle Vs, microtremori ed eventi
sismici
Elaborazioni
•
correlazioni e confronti con i risultati del livello 1, revisione del modello
geologico, abachi per i fattori di amplificazione
Prodotti
•
•
•
carta delle indagini
carta di Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS), scala
1:5.000-1:10.000
relazione illustrativa
24. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 2
Carta di Microzone Omogenee in Prospettiva
Sismica (MOPS), con metodi semplificati (livello 2)
Zone stabili e zone stabili suscettibili di amplificazioni locali,
caratterizzate da fattori di amplificazione relativi a due periodi dello
scuotimento (FA ed FV)
Zone di deformazione permanente, caratterizzate da parametri
quantitativi (spostamenti e aree accumulo per frana, calcolo
dell’indice del potenziale di liquefazione)
25. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 2
Modello di sottosuolo di terreni omogenei a strati orizzontali,
piani e paralleli, di estensione infinita, considerando 3 diversi
gradienti di Vs con la profondità, su un bedrock sismico
(Vs=800 m/s)
1 1.5Tao
FA =
∫ SAo( T )dT
Tao 0.5Tao
1 1.2Tvo
FV =
∫ SVo( T )dT
0.4Tvo 0.8Tvo
1 1.5Tai
∫ SAi( T )dT
Tai 0.5Tai
1 1.2Tvi
∫ SVi( T )dT
Tvi 0.8Tvi
26. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 2
Le tabelle degli abachi sono ordinate per :
• litotipo (ghiaia, sabbia, argilla)
• tipo di profilo di Vs (costante, gradiente max, gradiente
intermedio)
• ag, accelerazione dell’evento di riferimento (0,06-0,18-0,26)
Per trovare il valore di FA o FV devo conoscere:
• ag, accelerazione dell’evento di riferimento (0,06-0,18-0,26)
• litotipo prevalente della copertura
• spessore della copertura
• Vs media della copertura fino al raggiungimento del bedrock
sismico
28. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
MORFOLOGIA (creste e ciglio di scarpata)
Parametri geometrici: altezza, larghezza, pendenza
CRESTE APPUNTITE
L > 350 m
CORRELAZIONE H/L - Fa 0.1-0.5 s
1.8
1.7
1.7
1.6
1.6
Fa
1.9
1.8
Fa
2.0
1.9
1.5
1.5
1.4
1.4
1.3
1.3
1.2
1.2
1.1
1.1
1.0
1.0
0.0
0.1
0.2
0.3
H/L
0.4
0.5
Classe altimetrica
0.4
1.9
1.6
10° ≤ ≤ 90°
1.2
Ai = 3 H
4
1.1
1.2
40° < ≤ 60°
1.3
1.2
1.1
1.7
1.6
Ai = H
1.8
1.7
1.1
1.9
1.8
10° ≤ ≤ 90°
20 m < H ≤ 40 m
0.6
2.0
Fa
2.0
0.5
CRESTE APPUNTITE
L < 150 m
10 m ≤ H ≤ 20 m
> 70°
0.3
H/L
Area di influenza
60° < ≤ 70°
0.2
Valore di Fa
20° < ≤ 40°
0.1
CORRELAZIONE H/L - Fa 0.1-0.5 s
Classe di inclinazione
10° ≤ ≤ 20°
0.0
0.6
CRESTE APPUNTITE
150 m < L< 250 m
CORRELAZIONE H/L - Fa 0.1-0.5 s
1.5
H > 40 m
1.5
1.4
1.4
1.3
1.3
1.2
1.2
1.1
1.1
1.0
1.0
0.0
0.1
0.2
0.3
H/L
0.4
0.5
0.6
0.0
0.1
0.2
0.3
H/L
CRESTE
ARROTONDATE
CORRELAZIONE H/L - Fa 0.1-0.5 s
2.0
1.9
1.8
1.7
1.6
Fa
Fa
CRESTE APPUNTITE
250 m < L< 350 m
CORRELAZIONE H/L - Fa 0.1-0.5 s
2.0
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.0
0.1
0.2
0.3
H/L
0.4
0.5
0.6
0.4
0.5
0.6
Ai = 2 H
3
29. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 2
Il risultato che si ottiene con gli abachi non va bene nel caso di:
• forme sepolte (amplificazioni 2D)
• inversioni di velocità (rigido su soffice)
• forte contrasto di impedenza
Gli abachi dovrebbero essere regionalizzati a partire da:
• input sismici (studi di pericolosità di base)
• modelli litologici
• curve di decadimento del modulo di taglio (G) e di incremento del
rapporto di smorzamento smorzamento (D) con la deformazione, per
ciascun litotipo
• profili di Vs
• valori del Fattore di amplificazione FH calcolato come rapporto di
intensità spettrale sugli spettri di risposta in accelerazione di output ed
input considerando i periodi tra 0.1-0.5 s
• confronto con valori di soglia comunali (SH) calcolati come gli FH
derivanti dagli spettri delle NTC per le varie categorie di suolo ed
eventuale prescrizione dell’applicazione del livello 3 se FH > SH
30. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
PIANIFICAZIONE
PROGETTAZIONE
MS1
Situazioni
complesse?
SI
Obbligo RSL
NO
MS2
Abachi
regionalizzati
Confronto
tra Fa e Sc
> 10%
Abachi
ICMS
Graduatorie ai fini
urbanistici
MS3
1-2
Confronto tra
> 10%
Spettri elastici calcolati e
Spettri NTC
(0.15-2.0s)
≤ 10%
CLASSE
D’USO
3-4
Utilizzo dei
risultati MS3
Obbligo RSL
Applicazione procedura
semplificata NTC con
utilizzo della categoria
di sottosuolo
individuata, della classe
d’uso e del relativo
spettro di risposta
31. Applicazione – Area Aquilana
•
Sono stati analizzati i Comuni che hanno subito un’intensità
macrosismica pari o superiore al VII grado della scala MCS
• L’operazione ha visto il coinvolgimento di:
10 università:
L’Aquila, Chieti-Pescara, Genova, Politecnico Torino, Politecnico
Milano, Firenze, Basilicata, Roma 1, Roma 3, Siena
7 istituti di ricerca:
CNR, INGV, AGI, RELUIS, ISPRA, ENEA Frascati, OGS Trieste,
GFZ Postdam
3 Regioni e 2 Provincie:
Lazio, Emilia-Romagna, Toscana, Provincia di Trento, Provincia di
Perugia
Ordine dei Geologi della Regione Abruzzo
Per un totale di circa 200 unità di personale
32. Applicazione – Area Aquilana
•
Il coordinamento del gruppo di lavoro è affidato a Dipartimento
della Protezione Civile e alla Regione Abruzzo
•
I lavori, iniziati all’inizio di maggio 2009, si sono conclusi il 30
settembre 2009, solo 6 mesi dopo l’evento
•
Il costo dell’operazione è stata di circa 400.000 euro che hanno
finanziato alcune indagini particolari
(tutte le Università, gli Enti di Ricerca, le Regioni e le Provincie
hanno contribuito quasi a costo zero)
34. Applicazione – Area Aquilana
PROCEDURA
• Selezione delle aree più danneggiate;
• Reperimento dei dati geologici, geomorfologici, geofisici e
geotecnici esistenti;
• Rilievi geologici e geomorfologici a scala di dettaglio (1:5.000 o
1:2.000);
• Nuove indagini geofisiche e geotecniche e definizione dei modelli
geofisici e geotecnici;
• Definizione dell’input sismico per le analisi numeriche;
• Calcolo delle amplificazioni attese attraverso modelli monodimensionali (1D) e bidimensionali (2D);
• Analisi sperimentali utilizzando sia registrazioni di terremoti sia
rumore ambientale;
• Valutazione delle amplificazioni attese attraverso parametri quali
Fattori di amplificazione e spettri di risposta in accelerazione per
ogni situazione analizzata utile in fase di pianificazione e di
progettazione.
• Si presentano i risultati dell’area di Paganica-Tempera-Onna-San
Gregorio localizzata tra l’epicentro del mainshock e la faglia
sismogenetica
35. Applicazione – Area Aquilana
Carta geologico tecnica e
geomorfologica
Nuove indagini:
7 ERT
3 MASW
13 ReMi
6 Sondaggi con DH
58 HVSR
38. Applicazione – Area Aquilana
Carta livello 1
zone 1, 2, 3 sono stabili, zone 4 - 30 sono
suscettibili di amplificazioni stratigrafiche;
EFZ-A, EFZ-B sono affette da fratture/faglie
cosismiche
Colonne stratigrafiche
39. Applicazione – Area Aquilana
Sezioni geologiche con l’indicazione dei punti di analisi
40. Modelli geotecnici e geofisici
Vs (m/s)
0
Vs (m/s)
Vs (m/s)
0
100 200 300 400 500 600 700 800
5
10
10
15
15
20
20
25
30
DH1
DH2
35
DH4
45
P1
25
30
P2
DH3
40
D (m)
5
100 200 300 400 500 600 700 800
0
D (m)
0
35
P3-P4
40
P5
DH5
45
P6
DH6
P7
P8
P9
P10
P11
50
50
Vs (m/s)
0
Vs (m/s)
100 200 300 400 500 600 700 800
0
0
100 200 300 400 500 600 700 800
0
5
10
15
15
20
20
25
30
35
P12
P13
D (m)
5
10
D (m)
D (m)
Applicazione – Area Aquilana
25
30
35
P14
40
45
50
P15
P16
P17
P18
P19
40
45
50
P20
P21
Modelli
1D
delle
sequenze analizzate:
profili di Vs con la
profondità (27 punti: 6
punti corrispondono
ai DH)
41. Applicazione – Area Aquilana
Risultati
Estrapolazione di FA ed FV, uso in fase di pianificazione per:
Graduatoria di priorità ed esclusione per nuove edificazioni
2 mappe con 2 diversi periodi: FA per strutture più rigide; FV per strutture più flessibili
43. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 3
Livello di approfondimento di zone suscettibili di amplificazioni o di instabilità,
nei casi di situazioni geologiche e geotecniche complesse, non risolvibili con
abachi o metodi semplificati
Può modificare sostanzialmente le carte di microzonazione di livello 2 (es.
inversione di velocità)
Indagini
•
campagne di acquisizione dati sismometrici, sondaggi, prove in foro e in superficie
per la determinazione di profili di Vs, sismica a rifrazione, prove geotecniche in situ e
in laboratorio, microtremori, finalizzate alla definizione del modello del sottosuolo di
riferimento
Elaborazioni
•
Definizione dell’input sismico
•
analisi numeriche 1D, 2D e 3D per le amplificazioni e/o analisi sperimentali
Prodotti
•
carta delle indagini
•
carta di Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS), con approfondimenti e
relazione illustrativa
44. Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 3
Zone di deformazione permanente
Zone stabili suscettibili di amplificazione
caratterizzate da spettri di risposta in
accelerazione al 5% dello smorzamento
critico
Zone stabili
45. Analisi numerica
Dati e strumenti necessari:
necessari
• Moto sismico di riferimento (input sismico)
• Stratigrafia del sottosuolo
• Proprietà meccaniche dei materiali
• Codici di calcolo
46. Analisi numerica
MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO
•
5 registrazioni (ITACA, 2006);
•
Caratteristiche sismogenetiche della sorgente;
•
Coppia magnitudo-distanza dalla sorgente (da dati di
disaggregazione prodotti dal Gruppo di Lavoro, 2004);
•
Massima accelerazione orizzontale attesa (Gruppo di Lavoro,
2004);
•
Registrazioni effettuate su bedrock sismico (sottosuolo di
categoria A, NTC).
Le registrazioni scelte possono essere oggetto di scalatura, per
ottenere un valore medio del picco di accelerazione scalato più
vicino possibile al valore di amax atteso conformemente a quanto
previsto dalle NTC.
47. Analisi numerica
MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO
0.15
0.15
PNR_NS*2
NZZ_NS*0.9
0.6
NZZ_WE
TRT_WE
media
0.10
0.05
0.05
Accelerazione (g)
NZZ_NS*0.9
TRT_NS*2
PNR_NS*2
NTC-Categoria di sottosuolo A
Accelerazione (g)
0.10
0.00
-0.05
-0.05
-0.10
-0.10
-0.15
0
0.5
0.00
5
10
Tempo (s)
15
-0.15
20
0
5
10
15
20
25
Tempo (s)
30
Accelerazione (g)
Accelerazione (g)
0.05
0.00
0.00
-0.05
-0.05
-0.10
0.1
-0.10
-0.15
-0.15
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0
5
10
15
20
Tempo (s)
35
40
Tempo (s)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
T(s)
1.2
1.4
1.6
1.8
0.15
2.0
TRT_WE
0.10
0.05
Accelerazione (g)
0.0
50
0.10
0.05
Sa (g)
0.10
0.2
45
TRT_NS*2
NZZ_WE
0.3
40
0.15
0.15
0.4
35
0.00
-0.05
-0.10
-0.15
0
5
10
15
20
Tempo (s)
25
30
25
30
35
40
48. Analisi numerica
CARATTERIZZAZIONE DELLE SITUAZIONI
• Costruzione delle sezioni da modellare
• Reperimento dei parametri geotecnici e
geofisici necessari per la modellazione
(velocità onde S, velocità onde P,
modulo di taglio, coefficiente di Poisson,
rapporto di smorzamento, densità, curve
di decadimento)
49. Analisi numerica
MODELLAZIONE
• Scelta dei programmi di calcolo
(monodimensionali, bidimensionali, ecc.)
• Scelta dei parametri che definiscono
l’amplificazione (Pga, accelerogrammi,
spettri di risposta, ecc.)
50. Analisi numerica
PROGRAMMI DI CALCOLO MONODIMENSIONALI
Shake:
modello a strati continui paralleli
dominio frequenze
lineare equivalente
sforzi totali
Desra - Onda:
modello a masse concentrate
non lineare
sforzi efficaci
52. Analisi numerica
PROGRAMMI DI CALCOLO MONODIMENSIONALI
Limiti:
modello a volte troppo semplicistico per
alcune situazioni reali
Vantaggi:
applicabilità su aree vaste (colonnine tipo)
non necessita della conoscenza
geometria sepolta bidimensionale
della
53. Analisi numerica
PROGRAMMI DI CALCOLO BIDIMENSIONALI
Flac:
Quad - Flush:
Besoil – Elco:
Else:
Ahnse:
differenze finite (DFM)
varie leggi costitutive
elementi finiti (FEM)
modello a masse concentrate
lineare equivalente
dominio del tempo
elementi di contorno (DEM)
elastico
dominio delle frequenze
elementi spettrali (SM)
elastico
possibili versioni 3D
metodo ibrido SM-FEM
55. Analisi numerica
PROGRAMMI DI CALCOLO BIDIMENSIONALI
Limiti:
complessità nella costruzione del modello
necessità di conoscenza delle caratteristiche
geometriche sepolte (> indagini)
Vantaggi:
buona risposta
possibilità di modellazione per casi particolari
56. Analisi numerica
RISULTATI
• Accelerogrammi in superficie
• Spettri risposta elastici e
superficie
• Fattori di amplificazione (Fa)
di
Fourier
in
Rapporti di intensità spettrale (SI) calcolati per gli
spettri in pseudovelocità, 5% di smorzamento, per
diversi intervalli di periodo (es: 0.1-0.5s)
Fa = SIout / SIinp
58. Approccio quantitativo
• Acquisizione di dati strumentali attraverso
campagne di registrazione eseguite in sito
usando velocimetri o accelerometri
• Registrazioni di rumore di fondo (microtremore
di origine naturale o artificiale) o eventi sismici
di magnitudo variabile; i dati acquisiti elaborati
permettono di definire la direzionalità del
segnale sismico e la geometria della zona
sismogenetica-sorgente
I metodi di analisi strumentale più diffusi ed
utilizzati sono il metodo HVSR di Nakamura
(1989) e il metodo dei rapporti spettrali HHSR di
Kanai e Tanaka (1961)
59. Approccio quantitativo
METODO DI NAKAMURA - HVSR
•
•
•
•
Componente verticale del moto non risente di effetti di
amplificazione
Al bedrock il rapporto tra la componente verticale e
quella orizzontale è prossimo all’unità
Il rapporto tra la componente orizzontale e quella
verticale fornisce un fattore di amplificazione e il
periodo proprio dei depositi
In generale è necessario effettuare la media di quanti
più eventi possibile; in questo modo si può inoltre
valutare l'effetto di più sorgenti di rumore tra loro
combinate, superando il problema di una loro
eventuale accentuata localizzazione
60. Approccio quantitativo
METODO DEI RAPPORTI SPETTRALI - HHSR
•
Basato su registrazioni accelerometriche,
velocimetriche
o
di
spostamento
in
corrispondenza di varie stazioni tra cui una
considerata di riferimento (posta su bedrock)
•
Il rapporto tra lo spettro di Fourier delle
stazioni e lo spettro di Fourier del riferimento
permette
di
calcolare
le
funzioni
di
trasferimento del deposito che, applicate al
moto di input, forniscono il grado di
amplificazione
62. Approccio quantitativo
HVSR - HHSR
Limiti:
Risposta solo in campo elastico
Difficoltà nella scelta del sito di riferimento (HHSR)
Tempi di acquisizione sufficientemente lunghi
Vantaggi:
Semplicità ed economicità (HVSR)
Determinazione periodo proprio deposito (HVSR)
Determinazione funzione di trasferimento (HHSR)
63. Applicazione - Perugia
OBIETTIVI
• Microzonazione sismica di livello 3
utilizzando sia analisi numeriche sia
analisi sperimentali del centro urbano;
• Rendere disponibili strumenti operativi
per la pianificazione urbanistica, per la
pianificazione delle emergenze per la
protezione civile e per la progettazione.
64. Applicazione - Perugia
ENTI COINVOLTI
• Regione Umbria
• Comune di Perugia
•
•
•
•
ENTI DI RICERCA
INOGS di Trieste
CNR-IDPA di Milano
Politecnico di Milano
Dipartimento Scienze della Terra di Pisa
65. Applicazione - Perugia
FASI FONDAMENTALI DELLO STUDIO
Rilevamento geologico di 4 sezioni (scala 1:10.000)
Redazione di carte geologiche e di pericolosità sismica
locale
Raccolta dati geologici, geomorfologici, geofisici e
geotecnici sia esistenti sia da indagini in sito e in
laboratorio effettuate nell’ambito del progetto
Studio storico e d’archivio sul danneggiamento da
terremoti della città di Perugia
Costruzione del modello geologico-geofisico
individuazione delle sezioni rappresentative
ed
66. Applicazione - Perugia
FASI FONDAMENTALI DELLO STUDIO
Individuazione dell’input sismico
Modellazione numerica 1D e 2D e determinazione dei
fattori di amplificazione e degli spettri di risposta elastici
in accelerazione
Analisi strumentale in punti significativi e determinazione
dei fattori di amplificazione e degli spettri di risposta
elastici in accelerazione
Confronti tra i risultati delle modellazioni numeriche e
delle analisi sperimentali
Prime proposte per un uso dei risultati sia in ambito
pianificatorio sia in ambito progettuale
67. Applicazione - Perugia
RACCOLTA DATI
Indagini geologiche e geotecniche (800 sondaggi)
Informazioni sul danneggiamento storico da terremoti (500 dati)
Carte geografiche storiche realizzate a partire dal 1572 (156 mappe)
Nuova campagna geognostica:
• 12 sondaggi a carotaggio continuo della profondità di 40 m
ciascuno, con relativi Down-Hole
• 11 prove SPT
• 11 stendimenti di sismica superficiale a rifrazione (138 m ognuna)
con restituzione tomografica per onde SH e P
• 3 profili sismici con tecniche MASW e ReMi
• prove di laboratorio statiche e dinamiche su 23 campioni
indisturbati (proprietà fisiche, analisi granulometrica, prova
edometrica, prova triassiale e colonna risonante)
79. Applicazione - Perugia
CODICI DI CALCOLO
In relazione alle caratteristiche geologiche, geotecniche e
geofisiche dell’area in esame, che presentano un andamento degli
strati più superficiali assimilabili a strati piano-paralleli, è stato
scelto di utilizzare principalmente un codice di calcolo
monodimensionale 1D
Lungo la sezione n. 2 sono state individuate due morfologie
bidimensionali, che sono state oggetto di analisi 2D:
una valle (Pian di Massiano) - FEM
un rilievo (centro storico Perugia) - BEM
80. Applicazione - Perugia
RISULTATI
Nei punti di indagine, riportati nelle sezioni, scelti in
modo da avere una rappresentatività dei profili
caratterizzati da diverse sequenze di unità geofisiche e
diversi spessori.
I risultati sono stati espressi in termini:
Fattori di amplificazione Fa (0.1-0.5s; 0.5-1.5s; 0.1-2.5s)
Spettri di risposta elastici in accelerazione al 5% dello
smorzamento critico
81. Applicazione - Perugia
RISULTATI
I risultati delle analisi in termini di fattore di amplificazione
mostrano in generale modesti valori di amplificazione se si
escludono le aree caratterizzate dalla presenza di riporti (R), coltri
eluvio-colluviali (EC) e unità limose e ghiaiose alluvionali (LA e
GA) con spessori maggiori di 5 m
2.0
2.0
1.96
1.91
1.9
fa .1-0.5
1.86
fa .5-1.5
1.9
fa .1-2.5
1.8
1.8
1.67
1.7
1.48
1.48
1.47
1.41
1.39
1.4
1.35
1.35
1.31
1.25
1.18
1.18
1.22
1.18
1.1
1.23
1.31
1.23
1.19
1.19
1.25
1.08
1.07
1.38
1.33
1.36
1.28
1.28
1.25
Fa
Fa
fa .1-2.5
1.24
1.22
1.36
1.74
1.68
1.55
1.53
1.51
1.46
1.46
1.22
1.20
1.19
1.25
1.4
1.28
1.23 1.24
1.22
1.20
1.37
1.35
1.33
1.3
1.27
1.26
1.22
1.32
1.26
1.20
1.31
1.22
1.10
1.1
1.04
1.0
1.33
1.29
1.18
1.13
1.10
1.06
1.27
1.22
1.2
1.09
1.08
1.41
1.40
1.31
1.31
1.19
1.35
1.35
1.5
1.80
1.79
1.6
1.5
1.2
fa .5-1.5
1.76
1.7
1.6
1.3
fa .1-0.5
1.16
1.13
1.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Profili analizzati
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
Profili analizzati
9
10
11
12
13
82. Applicazione - Perugia
RISULTATI
Gli spettri di risposta elastici in accelerazione mostrano modesti
livelli di amplificazione, ben rappresentati dagli spettri di normativa
associati alle relative categorie di sottosuolo, ad esclusione dei casi
sopra citati.
1.00
P1
P3
P5-P6
P9
P12
P14
P16
0.90
0.80
SEZIONE 1
0.60
0.50
1.00
0.40
P7
0.90
0.30
P10
NTC_Categoria C_Perugia
0.80
0.20
0.70
0.10
0.00
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Periodo (s)
2.5
3.0
3.5
PSA (g)
PSA (g)
0.70
P2
P4
P8
P11
P13
P15
NTC_Categoria B_Perugia
0.60
4.0 0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Periodo (s)
2.5
3.0
3.5
4.0
88. Applicazione - Perugia
RISULTATI
L’analisi 2D effettuata sul rilievo del centro storico non ha
evidenziato sostanziali effetti di amplificazione topografica: è
mostrato il confronto tra gli spettri di risposta medi ottenuti in
corrispondenza del punto sommitale del rilievo (punto 6 sezione 2)
dalle analisi 1D e 2D
1.0
0.9
Media_1D
Media_2D
2.0
Periodo (s)
2.5
NTC_Categoria B_Perugia
0.8
0.7
PSA (g)
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
3.0
3.5
4.0
89. Applicazione - Perugia
RISULTATI
L’analisi 2D condotta in corrispondenza del Pian di Massiano ha
evidenziato valori di amplificazione molto simili a quelli ottenuti
dalle analisi 1D, mostrando una scarsa influenza delle geometrie
sepolte sull’amplificazione: è mostrato il confronto tra gli spettri di
risposta medi ottenuti in corrispondenza del punto 2 sezione 2 dalle
analisi 1D e 2D
1.0
Media_1D
0.9
Media_2D
NTC_Categoria C_Perugia
0.8
0.7
PSA (g)
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Periodo (s)
2.5
3.0
3.5
4.0
90. Applicazione - Perugia
ANALISI SPERIMENTALI
Metodo dei rapporti spettrali
28 siti di cui 2 di riferimento su substrato rigido
Sensori a 3 componenti Lennartz Le-3Dlite
Registrazioni per 9 mesi
2100 eventi, Ml = 1.0-5.8, D = 20-500 Km
METODOLOGIA:
Calcolo rapporti spettrali
Funzione di amplificazione
Calcolo di Fa e spettri di risposta ai siti utilizzando input sismici della
modellazione numerica
94. Applicazione - Perugia
CONFRONTO RISULTATI
I risultati ottenuti dalle analisi numeriche stati confrontati con quelli
ottenuti dalla campagna strumentale: sono in generale tra loro
concordi sia in termini di Fa sia in termini di spettri di risposta come
mostrato nei due esempi punto 10 sezione n. 1 con presenza di
riporto con spessore maggiore di 5 m, punto 2 sezione n. 1 con
presenza di coltri eluvio-colluviali con spessore inferiore a 5 m
1.4
1.4
NUMERICA
STRUMENTALE
NUMERICA
INPUT
INPUT
0.8
PSA (g)
1.0
0.8
STRUMENTALE
1.2
1.0
PSA (g)
1.2
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
0.0
0.5
1.0
Periodo (s)
1.5
2.0
2.5
0.0
0.5
1.0
Periodo (s)
1.5
2.0
2.5
95. Applicazione - Perugia
UTILIZZO DEI RISULTATI
Considerando la robustezza dei risultati ottenuti si può prevedere:
•
per i valori di Fa un utilizzo in fase di pianificazione per definire
una graduatoria di pericolosità delle aree, previa estrapolazione
geologica e geofisica e relativa redazione di opportune carte
•
per gli spettri di risposta elastici un utilizzo diretto in fase di
progettazione oppure un utilizzo indiretto per l’ottimizzazione della
scelta dello spettro di norma che meglio rappresenta la situazione
analizzata
